CN104530263A - 一种没食子酸蔗渣木聚糖酯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种没食子酸蔗渣木聚糖酯的制备方法。首先以没食子酸与醋酸酐在吡啶中反应生成三乙酰没食子酸，进一步与二氯亚砜反应生成三乙酰没食子酰氯。再以对甲苯磺酸为催化剂，三乙酰没食子酰氯为酯化剂，于有机溶剂中与天然高分子生物活性物质蔗渣木聚糖进行酯化反应合成没食子酸酯化蔗渣木聚糖，然后将其分散在乙醇中，再经过滤、干燥制得没食子酸酯化蔗渣木聚糖纳米颗粒，得到纳米级高活性没食子酸蔗渣木聚糖酯。本发明所得没食子酸蔗渣木聚糖酯在药效、分散性、溶解性等方面均有提高，在医药、保健食品、功能材料等领域具有一定的应用价值。

Description

一种没食子酸蔗渣木聚糖酯的制备方法

技术领域

本发明涉及一种没食子酸蔗渣木聚糖酯的制备方法。

背景技术

木聚糖具有独特的生物活性和生理功能，在预防癌症、减肥、奶制品、食品包装膜等医药、食品、化工领域具有广泛的应用。研究表明木聚糖由于其结构特性尚不能直接应用于医药领域，需要对其改性以增强药物疗效，并提高其有效成分被吸收的几率。酯化修饰是木聚糖等多糖类天然高分子物质改性常见的方法，常见的酯化剂包括有机酸、无机酸、酸酐、酰氯等，研究合成的主要产物有木聚糖硫酸酯、木聚糖苯甲酸酯、木聚糖癸酸酯、木聚糖月桂酸酯等。没食子酸具有多种生物学活性，其抗肿瘤作用可以抑制肥大细胞瘤的转移，从而延长生存期。因此，合成没食子酸蔗渣木聚糖酯以增强木聚糖的药用价值将是一项十分有意义的工作。

传统天然高分子物质及普通高分子聚合物由于溶解性及结构特性，有效成分很难被吸收，从而限制其在医药等领域的应用。将没食子酸酯化蔗渣木聚糖制备成纳米粒子，可以有效地改善原产品的质地和颜色，提高有效成分被吸收的几率。尤其是在药物方面，聚合物纳米颗粒制剂具有普通制剂无法比拟的优点：缓释药物，延长药物作用时间；靶向输送药物；减少给药剂量，减轻或避免不良反应；提高药物的稳定性；保护药物，防止被体内酶分解；辅助核苷酸转染细胞等。纳米颗粒也为体内局部给药、黏膜给药和多肽类药物等的口服传递奠定了基础。将蔗渣木聚糖开发成为纳米颗粒制剂具有极高的药用价值。

本发明首先以没食子酸与醋酸酐在吡啶中反应生成三乙酰没食子酸，进一步与二氯亚砜反应生成三乙酰没食子酰氯。再以三乙酰没食子酰氯为酯化剂，于有机溶剂中与天然高分子生物活性物质蔗渣木聚糖进行酯化反应合成没食子酸酯化蔗渣木聚糖，然后将其制备成纳米颗粒，得到纳米级没食子酸蔗渣木聚糖酯。这种方法不仅通过没食子酸酯化引入特殊基团增强木聚糖的药物效用，有效的改善原蔗渣木聚糖的功能特性和生物活性，而且制备的产品达到纳米级，克服了原产品分散性差、难溶解等方面的限制，具备纳米颗粒制剂的功效，拓宽了蔗渣木聚糖在医药、生物领域的应用。

发明内容

本发明的目的是为了改善蔗渣木聚糖的功能特性与生物活性，克服蔗渣木聚糖粒子分散性较差、难溶解等问题，拓宽应用领域，提供一种高活性没食子酸蔗渣木聚糖酯的制备方法。

具体步骤为：

(1)将15～25g没食子酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入13～22mL分析纯醋酸酐和11～16mL分析纯吡啶，控制冰浴温度为5～25℃，搅拌下反应6～12小时。

