CN114805637A - 一种海洋生物多糖席夫碱衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋生物多糖席夫碱衍生物及其制备方法和应用，制备方法包括：首先将吡啶甲醛与壳寡糖反应生成吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物，之后加入氯乙酸生成O‑羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物，再将该O‑羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物与一水乙酸铜反应生成O‑羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物。本发明制备的衍生物具有良好的溶解性，可溶于多种溶剂，扩大了其应用领域，具有良好的抗真菌性能，可以有效杀灭多种农业致病菌，保护农作物。在农药领域有着潜在的应用价值。

Description

一种海洋生物多糖席夫碱衍生物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于海洋化工技术领域，特别涉及一种海洋生物多糖席夫碱衍生物及其制备方法和应用。
背景技术
化学农药为减少农业病虫害，保障粮食产量做出了重要的贡献。然而，过量和不合理的使用化学农药，带来了农药残留毒性、病虫抗(耐)药性上升、次要害虫大发生、环境污染和生态平衡破坏等一系列问题，严重威胁着农产品安全和农业生态环境安全。因此，需要在稳产增产前提下，大力发展化学农药替代技术及生物源农药产品研发，促进传统化学防治向现代绿色防控的转变，减少生产中化学农药的投入使用，实现农产品产量与质量安全、农业生态环境保护相协调的可持续发展。
使用海洋资源开发新型生物源杀菌剂，是杀菌剂研发领域的一个新的思路。壳聚糖(Chitosan)，是目前发现的唯一的一种天然阳离子聚合物，它由虾蟹壳中提取的甲壳素经脱乙酰处理制得，具有来源广、可再生、绿色、可降解等特点。壳寡糖(Chitooligosaccharide)是壳聚糖经降解后得到的小分子多糖，安全无毒且具有良好的生物兼容性，与人体细胞有良好的亲和性。壳寡糖及其衍生物因其特有生物活性对多种细菌、真菌具有广谱抗菌的功能。
吡啶甲醛作为天然维生素B3烟酸的类似物，其衍生方法及生物活性受到科学家的广泛关注，而其多变的结构类型又为不断合成新化合物奠定了基础。为开发新型生物农药的开辟了新途径。目前关于这方面的研究还比较少。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种海洋生物多糖席夫碱衍生物及其制备方法和应用，以达到提高壳寡糖的抑菌活性，扩大其应用领域的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种海洋生物多糖席夫碱衍生物，如式I或式Ⅱ所示，
Figure BDA0003670870360000021
其中，R为氢，甲基或氯；n＝2-20。
一种海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，包括如下步骤：
1)将壳寡糖溶于过量的溶剂A中，而后再加入吡啶甲醛，在30-90℃条件下进行反应生成吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物；然后再加入氯乙酸，在30-90℃下反应，得到式I所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物；其中，壳寡糖与吡啶甲醛的摩尔比为1:1-3，壳寡糖与氯乙酸的质量比为1:5-10；
2)将上述式I所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物溶于过量溶剂B中，再加入一水乙酸铜，在10-60℃下搅拌反应，过滤、洗涤、干燥，即得式Ⅱ所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物；其中，O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物与一水乙酸铜的质量比为1:1-2。
上述反应过程如下：
Figure BDA0003670870360000031
上述方案中，溶剂A为水和/或乙醇，溶剂B为水和/或二甲基亚砜。
上述方案中，所述吡啶甲醛为2-吡啶甲醛、5-甲基吡啶-2-甲醛或5-氯吡啶-2-甲醛。
上述方案中，步骤1)中，加入吡啶甲醛后，在60℃条件下反应12小时生成吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物，溶剂A的体积与壳寡糖质量比为10-20:1。
上述方案中，步骤1)中，加入氯乙酸后在60℃下反应6小时，加入丙酮沉淀，沉淀抽滤，丙酮洗涤，50-80℃下干燥，得到式I所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物。
