CN106366216A - 一种双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的合成方法。以蔗渣木聚糖为原料，在氨基三磺酸钠水相酯化法合成蔗渣木聚糖硫酸酯基础上，用磺柳酸与碳酸氢钠反应制备水杨酸‑5‑磺基酸钠作为后续酯化反应的羧酸酯化剂；以对甲基苯磺酸为催化剂，在甲苯溶剂中合成磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯钠盐；用稀硫酸将pH调至酸性，加入三倍的无水乙醇，抽滤得磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯粗产物；用丙酮和无水乙醇洗涤粗产品。本发明工艺简单，产品兼具蔗渣木聚糖磺柳酸酯和蔗渣木聚糖硫酸酯的性质，有较高的生物活性、良好的水溶性和较为完整的晶型结构。经过酯化改性后的蔗渣木聚糖硫酸酯即有更高的抗HIV活性，还有了抗炎、杀菌、抗肿瘤等活性。

Description

一种双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的合成方法

技术领域

本发明涉及一种双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的合成方法。

背景技术

木聚糖改性后因具有多种功能特性和诸多应用价值，近年来成为引起了国内外学者的广泛兴趣。木聚糖结构分子链上的羟基可采用多种基团与木聚糖上的羟基发生化学反应，常用的化学改性方法是酯化改性，主要包括硫酸酯化、羧酸酯化、磷酸酯化等单酯化改性。

自1987年原联邦德国Bayer公司与Hoechst公司联合研究了一种多聚木糖硫酸酯类抗艾滋病的药物，硫酸酯化多糖可作为抗艾滋病的药物引起人们广泛的重视。目前国内外已有多种不同来源的木聚糖被用于合成木聚糖硫酸酯，研究表明经过硫酸酯化改性后的木聚糖硫酸酯经检测不仅具有抗HIV活性，同时也具有抗凝血活性和药物缓释性能等。木聚糖硫酸酯中的硫酸酯基一种抗生物活性基团，但其活性有限。木聚糖硫酸酯的木糖结构单元中还有大量未被取代的羟基，可以通过进一步酯化、接枝等化学改性方法引入新的活性基团以提高其生物活性。磺柳酸是一种有机酸，它的水溶性好、稳定、无毒，有研究表明磺柳酸具有杀菌消毒作用。如果将磺柳酸基团引入木聚糖硫酸酯，将得到具有双活性的木聚糖衍生物，产物中因具有磺柳酸酯基这一新的活性基团，使该双酯化产物的抗生物活性增强。

本发明以蔗渣木聚糖硫酸酯为起始原料，用磺柳酸为第二步酯化反应的酯化剂，对甲基苯磺酸为催化剂，经酯化反应合成了双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯。

发明内容

本发明的目的是为了提高蔗渣木聚糖硫酸酯的生物活性，提供一种双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的制备方法，为进一步研制蔗渣木聚糖酯化衍生物类生物活性物质提供一定的依据和参考。

本发明的具体步骤为：

(1)将6～8g固体NaHSO₃与25～30mL蒸馏水依次加入容积为250mL的四口烧瓶中，室温下搅拌溶解均匀得NaHSO₃溶液。

(2)在搅拌下加热步骤(1)所得的NaHSO₃溶液至温度为80～90℃，均匀滴加质量分数为20％的NaNO₂溶液4～7mL，控制20～30分钟滴加完毕，继续搅拌10～15分钟，得酯化剂氨基三磺酸钠溶液。

(3)称取3～6g蔗渣木聚糖加入到步骤(2)所得氨基三磺酸钠溶液中，再加入0.03～0.2g催化剂12-钨磷酸；控制反应温度为40～60℃，采用质量分数为5％氢氧化钠溶液调整反应体系pH为7～10，在搅拌下反应4～6小时。

(4)向步骤(3)所得反应液中加入30～50mL的分析纯丙酮，沉淀15～20分钟；抽滤，并用15～20mL分析纯丙酮洗涤沉淀物滤饼3次。

(5)将步骤(4)所得洗涤后的沉淀物置于250mL的四口烧瓶中，加入40～50mL蒸馏水，在搅拌下滴加2～5mL质量分数为38％的盐酸溶液，滴加完毕后继续搅拌10～15分钟。

(6)将步骤(5)中所得溶液转移到500mL的烧杯中，在玻璃棒搅拌下加入25～30mL分析纯丙酮，析出沉淀后抽滤，得到蔗渣木聚糖硫酸酯粗产物。

(7)将步骤(6)中所得的粗产品用10～15mL分析纯丙酮洗涤3次，抽滤，得沉淀物。

(8)将步骤(7)中所得的沉淀物置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得蔗渣木聚糖硫酸酯。

(9)称取2～8g步骤(8)所得蔗渣木聚糖硫酸酯加入到250mL四口烧瓶中，再加入50～100mL甲苯，搅拌均匀。

(10)将3～10g磺柳酸加入到步骤(9)所得物料中，搅拌使其溶解。再加入0.1～0.3g对甲基苯磺酸，维持体系温度在45～55℃，搅拌下反应4～6小时。

(11)将2～5mL质量分数为5％～10％的硫酸溶液加入步骤(10)所得体系中，调节体系pH至4～6，室温下搅拌0.5～1小时。

(12)将150～200mL的分析纯无水乙醇加入步骤(11)所得物料中，搅拌下析出沉淀并抽滤，得到双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯粗产物。

