CN106832020A

CN106832020A - 一种玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺

Info

Publication number: CN106832020A
Application number: CN201510877938.6A
Authority: CN
Inventors: 米浩宇; 王佩; 张龙
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-06-13

Abstract

本发明涉及了一种玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺，属于天然产物结构改造以及应用技术领域。本发明经两步反应合成目标产物戊聚糖硫酸酯，该戊聚糖硫酸酯分子结构与肝素相似，可用作合成抗凝血活性药物的原料。本发明具有操作简便，污染小，硫酸化程度高等特点，且原料来源广泛，有良好的市场应用前景。

Description

一种玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺，属于天然产物结构改造以及应用技术领域。

背景技术

多糖是广泛存在于植物、海洋生物、微生物中的天然大分子物质，是由单糖之间脱水形成糖苷键，并以糖苷键线性或分枝连接而成醛糖或酮糖的链状聚合物，又称多聚糖。由于单糖残基的组成不同、糖苷键的类型不同、分支点的位置以及数量的差异，使多糖的分子结构十分复杂。近年来，来源于植物、海洋生物及微生物的多糖及其衍生物的生物活性研究己经取得很大的进展，人们发现很多天然多糖及其衍生物在细胞识别、细胞间物质运输、免疫调节、抗辐射、抗凝血、抗肿瘤、抗病毒等方面具有显著的生物学活性，是优良的广谱免疫促进剂和药物来源。

戊聚糖(pentosan)是多糖的一种主要形式，戊聚糖是一种非淀粉多糖，除了含有大量的戊糖聚合物外，还可能含有一定量的己糖、酚类物质和杂多糖等。戊聚糖在谷物（如小麦、黑麦、高粱等）中广泛存在，但含量极少。它是构成植物细胞壁的重要成分，大多数谷物的糊粉层细胞外薄壁和胚乳层细胞外薄壁的60%～70%是由戊聚糖构成。戊聚糖对维持植物生命具有极其重要的作用。

玉米秸秆是一种可再生的生物质能，我国的玉米种植面积有3亿亩左右，每到秋冬之交，玉米秸秆会被大量焚烧，会形成雾霾，对环境污染严重，不仅是资源浪费，而且大量焚烧也含有很多不安全因素。玉米秸秆的主要成分有纤维素、半纤维素和木质素，戊聚糖是半纤维素多糖的一种。

虽然戊聚糖本身具有抗肿瘤和免疫调节的作用，但由于分子量较大，在生物活性方面的应用受到诸多限制，故对戊聚糖结构进行一定程度的修饰以改变其活性，进而获得较高活性的戊聚糖衍生物是非常必要的。目前，对戊聚糖的化学修饰主要在羟基上进行，包括交联、羧酸酯化、硫酸酯化、醚化、丙基化、烷基化、季铵化、甲基化、羧甲基化等。其中，硫酸化修饰的戊聚糖因具有多种生物活性而成为戊聚糖衍生物的研究热点。多硫酸化戊聚糖主要有抗炎、抗肿瘤、抗病毒、抗凝血等生物活性。

常用的硫酸酯化方法有氯磺酸-吡啶法、氯磺酸-二甲基甲酰胺法、吡啶-N-磺酸-二甲亚砜法、三氧化硫复合物-吡啶法、浓硫酸法等。常用的磺化试剂有氯磺酸、三氧化硫、浓硫酸、二氧化硫和氧气、硫酰氯及亚硫酸盐等，但是这些酯化方法采用强酸对设备要求高，需要严格无水操作，并且所得酯化产物硫酸取代度不是很高。

本发明以玉米秸秆为原料，采用碱式醇沉法提取出戊聚糖并进行纯化，采用氨基三磺酸钠水相法合成戊聚糖硫酸酯(pentosanpolysulfate)，具有良好的市场应用前景。

发明内容

本发明的目的在于用廉价的玉米秸秆为原料合成戊聚糖，然后采用氨基三磺酸钠水相合成法制备戊聚糖硫酸酯，以提高玉米秸秆戊聚糖的生物活性，以期作为合成抗凝血活性药物的原料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