上述方案中，步骤2)中，搅拌反应6-12小时，反应后过滤，滤饼用有机溶剂洗涤，在50-80℃下进行干燥，即得式Ⅱ所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物。
上述方案中，有机溶剂为乙醇或丙酮。
上述方案中，溶剂B的体积与O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物的质量比为40-80:1。
一种如权利要求1所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物在制备农用真菌杀菌剂中的应用。
通过上述技术方案，本发明提供的一种海洋生物多糖席夫碱衍生物及其制备方法和应用具有如下有益效果：
1、本发明在壳寡糖结构中引入吡啶基，二者产生协同增效作用，显著提高了壳寡糖的抑菌活性；同时进一步在壳寡糖结构中引入铜离子，三者产生协同增效作用，显著提高了壳寡糖的抑菌活性。
2、本发明制备的吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物具有良好的水溶性，可有效提高抑菌效果，对多种真菌具有杀灭效果，扩大了其应用领域，在农药领域有着潜在的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为壳寡糖的红外光谱图，其红外特征吸收(cm-1)：3173，2874，1540，1404，1066。
图2为本发明实施例提供的壳寡糖衍生物1的红外光谱图，其红外特征吸收(cm-1)：3352,1734,1595,1384,1252,943，842，776。
图3为本发明实施例提供的壳寡糖衍生物2的红外光谱图，其红外特征吸收(cm-1)：3290,1733,1598,1384,1251,942，836，774。
图4为本发明实施例提供的壳寡糖衍生物3的红外光谱图，其红外特征吸收(cm-1)：3360,1735,1622，1598,1384,1253,945，841，776。
图5为本发明实施例提供的壳寡糖衍生物4的红外光谱图，其红外特征吸收(cm-1)：3331,1719,1563,1558，1410，1375,1246，945，850，777。
图6为本发明实施例提供的壳寡糖衍生物5的红外光谱图，其红外特征吸收(cm-1)：3317,1729,1558,1406,1378,1246，942，848，777。
图7为本发明实施例提供的壳寡糖衍生物6的红外光谱图，其红外特征吸收(cm-1)：3316,1727,1559,1402,1375,1244，930，848，780。
图8为本发明实施例所制备的衍生物对灰葡萄孢的抑菌率结果。
图9为本发明实施例所制备的衍生物对链格孢的抑菌率结果。
图10为本发明实施例所制备的衍生物对钟器腐霉的抑菌率结果。
图11为本发明实施例所制备的衍生物对辣椒疫霉的抑菌率结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，首先将吡啶甲醛与壳寡糖C2位上的-NH2发生反应生成吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物，之后将氯乙酸与壳寡糖C6位上的-OH反应生成O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物(式I)，该壳寡糖衍生物上亚氨基及吡啶上的氮与乙酸铜的铜离子配位生成O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物(式Ⅱ)，所得的衍生物经红外光谱分析确定其结构，壳寡糖与接入的基团有效地结合生成吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物，同时在经铜配合获得衍生物。
具体实施例如下：
实施例1
将2克分子量为2000的壳寡糖加入到20mL水和20mL乙醇中，搅拌下向其加入2g的2-吡啶甲醛，60℃反应12小时，加入10g一氯乙酸，60℃反应6小时，加入丙酮沉淀，沉淀抽滤，丙酮洗涤，50℃下干燥，得黄色粉末，即为O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物1(记为dCOS1)，结构见式I(R为氢；n＝2-20)。
红外光谱表明：O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物1的红外谱图(图2)与壳寡糖的红外谱图(图1)相比，出现了位于1734cm-1的羰基特征吸收峰，以及1252cm-1的N＝C-H吸收峰；1595cm-1，943cm-1，842cm-1和776cm-1为吡啶环的特征吸收；证明衍生物1合成成功。
实施例2
将2克分子量为2000的壳寡糖加入到20mL水和20mL乙醇中，搅拌下向其加入2.25g的5-甲基吡啶-2-甲醛，60℃反应12小时，加入10g一氯乙酸，60℃反应6小时，加入丙酮沉淀，沉淀抽滤，丙酮洗涤，50℃下干燥，得黄色粉末，即为O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物2(记为dCOS2)，结构见式I(R为甲基；n＝2-20)。