(13)将步骤(12)所得双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯粗产物依次分别用30～50mL的分析纯丙酮和分析纯无水乙醇各洗涤1～2次，抽滤后将产物置于50℃的恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，得双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯。

(14)采用BaSO₄-明胶分光光度法对双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的硫酸酯化取代度进行测定。硫酸酯化取代度(DS_S)的计算公式如下：

${\mathrm{DS}}_S=\frac{132\×S\%}{32-102\×S\%}$

式中：

132——蔗渣木聚糖分子中木糖单元的相对分子质量；

102——多糖分子中的1个羟基被取代后变为—OSO₃Na，相对分子质量的增加值；

32——S的相对原子质量；

S％——样品中硫酸酯集团中硫元素的质量百分含量。

(15)采用酸碱滴定法对双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的进行羧酸酯化取代度测定，具体方法及步骤如下：准确称取约0.5g样品置入50mL锥形瓶中，加入10mL蒸馏水，摇匀，加入2滴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内不会褪色)。再用移液管加入2.5mL浓度为0.5mol/L的NaOH标准溶液，摇匀，密封，在室温下震荡皂化4小时。之后用浓度为0.5mol/L的盐酸标准溶液滴定至无色，即为滴定终点。羧酸酯化取代度(DS_C)的计算式如下：

$w\left(\%\right)=\frac{(V_0-V_1)x{10}^{-3}{\mathrm{xC}}_{HC1}x237}{m}$

${\mathrm{DS}}_C=\frac{132w}{23700-(237-1)w}x100$

式中：

w——蔗渣木聚糖中含有酯羰基的质量分数，％；

V₀——滴定蔗渣木聚糖硫酸酯和磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯中磺酸基总共消耗盐酸标准溶液体积，单位mL；

V₁——滴定双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯消耗的盐酸标准溶液体积，单位mL；

C_HCl——盐酸标准溶液浓度，单位mol/L；

M——双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯样品的质量，单位g；

237和132——磺柳酸脱去一个羧羟基和蔗渣木聚糖脱水木糖单元的相对分子质量。

本发明以磺柳酸和氨基三磺酸钠为酯化剂，将蔗渣木聚糖经双酯化修饰制备磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯，工艺条件易于控制，产品具有较高的生物活性、良好的水溶性和表面活性。

附图说明

图1为蔗渣木聚糖的SEM照片。

图2为双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的SEM照片。

图3为原蔗渣木聚糖IR图。

图4为双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯IR图。

图5为原蔗渣木聚糖的XRD图。

图6为双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的XRD图。

图7为原蔗渣木聚糖的TG及DTG曲线。

图8为双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的TG及DTG曲线。

具体实施方式

实施例：

(1)将5.0gNaHSO₃固体和25mL蒸馏水加入四口烧瓶中，在室温下搅拌均匀得NaHSO₃溶液。

(2)在搅拌下加热步骤(1)所得的NaHSO₃溶液至温度为85±2℃，均匀滴加质量分数为20％的NaNO₂溶液4mL，控制20分钟滴加完毕后，继续搅拌10分钟，得酯化剂氨基三磺酸钠溶液。

(3)称取3.00g蔗渣木聚糖加入到步骤(2)所得氨基三磺酸钠溶液中，再加入0.08g催化剂12-钨磷酸；控制反应温度为40℃，采用质量分数为5％氢氧化钠溶液调整反应体系pH为10.0，在搅拌下反应4小时。

(4)向步骤(3)所得反应液中加入30mL的分析纯丙酮，沉淀15分钟；抽滤，并用13mL分析纯丙酮洗涤沉淀物滤饼3次。

(5)将步骤(4)所得洗涤后的沉淀物置于250mL的四口烧瓶中，加入35mL蒸馏水，在搅拌下滴加2mL质量分数为38％的盐酸溶液，滴加完毕后继续搅拌15分钟。

(6)将步骤(5)中所得溶液转移到500mL的烧杯中，在玻璃棒搅拌下加入25mL分析纯丙酮，析出沉淀后抽滤，得到蔗渣木聚糖硫酸酯粗产物。

(7)将步骤(6)中所得的粗产品用15mL丙酮洗涤3次，抽滤，得沉淀物。

(8)将步骤(7)中所得的沉淀物置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得蔗渣木聚糖硫酸酯。

(9)称取5g步骤(8)所得蔗渣木聚糖硫酸酯加入到250mL四口烧瓶中，再加入50mL甲苯，搅拌均匀。

(10)将4.0g磺柳酸加入到步骤(9)所得物料中，搅拌使其溶解。再加入0.2g对甲基苯磺酸，维持体系温度在50℃，搅拌下反应5小时。

(11)将3.2mL质量分数为5％的硫酸溶液加入步骤(10)所得体系中，调节体系pH至4.5，室温下搅拌0.5小时。

(12)将150mL的分析纯无水乙醇加入步骤(11)所得物料中，搅拌下析出沉淀并抽滤，得到双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯粗产物。

