CN107759713A

CN107759713A - 一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

Info

Publication number: CN107759713A
Application number: CN201711075483.1A
Authority: CN
Inventors: 卫民; 樊洪玉; 赵剑
Original assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Current assignee: Institute of Chemical Industry of Forest Products of CAF
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2018-03-06

Abstract

本发明公开了一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，将碱法玉米芯木聚糖和DMF/LiCL混合溶剂加入到微波反应器中加热溶解，与适当温度下反应50～70min，搅拌均匀；微波反应结束后，流水冷却至室温，加入酯化剂三氧化硫‑吡啶复合物，在一定条件下进行化学反应；反应结束后，加入质量分数为3％～8％的NaOH溶液调节pH值至中性；在中和后的溶液中加入三倍体积的无水乙醇，析出沉淀，离心分离得到粗产品；将该粗产品置于透析袋中透析，再用三倍体积的无水乙醇沉淀，离心分离、冷冻干燥，最终得到具有抗凝活性的玉米芯木聚糖硫酸酯。本发明反应时间短，可连续化生产，且取代度高、硫酸根稳定，抗凝效果及生物相容性好。

Description

一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种利用微波反应装置制备抗凝活性玉米芯木聚糖硫酸酯的方法。

背景技术

木聚糖是由木糖经β-1，4糖苷键连接而成，广泛存在于自然界的植物纤维中，是半纤维素的主要成分。并且木聚糖及其衍生物具有独特的生物活性和生理功能，具有更高端的利用价值，如在医学领域的潜在应用已逐渐引起人们越来越多的关注。

木聚糖衍生物尤其是木聚糖硫酸酯化是木聚糖高值化利用的一项重要应用。木聚糖经过酯化修饰后，其构象发生了很大的变化，而构象的变化往往是理化性质和生物活性变化的决定因素。通过修饰改性引入具有抗凝活性的基团使木聚糖具有较强的抗凝血活性，对预防血栓形成以及妊娠者的抗凝治疗等方面作用显著。同时木聚糖作为农林生物质中主要成分之一，其为生物质炼制的高附加值化奠定了基础。

中国专利CN101942041 A公开了硫酸化纤维素及其制备方法以及该硫酸化纤维素在制备抗凝血药物中的应用，该方法是在用氯磺酸为酯化剂，使纤维素在N,N-二甲基甲酰胺中进行磺化反应，最终得到磺酸化酯化物。该方法均利用氯磺酸作为磺酸化试剂，酸的腐蚀性强，不易操作，具有一定的危险性，操作不当容易引起爆炸。并且高温下磺酸化导致副反应多，难分离，使得产物不纯。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用微波反应装置制备抗凝活性玉米芯木聚糖硫酸酯的技术工艺，以克服现有技术中木聚糖硫酸酯在合成过程中取代度低，硫酸很不稳定，反应时间过长，温度过高取代度下降等问题，从而得到一种工艺简单，易操作，抗凝效果及生物相容性好的一种制备方法。

技术方案：一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯，是以DMF/DMSO为复合溶剂，三氧化硫-吡啶复合物为酯化剂，碱法玉米芯木聚糖为原料，DMF为反应溶剂，LiCl为催化剂，在微波辅助进行化学反应，最终在木聚糖中引入硫酸基团，合成了具有抗凝血活性的玉米芯木聚糖硫酸酯，取代度高达1.6，硫酸根稳定。

制备所述的双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，是以DMF/DMSO为复合溶剂，三氧化硫-吡啶络合物为酯化剂，碱法玉米芯木聚糖为原料，DMF为反应溶剂，LiCl为催化剂，在微波辅助进行化学反应，最终在木聚糖中引入硫酸基团，合成了具有抗凝血活性的玉米芯木聚糖硫酸酯，取代度在高达1.6，硫酸根稳定。

所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，具体步骤为：

(1)碱法分离提取木聚糖：以玉米芯为原料，碱法分离提取木聚糖；

(2)配制复合溶剂：配制DMF/DMSO复合溶剂；

(3)配制溶液A：将无水LiCl粉末加入到步骤(2)中所配制的DMF/DMSO混合溶液中，在微波反应器中进行加热溶解，得到澄清溶液A

(4)木聚糖的溶解：将步骤(1)中得到的木聚糖加入到步骤(3)中已配制好的溶液A，微波加热溶解，搅拌均匀，微波加热结束后，得到澄清透明溶液B，将B溶液冷却到室温；