红外光谱表明：O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物2的红外谱图(图3)与壳寡糖的红外谱图(图1)相比，出现了位于1733cm-1的羰基特征吸收峰，以及1251cm-1的N＝C-H吸收峰；1598cm-1，942cm-1，836cm-1和774cm-1为吡啶环的特征吸收；证明衍生物2合成成功。
实施例3
将2克分子量为2000的壳寡糖加入到20mL水和20mL乙醇中，搅拌下向其加入2.64g的5-氯吡啶-2-甲醛，60℃反应12小时，加入10g一氯乙酸，60℃反应6小时，加入丙酮沉淀，沉淀抽滤，丙酮洗涤，50℃下干燥，得黄色粉末，即为O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物3(记为dCOS3)，结构见式I(R为氯；n＝2-20)。
红外光谱表明：O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物3的红外谱图(图4)与壳寡糖的红外谱图(图1)相比，出现了位于1735cm-1的羰基特征吸收峰，以及1253cm-1的N＝C-H吸收峰；1598cm-1，945cm-1，841cm-1和776cm-1为吡啶环的特征吸收；证明衍生物3合成成功。
实施例4
将0.5克实施例1制得的O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物1溶于20mL水中，0.65克Cu(OAc)2·H2O溶于5mL水中，室温搅拌下将乙酸铜水溶液滴加到O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物1的水溶液中，在50℃下反应6小时，过滤，滤饼用丙酮洗涤，50℃干燥，得深绿色粉末，即为O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物4(记为dCOS1-Cu)，结构见式II(R为氢；n＝2-20)。
红外光谱表明：O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物4的红外谱图(图5)与壳寡糖的红外谱图(图1)相比，出现了位于1719cm-1的羰基特征吸收峰，以及1246cm-1的N＝C-H吸收峰和1410cm-1的乙酸根吸收峰；1563cm-1，945cm-1，850cm-1和777cm-1为吡啶环的特征吸收；证明衍生物4合成成功。
实施例5
将0.5克实施例2制得的O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物2溶于20mL水中，0.60克Cu(OAc)2·H2O溶于5mL水中，室温搅拌下将乙酸铜水溶液滴加到O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物2的水溶液中，反应6小时，过滤，滤饼用丙酮洗涤，50℃干燥，得深绿色粉末，即为O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物5(记为dCOS2-Cu)，结构见式II(R为甲基；n＝2-20)。
红外光谱表明：O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物5的红外谱图(图6)与壳寡糖的红外谱图(图1)相比，出现了位于1729cm-1的羰基特征吸收峰，以及1246cm-1的N＝C-H吸收峰和1406cm-1的乙酸根吸收峰；1558cm-1，942cm-1，848cm-1和777cm-1为吡啶环的特征吸收；证明衍生物5合成成功。
实施例6
将0.5克实施例3制得的O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物3溶于20mL水中，0.58克Cu(OAc)2·H2O溶于5mL水中，室温搅拌下将乙酸铜水溶液滴加到O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物3的水溶液中，反应6小时，过滤，滤饼用丙酮洗涤，50℃干燥，得深绿色粉末，即为O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物6(记为dCOS3-Cu)，结构见式II(R为氯；n＝2-20)。
红外光谱表明：O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物6的红外谱图(图7)与壳寡糖的红外谱图(图1)相比，出现了位于1727cm-1的羰基特征吸收峰，以及1247cm-1的N＝C-H吸收峰和1402cm-1的乙酸根吸收峰；1559cm-1，930cm-1，848cm-1和780cm-1为吡啶环的特征吸收；证明衍生物6合成成功。
抑菌活性测定
采用生长速率法测定合成的衍生物(dCOS1、dCOS2、dCOS3、dCOS1-Cu、dCOS2-Cu、dCOS3-Cu)对灰葡萄孢病原菌、链格孢病原菌、钟器腐霉病原菌以及辣椒疫霉病原菌的抑菌活性。测试在2个样品浓度下，即浓度为0.4mg/mL和0.8mg/mL的衍生物对灰葡萄孢、链格孢、钟器腐霉及辣椒疫霉的抑制效果。
