CN101665544A - 桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物及其应用，有效解决制备以壳聚糖为载体的缓释型高分子药物，改善理化性能、降低缺陷、提高生物活性，扩大在食品、化妆品和医药等方面的应用问题，其解决的技术方案是，采用壳聚糖与桂皮酸或其衍生物进行接枝，生成壳聚糖与桂皮酸或其衍生物的接枝化合物，本发明合成方法简单，成本低，易制造生产，其产品理化性能好，生物活性高，用途广，是化合物上的一大创新。

Description

桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物及其应用

一、技术领域

本发明涉及化合物，特别是一种桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物及其应用。

二、背景技术

壳聚糖(CTS)是天然产物甲壳素脱乙酰基后得到的氨基葡萄糖缩聚物，生物贮存量巨大，具有细胞修复、组织再生和胃粘膜保护作用，具有良好的生物相容性并能进行生物降解，降解后的产物氨基葡萄糖具有抗菌消炎作用，用于治疗风湿性关节炎和胃溃疡等，在医药研究领域倍受关注。壳聚糖及其衍生物以其独特的作物机理用于维护农业生态环境，用于生产绿色食品，是无公害农产品生产和可持续农业的重要资源，现已经被用于农业，植物病原菌生长阻制剂、作物的抗病诱活剂、杀线虫剂、种子处理剂、肥料和土壤改良剂、果蔬保鲜剂和食品防腐剂等。同时因为它具有保湿功效、修复细胞和抗氧化等作用，所以也常用于化妆品领域。

壳聚糖分子中含有较多的重复性的活性基团，与羧酸类化合物易于反应生成酰胺类化合物，常用于含有羧基官能团的药物以及具有某种生物活性的天然化合物的修饰，或将其制备载体型前药，利用高分子载体前药的缓释作用和互补作用等功能，发挥其更好的疗效和生物活性。

桂皮酸及其衍生物(如咖啡酸、阿魏酸、邻羟基桂皮酸等)属于3-苯丙烯酸类化合物，通常具有抗紫外线、保鲜、定香作用，在食品和化妆品方面有一定的应用。此外，桂皮酸类药物具有止血、抗氧化、抗癌、治疗脑血栓、动脉硬化方面的作用，在医疗方面也有一定的应用，或作为药物中间体使用。但该类药物存在一定的缺陷，如容易发生氧化而降低活性、溶解度较低、有一定的刺激作用等，有必要对其进行适当的化学修饰，以降低副作用或改善其理化性能，提高药效或改善生物活性等。目前对桂皮酸类药物的修饰往往是选择小分子醇将其制备成酯类化合物，但效果并不尽人意。

三、发明内容

针对上述情况，本发明之目的就在于提供一种桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物及其应用，可有效解决制备以壳聚糖为载体的缓释型高分子药物，改善理化性能、降低缺陷、提高生物活性，扩大在食品、化妆品和医药等方面的应用问题，其解决的技术方案是，采用壳聚糖与桂皮酸或其衍生物进行接枝，生成壳聚糖与桂皮酸或其衍生物的接枝化合物，该化合物生成反应式为：

其桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物分子结构式为：

其中：X为芳环或杂环，其上可以有取代基或无取代基；

壳聚糖分子的2-氨基葡萄糖单位M＝1～4500；

n为接枝在壳聚糖分子中的3-苯丙烯酸及其衍生物的数目，n＝1，2，3，……，≤M；

基团X-CH＝CH-CO-在壳聚糖分子的单糖单位中所占的百分数为连接率或接枝率，即n/M，等于1％～100％。

本发明合成方法简单，成本低，易制造生产，其产品理化性能好，生物活性高，用途广，是化合物上的一大创新。

四、附图说明

图1为本发明的桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物的合成路线图。

图2为本发明桂皮酸及其接枝率20％的壳聚糖接枝衍生物的抗氧化活性图。

图3为本发明咖啡酸及其接枝率18％的壳聚糖接枝衍生物抗氧化活性图。

图4为本发明阿魏酸及其接枝率20％的壳聚糖接枝衍生物抗氧化活性图。

图5为本发明桂皮酸及其合成物对草莓腐烂指数的影响图。

图6为本发明桂皮酸及其合成物对草莓VC含量的影响图。

五、具体实例方式

以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1-图6给出，本发明是采用壳聚糖与桂皮酸或其衍生物进行接枝，生成壳聚糖与桂皮酸或其衍生物的接枝化合物，该化合物生成反应式为：

其桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物分子结构式为：

其中：X为芳环或杂环，其上可以有取代基或无取代基；

壳聚糖分子的2-氨基葡萄糖单位M＝1～4500；

n为接枝在壳聚糖分子中的3-苯丙烯酸及其衍生物的数目，n＝1，2，3，……，≤M；

基团X-CH＝CH-CO-在壳聚糖分子的单糖单位中所占的百分数为连接率或接枝率，即n/M，等于1％～100％；

所说的桂皮酸类衍生物为：肉桂酸，分式结构式是：

阿魏酸，分式结构式是：

咖啡酸，分式结构式是：

对羟基肉桂酸，分式结构式是：

壳聚糖与桂皮酸及其衍生物的接枝化合物可以是：壳聚糖-g-肉桂酸(2-肉桂酸·壳聚糖)，壳聚糖-g-阿魏酸(2-阿魏酸·壳聚糖)，壳聚糖-g-咖啡酸(2-咖啡酸·壳聚糖)，壳聚糖-g-对羟基肉桂酸(2-对羟基肉桂酸·壳聚糖)中的任何一种；

其桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物的制备方法是：

取3-苯丙烯酸或其衍生物0.1-0.5摩尔，壳聚糖0.01-10摩尔(以单糖单位计)，加入反应器中，用溶剂分散开，在20～80℃的温度下搅拌反应1～6小时，回收溶剂，或取壳聚糖0.01-10摩尔(以单糖单位计)，加入反应器中，加入溶剂分散开(加入量以分散开即可)，另取3-苯丙烯酸或其衍生物0.1-0.5摩尔，用溶剂溶解后，加入反应器中，在20～80℃的温度下搅拌反应1～6小时，回收溶剂，或冷冻干燥脱溶剂；

或将壳聚糖、3-苯丙烯酸或其衍生物按照上述比例加入反应器中，固相下研磨或在少量的溶剂下研磨10min～6hr，直接加热脱水或共沸脱水或冷冻干燥脱水、脱溶剂；

将回收溶剂后或脱水后的反应物用乙醇或其它溶剂回流提取至不含游离羧酸或洗涤至不含游离羧酸；

所说的溶剂为水、醇(如乙醇)、醇水混合物(任意比例)、酯(如乙酸乙酯)、酯水混合物、丙酮、丙酮和水组成的混合溶液中的任何一种；

接枝率测定：用非水滴定法测定回流液或洗涤液中游离的羧酸，分别计算出连接在壳聚糖分子中葡萄糖残基上羧酸的数量，求出接枝率；或用光谱法测定合成物中接枝上的羧酸数量，求出接枝率；也可以根据反应前后产物的增量，求得羧酸的占有率。

实施例1：

0.1mol肉桂酸用95％乙醇溶解，加入含0.2mol壳聚糖(以单糖单位计)的95％乙醇溶液，在76℃条件下回流搅拌1.0h，回收溶剂，得固体产品，用索氏提取器回流洗涤固体产品中剩余的肉桂酸后，得接枝率约为20％的壳聚糖-g-肉桂酸。

实施例2：

0.5mol咖啡酸用乙醇溶解，加入含5mol壳聚糖(以单糖单位计)的50％乙醇的水溶液，60℃条件下充分搅拌反应3h，冷冻干燥，将得到的固体粉末进行共沸蒸馏，再用乙醇洗脱至不含游离的咖啡酸，得接枝率为18％的壳聚糖-g-咖啡酸。

实施例3：

0.5mol阿魏酸，0.25mol壳聚糖(以单糖单位计)，少量的95％乙醇溶液(以浸湿固体物为宜)，研磨1h，共沸蒸馏脱水脱溶剂乙醇，将得到的固体粉末用乙醇洗至不含有利阿魏酸，得接枝率为20％的壳聚糖-g-阿魏酸。

实施例4：

取3-苯丙烯酸0.1摩尔，壳聚糖1摩尔加入反应器中，用溶剂分散开，在40℃的温度下搅拌反应5小时，回收溶剂，或取壳聚糖1摩尔，加入反应器中，加入溶剂分散开，另取3-苯丙烯酸0.1摩尔，用溶剂溶解后，加入反应器中，在40℃的温度下搅拌反应5小时，回收溶剂，或冷冻干燥脱溶剂。

