CN102718886B

CN102718886B - 一种壳聚糖1,2,4-三唑类衍生物及其制备方法

Info

Publication number: CN102718886B
Application number: CN201110378906.3A
Authority: CN
Inventors: 李鹏程; 秦玉坤; 邢荣娥; 刘松; 于华华; 李克成; 孟祥涛; 崔金会; 李荣锋; 李冰
Original assignee: Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: Weifang Honor Biotechnology Co., Ltd.
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: CN102718886A

Abstract

本发明属于海洋化工工程技术，具体涉及一种新型壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物及其制备方法。壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物，其通式如式I所示，式I中，R为烷基、取代烷基、芳香基；n＝4-4000。本发明壳聚糖结构中引入1，2，4-三唑基团，两者产生协同增效作用，显著提高了壳聚糖的生物活性，具有抗植物病原真菌的作用。

Description

一种壳聚糖1,2,4-三唑类衍生物及其制备方法

技术领域

本发明属于海洋化工工程技术，具体涉及一种新型壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物及其制备方法。

背景技术

传统化学农药药效较好，但多数存在着高毒、高残留、抗性严重等问题，影响了农业的可持续发展和人类健康。因此开发新型高效、低毒、环境友好的生物农药来替代部分化学农药，对于我国农业的可持续发展和保障食品安全具有重要意义。

壳聚糖是自然界存在的唯一碱性多糖，本身易生物降解，具有较好的生物相容性，研究发现其具有杀菌、杀虫、抗病原真菌等特殊功能，且其对植物根系生长、种子发芽均有良好促进作用。壳聚糖及其衍生物还能改善土壤，为农作物提供营养物质，它们的涂漠对果蔬也有良好的保鲜作用。壳聚糖不仅对植物病原真菌有抑制作用，还能增强植物对病害的防御能力。但由于壳聚糖的抑菌活性与化学杀菌剂还有一定差距，因此限制了其在农作物上的应用。

1，2，4-三唑类化合物是一类重要的杀菌剂，市售的杀菌剂中1，2，4-三唑类化合物占有很大的市场份额。壳聚糖结构中含有活泼的羟基、氨基，有较大的化学改性和结构修饰空间。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种水溶性好、结构新颖、抑菌活性好的壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物及其制备方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案为：

一种壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物，其通式如式I所示，

式I

式I中，R为烷基、取代烷基、芳香基； n＝4-4000。R为甲基、氯甲基、乙基、氯乙基、丙基、丁基或苯基、取代苯基。

壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物的制备方法，

(1)以各种取代的酰基硫脲壳聚糖为母体，将其溶于溶剂中，经乙酸酐的催化，与水合肼在60-100℃，反应6-10小时合环反应；其中，溶剂的体积与取代的酰基硫脲壳聚糖质量比为10-30∶1；酸酐的体积与溶剂的体积比为1∶10-100；各种取代的酰基硫脲壳聚糖中取代的壳聚糖酰基硫脲与水合肼的摩尔比为1∶1-3。

(2)反应后抽滤，滤饼用溶剂洗涤，在50-60℃下进行干燥，干燥后得到壳聚糖1，2，4-三唑衍生物I。

所述步骤1)中所述各种取代的酰基硫脲壳聚糖为乙酰基硫脲壳聚糖、氯乙酰基硫脲壳聚糖或苯甲酰基硫脲壳聚糖。所述步骤1)中所述的溶剂为乙醇、水、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种以上。所述步骤2)中所述的溶剂为甲醇、乙醇中的一种或两种。

原理：酰基硫脲壳聚糖结构中含有酰基硫脲基团，可与水合肼发生合环从而在壳聚糖结构中引入1，2，4-三唑活性基团，进而与壳聚糖产生协同作用，显著提高衍生物的生物活性。

本发明的优点：

1.本发明中酰基异硫氰酸酯主要与壳聚糖C₂位上的-NH₂发生反应生成酰基壳聚糖硫脲，之后与水合肼在乙酸酐催化下反应生成壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物，所得的衍生物经红外光谱分析确定其结构，壳聚糖与接入的基团有效地结合生成1，2，4-三唑类衍生物。

2、本发明壳聚糖结构中引入1，2，4-三唑基团，两者产生协同增效作用，显著提高了壳聚糖的生物活性，具有抗植物病原真菌的作用。

3、本发明制备的壳聚糖1，2，4-三唑类生物具有良好的溶解性，可溶于多种溶剂，克服了壳聚糖溶解性差的缺点，扩大了其应用领域，在农药领域有着潜在的应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的乙酰硫脲壳聚糖的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3430，2888，1652，1550，1378，1320，1261，897。

图2为本发明实施例提供的壳聚糖甲基1，2，4-三唑衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3444，2882，1653，1561，1422，1381，1317，1261，897。

图3为本发明实施例提供的氯乙酰硫脲壳聚糖的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3391，2929，1636，1522，1381，1317，1258，900。

图4为本发明实施例提供的壳聚糖氯甲基1，2，4-三唑衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3433，2882，1653，1561，1539，1422，1383，1320，1261，900。

图5为本发明实施例提供的苯甲酰基硫脲壳聚糖衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3455，2871，1662，1539，1261，897。

图6为本发明实施例提供的壳聚糖苯基1，2，4-三唑衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3349，2882，1656，1564，1542，1378，1322，1267，900。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明，并且本发明的保护范围不仅局限于以下实施例。

实施例1壳聚糖甲基1，2，4-三唑衍生物(1)的制备

将1.30克分子量为23万的乙酰硫脲壳聚糖加入到三口瓶中，加入无水乙醇20mL，滴加乙酸酐0.3mL，加热至60℃，向其滴加含有水合肼(1.0mL)的乙醇溶液10mL，滴加完毕升温至回流，反应10小时。反应物冷却至室温，抽滤，无水乙醇洗涤，60℃下干燥，得白色粉末0.70克，即为壳聚糖甲基1，2，4-三唑衍生物。

所述酰基硫脲壳聚糖的制备参见以下文献：Zhimei Zhong，Ronge Xing，Song Liu，Lin Wang，Shengbao Cai，Pengcheng Li.Synthesis of acylthiourea derivatives of chitosan and their antimicrobial activitiesin vitro[J].Carbohydr Res，2008，343：567-570.

