CN104774291B - 一种壳聚糖接枝肉桂酰产物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖接枝肉桂酸衍生物及其制备方法和应用，壳聚糖接枝肉桂酸衍生物为式Ⅰ的6‑O‑肉桂酰壳聚糖；式Ⅰ中R为肉桂酰基；n为聚合度≥2；所述衍生物是在壳聚糖分子的6‑O位接入肉桂酸文字描述分子活性结构。所述的制备方法为将肉桂酰氯与壳聚糖的氨基保护物反应制备而得。上述的壳聚糖接枝肉桂酰衍生物在制备水基杀菌剂中的应用。

Description

一种壳聚糖接枝肉桂酰产物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及化学化工工程技术领域，具体涉及一种壳聚糖接枝肉桂酰产物及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，人民健康意识不断增强，食品安全和环境污染问题已引起公众的高度关注。由于目前农业上大多使用的是化学农药，因农药残留导致的食品安全和环境污染问题日益突出，有害农药残留已严重影响农业的可持续发展和人类健康。因此，研制高效、低毒、低残留生物农药的呼声越来越高。

我国是一个农业大国，同时也是一个海洋大国，利用丰富的海洋生物资源，开发新型海洋生物源农药，是一个新的应用前景广阔的研究领域。甲壳素是来源于虾、蟹、昆虫等节肢动物的外壳或软体动物的外壳以及真菌、低等藻类的细胞壁。甲壳素含量丰富，是含量仅次于纤维素的第二大天然生物多糖。壳聚糖作为甲壳素的脱乙酰产物，具有无毒、生物相容性好、可自然降解等特点。此外，壳聚糖还能抑制植物病原真菌以及诱导植物产生抗病性，以壳聚糖、寡糖为原料研制的海洋生物源农药已有多个产品面市。

壳聚糖和寡糖制品普遍存在抑菌活性低和水溶性差等方面的不足，通过对壳聚糖进行定位修饰、接枝共聚等手段进行化学改性，导入抑菌活性基团，能够获得具有较高抑菌活性的壳聚糖衍生物。壳聚糖自身的抑菌活性主要源于其携带有大量的正电荷，因此向壳聚糖分子中引入含有正电荷的活性基团将有望获得高抑菌活性的壳聚糖接枝衍生物。肉桂酸是从肉桂皮或安息香分离出的有机酸，其衍生物具有一定的络合性能，同时还具有杀菌防腐、解热镇痛、抗风湿等作用，医药上常用做杀菌防腐剂，也用于某些皮肤病治疗；肉桂醛大量存在于肉桂等植物体内，可从肉桂树皮、樟树树皮中提取，可用作香料、杀虫剂、抗菌素、抗癌药物等。因此，本发明提出以肉桂酸或肉桂醛、肉桂醇作为活性基团接入壳聚糖分子中，使壳聚糖与抑菌活性基团产生协同作用，同时使合成物能够保持壳聚糖无毒、易降解和生物相容性好的特点，为研制新型海洋生物农药奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种壳聚糖接枝肉桂酸衍生物及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种壳聚糖接枝肉桂酸衍生物，接枝壳聚糖衍生物为式Ⅰ的6-O-肉桂酰壳聚糖；式Ⅰ中R为肉桂酰基；n为聚合度≥2；

所述衍生物是在壳聚糖分子的6-O位接入肉桂酸或肉桂酸的酰卤产物。

一种壳聚糖接枝肉桂酰基的制备方法，衍生物为将肉桂酰氯与壳聚糖的氨基保护物反应制备而得。

以肉桂酸或肉桂醛为原料，与二氯亚砜反应获得肉桂酸衍生物—肉桂酰氯；壳聚糖的氨基保护物(N-邻苯二甲酰基壳聚糖)与肉桂酰氯反应生成2-N-邻苯二甲酰基-6-O-肉桂酰基壳聚糖；