(13)将步骤(12)所得双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯粗产物依次分别用50mL的分析纯丙酮和50mL分析纯无水乙醇各洗涤1次，抽滤后将产物置于50℃的恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，得双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯。

(14)采用BaSO₄-明胶分光光度法对磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯进行硫酸酯化取代度测定，得其硫酸酯化取代度为1.04。

(15)采用酸碱滴定的方法对磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯进行羧酸酯化取代度测定，得羧酸酯化取代度为0.13。

双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯经IR分析，相比于蔗渣木聚糖在3200cm^-1～3600cm^-1处的—OH的伸缩振动峰强度有所减弱，这是因为蔗渣木聚糖中部分—OH被取代所致。2922.92cm^-1是蔗渣木聚糖硫酸酯C—H伸缩振动峰，619.14cm^-1处是蔗渣木聚糖硫酸酯上C—O—S特征峰。1671.04cm^-1处是羧酸缔合体的C＝O伸缩振动峰，1611.23cm^-1和1586.81cm^-1处是苯环上芳环骨架伸缩振动峰，而1228.48cm^-1处则是磺酸基(—SO₃H)的特征吸收峰。经XRD分析，产品在18.9392°、22.5384°、23.5608°、24.8946°、31.7876°、33.9619°处衍射峰的数量增多，且峰形也是呈高、窄、集中排布，与蔗渣木聚糖相比，结晶度提高且结晶密度也更集中。再经TG-DTG分析表明，在250～300℃阶段，蔗渣木聚糖质量损失较大，失重率约为52％。磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的在温度到750℃才达到最大失重率，约为60％，这说明蔗渣木聚糖经双酯化改性后热稳定性提高。SEM分析表明，原蔗渣木聚糖颗粒表面较完整、粗糙、紧密，有片状的颗粒堆积贴在颗粒状旁，整体属于无定型非晶体。蔗渣木聚糖双酯化产物的颗粒结构划分更突出，晶格结构清晰、棱角分明、表面光滑且成岩石棱状晶体，颗粒状成型较好，说明合成的磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯有很好的晶型结构，双酯化改性后的蔗渣木聚糖在表面微观结构上有较大的改变。

Claims (1)

1.一种双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯的合成方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将6~8g固体NaHSO3与25~30mL蒸馏水依次加入容积为250mL的四口烧瓶中，室温下搅拌溶解均匀得NaHSO3溶液；

（2）在搅拌下加热步骤（1）所得的NaHSO3溶液至温度为80~90℃，均匀滴加质量分数为20％的NaNO2溶液4~7mL，控制20~30分钟滴加完毕，继续搅拌10~15分钟，得酯化剂氨基三磺酸钠溶液；

（3）称取3~6g蔗渣木聚糖加入到步骤（2）所得氨基三磺酸钠溶液中，再加入0.03~0.2g催化剂12-钨磷酸；控制反应温度为40~60℃，采用质量分数为5%氢氧化钠溶液调整反应体系pH为7～10，在搅拌下反应4～6小时；

（4）向步骤（3）所得反应液中加入30~50mL的分析纯丙酮，沉淀15~20分钟；抽滤，并用15~20mL分析纯丙酮洗涤沉淀物滤饼3次；

（5）将步骤（4）所得洗涤后的沉淀物置于250mL的四口烧瓶中，加入40~50mL蒸馏水，在搅拌下滴加2~5mL质量分数为38％的盐酸溶液，滴加完毕后继续搅拌10~15分钟；

（6）将步骤（5）中所得溶液转移到500mL的烧杯中，在玻璃棒搅拌下加入25~30mL分析纯丙酮，析出沉淀后抽滤，得到蔗渣木聚糖硫酸酯粗产物；

（7）将步骤（6）中所得的粗产品用10~15mL分析纯丙酮洗涤3次，抽滤，得沉淀物；

（8）将步骤（7）中所得的沉淀物置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得蔗渣木聚糖硫酸酯；

（9）称取2~8g步骤（8）所得蔗渣木聚糖硫酸酯加入到250 mL四口烧瓶中，再加入50~100mL甲苯，搅拌均匀；

（10）将3~10 g磺柳酸加入到步骤（9）所得物料中，搅拌使其溶解，再加入0.1~0.3g对甲基苯磺酸，维持体系温度在45~55℃，搅拌下反应4~6小时；

（11）将2~5mL质量分数为5%～10%的硫酸溶液加入步骤（10）所得体系中，调节体系pH至4~6，室温下搅拌0.5~1小时；

（12）将150~200 mL的分析纯无水乙醇加入步骤（11）所得物料中，搅拌下析出沉淀并抽滤，得到双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯粗产物；

（13）将步骤（12）所得双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯粗产物依次分别用30~50mL的分析纯丙酮和分析纯无水乙醇各洗涤1~2次，抽滤后将产物置于50 ℃的恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，得双活性磺酸基蔗渣木聚糖磺柳酸酯。