(5)木聚糖的硫酸酯化：向步骤(4)所得溶液B中加入三氧化硫-吡啶络合物在微波辅助进行磺化反应；

(6)终止反应：反应结束后，在冰盐浴中用碱溶液调节pH值至中性；

(7)抗凝活性木聚糖硫酸酯的分离与纯化：在中和后的溶液中加入无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析，再用乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。

碱法玉米芯木聚糖是向富含木聚糖的玉米芯原料中加入碱溶液，加热搅反应，反应结束后，冷却，过滤，得到木聚糖提取液，调节pH，醇沉，离心，冻干，得到。

所述碱溶液为质量分数为3％～8％的氢氧化钠溶液，玉米芯原料与碱溶液的液固比为1:5～10g/ml；反应温度为50℃～100℃，反应时间为2h～6h。

步骤(2)所用中的DMF/DMSO复合溶剂中DMF与DMSO的体积比为6：4～7：3。

无水LiCl粉末与溶液A的固液比为1：5～15g/ml。

在步骤(4)中，控制木聚糖与溶液A的比例为5～15％(g/ml)。

步骤(5)中，木糖单元与三氧化硫-吡啶络合物的摩尔比控制在1：3之间。

步骤(5)中，微波辅助磺化反应温度为40～70℃，磺化时间为10～50min。

有益效果：

(1)本发明以农林废弃物玉米芯为原料，来源广，成本低，且具有良好的生物相容性，适于大量生产，为农林废弃物等生物质资源的再利用提供了可行的方案，从而促进了绿色农业发展，具有重要的社会意义和经济价值。

(2)本发明使用三氧化硫-吡啶复合物为酯化剂，以DMF\DMSO为复合溶剂，在无水LiCl的催化作用下，与含有羟基的天然生物材料玉米芯木聚糖进行反应，最终合成具有抗凝活性的玉米芯木聚糖硫酸酯。采用三氧化硫-吡啶复合物操作简单，便于控制，克服了使用氯磺酸过程中酸带来的强腐蚀性，且安全系数较高，不会因为原料采用氯磺酸导致发生爆炸的可能，可用于工业化大规模生产。

(3)本发明利用微波反应器制备玉米芯木聚糖酯，反应时间短，能耗低，取代度高，硫酸根稳定，抗凝效果好。此处抗凝效果是与取代度的高低成正比，取代度高了，抗凝效果相应的就提高了；硫酸根的稳定性特指三氧化硫吡啶络合物与氯磺酸吡啶磺化相比较，其稳定性提高了。可连续化生产。

附图说明：

图1为玉米芯木聚糖及硫酸酯化木聚糖的红外光谱对照图。

具体实施方式

为了更好的验证本发明实际应用效果，下面结合具体实例来进一步说明。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

本发明实施例中所用到的原料、试剂均为常规的化学产品，均能通过商业渠道购买得到。

下面结合附图对本发明进一步说明：

一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，步骤如下：

(1)碱法分离提取木聚糖；

(2)配制DMF(二甲基甲酰胺)/DMSO(二甲基亚砜)混合溶液；

(3)将无水LiCl粉末加入到步骤(2)中所配置的DMF/DMSO混合溶液中，在微波反应器中进行加热溶解，得到澄清溶液A；

(4)木聚糖的溶解：将步骤(1)中得到的木聚糖加入到步骤(3)中已配制好的溶液A，控制木聚糖与溶液A的比例为的5～15％(w/v)，在微波反应器中加热溶解，反应温度为50～70℃，反应时间为40～80min，搅拌均匀。微波加热结束后，得到澄清透明溶液B，将B溶液冷却到室温；

(5)木聚糖的硫酸酯化：向步骤(4)所得溶液B中加入三氧化硫-吡啶复合物在微波反应器中进行磺化反应；

(6)抗凝活性木聚糖硫酸酯的分离与纯化：反应结束后，在冰盐浴中用质量分数为3％～8％的NaOH溶液调节pH值至7.0。在中和后的溶液中加入三倍体积无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析三天，再用三倍体积乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。

步骤(1)中，所述碱法提取木聚糖参考文献Lin Q,Li H,Ren J,et al.Productionof xylooligosaccharides by microwave-induced,organic acid-catalyzedhydrolysis of different xylan-type hemicelluloses:Optimization by responsesurface methodology[J].Carbohydrate Polymers,2017,157:214-225.中的方法制备。具体是指向玉米芯粉末中按照液固比为1:5～10(g/ml)加入质量分数为3％～8％的氢氧化钠溶液，并将其置于恒温加热磁力搅拌器中，50℃～100℃恒温反应2h～6h。反应结束后，冷却至室温，过滤，得到木聚糖提取液，用盐酸调节pH为5.5～6，醇沉，离心，冻干，得到玉米芯木聚糖。