(2)将步骤(1)所得溶液加入100mL的烧杯中，并在搅拌下向其中加入20～40mL质量分数为20％～30％的盐酸溶液，烧杯中析出白色沉淀。

(3)抽滤步骤(2)所得混合物，并用10～15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送至50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得三乙酰没食子酸。

(4)取5～10g步骤(3)所得三乙酰没食子酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30～50mL分析纯环己烷和0.1～0.5g二甲基甲酰胺，搅拌回流30分钟。

(5)控制反应温度为60～80℃，在搅拌下向步骤(4)体系中逐滴加入15～45mL分析纯二氯亚砜，控制在20～30分钟内滴加完毕，滴加完毕后继续搅拌2～4小时。

(6)将步骤(5)所得混合物倒入烧杯中，在温度为60～80℃的条件下蒸发浓缩20～60分钟，得浅棕色固体。

(7)将步骤(6)所得固体置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得三乙酰没食子酰氯。

(8)称取蔗渣木聚糖3～8g加入到250mL四口烧瓶中，并加入0.1～0.3g对甲苯磺酸与30～50mL分析纯丙酮，搅拌回流30分钟得蔗渣木聚糖悬浮液。

(9)称取2～10g步骤(7)所得三乙酰没食子酸酰氯加入到步骤(8)的反应体系中，搅拌下升温至30～55℃，反应3～6小时。

(10)抽滤步骤(9)中的混合物，并分别用10～15mL蒸馏水和5～10mL无水乙醇依次洗涤沉淀3次，得淡黄色固体粉末。

(11)将步骤(10)所得淡黄色固体粉末置入30～50mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌直至溶液的pH不再发生变化。

(12)抽滤步骤(11)所得混合物溶液，用10～15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得产品没食子酸酯化蔗渣木聚糖。

(13)采用酸碱滴定法测定产品取代度：精确称取0.50g样品，放入50mL锥形瓶中，锥形瓶中加入10mL蒸馏水，再加入2滴质量分数为5％的酚酞指示剂，用浓度为0.1mol/L的NaOH标准溶液滴定至浅红色(30s内不褪色)；向锥形瓶中加入2.5mL浓度为0.5mol/L的NaOH标准溶液；在25℃下震荡皂化4h，继续用浓度为0.5mol/L的盐酸标准溶液滴定至无色。记录滴定盐酸标准溶液的体积为V₁。在相同条件下，用蔗渣木聚糖进行空白滴定，消耗的盐酸标准溶液体积V₀。目标产物中没食子酰基的质量分数(w_c)、没食子酸酯化蔗渣木聚糖的取代度(DS)计算公式如下：

$w_C=\frac{(V_0-V_1)\×{10}^{-3}\×C_{\mathrm{HCl}}\×M}{m}$

$\mathrm{DS}=\frac{132\×w_C}{M-(M-1)\×w_C}$

式中：

w_c——目标产物中没食子酰基的质量分数，％；

V₀——滴定蔗渣木聚糖消耗盐酸标准溶液体积，单位mL；

V₁——滴定目标产物消耗的盐酸的标准溶液体积，单位mL；

C_HCl——盐酸标准溶液浓度，单位mol/L；

m——目标产物没食子酸蔗渣木聚糖酯样品的质量，单位g；

M——没食子酰基的相对分子质量；

132——蔗渣木聚糖脱水单元的相对分子质量；

DS——没食子酸蔗渣木聚糖酯的取代度。

(14)称取步骤(12)所得产品1～5g，按照固液比1:50～1:200加入质量分数为1％～2％的NaOH溶液，在30℃～50℃条件下溶解，然后用浓度为0.5mol·L^-1～5mol·L^-1的盐酸溶液调体系pH为5.5。

(15)将步骤(14)所得溶液在3倍体积的无水乙醇中沉淀，过滤后得到滤饼，再按滤饼与无水乙醇质量比1:20～1:100将滤饼分散在无水乙醇中，继续将再抽滤后的滤饼在30～50℃真空干燥箱中干燥12～24小时至恒重，制得纳米级没食子酸蔗渣木聚糖酯。

