CN102060942B - 一种6-氨基-6-脱氧菊糖及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及日化领域及医药行业，具体讲是一种6-氨基-6-脱氧菊糖及其制备和应用。6-氨基-6-脱氧菊糖为式(1)所示，其中n的平均取值范围是10-35。制备将菊糖经卤代反应或菊糖与磺酰氯酯化，菊糖卤代或酯化得产物分别与叠氮钠或叠氮锂在40-70℃条件下反应8-24h，即均得到6-叠氮-6-脱氧菊糖，将6-叠氮-6-脱氧菊糖经三苯基膦或氢化铝锂还原，即得到6-氨基-6-脱氧菊糖；本发明通过有效的合成手段得到的6-氨基-6-脱氧菊糖，使用卤素取代菊糖的伯羟基或磺酰氯与菊糖成酯造成菊糖六位易离去集团，叠氮基亲核取代并经还原后得取高代度的6-氨基-6-脱氧菊糖。本发明合成步骤简单，易于推广，所需设备及原料易得。
Description
技术领域
本发明涉及日化领域及医药行业，具体讲是一种6-氨基-6-脱氧菊糖及其制备和应用。
背景技术
菊糖(Inulin)又称为菊粉，是一种生物多糖。由D-呋喃果糖分子以β-(2，1)糖苷键连接生成，每个菊糖分子末尾以α-(1，2)糖苷键连接一个葡萄糖残基，聚合度通常为2～60，平均聚合度为10。
菊糖在自然界中广泛存在于一些微生物和真菌体内。但是主要还是存在于植物的体内，如菊芋、菊苣、婆罗门参、大丽花块茎等，其中菊芋是菊糖生产的主要原料来源。菊芋俗称洋姜、鬼子姜，原产于北美洲，为多年生草本植物，我国各地普遍栽培，其块茎富含菊糖，总菊糖含量一般为14～17％，来源丰富，成本较低。
菊糖作为菊芋等植物的能量储备物质，是一种安全无毒易得的植物多糖，它的高值化开发利用，将为我们提供大量的功能性产品，同时它的高值化将提高人们种植海岸带盐生植物菊芋的积极性，从而推动海岸盐生带环境的修复。然而关于这一可再生资源的利用的报道非常少。特别是当与其他的有较好利用程度的多糖比较时。比如：壳聚糖。造成这一可再生资源利用较少的原因之一就是菊糖的分子结构上没有较为活泼的集团。壳聚糖的多种功能产品的开发，使我们认识到菊糖分子上能有一个氨基是非常有价值的一个化合物中间体。在引入较活泼的氨基后菊糖的高值化利用的可修饰度提高，比如可以通过氨基形成亲水性的季铵盐、Schiff碱，酰胺等提高菊糖的高值化利用度。
发明内容
本发明目的在于提供一种可修饰、利用程度较高的6-氨基-6-脱氧菊糖及其制备和应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种6-氨基-6-脱氧菊糖：如式(1)所示，
其中n的平均取值范围是10-35。
6-氨基-6-脱氧菊糖的制备：将菊糖经卤代反应或菊糖与磺酰氯酯化，菊糖卤代或酯化得产物分别与叠氮钠或叠氮锂在40-70℃条件下反应8-24h，即均得到6-叠氮-6-脱氧菊糖，将6-叠氮-6-脱氧菊糖经三苯基膦或氢化铝锂还原，即得到6-氨基-6-脱氧菊糖；所述叠氮钠或叠氮锂的加入量是原料菊糖摩尔量的1-2，氢化铝锂加入量是原料菊糖摩尔量的3-5倍。
所述菊糖经卤代反应是菊糖与卤化剂在三本苯基膦存在下以40-70℃反应2-12h后，备用；所述卤化物的加入量是菊糖摩尔量的1-3倍。
所述菊糖与磺酰氯酯化是将菊糖与苯磺酰、对甲苯磺酰或三氟甲磺酰氯按1∶3倍的摩尔量在-10℃-8℃搅拌酯化反应10-36h，经纯化后，备用。
所述6-叠氮-6-脱氧菊糖与三苯基膦还原反应是：6-叠氮-6-脱氧菊糖与三苯基膦在10-25℃反应24-48h后，待向反应体系中加1-10mL纯净水继续反应24-48h，经纯化和冷冻干燥后得6-氨基-6-脱氧菊糖；其中三苯基膦摩尔量为6-叠氮-6-脱氧菊糖摩尔量的比为2-4倍。
