CN104610554A - 一种释药性交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种释药性交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖的制备方法。以蔗渣木聚糖为起始原料，水为溶剂，氢氧化钠为酯化催化剂，乙二醛为交联剂，丁二酸酐和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵分别为阴离子、阳离子试剂,通过催化酯化、季铵化、交联三元变性制备一种交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖衍生物。蔗渣木聚糖经过阴、阳离子试剂改性后，通过醇羟基与交联剂乙二醛的官能团形成二醚键或二酯键，使得两个或两个以上的两性蔗渣木聚糖分子之间形成“架桥”，呈现多维网络结构，对热、酸和剪切力等的影响具有更高的稳定性。本发明所得交联两性蔗渣木聚糖衍生物对于药物的负载及释放具有较为理想的作用，在生物医药及材料等领域具有重要的应用研究价值。

Description

一种释药性交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖的制备方法

技术领域

本发明涉及一种释药性交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖的制备方法。

背景技术

近年来，人们对木聚糖的认识逐渐加深，对其结构与性能的研究给予了较多的关注。目前相关的研究主要集中在对木聚糖的简单改性研究，主要的改性方式有氧化、醚化、酯化、交联等单变性研究。交联木聚糖是通过木聚糖的醇羟基与交联剂的多元官能团结合成二醚键或二酯键等，使两个或两个以上的木聚糖大分子之间“架桥”在一起，从而使木聚糖呈现多维网络结构，稳定性明显提高。两性木聚糖则是在同一木聚糖链上即接有阳离子活性基团又接有阴离子活性基团的木聚糖衍生物。在具有天然高分子基本与功能性能的基础上，两性木聚糖则具有阳离子木聚糖的性能又具有阴离子木聚糖的性能。相对于单一阳离子木聚糖、阴离子木聚糖的单改性衍生物研究，其更为优越的性能拓宽了应用领域。目前国内外对两性木聚糖的研究尚处于起步阶段，其应用领域与潜能尚待开发。

在高分子药物载药和释药等方面的研究与应用主要集中在聚甲基丙烯酸酯、聚乳酸羟基乙酸-聚乙二醇单甲醚共聚物、壳聚糖及其衍生物等材料。如壳聚糖在释药的过程中可对释药速度进行控制，是一种较好的释药材料，但因其带有正电荷及生物相容性不理想等，使其在医药应用领域受到限制，而通过阴、阳离子修饰及交联的蔗渣木聚糖，可增大载药释药量，提高生物相容性，扩大应用领域。交联两性木聚糖的研究开辟了蔗渣木聚糖在药物材料研究方面的新领域。

本发明以水为溶剂，通过在蔗渣木聚糖上依次反应连接上阴、阳离子试剂，得到具有两性性质的木聚糖衍生物，再进行交联反应，使合成的交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖木聚糖衍生物形成空间网状结构，开发与提供一种用于载药和释药的新型高分子材料。

发明内容

本发明的目的是为了改善蔗渣木聚糖的性质性能，使其具备更多的应用性能，拓宽其应用领域，提供一种制备释药性交联两性蔗渣木聚糖的方法。

具体步骤为：

(1)将蔗渣木聚糖在60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得干基蔗渣木聚糖。

(2)称取2～5g步骤(1)所得干基蔗渣木聚糖与5mL蒸馏水加入反应器中，配成混合均匀的蔗渣木聚糖悬浮液。

(3)将步骤(2)体系升温至55～65℃，缓慢加入2～5mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌活化1～2小时。

(4)称取1.6～2.5g丁二酸酐，均分为四份依次加入步骤(3)体系中，每次投料间隔20分钟，投料完毕后加入2～10mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持反应体系pH为9～12，控制反应温度50～65℃，反应时间5～8小时。

(5)分别量取体积比为3︰1︰2～3的质量分数为30％的三甲胺水溶液、质量分数为36％的浓盐酸和分析纯环氧氯丙烷，将36％浓盐酸滴加到已加入三甲胺水溶液的另一个反应器中，搅拌10～15分钟至均匀；再加入分析纯环氧氯丙烷，控制反应温度25～35℃，反应时间1～2小时，得液体阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride，简称CHTAC)。

(6)将步骤(5)所得阳离子醚化剂CHTAC倒入100mL烧杯中，加入30～50mL体积分数为95％的乙醇，搅拌混合均匀。

(7)将步骤(6)所得混合溶液用恒压滴液漏斗控制在2～3小时内滴加到步骤(4)所得物料中，维持体系温度为50～70℃；继续加入2～7mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持体系pH在9～13，搅拌下反应6～9小时。

(8)将1.0～2.0g的乙二醛加入步骤(7)体系中，加入2～5mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，调节体系pH至10～12，在温度40～50℃下进行交联反应2小时。

(9)用30～50mL体积分数为95％的乙醇沉淀步骤(8)所得溶液，抽滤，得滤饼；依次分别用20～30mL蒸馏水、15～25mL体积分数为95％的乙醇各洗涤滤饼2～3次，至用浓度为0.05mol/L的硝酸银溶液检测洗涤后的滤液无白色沉淀。