1）采用碱式醇沉法从玉米秸秆中提取戊聚糖，并对其进行纯化；

2）对纯化后的戊聚糖进行硫酸酯化，酯化粗产品进一步纯化。

按NaOH溶液（质量分数ω为8%~12%）体积（mL）与粉碎的玉米秸秆（经60目的标准筛筛选后）质量（g）比为25:1~35:1，在60~80℃下，反应5~7h。冷却至室温，抽滤，滤液加入3倍滤液体积的无水乙醇，在0℃下沉降8~10h，抽滤，滤饼用无水乙醇（无水乙醇体积与反应玉米秸秆质量比为3:1~5:1）淋洗，滤饼在30℃真空干燥箱中干燥12 h，得戊聚糖粗品。

戊聚糖粗品加入到质量分数（ω）为5%的NaOH溶液（NaOH体积与反应玉米秸秆质量比为10:1~15:1）中搅拌溶解，抽滤，向滤液中滴加HCl（ω为8%~10%）调节溶液pH至7，真空浓缩（浓缩液体积与反应玉米秸秆质量比为3:1~5:1），冷却后加入3倍浓缩液体积的无水乙醇，沉降8~10h，抽滤得滤饼，滤饼在30℃真空干燥箱中干燥12 h，重复操作2~4次。采用3500Da（分子量）的透析袋（预先在90℃下蒸煮10min）将溶解好的戊聚糖粗品透析72h，透析袋中液体经真空浓缩（浓缩液体积与反应玉米秸秆质量比为3:1~5:1）后冷冻干燥，得戊聚糖产品。

在40~60℃下将戊聚糖缓慢加入到酯化试剂中，戊聚糖质量（g）与氨基三磺酸钠体积（mL）比为1:20~1:30。反应4~6h，冷却至室温，加入三倍反应液体积的无水乙醇沉降2h，抽滤得滤饼，加蒸馏水溶解，滤饼质量（g）与蒸馏水体积（mL）比为1:8~1:10，然后滴加质量分数（ω）为18%HCl（HCl体积与反应玉米秸秆质量比为1:1~2:1）酸化30min，加入3倍酸化后液体体积的无水乙醇沉降，抽滤，滤饼即为戊聚糖硫酸酯粗品，再经3500 Da（分子量）的透析袋（预先在90℃下蒸煮10min）将溶解好的戊聚糖粗品透析72h，透析袋中液体经真空浓缩后冷冻干燥，得戊聚糖硫酸酯产品。

所述酯化试剂由体积比为3:1~5:1的亚硫酸氢钠（ω为30%~35%）和亚硝酸钠（ω为18%~22%）在90℃下水相中反应1.5h制得（质量分数ω为15%~20%）的氨基三磺酸钠溶液。

本发明采用BaCl₂-明胶法测戊聚糖硫酸酯的硫酸取代度。取代度DS的计算公式为：式中：SO₄%—样品中硫酸基团的百分含量。

有益效果：本发明经两步反应合成目标产物戊聚糖硫酸酯，具有操作简便，污染小，硫酸化程度高等特点，且原料来源广泛，该戊聚糖硫酸酯分子结构与肝素相似，可用作合成抗凝血活性药物的原料，具有良好的市场应用前景。

附图说明：

图1为本发明实施例1戊聚糖IR图。

图2为本发明实施2戊聚糖硫酸酯IR图。

图3为本发明实施例1戊聚糖¹³C NMR图。

图4为本发明实施例2戊聚糖硫酸酯¹³C NMR图。

具体实施方式

下面给出实施例以对本发明进行具体描述，但值得指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1

1. 玉米秸秆戊聚糖的提取

将4g玉米秸秆（经60目的标准筛筛选后）加入到120mLNaOH溶液（ω为10%）中，70℃下反应6h。抽滤，滤液用HCl（ω为9%）调PH至7，真空浓缩至80mL，冷却至室温，加入240mL无水乙醇沉降，0℃沉降9h。抽滤，滤饼用20mL无水乙醇洗涤3次，滤饼于30℃真空干燥箱中干燥12h，得到戊聚糖粗品。