所述6-叠氮-6-脱氧菊糖与氢化铝锂还原反应是：6-叠氮-6-脱氧菊糖与氢化铝锂在25-60℃反应24-48h后，经纯化和冷冻干燥，即得到6-氨基-6-脱氧菊糖。
所述还原反应后产物用丙酮析出，而后依次用乙醚和丙酮洗涤，洗涤后真空冷冻干燥，即得到纯化后6-氨基-6-脱氧菊糖。
6-氨基-6-脱氧菊糖的应用：所述6-氨基-6-脱氧菊糖可作为去除羟自由基的抗氧化剂。
本发明所具有的优点：
1.本发明所得化合物与菊糖相比具有以下优点：在引入较羟基活泼的氨基后，6-氨基-6-脱氧菊糖的反应活性极大的提高，比如可以形成亲水性的季铵盐、Schiff碱，酰胺等衍生物提高菊糖的高值化利用度。
2.多糖上修饰氨基是一种重要的修饰糖，对生物体包括人类在内是至关重要的。比如：它们在生物学上的糖蛋白的结构及功能中起关键作用；许多抗生素如氨基糖苷，大环内酯类的抗菌功能的实现都与多糖中氨基的功能密不可分。此外含氨基的多糖在应用方面有重要作用。比如壳聚糖功能产品的开发，大都借助其2位的氨基。
3.本发明合成成本较低、所需设备及原料易得。本发明所得化合物的取代度高，可达100％。同时本发明通过稳定的C-N键将氨基接于菊糖上，为菊糖高值化利用修饰的研发开辟了一条新路。
4.本发明通过有效的合成手段得到的6-氨基-6-脱氧菊糖，使用卤素取代菊糖的伯羟基或磺酰氯与菊糖成酯造成菊糖六位易离去集团，叠氮基亲核取代并经还原后得取高代度的6-氨基-6-脱氧菊糖。本发明合成步骤简单，易于推广，所需设备及原料易得。
5.本发明通过温度控制而使得只有六号位的羟基被去氧氨基化。在-10℃-8低温时磺化试剂只能将菊糖的六位活化。而卤代反应时所诉方法只能卤代伯羟基，所以反应的选择性好。
附图说明
图1为菊糖的红外光谱图。
图2为本发明实施例制备所得6-氨基-6-脱氧菊糖红外光谱图。
图3为本发明实施例制备所得6-氨基-6-脱氧菊糖核磁谱图。
具体实施方式
实施例1
6-氨基-6-脱氧菊糖为式(1)所示的化合物。
(1)取菊糖进行磺酰氯酯化，具体是1.62g菊糖和1.90g对甲苯磺酰氯溶解至30mL氮氮二甲基甲酰胺中，在-8℃下搅伴反应10h。反应结束后，将反应液倾至150mL丙酮中，析出沉淀。沉淀经丙酮、四氢呋喃洗涤后真空冷冻干燥，备用。
所制产物为对甲苯磺酰化菊糖(3.2g)溶解至20mL二甲亚砜中与1.3g叠氮钠在50℃下反应8h。反应结束后用100mL丙酮将产物析出，分别用乙醚、丙酮洗涤产物后，-50℃真空干燥得6-叠氮-6-脱氧菊糖1.4g，备用。
(2)将步骤(1)所得的产品6-叠氮-6-脱氧菊糖1.4g与三苯基膦3.3g溶解至20mL二甲亚砜中，在15℃反应24h后向反应体系中加入1mL纯净水，之后反应继续24h。反应结束后用100mL丙酮将产物析出，分别用乙醚、丙酮洗涤产物并抽滤后，-50℃真空干燥即得式(1)所示的化合物6-氨基-6-脱氧菊糖。所得化合物平均聚合度为10-35。
所得式(1)所示的化合物为乳白色粉末，易溶于水，其红外谱图参图2，其1HNMR谱见图3。
其中菊糖(Inulin)由D-呋喃果糖分子以β-(2，1)糖苷键连接生成，每个菊糖分子末尾以α-(1，2)糖苷键连接一个葡萄糖残基，聚合度通常为10～35，平均聚合度为10，分子的平均值比淀粉略低，4000-5000左右。
