专利名称：一种利用甲壳素制备壳聚糖固载环糊精衍生物的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用甲壳素制备壳聚糖固载环糊精衍生物的方法，属于高分子材料制备技术领域。
背景技术：
壳聚糖由于吡喃环上具有2-NH2的独特结构，具有良好的可修饰性和生理活性，是新型功能高分子材料研究的热点。环糊精具有独特的内疏水、外亲水的空腔结构，是超分子化学中研究较多的一类大环主体化合物，在化学分析、药物控制释放、手性识别、分子开关、 模拟酶、超分子构筑等方面发挥了很大的作用。将环糊精在壳聚糖分子链上进行固载，可将两者的优异性能有效结合，制备出性能优异的生物大分子基超分子主体材料。目前以壳聚糖固载环糊精构筑超分子主体的文献报道很多。但目前制备的壳聚糖固载环糊精衍生物中，环糊精主要固载在易于改性的壳聚糖的2-NH2上，在固载的同时消耗了壳聚糖分子链上功能独特的氨基，不利于进一步的改性及产物的应用。若能在保持壳聚糖2-NH2所赋予的不同于其它天然多糖的优异性能的同时，在壳聚糖的6-0H实现环糊精的固载，形成结构、功能优异的天然高分子材料固载环糊精超分子主体结构，可大大扩展其应用领域。^iang等通过对壳聚糖氨基希夫碱保护后，对其6-0H 进行环氧氯丙烷化改性，将氨基脱保护后，利用环糊精促进环氧开环的反应制备了固载产物，测得的环糊精固载率为 25. 8 μ mo 1 ‘ (Zhang X, Wang Y Τ, Yi Y.J Appl. Polym. Sci.， 2004，94，860-864)。Zha等也采用类似的方法制备了壳聚糖6-0H定位固载环糊精产物(Zha F, Lu R H, Chang Y. J. Macromol. Sci. Pure，2007，44 :413-415)。马志伟等人报道了采用单氨基取代的环糊精与6-羧甲基化壳聚糖通过酰胺化反应制备壳聚糖6-0H固载β -环糊精衍生物的路线(马志伟，张邦乐，何炜等.合成化学，2007，15 :605-607)。Sreenivasan iA 为，在较低的PH值条件下(pH<6)，壳聚糖6-0H易于与1，6_六亚甲基二异氰酸酯(HMDI) 的-NCO基团反应，HMDI的-NCO基团同时可与环糊精的羟基反应，制得壳聚糖6-0H固载环糊精衍生物(Sreenivasan，K.，JAppl. Polym. Sci.，1998，69，1051-1055)。上述反应产物的固载效率均显著低于壳聚糖2-NH2对环糊精的固载率，究其原因可能是氨基与羟基都是具有活泼氢的官能团，结构相似，相比之下氨基较羟基的反应活性更高，实现环糊精在壳聚糖6-0H的定位化，高固载率制备存在困难。较低的固载率在应用时难以发挥环糊精的突出性能，因此有关壳聚糖6-0H定位固载环糊精衍生物也很少有应用报道。此外，目前反应对壳聚糖6-0H的定位取代反应多是将壳聚糖2-NH2希夫碱化保护后，对其6-0H进行定位固载反应，最后将壳聚糖2-NH2上的保护基团脱保护，从而获得壳聚糖6-0H定位固载环糊精衍生物。上述反应步骤一方面使固载反应变得复杂，副产物增多， 产率下降；另一方面，希夫碱很难完全脱除保护，对最终的壳聚糖6-0H固载环糊精的水溶性及应用效果产生了很大限制。上述问题也进一步限制了壳聚糖6-0H定位固载环糊精衍生物的应用。
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，甲壳素的乙酰基其实也是吡喃环2-NH2上的保护基团。通过控制甲壳素的来源，乙酰胺基含量可> 95%，从而实现对是吡喃环2-NH2的高效保护。因此，本发明对甲壳素直接进行6-0H固载环糊精反应，再脱除甲壳素的乙酰基，获得壳聚糖6-0H固载环糊精衍生物。这一路线大大简化了壳聚糖6-0H固载环糊精衍生物的制备过程。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种利用甲壳素制备壳聚糖固载环糊精衍生物的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种利用甲壳素制备壳聚糖固载环糊精衍生物的方法，该方法以甲壳素分子中的乙酰胺基作为氨基保护基团，在对甲壳素上的6-0H进行对甲苯磺酰化取代后采用点击化学反应法制备定位固载环糊精衍生物，最后在碱性条件下脱除甲壳素乙酰基，形成6-0H高效定位固载环糊精的壳聚糖衍生物；具体步骤为第一步甲壳素6-0H对甲苯磺酰酯化衍生物的制备1)称取1份甲壳素，氮气保护下，加入20 150份有机溶剂A，在25 80°C下搅拌10 40分钟使甲壳素充分溶胀；之后将该反应体系降温至-20 20°C反应条件下，加入5 40份碱B，得到甲壳素溶液；2)将1 30份对甲苯磺酰氯溶于20 100份有机溶剂C中，用滴液漏斗在1 30分钟内缓慢加入1)得到的甲壳素溶液中，反应3 48小时，反应完毕后加入沉淀剂D， 抽滤，用有机溶剂E洗去未反应的对甲苯磺酰氯，50 80°C下真空干燥得到甲壳素衍生物 a ；有机溶剂A为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、DMF、DMSO或DMAc 中的一种；优选为三氯甲烷、六氟异丙醇、DMF、DMS0或DMAc。