将所得2-N-邻苯二甲酰基-6-O-肉桂酰基壳聚糖在水合肼溶液中脱去邻苯二甲酰基得6-O-肉桂酰壳聚糖。

所述壳聚糖的氨基保护采用与邻苯二甲酸酐生成N-邻苯二甲酰基壳聚糖；其中壳聚糖分子聚合度不小于2，脱乙酰度＞80％。

所述肉桂酰氯是以肉桂酸为原料，与肉桂酸1～3倍当量的二氯亚砜反应，获得。将肉桂酸用1,2-二氯乙烷溶解，与二氯亚砜反应，于50℃～60℃油浴中回流，通过薄层色谱法跟踪，减压除去1,2-二氯乙烷和过量的SOCl₂，石油醚重结晶，减压蒸去溶剂，得固体产物。

所述肉桂酰氯也可以肉桂醛为原料，加入醋酸铜过渡金属盐和Ag/C催化剂，用空气氧化合成肉桂酸，再按上述方法制得。

所述壳聚糖的氨基保护产物是以壳聚糖为原料，在二甲基甲酰胺中均匀溶胀分散，加入约3倍量的邻苯二甲酸酐，120℃搅拌回流8h后冷却至室温，倾倒入冰水中，减压过滤并用蒸馏水洗涤，过滤后将产物分散于乙醇中，用乙醇完全洗涤，过滤、烘干得到N-邻苯二甲酰基壳聚糖。

将N-邻苯二甲酰基壳聚糖分散于N,N-二甲基甲酰胺(体积为氨基保护壳聚糖质量的50倍)中，置于装有磁力搅拌器和带有干燥器冷凝管的三口烧瓶中，于60℃下搅拌30min，温度降至室温后，依次逐滴加入含肉桂酰氯(滴入量为3倍N-邻苯二甲酰基壳聚糖的当量)的N,N-二甲基甲酰胺溶液于35℃下反应10h。将反应液倒入4倍量无水乙醇中，于4℃下沉淀1h，用无水乙醇洗涤离心3次，将沉淀溶于蒸馏水中，冷冻干燥得淡黄色产物，即为酰化产物2-N-邻苯二甲酰基-6-O-肉桂酰基壳聚糖。

取所述2-N-邻苯二甲酰基-6-O-肉桂酰基壳聚糖加入N-甲基-2-吡咯烷酮和80％水合肼(二者等体积)中，80℃回流6h，反应液倒入4倍体积无水乙醇中沉淀，离心，固体用乙醇充分洗涤，然后冻成固体，最后冷冻干燥，得褐色粉末产物，即肉桂酰壳聚糖。

作用原理：对壳聚糖进行接枝是改善其理化性质和生物活性的主要手段，向壳聚糖中引入肉桂酸，有助于提高壳聚糖衍生物与病菌的作用能力，提高衍生物的生物活性。

本发明的另一目的在于提供一种上述的壳聚糖接枝肉桂酰衍生物在制备水基杀菌剂中的应用。具体为以壳聚糖接枝肉桂酰衍生物为主要活性成分，以水为溶剂，添加助剂制备而成。

本发明所具有的特点：

1.本发明在壳聚糖结构中引入肉桂酸活性结构后，可提高壳聚糖的水溶解性能及对微生物的生物活性。

2.本发明制备的壳聚糖接枝肉桂酸衍生物具有良好的水溶性，克服了壳聚糖自身水溶解性差的缺点，拓展了其应用领域。

3.本发明制备的壳聚糖接枝肉桂酸衍生物具有抗菌活性，在农用杀菌剂、兽药、医药、化妆品等领域有着潜在的应用价值。

附图说明

图1为本发明实施所使用的壳聚糖和目标产物肉桂酰壳聚糖红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

实施例1

4.0g(27mmol)肉桂酸置于200ml圆底烧瓶中，用110mL 1,2-二氯乙烷溶解，然后加入5.4mL SOCl₂，在50-60℃油浴中回流，薄层色谱法(TLC)跟踪，2h后待反应完全。减压除去1,2-二氯乙烷和过量的SOCl₂，石油醚重结晶，减压蒸去溶剂，获得肉桂酰氯。

