CN106565905B - 一种抗癌活性蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的合成方法 - Google Patents
一种抗癌活性蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种抗癌活性蔗渣木聚糖阿魏酸酯‑g‑BA/MAA的合成方法。首先以阿魏酸为酯化剂，蔗渣木聚糖为起始原料，丙酮为反应溶剂，对甲苯磺酸为催化剂，合成蔗渣木聚糖阿魏酸酯；然后再以水为反应溶剂，适量的过硫酸铵为引发剂将甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯单体接枝到蔗渣木聚糖阿魏酸酯上，最终得到一种具有抗癌活性的复合衍生物蔗渣木聚糖阿魏酸酯‑g‑丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸。本发明所得目标产物不仅能更有效的抑制肿瘤细胞的进一步扩散，同时通过两种单体的接枝所得目标产物在抗肿瘤方面和蔗渣木聚糖阿魏酸酯相比有了较大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗癌活性蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-丙烯酸丁酯(BA)/甲基丙烯酸(MAA)的合成方法。
背景技术
甘蔗渣是广西生物质资源木聚糖的天然储库，为了变废为宝通常生产一些普通产品来提高农用产品的附加值，但经济价值不高。为了提高甘蔗渣的经济效益，国内外研究者把焦点放在木聚糖的酯化改性上，如硫酸酯化、羧酸酯化、苯甲酸酯化、癸酸酯化、月桂酸酯化、肉豆蔻酸酯化以及棕榈酸酯化等。阿魏酸及其酯化衍生物在抗肿瘤、抗氧化、降血酯、抗血栓、防治冠心病和抗突变等领域有独特的生物功能，同时，木聚糖具有多种独特的抗生物活性，若采用阿魏酸酯化木聚糖将结合两者的优点来拓展木聚糖的应用领域。
目前为止，木聚糖的酯化改性研究较为成熟，而对接枝改性的研究仍处于起步阶段。接枝基本原理是指通过选择聚合引发剂引发大分子链的结构单元形成活性接枝点，从而使得木聚糖主链上通过化学键结合适当的支链或功能性基团。甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸丁酯(BA)与丙烯酰胺(AM)等作为常用的接枝单体可与木聚糖进行接枝共聚反应引入特殊的活性官能团使得木聚糖的抗生物活性增强，弥补木聚糖或木聚糖单变性衍生物抗肿瘤活性弱的缺陷。
本专利以蔗渣木聚糖为活性原料，阿魏酸为酯化剂，首先合成蔗渣木聚糖阿魏酸酯，再进一步以过硫酸铵为引发剂，BA、MAA为接枝单体合成目标产物蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA，以提高原蔗渣木聚糖的抗肿瘤活性。
发明内容
本发明的目的是为了增强木聚糖的抗癌活性，在木聚糖单酯化的基础上进行复合单体的接枝共聚，提供一种蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的合成方法。
具体步骤为：
(1)将4～15g阿魏酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入10～20mL分析纯醋酸酐和0.2～0.5mL分析纯吡啶，在5～25℃下反应6～14小时。
(2)将步骤(1)所得溶液倒入烧杯中，并在玻璃棒搅拌下向其中加入20～35mL质量分数为20％～30％的盐酸溶液，直至烧杯中析出白色沉淀乙酰阿魏酸。
(3)抽滤分离步骤(2)所得沉淀物，并分别用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，得酰化产物乙酰阿魏酸。
(4)取5～8g步骤(3)所得乙酰阿魏酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30～45mL分析纯环己烷和0.4～0.6mL分析纯N,N–二甲基甲酰胺，在70～80℃下反应40分钟。
(5)在搅拌下向四口烧瓶中逐滴加入10～25mL分析纯氯化亚砜，控制在25～35分钟内滴加完毕，滴加完毕后继续搅拌3～5小时。
(6)将步骤(5)所得产物倒入烧杯中，在温度为70～80℃的条件下蒸发浓缩20～60分钟，并置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得乙酰阿魏酰氯。
(7)将蔗渣木聚糖置于60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得干基蔗渣木聚糖。
(8)称取3.0～5.0g步骤(7)所得干基蔗渣木聚糖加入到250mL四口烧瓶中，并加入0.1～0.3g对甲苯磺酸，30～40mL分析纯丙酮，搅拌40分钟均匀配置成蔗渣木聚糖悬浮液。
(9)称取2～8g步骤(6)所得乙酰阿魏酰氯加入到步骤(8)所得反应体系中，搅拌均匀，升温至25～55℃，反应4～7小时。
(10)抽滤步骤(9)所得物料，并分别用10～20mL蒸馏水洗涤沉淀2次、5～15mL无水乙醇洗涤沉淀1次，得蔗渣木聚糖乙酰阿魏酸酯。
(11)将步骤(10)所得产物置入30～40mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌20～40分钟直至体系的pH不发生变化。
(12)抽滤步骤(11)所得物料，用10～20mL蒸馏水洗涤滤饼3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得蔗渣木聚糖阿魏酸酯。
(13)将20～30mL的蒸馏水加入到250mL四口烧瓶中，加入0.5～0.7g蔗渣木聚糖阿魏酸酯，在40～55℃条件下搅拌30～40分钟，开始向反应体系中加入3～5mL质量分数为5％的过硫酸铵引发剂。