(16)采用马尔文Zetaszier Nano-ZS90仪器测量步骤(15)所得纳米级没食子酸蔗渣木聚糖酯的粒径和重均分子量。

本发明涉及的没食子酸蔗渣木聚糖酯的合成工艺包含了对酯化剂的改进，同时所得产品的粒径为24nm～105nm，达到了纳米级别，具有取代度与分散性高等特点。同时，所得产品的热稳定性明显提高，在医药、保健食品等方面具有较高的应用价值。在医药方面，本产品可制备为聚合物纳米颗粒制剂，具有延长药物作用时间、减轻或避免不良反应、提高药物稳定性等优点。在保健食品方面，可促进人体内大肠杆菌等有益菌类的增生。

附图说明

图1为原蔗渣木聚糖IR图。

图2为本发明实施例制备的没食子酸蔗渣木聚糖酯IR图。

图3为原蔗渣木聚糖TG及RTG曲线。

图4为本发明实施例制备的没食子酸蔗渣木聚糖酯TG及RTG曲线。

具体实施方式

实施例：

(1)将10g没食子酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入18mL分析纯醋酸酐和11mL分析纯吡啶，控制冰浴温度为5℃，搅拌下反应6小时。

(2)将步骤(1)所得溶液加入100mL的烧杯中，并在搅拌下向其中加入30mL质量分数为20％的盐酸溶液，烧杯中析出白色沉淀。

(3)抽滤步骤(2)所得混合物，并用15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送至50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得12.7g三乙酰没食子酸。

(4)取10g步骤(3)所得三乙酰没食子酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30mL分析纯环己烷和0.5g二甲基甲酰胺，搅拌回流30分钟。

(5)控制反应温度为60℃，在搅拌下向步骤(4)体系中逐滴加入15mL分析纯二氯亚砜，控制在25分钟内滴加完毕，滴加完毕后继续搅拌3小时。

(6)将步骤(5)所得混合物倒入烧杯中，在温度为80℃的条件下蒸发浓缩30分钟，得棕色固体。

(7)将步骤(6)所得固体置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得11.79g三乙酰没食子酰氯。

(8)称取蔗渣木聚糖3g加入到250mL四口烧瓶中，并加入0.2g对甲苯磺酸与45mL分析纯丙酮，搅拌回流30分钟得蔗渣木聚糖悬浮液。

(9)称取2g步骤(7)所得三乙酰没食子酸酰氯加入到步骤(8)的反应体系中，搅拌下升温至50℃，反应4小时。

(10)抽滤步骤(9)中的混合物，并分别用10mL蒸馏水和10mL无水乙醇依次洗涤沉淀3次，得淡黄色固体粉末。

(11)将步骤(10)所得淡黄色固体粉末置入30mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌直至溶液的pH不再发生变化。

(12)抽滤步骤(11)所得混合物溶液，用15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得产品没食子酸酯化蔗渣木聚糖2.64g。

(13)采用酸碱滴定法对没食子酸酯化蔗渣木聚糖酯化取代度进行测定，测得DS＝0.66。

(14)称取步骤(12)所得产品2g，按照固液比1:50加入质量分数为1％的NaOH溶液，在30℃条件下溶解，然后用浓度为0.5mol·L^-1的盐酸溶液调体系pH为5.5。

(15)将步骤(14)所得溶液在3倍体积的无水乙醇中沉淀，过滤后得到滤饼，再按滤饼与无水乙醇质量比1:20将滤饼分散在无水乙醇中，继续将再抽滤后的滤饼在50℃真空干燥箱中干燥12小时至恒重，制得纳米级没食子酸蔗渣木聚糖酯。

(16)采用马尔文Zetaszier Nano-ZS90仪器测量步骤(15)所得的纳米级没食子酸蔗渣木聚糖酯的粒径和重均分子量，测得粒径在24nm～105nm，重均分子量为18120g/mol。