使用DMAc时还可以同时加入 1 5 份 LiCl ；碱B为NaOH、Κ0Η、氨水或三乙胺，优选为NaOH或三乙胺；有机溶剂C为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或四氢呋喃，优选为乙醇、丙酮或四氢呋喃；沉淀剂D为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或四氢呋喃，优选为乙醇、丙酮或四氢呋喃；有机溶剂E为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或DMSO ；优选为三氯甲烷或DMSO ；优选的反应条件为1)称取1份甲壳素，氮气保护下，加入30 80份有机溶剂A，在25 60°C下搅拌10 40分钟使甲壳素充分溶胀；之后将该反应体系降温至-20 20°C反应条件下，加入10 20份碱B，得到甲壳素溶液；2)将3 10份对甲苯磺酰氯溶于30 70份有机溶剂C中，用滴液漏斗在1 30分钟内缓慢加入1)得到的甲壳素溶液中，反应5 30小时，反应完毕后加入沉淀剂D， 抽滤，用有机溶剂E洗去未反应的对甲苯磺酰氯，50 80°C下真空干燥得到甲壳素衍生物
3- ο第二步甲壳素6-0H叠氮化衍生物的制备称取1份甲壳素衍生物a溶于5 50份有机溶剂G中，0 80°C下搅拌使之溶解。 然后加入1 5份叠氮化钠后，在30 100°C下搅拌反应2 20小时。反应结束后，使用
5有机溶剂H沉淀，用水洗涤析出物，最后依次用有机溶剂I和水洗涤2次以上，抽滤后50 80°C真空干燥得到甲壳素衍生物b。有机溶剂G为六氟异丙醇、DMF、DMSO或DMAc，优选为六氟异丙醇、DMF或DMSO ；有机溶剂I为六氟异丙醇、DMF、DMSO或DMAc，优选为六氟异丙醇、DMF或DMSO ；有机溶剂H为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或四氢呋喃，优选为乙醇、丙酮或四氢呋喃；优选的反应条件为称取1份甲壳素衍生物a溶于10 30份有机溶剂G中，0 50°C下搅拌使之溶解。加入1 3份叠氮化钠后，在40 80°C下搅拌反应5 15小时。 反应结束后，使用有机溶剂H沉淀，用水洗涤析出物，最后依次用有机溶剂I和水洗涤2次以上，抽滤后50 80°C真空干燥得到甲壳素衍生物b。第三步环糊精单对甲苯磺酰化衍生物的制备称取1份β -环糊精，加入3 20份质量浓度为0. 2 % 5 %的碱K的水溶液中， 在-10 50°C下搅拌使β -环糊精完全溶解。将0. 5 5份对甲苯磺酰氯溶解于1 10 份的有机溶剂L中，用恒压滴液漏斗在5 30分钟内缓慢的滴加到反应体系中，继续搅拌反应0. 5 6小时后，加入氯化铵调节溶液的ρΗ值到7 9，有白色物质析出。用去离子水和有机溶剂M分别清洗抽滤2次以上，然后将滤饼在50 80°C下真空干燥得到β -环糊精衍生物C。碱K为NaOH、KOH或氨水，优选为NaOH或KOH ；有机溶剂L为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或DMS0，优选为三氯甲烷或DMSO ；有机溶剂M为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或DMS0，优选为三氯甲烷或DMSO ；优选的反应条件为称取1份β -环糊精，加入5 12份质量浓度为0. 5% 2% 的碱K的水溶液中，在-10 30°C下搅拌使β-环糊精完全溶解。将1 3份对甲苯磺酰氯溶解于1 5份的有机溶剂L中，用恒压滴液漏斗在10 20分钟内缓慢的滴加到反应体系中，继续搅拌反应1 3小时后，加入氯化铵调节溶液的ρΗ值到7 9，有白色物质析出。用去离子水和有机溶剂M分别清洗抽滤2次以上，然后将滤饼在50 80°C下真空干燥得到β-环糊精衍生物C。