2. 玉米秸秆戊聚糖的纯化

（1）重结晶：将实施例1中戊聚糖粗品加入到50 mL NaOH溶液（ω为5%）中搅拌溶解，抽滤，向滤液中滴加HCl（ω为9%）调节溶液pH至7，真空浓缩至30 mL，冷却后加入90mL无水乙醇，产生大量白色晶体，沉降8h，抽滤得滤饼，共重结晶三次，滤饼于30℃真空干燥箱中烘干。

（2）透析：将重结晶后的粗产品用蒸馏水溶解，配成500 mg/mL浓度溶液，放入3500Da的透析袋（90℃下煮10min）中，透析72h，最后滴加AgNO₃溶液（ω为1%）直到没有白色沉淀产生，表明NaCl被完全除去。

（3）冻干：将实施例1中透析过的溶液真空浓缩至15mL，进行冷冻干燥。

实施例2：

1.戊聚糖硫酸酯的制备

（1）将40mLNaHSO₃溶液（ω为32.5%）加入到带有温度计和冷凝管的100mL三口烧瓶中，在搅拌下，缓慢滴加10mLNaNO₂溶液（ω为20%），控制滴加速度，20min滴加完毕。在90℃下反应1.5h，得到酯化试剂氨基三磺酸钠溶液（ω为18.7%）。

（2）用NaOH（ω为5%）将步骤（1）所得氨基三磺酸钠溶液的pH调至9，加入2g实施例1戊聚糖，在50℃下反应5h。

（3）将步骤（2）所得反应液真空浓缩至20mL，加入60mL无水乙醇，沉降1h，抽滤，并用20mL无水乙醇反复淋洗滤饼3次。

（4）将步骤（3）所得滤饼，加入20mL蒸馏水，搅拌溶解，再滴加HCl（ω为18%）5mL进行酸化，缓慢滴加，完毕后，继续搅拌30min。

（5）在步骤（4）所得溶液中加入60mL无水乙醇，沉降3h，待沉淀析出后抽滤，加入20mL无水乙醇反复淋洗，抽滤，滤饼在30℃真空干燥箱中干燥至恒重，即为玉米秸秆戊聚糖硫酸酯粗品。

2.戊聚糖硫酸酯的纯化

（1）透析：将实施例2中所得戊聚糖硫酸酯粗品用蒸馏水溶解，配成500 mg/mL浓度溶液，放入3500 Da的透析袋（90℃下煮10min）中，透析72h，最后滴加AgNO₃溶液（ω为1%）直到没有白色沉淀产生，表明NaCl被完全除去。

（2）冻干：将实施例2中透析过的溶液真空浓缩至10mL，进行冷冻干燥。得到戊聚糖硫酸酯产品。

用BaCl₂-明胶法测步实施例2中所得戊聚糖硫酸酯产品的硫酸取代度，得其硫酸取代度为1.59。

附图解释

由图1可以看出，玉米秸秆提取戊聚糖的红外光谱图中，所的产物在3440 cm^-1和1050cm^-1各有一个相对强的吸收峰，为多糖羟基伸缩振动产生的吸收峰，说明用碱式醇沉法提取玉米秸秆中的戊聚糖是成功的。

图2与图1红外光谱图对比可以看出，所得产物在805 cm^-1和1251 cm^-1各有一个相对强的吸收峰。805cm^-1附近的峰是S-O-C键的伸缩振动产生的，1251cm^-1附近的峰是硫酸基团-SO₃-中的S=O伸缩振动所产生，说明玉米秸秆戊聚糖上的羟基部分已被硫酸基取代，有硫酸酯化产物生成。