产品经IR分析，显示3500～3400cm^-1为糖分子中带氢键的羟基伸缩振动形成的宽而强的吸收峰，2923.67cm^-1为C—H伸缩振动的吸收峰，1636.85cm^-1为酯基的伸缩振动吸收峰，1510.55cm^-1为没食子酸苯环C骨架伸缩振动峰，1041.41cm^-1为苯环上C—O伸缩振动峰，895.81cm^-1处为β-D糖苷键构型的木聚糖分子骨架振动峰。可以看出，木聚糖经过酯化后产物在1636.85cm^-1，1510.55cm^-1，1041.41cm^-1分别处出现酯基、苯环、酚羟基的红外特征吸收峰；2923.67cm^-1处的吸收峰说明由于酯基、羧基的引入使羟基的缔合作用增强。

产品经TG-DTG分析，表明原蔗渣木聚糖在0～100℃的质量损失接近20％，而改性后的没食子酸蔗渣木聚糖酯的质量损失为11％；在200℃之后原蔗渣木聚糖分解速率与质量损失与改性后产品无明显差异。说明在低温状态下，对比原蔗渣木聚糖，产物没食子酸蔗渣木聚糖酯的热稳定性提高。

Claims (2)

1.一种制备没食子酸蔗渣木聚糖酯的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将15~25g没食子酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入13~22mL分析纯醋酸酐和11~16mL分析纯吡啶，控制冰浴温度为5~25℃，搅拌下反应6~12小时；

（2）将步骤（1）所得溶液加入100mL的烧杯中，并在搅拌下向其中加入20~40mL质量分数为20%~30%的盐酸溶液，烧杯中析出白色沉淀；

（3）抽滤步骤（2）所得混合物，并用10~15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送至50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得三乙酰没食子酸；

（4）取5~10g步骤（3）所得三乙酰没食子酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30~50mL分析纯环己烷和0.1~0.5g 二甲基甲酰胺，搅拌回流30分钟；

（5）控制反应温度为60~80℃，在搅拌下向步骤（4）体系中逐滴加入15~45mL分析纯二氯亚砜，控制在20~30分钟内滴加完毕，滴加完毕后继续搅拌2~4小时；

（6）将步骤（5）所得混合物倒入烧杯中，在温度为60~80℃的条件下蒸发浓缩20~60 分钟，得浅棕色固体；

（7）将步骤（6）所得固体置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得三乙酰没食子酰氯；

（8）称取蔗渣木聚糖3~8g加入到250mL四口烧瓶中，并加入0.1~0.3g对甲苯磺酸与30~50mL分析纯丙酮，搅拌回流30分钟得蔗渣木聚糖悬浮液；

（9）称取2~10g步骤（7）所得三乙酰没食子酸酰氯加入到步骤（8）的反应体系中，搅拌下升温至30~55℃，反应3~6小时；

（10）抽滤步骤（9）中的混合物，并分别用10~15mL蒸馏水和5~10mL无水乙醇依次洗涤沉淀3次，得淡黄色固体粉末；

（11）将步骤（10）所得淡黄色固体粉末置入30~50mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌直至溶液的pH不再发生变化；

（12）抽滤步骤（11）所得混合物溶液，用10~15mL蒸馏水洗涤沉淀3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得产品没食子酸酯化蔗渣木聚糖；

（13）称取步骤（12）所得产品1~5g，按照固液比1:50~1:200加入质量分数为1%~2%的NaOH溶液，在30℃~50℃条件下溶解，然后用浓度为0.5mol·L^-1~5mol·L^-1的盐酸溶液调体系pH为5.5。

2.（14）将步骤（13）所得溶液在3倍体积的无水乙醇中沉淀，过滤后得到滤饼，再按滤饼与无水乙醇质量比1:20~1:100将滤饼分散在无水乙醇中，继续将再抽滤后的滤饼在30~50℃真空干燥箱中干燥12~24小时至恒重，制得纳米级没食子酸蔗渣木聚糖酯。