第四步环糊精单炔基化衍生物的制备将1份β -环糊精衍生物c和1 10份炔丙胺或炔丙醇分散在10 150份的水和有机溶剂O的混合物中，在20 80°C温度下并在队保护下，搅拌反应12 48小时后， 加入沉淀剂P，析出沉淀，过滤，用水、有机溶剂Q洗涤2次以上后，将滤饼在50 80°C下真空干燥得到β-环糊精衍生物d。有机溶剂0为乙醇、丙醇、DMF或DMS0，优选为乙醇或DMSO ；有机溶剂Q为乙醇、丙醇、DMF或DMS0，优选为乙醇或DMSO ；水和有机溶剂0的质量比为1 9 9 1，优选为3 7 7 3 ；沉淀剂P为乙腈、丙酮、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮，优选为乙腈或四氢呋喃；优选的反应条件为将1份β -环糊精衍生物c和1 5份炔丙胺或炔丙醇分散在20 70份的水和有机溶剂0的混合物中，在40 70°C温度下并在队保护下，搅拌反应 20 30小时后，加入沉淀剂P，析出沉淀，过滤，用水、有机溶剂Q洗涤2次以上后，将滤饼在50 80°C下真空干燥得到β -环糊精衍生物d。第五步点击化学反应制备甲壳素6-0H定位固载化环糊精衍生物
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1)称取1份甲壳素衍生物b，分散溶胀于1 30份的有机溶剂S中；2)称取0. 01 0. 1份CuSO4 · 5H20分散于1 10份有机溶剂T中，加入0. 01 0. 1份抗坏血酸钠，及0. 01 0. 5份水增进溶解；3)将1)和2)得到的溶液进行混合；4)称取1 5份β -环糊精衍生物d，加入到3)得到的溶液中，在0 80°C下搅拌反应0. 5 8小时，停止反应，加入沉淀剂T后，用有机溶剂U洗涤2次以上，将滤饼在 50 80°C下真空干燥得到甲壳素固载环糊精衍生物e。有机溶剂S 为 DMSO、DMF 或 DMAc ；沉淀剂T为乙腈、丙酮、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮，优选为乙腈或四氢呋喃；有机溶剂U为乙醇、丙醇、DMF或DMS0，优选为乙醇或DMSO ；优选的反应条件为1)称取1份甲壳素衍生物b，分散溶胀于5 15份的有机溶剂S中；2)称取0. 01 0. 05份CuSO4 ·5Η20分散于1 10份有机溶剂T中，加入0. 01 0. 05份抗坏血酸钠，及0. 05 0. 2份水增进溶解；3)将1)和2)得到的溶液进行混合；4)称取1 5份β -环糊精衍生物d，加入到3)得到的溶液中，在20 60°C下搅拌反应3 6小时，停止反应，加入沉淀剂T后，用有机溶剂U洗涤2次以上，将滤饼在50 80°C下真空干燥得到甲壳素固载环糊精衍生物e。第六步脱乙酰化及壳聚糖6-0H固载环糊精衍生物的获得将1份甲壳素固载环糊精衍生物e浸泡在2 60份质量浓度为10% 60%的碱 W的水溶液中，搅拌，在30 100°C下加热反应12 36小时，过滤后，用有机溶剂X洗涤两次后在50 80°C下真空干燥得到最终产物f。碱W 为 NaOH 或 KOH ；有机溶剂X为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、DMS0、DMF或DMAc，优选为甲醇、DMS0、DMF或 DMAc ；优选的反应条件为将得到的1份甲壳素固载环糊精衍生物e浸泡在10 30份质量浓度为15 40%的碱W的水溶液中，搅拌及60 100°C下加热反应12 36小时，过滤后，用有机溶剂X洗涤两次后在50 80°C下真空干燥得到最终产物f。上述第一步至第六步的反应方程式为
权利要求
1. 一种利用甲壳素制备壳聚糖固载环糊精衍生物的方法，其特征在于具体步骤为 第一步甲壳素6-0H对甲苯磺酰酯化衍生物的制备1)称取1份甲壳素，氮气保护下，加入20 150份有机溶剂A，在25 80°C下搅拌 10 40分钟使甲壳素充分溶胀；之后将该反应体系降温至-20 20°C反应条件下，加入 5 40份碱B，得到甲壳素溶液；2)将1 30份对甲苯磺酰氯溶于20 100份有机溶剂C中，在1 30分钟内加入 1)得到的甲壳素溶液中，反应3 48小时，反应完毕后加入沉淀剂D，抽滤，用有机溶剂E 洗去未反应的对甲苯磺酰氯，50 80°C下真空干燥得到甲壳素衍生物a ；有机溶剂A为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、六氟异丙醇、DMF、DMSO或DMAc中的一种；碱B为NaOH、Κ0Η、氨水或三乙胺； 有机溶剂C为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或四氢呋喃； 