红外光谱表明：壳聚糖甲基1，2，4-三唑衍生物的红外谱图(图2)与乙酰硫脲壳聚糖的红外谱图(图1)相比，在1261cm^-1出现的C＝S吸收峰明显变弱，同时1653cm^-1出现的吸收峰为C＝N的特征吸收峰，证明目标衍生物1合成成功。

实施例2壳聚糖氯甲基1，2，4-三唑衍生物(2)的制备

将4.41克分子量为23万的氯乙酰硫脲壳聚糖加入到三口瓶中，加入无水乙醇60mL，滴加乙酸酐0.9mL，加热至60℃，向其滴加含有水合肼(3.0mL)的乙醇溶液30mL，滴加完毕升温至回流，反应10小时。反应物冷却至室温，抽滤，无水乙醇洗涤，60℃下干燥，得黄色粉末3.30克，即为壳聚糖氯甲基1，2，4-三唑衍生物。

红外光谱表明壳聚糖氯甲基1，2，4-三唑衍生物的红外谱图(图4)与氯乙酰基硫脲壳聚糖的红外谱图(图3)相比，在1258cm^-1出现的C＝S吸收峰明显变弱，同时1653cm^-1出现C＝N的特征吸收峰，证明衍生物2合成成功。

实施例3壳聚糖苯基1，2，4-三唑衍生物(3)的制备

将1.60克分子量为23万的苯甲酰硫脲壳聚糖加入到三口瓶中，加入无水乙醇20mL，滴加乙酸酐0.3mL，加热至60℃，向其滴加含有水合肼(1.0mL)的乙醇溶液10mL，滴加完毕升温至回流，反应10小时。反应物冷却至室温，抽滤，无水乙醇洗涤，60℃下干燥，得白色粉末1.0克，即为壳聚糖苯基1，2，4-三唑衍生物。

红外光谱表明：壳聚糖苯基1，2，4-三唑衍生物的红外谱图(图6)与苯甲酰基硫脲壳聚糖的红外谱图(图5)相比，在1261cm^-1出现的C＝S吸收峰明显变弱，同时1656cm^-1出现C＝N的特征吸收峰，证明衍生物3合成成功。

抑菌活性测定

采用生长速率法测定样品对梨轮纹病原菌的抑菌活性。测试在3个样品浓度对梨轮纹的抑制效果。3个样品浓度为：125μg/mL，250μg/mL，500μg/mL。

实验以相同浓度的好普寡糖药剂(市售为2％的水剂)为阳性对照，以蒸馏水为阴性对照。将培养基均匀倒入2个直径为9cm的培养皿中，待完全凝固后，在每个培养皿中接种2块直径为5mm的菌饼。在27℃下培养72小时后，测量菌落直径，计算样品的抑菌率。每次处理设置2个培养皿，每皿接种2个菌落，对每个菌落测定最大直径(D_max)和最小直径(D_min)，取平均值为样品抑菌圈直径D_样品，全部试验重复一次。根据下式计算抑菌率。

抑菌率(％)＝(D_空白-D_样品)/(D_空白-5)×100

实验结果见表2

表2部分通式1壳聚糖1，2，4-三唑类衍生物对梨轮纹的抑制活性

Claims

1.一种壳聚糖1,2,4-三唑类衍生物，其特征在于，其通式如式I所示，

式I中，R为烷基、取代烷基、芳香基；n=4-4000。

2.根据权利要求1所述的壳聚糖1,2,4-三唑类衍生物，其特征在于，R为甲基、氯甲基、乙基、氯乙基、丙基、丁基或苯基、取代苯基。

3.一种权利要求1所述的壳聚糖1,2,4-三唑类衍生物的制备方法，其特征在于，

（1）以各种取代的酰基硫脲壳聚糖为母体，将其溶于溶剂中，经乙酸酐的催化，与水合肼在60-100℃，反应6-10小时合环反应；其中，溶剂的体积ml与取代的酰基硫脲壳聚糖质量g比为10-30:1；酸酐的体积与溶剂的体积比为1:10-100；各种取代的酰基硫脲壳聚糖中取代的壳聚糖酰基硫脲与水合肼的摩尔比为1:1-3；

所述各种取代的酰基硫脲壳聚糖为乙酰基硫脲壳聚糖、氯乙酰基硫脲壳聚糖或苯甲酰基硫脲壳聚糖;

（2）反应后抽滤，滤饼用溶剂洗涤，在50-60℃下进行干燥，干燥后得到壳聚糖1,2,4-三唑衍生物Ⅰ。

4.根据权利要求3所述的壳聚糖1,2,4-三唑类衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述的溶剂为乙醇、水、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或两种以上。

5.根据权利要求3所述的壳聚糖1,2,4-三唑类衍生物的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述的溶剂为甲醇、乙醇中的一种或两种。