(10)将步骤(9)所得洗涤过的滤饼放入玻璃皿中，置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖。

(11)用酸碱滴定法测定产物样品的阴离子取代度，具体方法如下：精确称量2.0g交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖放入100mL的锥形瓶中，加入25mL蒸馏水，滴入2～3滴酚酞指示剂，用0.1mol/L的NaOH标准溶液滴定至微红色；继续用移液管加入25mL浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，用振荡器震荡30分钟进行皂化；用0.5mol/L的HCl标准溶液滴定至无色；在相同条件下，进行空白滴定。取代基含量(w)、阴离子取代度(DS)计算式如下：

$w=\frac{(V_0-V_1)\×{10}^{-3}\×C\×96\×100}{m}$

$\mathrm{DS}=\frac{132w}{9600-95w}$

式中：w——丁二酸酐基质量分数，％；

V₁——样品消耗的HCl标准溶液的体积，单位mL；

V₀——空白消耗的HCl标准溶液的体积，单位mL；

C——HCl标准溶液的浓度，单位mol/L；

m——样品的质量，单位g；

96——取代基的相对分子质量；

132——蔗渣木聚糖脱水木糖单元的相对分子质量。

(12)参照凯氏定氮法测定产物的阳离子取代度，具体方法如下：精确称取1.0g的样品放入250mL三口烧瓶中，加入0.5g催化剂硫酸铜，10g硫酸钾，少许沸石，再加入取20mL质量分数为98％浓硫酸，轻轻摇匀。在微沸状态下，硝化裂解至反应液呈蓝绿色。用20mL质量分数为40％的氢氧化钠溶液碱化，蒸馏释放氨气，用4％的硼酸溶液吸收；再用0.01mol/L的HCl标准溶液滴定至无色。在相同条件下，进行空白滴定。含氮量(n)、木聚糖阳离子取代度(DS)计算方法如下：

$n=\frac{1.4\×C\×(V_1-V_0)}{121.5}$

$\mathrm{DS}=\frac{132\×\left({n-n}_0\right)}{m-121.5\×\left({n-n}_0\right)}$

式中：n——样品的含氮量，单位mol；

C——HCl标准溶液的浓度，单位mol/L；

V₀——记录空白消耗HCl标准溶液的体积，单位mL；

V₁——记录样品消耗HCl标准溶液的体积，单位mL；

n₀——空白样的含氮量，单位mol；

m——样品的质量，单位g。

本发明涉及蔗渣木聚糖经过阴、阳离子试剂改性后，通过醇羟基与交联剂乙二醛的官能团形成二醚键或二酯键，使得两个或两个以上的两性蔗渣木聚糖分子之间形成“架桥”，呈现多维网络结构，对热、酸和剪切力等的影响具有更高的稳定性。通过制备微球的方式，该交联两性蔗渣木聚糖衍生物对于药物的负载及释放具有较为理想的作用，在生物医药及材料等领域具有重要的应用研究价值。

附图说明

图1为原蔗渣木聚糖IR图。

图2为本发明实施例制得的交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖IR图。

图3为原蔗渣木聚糖SEM图。

图4为发明实施例制得的交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖SEM图。

具体实施方式

实施例1：

(1)将蔗渣木聚糖在60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得干基蔗渣木聚糖。

(2)称取步骤(1)所得干基蔗渣木聚糖3.0g与5mL蒸馏水加入反应器中，配成混合均匀的蔗渣木聚糖悬浮液。

(3)将步骤(2)体系升温至55～65℃，缓慢加入3mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌活化1小时。

(4)称取2.0g丁二酸酐，均分为四份依次加入步骤(3)体系中，每次投料0.5g，间隔20分钟；投料完毕后加入5mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持反应体系pH为9，控制反应温度50℃，反应时间6小时。

(5)量取9mL质量分数为30％的三甲胺水溶液加入到另一个反应器中，将3mL质量分数为36％的浓盐酸滴加到质量分数为30％三甲胺水溶液中，搅拌10分钟至均匀；再加入7.8mL分析纯环氧氯丙烷，控制反应温度25℃，反应时间2小时，得液体阳离子醚化剂CHTAC。

(6)将步骤(5)所得阳离子醚化剂CHTAC倒入100mL烧杯中，加入30～50mL体积分数为95％的乙醇，搅拌混合均匀。

(7)将步骤(6)所得混合溶液用恒压滴液漏斗控制在2小时内滴加到步骤(4)所得物料中，维持体系温度为60℃；继续加入4mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持体系pH在10，搅拌下反应6小时。

(8)将2.0g乙二醛加入步骤(7)体系中，加入2mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，调节体系pH至10，在温度45℃下进行交联反应2小时。

(9)用30mL体积分数为95％的乙醇沉淀步骤(8)所得溶液，抽滤，得滤饼；依次分别用20mL蒸馏水、15mL体积分数为95％的乙醇洗涤滤饼各3次，至用浓度为0.05mol/L的硝酸银溶液检测洗涤后的滤液无白色沉淀。

(10)将步骤(9)所得洗涤过的滤饼放入玻璃皿中，置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖。