由图3可以看出，玉米秸秆提取戊聚糖的¹³C NMR图中，在100ppm左右是C-1的化学位移，60ppm附近是C-6的化学位移。60-80ppm是C-2至C-5的化学位移，说明用碱式醇沉法提取玉米秸秆中的戊聚糖是成功的。

图4与图3对比可以看出，经过硫酸酯化之后，C-2和C-3位的化学位移变的更加复杂，这是由于它们直接连接上带有电负性的硫酸基团使其化学位移变低，然而C-4和C-5由于直接连有硫酸酯基，使其化学位移变高。除此之外，不完全硫酸化的羟基基团也是C-2和C-3的化学位移发生变化。所有的化学位移均表示，已经成功合成了戊聚糖硫酸酯。

Claims

1.一种玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：

1）采用碱式醇沉法从玉米秸秆中提取戊聚糖(pentosan)，并对其进行纯化；

2.根据权利要求1所述的玉米秸秆戊聚糖硫酸酯(pentosanpolysulfate)的制备工艺，其特征在于所述步骤1）中，所述碱式醇沉法的条件是，按NaOH溶液（质量分数ω为8%~12%）体积（mL）与粉碎的玉米秸秆（经60目的标准筛筛选后）质量（g）比为25:1~35:1，在60~80℃下，反应5~7h，冷却至室温，抽滤，滤液加入3倍滤液体积的无水乙醇，在0℃下沉降8~10h，抽滤，滤饼用无水乙醇（无水乙醇体积与反应玉米秸秆质量比为3:1~5:1）淋洗，滤饼在30℃真空干燥箱中干燥12 h，得戊聚糖粗品。

3.根据权利要求1所述的玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺，其特征在于所述步骤1）中，所述的纯化条件是，对所得戊聚糖粗品重结晶2~4次，采用3500 Da（分子量）的透析袋（预先在90℃下蒸煮10min）将溶解好的戊聚糖粗产品透析72h，透析袋中液体经真空浓缩（浓缩液体积与反应玉米秸秆质量比为3:1~5:1）后冷冻干燥，得戊聚糖产品。

4.根据权利要求1所述的玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺，其特征在于所述步骤2）中，所述酯化试剂采用质量分数ω为15%~20%的氨基三磺酸钠溶液（由体积比为3:1~5:1的亚硫酸氢钠（ω为30%~35%）和亚硝酸钠（ω为18%~22%）在90℃下水相中反应1.5h制得），戊聚糖质量（g）与氨基三磺酸钠体积（mL）比为1:20~1:30。

5.根据权利要求1所述的玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺，其特征在于所述步骤2）中，在搅拌下，将权利要求3所得戊聚糖缓慢加入到酯化试剂中，40~60℃下反应4~6h，冷却至室温，加入三倍体积的无水乙醇沉降2h，抽滤得滤饼，加蒸馏水溶解，滤饼质量（g）与蒸馏水体积（mL）比为1:8~1:10，然后滴加质量分数（ω）为18%HCl（HCl体积与反应玉米秸秆质量比为1:1~2:1）酸化30min，加入3倍酸化后液体体积的无水乙醇沉降，抽滤，滤饼即为戊聚糖硫酸酯粗品，再经3500 Da（分子量）的透析袋（预先在90℃下蒸煮10min）将溶解好的戊聚糖粗品透析72h，透析袋中液体经真空浓缩后冷冻干燥，得戊聚糖硫酸酯产品。

6.根据权利要求3所述的玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺，其特征在于所述重结晶方法为：将戊聚糖粗品加入到质量分数（ω）为5%的NaOH溶液（NaOH体积与反应玉米秸秆质量比为10:1~15:1）中搅拌溶解，抽滤，向滤液中滴加HCl（ω为8%~10%）调节溶液pH至7，真空浓缩（浓缩液体积与反应玉米秸秆质量比为3:1~5:1），冷却后加入3倍浓缩液体积的无水乙醇，沉降8~10h，抽滤得滤饼，滤饼在30℃真空干燥箱中干燥12 h。