步骤(2)中，所述DMF、DMSO均为经经分子筛脱水预处理的干燥试剂，且控制DMF与DMSO的体积比控制在6：4至7：3之间。

步骤(3)中，所述DMF/LiCl混合溶液是指无水LiCl粉末与溶液A的固液比为1：5～15(g/ml)。

步骤(3)中，所述微波反应器中反应温度为50～70℃，溶解10～30min。

步骤(4)中，所述在木聚糖的溶解过程中，控制木聚糖与溶液A的比例为5～15％(w/v)。

步骤(5)中，所述木聚糖的硫酸酯化过程中，木糖单元与三氧化硫-吡啶络合物的摩尔比控制在1：3之间。

步骤(5)中，所述木聚糖的硫酸酯化过程中，微波反应器的设定温度为40～70℃，反应时间为10～50min。

取代度的计算：

利用元素分析测定样品中C和S元素的百分含量，以此作为计算产物取代度的依据。取代度(degree of substitution，DS)的计算按照下式进行：

实施例1：一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

(1)准确称取20g玉米芯粉末(60目)，加入质量分数为5％NaOH溶液200ml，并将其置于恒温加热磁力搅拌器中。加热至60℃，保温搅拌处理4小时。反应结束后，冷却至室温，真空抽滤，并用去离子水洗涤沉淀，得到木聚糖提取液。用浓盐酸调节pH为5.5～6，向滤液中加入其三倍体积的质量分数为95％的乙醇溶液，静置过夜。用高速离心机，离心分离(8000r/min，10min)，沉淀再用质量分数为70％的酸性乙醇溶液(pH＝5.5～6.0)洗涤、冻干，最终得到玉米芯木聚糖。本发明各实施例中所用玉米芯木聚糖均采用该方法制备。

(2)将2.0g无水LiCl粉末加入到20ml经分子筛脱水预处理的复合溶剂A中(DMF：DMSO＝4：1)，在微波反应器中进行加热溶解。待LiCl粉末完全溶解后向溶剂A中加入1.8g玉米芯木聚糖，微波加热60℃充分溶解，得到澄清透明溶液B，流水冷却至室温。

(3)将溶液B置于微波反应器中，加入1.854g三氧化硫-吡啶络合物，50℃反应20min。反应结束后，在冰盐浴中冷却。随后加入质量分数为5％的NaOH溶液调节pH值至7.0。在中和后的溶液中加入三倍体积无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析三天，再用三倍体积乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。测定木聚糖硫酸酯的取代度为1.07。并对其进行红外光谱检测，发现在1260cm(S＝O)及810cm(C-O-S)附近出现新的吸收峰，说明在半纤维素糖羟基上已引入硫酸基团。

实施例2：一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

(2)将2.0g无水LiCl粉末加入到20ml经分子筛脱水预处理的复合溶剂A中(DMF：DMSO＝7：3)，在微波反应器中进行加热溶解。待LiCl粉末完全溶解后向溶剂A中加入1.8g玉米芯木聚糖，微波加热60℃充分溶解，得到澄清透明溶液B，流水冷却至室温。

(3)将溶液B置于微波反应器中，加入1.854g三氧化硫-吡啶络合物，50℃反应20min。反应结束后，在冰盐浴中冷却。随后加入质量分数为5％的NaOH溶液调节pH值至7.0。在中和后的溶液中加入三倍体积无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析三天，再用三倍体积乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。测定木聚糖硫酸酯的取代度为0.98。并对其进行红外光谱检测，发现在1260cm(S＝O)及810cm(C-O-S)附近出现新的吸收峰，说明在半纤维素糖羟基上已引入硫酸基团。

实施例3：一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

(1)参照实施例1(1)。

(2)参照实施例1(2)。

(3)将溶液B置于微波反应器中，加入2.718g三氧化硫-吡啶络合物，50℃反应20min。反应结束后，在冰盐浴中冷却。随后加入质量分数为5％的NaOH溶液调节pH值至7.0。在中和后的溶液中加入三倍体积无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析三天，再用三倍体积乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。测定木聚糖硫酸酯的取代度为1.53。并对其进行红外光谱检测，发现在1260cm(S＝O)及810cm(C-O-S)附近出现新的吸收峰，说明在半纤维素糖羟基上已引入硫酸基团。