(11)测定交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖的阴离子取代度为0.14，阳离子取代度为0.12。

实施例2：

(1)将蔗渣木聚糖在60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得干基蔗渣木聚糖。

(2)称取步骤(1)所得干基蔗渣木聚糖2.0g与5mL蒸馏水加入反应器中，配成混合均匀的蔗渣木聚糖悬浮液。

(3)将步骤(2)体系升温至55℃，缓慢加入4mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌活化1.5小时。

(4)称取1.6g丁二酸酐，均分为四份依次加入步骤(3)体系中，每次投料0.4g，间隔30分钟；投料完毕后加入6mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持反应体系pH为10，控制反应温度60℃，反应时间7小时。

(5)量取9mL质量分数为30％的三甲胺水溶液加入到另一个反应器中，将3mL质量分数为36％的浓盐酸滴加到质量分数为30％三甲胺水溶液中，搅拌10分钟至均匀；再加入7.8mL分析纯环氧氯丙烷，控制反应温度25℃，反应时间2小时，得液体阳离子醚化剂CHTAC。

(6)将步骤(5)所得阳离子醚化剂CHTAC倒入100mL烧杯中，加入40mL体积分数为95％的乙醇，搅拌混合均匀。

(7)将步骤(6)所得混合溶液用恒压滴液漏斗控制在2小时内滴加到步骤(4)所得物料中，维持体系温度为60℃；继续加入5mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持体系pH在11，搅拌下反应8小时。

(8)将1.0g乙二醛加入步骤(7)体系中，加入3mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，调节体系pH至10，在温度45℃下进行交联反应2小时。

(9)用40mL体积分数为95％的乙醇沉淀步骤(8)所得溶液，抽滤，得滤饼；依次分别用30mL蒸馏水、20mL体积分数为95％的乙醇洗涤滤饼各3次，至用浓度为0.05mol/L的硝酸银溶液检测洗涤后的滤液无白色沉淀。

(10)将步骤(9)所得洗涤过的滤饼放入玻璃皿中，置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖。

(11)测定交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖的阴离子取代度为0.20，阳离子取代度为0.17。

产品经IR分析，1722.64cm^-1处为酯基振动吸收峰，1551.79cm^-1处为羧基振动吸收峰，1442.04cm^-1处为羧基离子振动吸收峰，1209.36cm^-1处为脂肪烷烃衍生物C—N键的振动吸收峰。2913.36cm^-1～2975.20cm^-1范围吸收峰个数的增多，这是C—N伸缩振动与酯基振动引起。SEM分析结果显示了改性前后的颗粒表面形貌，可以看出原蔗渣木聚糖的颗粒形貌比较平滑，属于非晶体，呈无定形态。交联两性蔗渣木聚糖颗粒表面比较粗糙，有许多块状的固体和很多沟壑，显然原蔗渣木聚糖的结构受到破坏或发生明显变化。

Claims (1)

1.一种释药性交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将蔗渣木聚糖在60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得干基蔗渣木聚糖；

（2）称取2~5g步骤（1）所得干基蔗渣木聚糖与5mL蒸馏水加入反应器中，配成混合均匀的蔗渣木聚糖悬浮液；

（3）将步骤（2）体系升温至55~65℃，缓慢加入2~5mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，搅拌活化1~2小时；

（4）称取1.6~2.5g丁二酸酐，均分为四份依次加入步骤（3）体系中，每次投料间隔20分钟，投料完毕后加入2~10mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持反应体系pH为9~12，控制反应温度50~65℃，反应时间5~8小时；

（5）分别量取体积比为3︰1︰2~3的质量分数为30%的三甲胺水溶液、质量分数为36%的浓盐酸和分析纯环氧氯丙烷，将36%浓盐酸滴加到已加入三甲胺水溶液的另一个反应器中，搅拌10~15分钟至均匀；再加入分析纯环氧氯丙烷，控制反应温度25~35℃，反应时间1~2小时，得液体阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵即3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride，简称CHTAC；

（6）将步骤（5）所得阳离子醚化剂CHTAC倒入100mL烧杯中，加入30~50mL体积分数为95%的乙醇，搅拌混合均匀；

（7）将步骤（6）所得混合溶液用恒压滴液漏斗控制在2~3小时内滴加到步骤（4）所得物料中，维持体系温度为50~70℃；继续加入2~7mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，维持体系pH在9~13，搅拌下反应6~9小时；

（8）将1.0~2.0g的乙二醛加入步骤（7）体系中，加入2~5mL浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，调节体系pH至10~12，在温度40~50℃下进行交联反应2小时；

（9）用30~50mL体积分数为95%的乙醇沉淀步骤（8）所得溶液，抽滤，得滤饼；依次分别用20~30mL蒸馏水、15~25mL体积分数为95%的乙醇各洗涤滤饼2~3次，至用浓度为0.05mol/L的硝酸银溶液检测洗涤后的滤液无白色沉淀；

（10）将步骤（9）所得洗涤过的滤饼放入玻璃皿中，置于50℃的真空干燥箱中干燥至恒重即得交联酯化-季铵化蔗渣木聚糖。