实验以相同浓度的噻菌铜药剂(市售为20％的悬浮剂)为阳性对照，以蒸馏水为阴性对照。将加入不同浓度衍生物的PSA或PDA培养基均匀倒入1个直径为9cm的培养皿中，待完全凝固后，在每个培养皿中接种3块直径为5mm的菌饼。在27℃下培养72小时后，测量菌落直径，计算样品的抑菌率。
每次处理设置1个培养皿，每皿接种3个菌落，对每个菌落测定最大直径(Dmax)和最小直径(Dmin)，取平均值为样品抑菌圈直径D样品，全部试验重复一次。
根据下式计算抑菌率：
抑菌率(％)＝(D空白－D样品)/(D空白－5)×100
实验结果见图8-图11，可以看出，式I和式II所示的衍生物高浓度下对灰葡萄孢、链格孢、钟器腐霉及辣椒疫霉普遍具有良好的抑菌效果，其中，式II的衍生物要好于式I的衍生物，在浓度为0.4mg/mL时，对钟器腐霉和辣椒疫霉的抑制率即可达到100％。对四种病原真菌来说，式I衍生物的抗真菌活性与阳性对照噻菌铜相仿，式II衍生物则显著好于噻菌铜产品。对于灰葡萄孢，式I和式II衍生物的最佳使用浓度为0.8mg/mL；对于链格孢，式II衍生物的最佳使用浓度为0.8mg/mL；对于辣椒疫霉，式I和式II衍生物的最佳使用浓度为0.2-0.4mg/mL；对于钟器腐霉，式I衍生物的最佳使用浓度为0.8mg/mL，式II衍生物的最佳使用浓度为0.2-0.4mg/mL。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种海洋生物多糖席夫碱衍生物，其特征在于：衍生物如式I或式Ⅱ所示，
Figure FDA0003670870350000011
其中，R为氢，甲基或氯；n＝2-20。
2.一种如权利要求1所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将壳寡糖溶于过量的溶剂A中，而后再加入吡啶甲醛，在30-90℃条件下进行反应生成吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物；然后再加入氯乙酸，在30-90℃下反应，得到式I所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物；其中，壳寡糖与吡啶甲醛的摩尔比为1:1-3，壳寡糖与氯乙酸的质量比为1:5-10；
2)将上述式I所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物溶于过量溶剂B中，再加入一水乙酸铜，在10-60℃下搅拌反应，过滤、洗涤、干燥，即得式Ⅱ所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物；其中，O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物与一水乙酸铜的质量比为1:1-2。
3.根据权利要求2所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，溶剂A为水和/或乙醇，溶剂B为水和/或二甲基亚砜。
4.根据权利要求2所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，所述吡啶甲醛为2-吡啶甲醛、5-甲基吡啶-2-甲醛或5-氯吡啶-2-甲醛。
5.根据权利要求2所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1)中，加入吡啶甲醛后，在60℃条件下反应12小时生成吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物，溶剂A的体积与壳寡糖质量比为10-20:1。
6.根据权利要求2所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1)中，加入氯乙酸后在60℃下反应6小时，加入丙酮沉淀，沉淀抽滤，丙酮洗涤，50-80℃下干燥，得到式I所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物。
7.根据权利要求2所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，步骤2)中，搅拌反应6-12小时，反应后过滤，滤饼用有机溶剂洗涤，在50-80℃下进行干燥，即得式Ⅱ所示O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱铜配合物衍生物。
8.根据权利要求7所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，有机溶剂为乙醇或丙酮。
9.根据权利要求2所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物的制备方法，其特征在于，溶剂B的体积与O-羧甲基吡啶基壳寡糖席夫碱衍生物的质量比为40-80:1。
10.一种如权利要求1所述的海洋生物多糖席夫碱衍生物在制备农用真菌杀菌剂中的应用。
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