实施例4：一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

(1)参照实施例1(1)。

(2)参照实施例1(2)。

(3)将溶液B置于微波反应器中，加入3.708g三氧化硫-吡啶络合物，50℃反应20min。反应结束后，在冰盐浴中冷却。随后加入质量分数为5％的NaOH溶液调节pH值至7.0。在中和后的溶液中加入三倍体积无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析三天，再用三倍体积乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。测定木聚糖硫酸酯的取代度为1.61。并对其进行红外光谱检测，发现在1260cm(S＝O)及810cm(C-O-S)附近出现新的吸收峰，说明在半纤维素糖羟基上已引入硫酸基团。

实施例5：一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

(1)参照实施例1(1)。

(2)参照实施例1(2)。

(3)将溶液B置于微波反应器中，加入4.635g三氧化硫-吡啶络合物，50℃反应20min。反应结束后，在冰盐浴中冷却。随后加入质量分数为5％的NaOH溶液调节pH值至7.0。在中和后的溶液中加入三倍体积无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析三天，再用三倍体积乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。测定木聚糖硫酸酯的取代度为1.56。并对其进行红外光谱检测，发现在1260cm(S＝O)及810cm(C-O-S)附近出现新的吸收峰，说明在半纤维素糖羟基上成功引入硫酸基团。

实施例6：一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法

(1)参照实施例1(1)。

(2)参照实施例1(2)。

(3)将溶液B置于微波反应器中，加入5.562g三氧化硫-吡啶络合物，50℃反应20min。反应结束后，在冰盐浴中冷却。随后加入质量分数为5％的NaOH溶液调节pH值至7.0。在中和后的溶液中加入三倍体积无水乙醇，析出沉淀，再以乙醇反复清洗，离心分离；然后将所得沉淀置于透析袋中透析三天，再用三倍体积乙醇沉淀，离心分离，冷冻干燥，所得产物即为具有抗凝活性的木聚糖硫酸酯。测定木聚糖硫酸酯的取代度为1.58。并对其进行红外光谱检测，发现在1260cm(S＝O)及810cm(C-O-S)附近出现新的吸收峰，说明在半纤维素糖羟基上已引入硫酸基团。

表1 实施例1～4中木聚糖硫酸酯的取代度检测结果

实施例	DMF/DMSO	摩尔比	温度/℃	反应时间/min	取代度
						1	4:1	1:1	50	20	1.07
2	7:3	1:1	50	20	0.98
						3	4:1	1:1.5	50	20	1.53
4	4:1	1:2	50	20	1.61
						5	4:1	1:2.5	50	20	1.56
6	4:1	1:3	50	20	1.58

Claims

1.一种双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯，其特征在于，是以DMF/DMSO为复合溶剂，三氧化硫-吡啶复合物为酯化剂，碱法玉米芯木聚糖为原料，DMF为反应溶剂，LiCl为催化剂，在微波辅助进行化学反应，最终在木聚糖中引入硫酸基团，合成了具有抗凝血活性的玉米芯木聚糖硫酸酯，取代度高达1.6，硫酸根稳定。

2.制备权利要求1所述的双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，是以DMF/DMSO为复合溶剂，三氧化硫-吡啶络合物为酯化剂，碱法玉米芯木聚糖为原料，DMF为反应溶剂，LiCl为催化剂，在微波辅助进行化学反应，最终在木聚糖中引入硫酸基团，合成了具有抗凝血活性的玉米芯木聚糖硫酸酯，取代度高达1.6，且硫酸根稳定。

3.根据权利要求2所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在

于，具体步骤为：

(2)配制复合溶剂：配制DMF/DMSO复合溶剂；

4.根据权利要求2所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，碱法玉米芯木聚糖是向富含木聚糖的玉米芯原料中加入碱溶液，加热搅反应，反应结束后，冷却，过滤，得到木聚糖提取液，调节pH，醇沉，离心，冻干，得到。

5.根据权利要求4所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，所述碱溶液为质量分数为3％～8％的氢氧化钠溶液，玉米芯原料与碱溶液的液固比为1:5～10g/ml；反应温度为50℃～100℃，反应时间为2h～6h。

6.根据权利要求2所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，步骤(2)所用中的DMF/DMSO复合溶剂中DMF与DMSO的体积比为6：4～7：3。

7.根据权利要求2所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，无水LiCl粉末与溶液A的固液比为1：5～15g/ml。

8.根据权利要求2所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，在步骤(4)中，控制木聚糖与溶液A的比例为5～15％g/ml。

9.根据权利要求2所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，步骤(5)中，木糖单元与三氧化硫-吡啶络合物的摩尔比控制在1：3之间。

10.根据权利要求2所述的制备双溶剂法制备抗凝活性玉米芯木聚糖酯的方法，其特征在于，步骤(5)中，微波辅助磺化反应温度为40～70℃，磺化时间为10～50min。