(14)向步骤(13)所得溶液中分别加入0.2～0.3g分析纯接枝单体BA、0.1～0.2g分析纯接枝单体MAA，反应4～6小时。
(15)抽滤步骤(14)所得物料，分别用10～20mL蒸馏水洗涤滤饼3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得最终产物蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA。
(16)采用酸碱滴定法对步骤(15)所得产物进行阿魏酸酯化取代度测定，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滴质量分数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。阿魏酸酯化取代度(DSC)的计算式如下：
式中：
w——蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA中含有阿魏酰基的质量分数，％；
V0——滴定蔗渣木聚糖消耗盐酸标准溶液体积，单位mL；
V1——滴定阿魏酸蔗渣木聚糖酯消耗的盐酸标准溶液体积，单位mL；
CHCl——盐酸标准溶液浓度，单位mol/L；
m——阿魏酸蔗渣木聚糖酯样品的质量，单位g；
194和132——阿魏酰基和蔗渣木聚糖脱水木糖单元的相对分子质量。
(17)测定步骤(15)所得产物中混合单体接枝率和接枝效率，具体方法和步骤如下：将定量产物蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA用分析纯丙酮沉淀后，分别用分析纯无水乙醇洗涤2～3次，在55℃真空干燥箱中干燥至恒重，得到接枝共聚粗产物。然后，在索氏提取器中用分析纯丙酮作为溶剂将粗产物抽提24小时，除去均聚物后得到纯化的接枝共聚物。接枝率和接枝效率的计算方法如下：
式中：G——接枝率，％；
GE——接枝效率，％；
W0——原产物蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的质量，单位g；
W1——单体的质量，单位g；
W2——接枝支链的质量，单位g。
(18)以人大细胞肺癌细胞(NCI-H460)、人胃癌细胞(MGC80-3)、人肝癌细胞(BEL-7407)为研究对象，对原蔗渣木聚糖和步骤(15)中所得产物的抗癌活性抑制率进行测定计算。抑制率的计算方法如下：
本发明以阿魏酸为酯化剂，蔗渣木聚糖为起始原料，首先合成了阿魏酸蔗渣木聚糖酯，然后以适量的过硫酸铵为引发剂将MAA、BA单体接枝到阿魏酸蔗渣木聚糖酯上，最终得到一种具有抗癌活性的物质蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA，测定了原蔗渣木聚糖和蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA对NCI-H460、MGC80-3、BEL-7407的抑制率，说明产物对NCI-H460癌细胞株抑制率较高。本发明所得目标产物与原蔗渣木聚糖、蔗渣木聚糖阿魏酸酯相比其抗癌活性较高。
附图说明
图1为原蔗渣木聚糖的SEM照片。
图2为蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的SEM照片。
图3为原蔗渣木聚糖的IR图。
图4为蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的IR图。
图5为原蔗渣木聚糖的XRD图。
图6为蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的XRD图。
图7为原蔗渣木聚糖的TG及DTG曲线。
图8为蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA的TG及DTG曲线。
具体实施方式
实施例：
(1)将10g阿魏酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入15mL分析纯醋酸酐和0.5mL分析纯吡啶，在5～25℃下反应9小时。
(2)将步骤(1)所得溶液倒入烧杯中，并在玻璃棒搅拌下向其中加入30mL质量分数为20％～30％的盐酸溶液，直至烧杯中析出白色沉淀乙酰阿魏酸。
(3)抽滤分离步骤(2)所得沉淀物，并分别用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，得酰化产物乙酰阿魏酸。
(4)取5g步骤(3)所得乙酰阿魏酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30mL分析纯环己烷和0.4mL分析纯N,N–二甲基甲酰胺，在70～80℃下反应40分钟。
(5)在搅拌下向四口烧瓶中逐滴加入15mL分析纯氯化亚砜，控制在30～35分钟内滴加完毕，滴加完毕后继续搅拌3小时。
(6)将步骤(5)所得产物倒入烧杯中，在温度为80℃的条件下蒸发浓缩60分钟，并置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得乙酰阿魏酰氯。
(7)将蔗渣木聚糖置于60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得干基蔗渣木聚糖。
(8)称取3.0g步骤(7)所得干基蔗渣木聚糖加入到250mL四口烧瓶中，并加入0.1g对甲苯磺酸，30mL分析纯丙酮，搅拌40分钟均匀配置成蔗渣木聚糖悬浮液。
(9)称取2～8g步骤(6)所得乙酰阿魏酰氯加入到步骤(8)所得反应体系中，搅拌均匀，升温至55℃，反应4小时。