从图2可知与菊糖原料相比，新增加的1600.63cm-1为伯氨基的特征吸收峰，(郭楚振.糖类化学[M].北京：化学工业出版社 2005.106-108)。菊糖分子中O-H的伸缩振动在3386cm-1附近出现的宽峰在6-氨基-6-脱氧菊糖的红外谱中明显减弱，是由于氨基取代使羟基减少(魏凌云.菊糖的分离纯化过程与功能性产品研究.浙江大学博士学位论文)。
从图3可知化学位移为1.8处的氢为新加入氨基的氢，以及2.3和2.6处化学位移的氢为与氨基相连的碳上的不对称氢(T.M.Rogge and C.V.Stevens.Facilitated Synthesis of Inulin Esters byTransesterification[J].Biomacromolecules 2004，5，1799-1803).以上分析数据证明氨基基团接入菊糖。
实施例2
与实施例1不同之处在于：
(1)取菊糖进行卤代反应，菊糖、溴化锂经真空100℃、过夜干燥。取1.62g菊糖、1g溴化锂在氮气的保护下加至20mL纯化后的氮氮二甲基甲酰胺中，升温至菊糖、溴化锂完全溶解，待反应液温度降至室温时加3.5g N-溴代丁二酰亚胺(NBS)至上述反应液中。称取5.2g三苯基膦溶解至10mL氮氮二甲基甲酰胺中。将此溶液在室温下滴加至反应液中.在室温下反应液反应30min后将反应体系温度升温至70℃.反应在70℃下进行3h后将反应液倾入150mL丙酮中，析出沉淀。沉淀经抽滤、丙酮洗涤、四氢呋喃洗涤后，-50℃真空冷冻干燥后得溴代菊糖1.92g，备用。
(2)将步骤(1)所得的产品溴代菊糖1.92g与1g叠氮钠溶解至20mL二甲亚砜中并在50℃下反应15h。反应结束后用100mL丙酮将产物析出，分别用乙醚、丙酮洗涤产物后，-50℃真空干燥得6-叠氮-6-脱氧菊糖1.7g。
将所得6-叠氮-6-脱氧菊糖1.7g与氢化铝锂0.6g溶解至20mL经纯化后的1，4-二氧六环中，在氮气保护下50℃反应24h。之后反应由无水乙醇与1，4-二氧六环的混合液15mL淬灭，无水乙醇与1，4-二氧六环按体积比为1∶2混合。反应结束后用200mL丙酮将产物析出，分别用乙醚、丙酮洗涤产物并抽滤后，-50℃真空干燥即得式(1)所示的化合物6-氨基-6-脱氧菊糖。所得化合物平均聚合度为10-35。
实施例3
与实施例1不同之处在于：1.62g菊糖和1.90g对甲苯磺酰氯溶解至30mL氮氮二甲基甲酰胺中，在5℃搅伴反应16h。反应结束后，将反应液倾至150mL丙酮中，析出沉淀。沉淀经丙酮、四氢呋喃洗涤后真空冷冻干燥得对甲苯磺酰酯化菊糖3.1g。
将上述所得产物溶解而后与1.0g叠氮钠在50℃下反应16h。反应结束后用100mL丙酮将产物析出，分别用乙醚、丙酮洗涤产物后，-50℃真空干燥得6-叠氮-6-脱氧菊糖1.5g，备用。
所得6-叠氮-6-脱氧菊糖1.5g与氢化铝锂0.6g溶解至20mL经纯化后的1，4-二氧六环中，在氮气保护下55℃反应19h。之后反应由无水乙醇与1，4-二氧六环混合液(1∶2)15mL淬灭。反应结束后用200mL丙酮将产物析出，分别用乙醚、丙酮洗涤产物并抽滤后，-50℃真空干燥即得式(1)所示的化合物6-氨基-6-脱氧菊糖。所得化合物平均聚合度为10-35。
实施例4
与实施例1不同之处在于：所用对甲苯磺酰氯为菊糖摩尔量的1倍，在3℃搅伴反应24h。反应结束后，将反应液倾至丙酮中，析出沉淀。沉淀经丙酮、四氢呋喃洗涤后真空冷冻干燥得对甲苯磺酰酯化菊糖。
将上述所得产物溶解而后与1.2倍当量叠氮钠在60℃下反应16h。反应结束后用100mL丙酮将产物析出，分别用乙醚、丙酮洗涤产物后，真空干燥得6-叠氮-6-脱氧菊糖备用。