3.0g(约18mmol)壳聚糖(MW＝325kDa)，60mL二甲基甲酰胺(含有5％(v/v)的水)，室温下搅拌使壳聚糖均匀溶胀分散在溶剂中后，再加入8g邻苯二甲酸酐(54mmol)，120℃搅拌回流8h后冷却至室温，将反应物倾倒入冰水中，减压过滤并用蒸馏水洗涤，过滤后将产物分散于乙醇中，用乙醇完全洗涤，过滤、烘干得到棕色粉末状固体N-邻苯二甲酰基壳聚糖(NPC)。

2.0g(6.8mmol)的N-邻苯二甲酰基壳聚糖分散于40mL N,N-二甲基甲酰胺中，置于装有磁力搅拌器和带有干燥器冷凝管的三口烧瓶中，于60℃下搅拌30min，温度降至室温后，逐滴加入含肉桂酰氯的N,N-二甲基甲酰胺溶液37mL于35℃下反应10h。将反应液倒入4倍量无水乙醇中，于4℃下沉淀1h，用无水乙醇洗涤离心3次，将沉淀溶于蒸馏水中，冷冻干燥得淡黄色产物，即为2-N-邻苯二甲酰-6-O-肉桂酰基壳聚糖。

2.0g上述酰化产物加入100ml N-甲基-2-吡咯烷酮和100ml 80％水合肼中，80℃回流6h，反应液倒入4倍体积无水乙醇中沉淀，离心，固体用乙醇充分洗涤，然后冻成固体，最后冷冻干燥，得褐色粉末产物，即肉桂酰壳聚糖0.8657g(参见图1)

如图1所示，壳聚糖红外特征吸收(cm^-1)：3450(νO-H，νN-H)，1614(νC＝O)，1390(νC-H)，1122(νC3-OH)，1076(νC6-OH)。

肉桂酰壳聚糖红外特征吸收(cm^-1)：3444(νO-H，νN-H)，1660(νC＝O)，1411(Ν-H)，1174(νC-O-C)，1170(νC3-OH),1087(νC6-OH)。

其中1080cm^-1附近的νC6-OH光谱吸收减弱明显，而1600cm^-1附近的νC＝O吸收相对于1400cm^-1附近νC-H的光谱吸收有所增强，表明壳聚糖分子C-6位成功接入羰基，合成目标产物肉桂酰壳聚糖。

实施例2

溶解度测定：0.5g实施例1的产物悬浮于10ml水中，25℃下搅拌2h。通过5000rpm离心15min，移去上清液。沉淀用乙醇完全洗涤。沉淀物在五氧化二磷真空干燥器中干燥后称重。通过计算壳聚糖溶解的百分比例得到壳聚糖及肉桂酰壳聚糖的溶解度分别为0.416g/100mL和0.805g/100mL。

实施例3

采用生长速率法测定供试样品的抑菌活性。将供试样品用灭菌水配制成2mg/ml的浓度，壳聚糖采用0.07％(V/V)醋酸溶液配制。量取1ml样品溶剂于刻度试管中，倒入融化的PDA培养基定容至10ml，待培养基冷却凝固后得混药平板。用打孔器(直径4mm)将预先培养的供试菌打制成菌饼，将供试菌饼倒置放于培养基表面中央，每一处理做3次重复，设置相应的溶剂对照。25℃恒温培养72h后用十字交叉法开始测量菌落扩展直径，按下式计算菌丝生长抑制率(参见表1)。

表1壳聚糖接枝肉桂酸衍生物的抑菌活性

供试浓度为0.1mg/ml，表中数据为三次测定的平均值，“-”表示未检测到抑菌活性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种壳聚糖接枝肉桂酰产物在制备防治小麦纹枯病菌、小麦赤霉病菌、苹果炭疽病菌或番茄灰霉病菌水基杀菌剂中的应用，所述壳聚糖接枝肉桂酰产物结构通如式Ⅰ所示，

式Ⅰ中R为肉桂酰基，n为聚合度≥2。