沉淀剂D为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或四氢呋喃； 有机溶剂E为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或DMSO ； 第二步甲壳素6-0H叠氮化衍生物的制备称取1份甲壳素衍生物a溶于5 50份有机溶剂G中，0 80°C下搅拌使之溶解；然后加入1 5份叠氮化钠后，在30 100°C下搅拌反应2 20小时；反应结束后，使用有机溶剂H沉淀，用水洗涤析出物，最后依次用有机溶剂I和水洗涤2次以上，抽滤后50 80°C 真空干燥得到甲壳素衍生物b ；有机溶剂G为六氟异丙醇、DMF、DMSO或DMAc ； 有机溶剂I为六氟异丙醇、DMF、DMSO或DMAc ； 有机溶剂H为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈或四氢呋喃； 第三步环糊精单对甲苯磺酰化衍生物的制备称取1份β -环糊精，加入3 20份质量浓度为0. 2 % 5 %的碱K的水溶液中， 在-10 50°C下搅拌使β -环糊精完全溶解；将0. 5 5份对甲苯磺酰氯溶解于1 10份的有机溶剂L中，在5 30分钟内滴加到反应体系中，继续搅拌反应0. 5 6小时后，加入氯化铵调节溶液的PH值到7 9，有白色物质析出；用去离子水和有机溶剂M分别清洗抽滤2次以上，然后将滤饼在50 80°C下真空干燥得到β -环糊精衍生物c ； 碱K为NaOH、KOH或氨水；有机溶剂L为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或DMSO ； 有机溶剂M为三氯甲烷、丙酮、N-甲基吡咯烷酮或DMSO ； 第四步环糊精单炔基化衍生物的制备将1份β -环糊精衍生物c和1 10份炔丙胺或炔丙醇分散在10 150份的水和有机溶剂0的混合物中，在20 80°C温度下并在队保护下，搅拌反应12 48小时后，加入沉淀剂P，析出沉淀，过滤，用水、有机溶剂Q洗涤2次以上后，将滤饼在50 80°C下真空干燥得到环糊精衍生物d;有机溶剂0为乙醇、丙醇、DMF或DMSO ； 有机溶剂Q为乙醇、丙醇、DMF或DMSO ； 水和有机溶剂0的质量比为1 9 9 1 ；沉淀剂P为乙腈、丙酮、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮； 第五步点击化学反应制备甲壳素6-0H定位固载化环糊精衍生物1)称取1份甲壳素衍生物b，分散溶胀于1 30份的有机溶剂S中；2)称取0.01 0. 1份CuSO4 · 5H20分散于1 10份有机溶剂T中，加入0. 01 0. 1 份抗坏血酸钠，及0. 01 0. 5份水增进溶解；3)将1)和2、得到的溶液进行混合；4)称取1 5份β-环糊精衍生物d，加入到3)得到的溶液中，在0 80°C下搅拌反应0. 5 8小时，停止反应，加入沉淀剂T后，用有机溶剂U洗涤2次以上，将滤饼在50 80°C下真空干燥得到甲壳素固载环糊精衍生物e ；有机溶剂S为DMSO、DMF或DMAc ；沉淀剂T为乙腈、丙酮、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮；有机溶剂U为乙醇、丙醇、DMF或DMSO ；第六步脱乙酰化及壳聚糖6-0H固载环糊精衍生物的获得将1份甲壳素固载环糊精衍生物e浸泡在2 60份质量浓度为10% 60%的碱W的水溶液中，搅拌，在30 100°C下加热反应12 36小时，过滤后，用有机溶剂X洗涤两次后在50 80°C下真空干燥得到最终产物f ； 碱W为NaOH或KOH ；有机溶剂X为甲醇、乙醇、丙酮、乙腈、DMSO、DMF或DMAc。
全文摘要
本发明涉及一种利用甲壳素制备壳聚糖固载环糊精衍生物的方法，属于高分子材料制备技术领域。该方法以甲壳素分子中的乙酰胺基作为氨基保护基团，在对甲壳素上的6-OH进行对甲苯磺酰化取代后采用点击化学反应法制备定位固载环糊精衍生物，最后在碱性条件下脱除甲壳素乙酰基，形成6-OH高效定位固载环糊精的壳聚糖衍生物。本发明的方法提高环糊精在壳聚糖6-OH上的定位固载效率；得到的产物的环糊精固载率可达到195μmol·g-1以上；所制备产物的脱乙酰度可达到95％，产物具有良好的水溶性。
文档编号C08B37/16GK102391519SQ201110440989
公开日2012年3月28日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者叶彦春, 郭燕文, 陈煜 申请人:北京理工大学