本发明的接枝化合物经检测取得了令人满意的结果，具体情况如下：

1、定性经验

借助三氯化铁实验和异羟肟酸铁实验分别对原料和合成物进行定性检验，结果见表1。

表1.桂皮酸及其衍生物的壳聚糖接枝物的定性检验结果

除壳聚糖-g-桂皮酸外，其它3种接枝物对于FeCl₃试验，均呈紫色；对于异羟肟酸铁试验，表中4种接枝物均呈红色，说明桂皮酰基连接在了壳聚糖分子骨架上。

2、红外光谱，由为壳聚糖-g-阿魏酸IR谱图、壳聚糖-g-咖啡酸IR谱图、壳聚糖-g-肉桂酸IR谱图测得桂皮酸及其衍生物的壳聚糖接枝物的IR特征吸收情况，如下表2：

表2.桂皮酸及其衍生物的壳聚糖接枝物的IR特征吸收

3、抗氧化活性评价

(1)原理及方法

在碱性条件下，邻苯三酚发生自氧化反应，生成有色物质红碚酚，同时产生O₂ ^-。抗氧化剂能分解O₂ ^-，抑制中间产物O₂ ^-的积累，促使邻苯三酚自氧化反应进一步发生，生成更高浓度的有色物质红碚酚。通过测定红碚酚在特定波长下的光吸收值，便可评价邻苯三酚的自氧化速率或由于抗氧剂的加入，所引起的红碚酚的增量，从而评价抗氧化剂的抗氧化能力。

抗氧化剂对O₂ ^-的清除率＝(样品管氧化速率-自氧化管速率)/自氧化管速率×100％

自氧化速率测定按表1进行：加入缓冲液，25±0.5℃恒温水浴保温20min，加入邻苯三酚，振荡器混匀，置1cm比色杯，以空白作对照在420nm波长下，每间隔0.5min记录一次吸光值A，连续记录5min A值，自氧化速率控制在0.070(土0.002)/min。

壳聚糖接枝物活力测定按表3进行，同法记录A值，通过调节样品浓度，使邻苯三酚氧化速率控制在0.035(土0.002)/min，结果见图2、图3、图4；壳聚糖接枝物抗氧化对O₂ ^-的清除能力见表4。

表3.试剂的加样量

注：测试样品的主药摩尔浓度相同，均为0.00675mol/L，所用壳聚糖-g-桂皮酸、壳聚糖-g-阿魏酸的接枝率分别为20％，壳聚糖-g-咖啡酸接枝率为18％。

(2)测定结果：

表4.3-苯丙烯酸衍生物在间苯三酚自氧化反应中清除超氧阴离子的能力

注：ΔV₅为5分钟时，各测试组吸光值与0时吸光值的差值；ΔA₅为5分钟时，各样品组吸光值与自氧化管吸光值的差值。

图2、图3、图4结果均显示，在相同的摩尔浓度下，壳聚糖-g-桂皮酸、壳聚糖-g-咖啡酸和壳聚糖-g-阿魏酸的抗氧化作用明显优于桂皮酸、咖啡酸和阿魏酸。

从表2数据也可以看出，在清除超氧阴离子的反应中，壳聚糖接枝物各自的反应速率增量虽不及原药，但对超氧阴离子的清除能力其壳聚糖接枝物均大于相应的原药，三个合成物均表现出了优于原药的抗氧化活性。

4、保鲜作用评价

(1)原理

桂皮酸及其衍生物和壳聚糖分别具有保鲜作用，壳聚糖-g-桂皮酸及其衍生物也应该具有良好的保鲜作用。为验证其保鲜效果，选用鲜草莓为研究对象，对合成物的保鲜作用进行了考察。

草莓在储藏初期，果实水分充足，细胞膨压高，组织比较坚硬。但随着时间延长，不仅原果胶被分解，使与细胞壁分离，组织变软，而且易感染致病菌，导致腐烂变质，其腐烂变质的程度可用腐烂指数来表示。

VC是一种非常重要的营养成分，普遍存在于蔬菜水果中，但容易因外在环境改变而遭到破坏。所以VC含量的变化可作为评价果蔬保鲜效果的一个重要指标。

(2)方法

分别将壳聚糖、肉桂酸及其相应的混合物与接枝物用1％醋酸溶液溶解，制成摩尔浓度相同的涂抹液对草莓果实进行涂抹处理，并以1％醋酸溶液和未经任何药物涂抹处理的草莓为对照，进行常温下的贮藏实验。

将供试草莓在涂膜液中分别浸1min，捞出自然晾干，装入保鲜袋中，每袋1kg，置于室温贮藏保存(室温为13-22℃)。同时以未浸涂果为对照，以草莓失去商品价值为评价标准。定期取果测定其腐烂指数和VC含量。