所得6-叠氮-6-脱氧菊糖经三苯基膦还原得化合物6-氨基-6-脱氧菊糖。所得化合物平均聚合度为10-35。
所述卤代反应时卤代原理相同，即卤化剂可选用卤素中氟、溴或碘进行替换。
应用例
去除羟自由基抗氧化能力的测定：
分别测定所合成的6-氨基-6-脱氧菊糖与菊糖的去除羟自由基的能力并做对比：将实施例1-3制备的6-氨基-6-脱氧菊糖和实验用菊糖真空冷冻干燥至恒重后，分别配制表一中所需浓度，分别取表1中配制不同浓度的6-氨基-6-脱氧菊糖或菊糖溶液1mL，与磷酸缓冲液1mL(配制磷酸缓冲液：分别取41.58gNa2HPO4.12H2O、5.2887gNaH2PO4.2H2O，加水定溶至1000ml。)，360ug/m的番红1ml，2mmol/LEDTA-Fe0.5ml，3％过氧化氢1ml，置于试管中混匀，于37度水浴中反应30min后，测定样品在520nm处的吸光度，空白组1ml蒸馏水替代供试样品，对照组1.0ml蒸馏水和1ml磷酸缓冲液替代样品和过氧化氢(注：被测样品均测两次，取平均值).
去除羟自由基能力(％)[(A样品520nm-A空白520nm)/(A对照520nm-A空白520nm)]×100
实验结果：实施例1-3所得的6-氨基-6-脱氧菊糖与菊糖的去除羟自由基能力如表1所示，可见实施例1-3所得的6-氨基-6-脱氧菊糖的去除羟自由基能力明显优于菊糖。
表1，6-氨基-6-脱氧菊糖与菊糖的去除羟自由基的能力(％)
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种6-氨基-6-脱氧菊糖的制备方法，其特征在于：将菊糖经卤代反应或菊糖与磺酰氯酯化，菊糖卤代或酯化得产物分别与叠氮钠或叠氮锂在40-70℃条件下反应8-24h，即均得到6-叠氮-6-脱氧菊糖，将6-叠氮-6-脱氧菊糖经三苯基膦或氢化铝锂还原，即得到6-氨基-6-脱氧菊糖；所述叠氮钠或叠氮锂的加入量是原料菊糖摩尔量的1-2倍，氢化铝锂加入量是原料菊糖摩尔量的3-5倍，所述6-氨基-6-脱氧菊糖的结构式如式(1)所示：
其中n的平均取值范围是10-35。
2.按权利要求1所述的6-氨基-6-脱氧菊糖的制备方法，其特征在于：所述菊糖经卤代反应是菊糖与卤化剂在三苯基膦存在下以40-70℃反应2-12h后，备用；所述卤化剂的加入量是菊糖摩尔量的1-3倍。
3.按权利要求1所述的6-氨基-6-脱氧菊糖的制备方法，其特征在于：所述菊糖与磺酰氯酯化是将菊糖与三氟甲磺酰氯按1∶3的摩尔量在-10℃-8℃搅拌酯化反应10-36h，经纯化后，备用。
4.按权利要求1所述的6-氨基-6-脱氧菊糖的制备方法，其特征在于：所述6-叠氮-6-脱氧菊糖与三苯基膦还原反应是：6-叠氮-6-脱氧菊糖与三苯基膦在10-25℃反应24-48h后，再向反应体系中加1-10mL纯净水继续反应24-48h，经纯化和冷冻干燥后得6-氨基-6-脱氧菊糖；其中三苯基膦摩尔量为6-叠氮-6-脱氧菊糖摩尔量的2-4倍。
5.按权利要求1所述的6-氨基-6-脱氧菊糖的制备方法，其特征在于：所述6-叠氮-6-脱氧菊糖与氢化铝锂还原反应是：6-叠氮-6-脱氧菊糖与氢化铝锂在25-60℃反应24-48h后，经纯化和冷冻干燥，即得到6-氨基-6-脱氧菊糖。
6.按权利要求1所述的6-氨基-6-脱氧菊糖的制备方法，其特征在于：所述还原反应后产物用丙酮析出，而后依次用乙醚和丙酮洗涤，洗涤后真空冷冻干燥，即得到纯化后6-氨基-6-脱氧菊糖。
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