(10)抽滤步骤(9)所得物料，并分别用15mL蒸馏水洗涤沉淀2次、10mL无水乙醇洗涤沉淀1次，得蔗渣木聚糖乙酰阿魏酸酯。
(11)将步骤(10)所得产物置入30mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌25分钟至体系的pH不发生变化。
(12)抽滤步骤(11)所得物料，用15mL蒸馏水洗涤滤饼3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得蔗渣木聚糖阿魏酸酯。
(13)将25mL的蒸馏水加入到250mL四口烧瓶中，加入0.68g蔗渣木聚糖阿魏酸酯，在50℃条件下搅拌40分钟，开始向反应体系中加入4.8mL质量分数为5％的过硫酸铵引发剂。
(14)向步骤(13)所得溶液中分别加入0.23g分析纯接枝单体BA、0.17g分析纯接枝单体MAA，反应5小时。
(15)抽滤步骤(14)所得物料，分别用20mL蒸馏水洗涤滤饼3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得最终产物蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-BA/MAA。
(16)采用酸碱滴定法对步骤(15)所得产物进行阿魏酸酯化取代度测定，得其取代度为1.79。
(17)测定步骤(15)所得产品中单体接枝率31％和接枝效率76％。
(18)原蔗渣木聚糖和步骤(15)中所得产物溶液对NCI-H460癌细胞株抑制率较高，分别为1.83％～7.41％和9.65％～17.53％。
产品经IR分析得，在1717cm-1和1241cm-1处出现了两个新的特征吸收峰，1170cm-1处出现C—O—C伸缩振动，1400cm-1处出现羧酸—OH弯曲振动，985cm-1处出现甲基特征吸收峰；用扫描电镜对最终产物颗粒形貌和表面形态进行观察，改性后的蔗渣木聚糖的表面结构比原蔗渣木聚糖的光滑、平整；经XRD分析得改性后的木聚糖衍生物在12°、19°、22°、32°出现了强的衍射峰，峰形高、窄，较集中；经TG-DTG表征产物知在前100℃，有乙醇和水的少量损失造成质量有所降低；在100～200℃之间质量基本没什么变化；在200～250℃之间质量分解较快，损失率达到约15％；在250～450℃阿魏酸蔗渣木聚糖-g-BA/MAA衍生物质量损失较大，损失率约达40％，450℃之后质量变化不大。
Claims (1)
1.一种抗癌活性蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸的合成方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将4~15g阿魏酸加入250mL的四口烧瓶中，并向其中加入10~20mL分析纯醋酸酐和0.2~0.5mL分析纯吡啶，在5~25℃下反应6~14小时；
（2）将步骤（1）所得溶液倒入烧杯中，并在玻璃棒搅拌下向其中加入20~35mL质量分数为20%~30%的盐酸溶液，直至烧杯中析出白色沉淀乙酰阿魏酸；
（3）抽滤分离步骤（2）所得沉淀物，并分别用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，得酰化产物乙酰阿魏酸；
（4）取5~8g步骤（3）所得乙酰阿魏酸加入到250mL的四口烧瓶中，向其中加入30~45mL分析纯环己烷和0.4~0.6mL 分析纯N,N–二甲基甲酰胺，在70~80℃下反应40分钟；
（5）在搅拌下向四口烧瓶中逐滴加入10~25mL分析纯氯化亚砜，控制在25~35分钟内滴加完毕，滴加完毕后继续搅拌3~5小时；
（6）将步骤（5）所得产物倒入烧杯中，在温度为70~80℃的条件下蒸发浓缩20~60分钟，并置于50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，得乙酰阿魏酰氯；
（7）将蔗渣木聚糖置于60℃真空干燥箱中干燥至恒重，得干基蔗渣木聚糖；
（8）称取3.0~5.0g步骤（7）所得干基蔗渣木聚糖加入到250mL四口烧瓶中，并加入0.1~0.3g对甲苯磺酸，30~40mL分析纯丙酮，搅拌40分钟均匀配置成蔗渣木聚糖悬浮液；
（9）称取2~8g步骤（6）所得乙酰阿魏酰氯加入到步骤（8）所得反应体系中，搅拌均匀，升温至25~55℃，反应4~7小时；
（10）抽滤步骤（9）所得物料，并分别用10~20mL蒸馏水洗涤沉淀2次、5~15mL无水乙醇洗涤沉淀1次，得蔗渣木聚糖乙酰阿魏酸酯；
（11）将步骤（10）所得产物置入30~40mL碳酸氢钠的无水乙醇饱和溶液中，常温下搅拌20~40分钟直至体系的pH不发生变化；
（12）抽滤步骤（11）所得物料，用10~20mL蒸馏水洗涤滤饼3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得蔗渣木聚糖阿魏酸酯；
（13）将20~30mL的蒸馏水加入到250mL四口烧瓶中，加入0.5~0.7g蔗渣木聚糖阿魏酸酯，在40~55℃条件下搅拌30~40分钟，开始向反应体系中加入3~5mL质量分数为5%的过硫酸铵引发剂；
（14）向步骤（13）所得溶液中分别加入0.2~0.3g分析纯接枝单体丙烯酸丁酯、0.1~0.2g分析纯接枝单体甲基丙烯酸，反应4~6小时；
（15）抽滤步骤（14）所得物料，分别用10~20mL蒸馏水洗涤滤饼3次后送入50℃的恒温干燥箱中干燥至恒重，即得最终产物蔗渣木聚糖阿魏酸酯-g-丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸。
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