腐烂指数的确定：

0级：无腐烂、无伤害的新鲜草莓；

1级：烂斑小于1/4草莓面积的果实；

2级：烂斑大于1/4但小于1/2草莓面积的果实；

3级：烂斑大于1/2但小于3/4草莓面积的果实；

4级：烂斑大于3/4草莓面积的果实。

(3)实验结果

图5中：A.接枝率为20％的壳聚糖-g-肉桂酸；B.壳聚糖+20％肉桂酸；C.壳聚糖；D.肉桂酸；E.1％醋酸溶液；F.未涂抹。

不同处理对草莓腐烂指数量的影响如图5所示。由图5可以看出，处理E和F，在储藏的第二天开始有腐烂情况出现，4天以后几乎完全腐烂变质，失去食用价值。而处理A和B，在三天以后才出现霉变情况，直到第7天，还没有完全腐烂。

图6中：A.接枝率为20％的壳聚糖-g-肉桂酸；B.壳聚糖+20％肉桂酸；C.壳聚糖；D.肉桂酸；E.1％醋酸溶液；F.未涂抹。

不同处理草莓的VC含量变化如图6所示，随贮藏天数的延长，各处理草莓VC含量均呈下降趋势，但下降速率有较明显的差别，其中壳聚糖-g-肉桂酸处理组的VC含量降低最小，与对照组有明显差异。

由上述情况可以看出本发明接枝化合物改善理化性能、降低缺陷、提高生物活性，扩大在食品、化妆品和医药等方面的应用，特别是在美白、抗紫外线、保湿、抑制褐斑化妆品、防晒霜中的应用以及在抑菌防腐、保鲜、定香、止血、杀菌、抗氧化、抗癌、治疗脑血栓、动脉硬化方面有更好的就用，是合成接枝化合物上的一大创造。

Claims (6)

1、一种桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物，其特征在于，壳聚糖与桂皮酸或其衍生物的接枝化合物，其分子结构式为：

其中，X为芳环或杂环，其上可以有取代基或无取代基；

n为接枝在壳聚糖分子中的3-苯丙烯酸及其衍生物的数目，n＝1，2，3，……，≤M，M为壳聚糖分子的2-氨基葡萄糖单位数，M＝1～4500；

基团X-CH＝CH-CO-在壳聚糖分子的单糖单位中所占的百分数为连接率或接枝率，即n/M，等于1％～100％。

2、根据权利要求1所述的桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物，其特征在于，所说的桂皮酸类衍生物为：肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基肉桂酸中的任何一种。

3、根据权利要求1所述的桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物，其特征在于，所说的壳聚糖与桂皮酸及其衍生物的接枝化合物是：壳聚糖-g-肉桂酸，壳聚糖-g-阿魏酸，壳聚糖-g-咖啡酸，壳聚糖-g-对羟基肉桂酸中的任何一种。

4、权利要求1所述的桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物的制备方法，其特征在于，壳聚糖与桂皮酸或其衍生物的接枝化合物，该化合物生成反应式为：

取3-苯丙烯酸或其衍生物0.1-0.5摩尔，壳聚糖0.01-10摩尔，加入反应器中，用溶剂分散开，在20～80℃的温度下搅拌反应1～6小时，回收溶剂，或取壳聚糖0.01-10摩尔，加入反应器中，加入溶剂分散开，另取3-苯丙烯酸或其衍生物0.1-0.5摩尔，用溶剂溶解后，加入反应器中，在20～80℃的温度下搅拌反应1～6小时，回收溶剂，或冷冻干燥脱溶剂；

或将壳聚糖、3-苯丙烯酸或其衍生物按照上述比例加入反应器中，固相下研磨或在少量的溶剂下研磨10min～6hr，直接加热脱水或共沸脱水或冷冻干燥脱水、脱溶剂；

将回收溶剂后或脱水后的反应物用乙醇溶剂回流提取至不含游离羧酸或洗涤至不含游离羧酸。

5、根据权利要求4所述的桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物的制备方法，其特征在于，所说的溶剂为水、乙醇、醇水混合物、乙酸乙酯、酯水混合物、丙酮、丙酮和水组成的混合溶液中的任何一种。

6、权利要求1所述的桂皮酸类衍生物的壳聚糖接枝化合物，在于在美白、保湿、抗紫外线、抑制褐斑化妆品、防晒霜中的应用以及在止血、杀菌、防腐、保鲜、抗氧化、抗癌、治疗脑血栓、动脉硬化药物的应用。

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