一种含希夫碱的菊糖衍生物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及医药及化工领域，具体涉及一种含希夫碱的菊糖衍生物及其制备方法和应用。

背景技术：

菊糖(inulin)，即菊粉、土木香粉，是一种廉价易得、生物相容的可再生生物资源。菊糖本身具有良好的理化性质和生理功能，比如调节血糖、血脂，预防肥胖，促进矿物质吸收，增强抵抗力等。同时菊糖具有双歧因子的功能，能够调节肠道微环境，延缓衰老。通常将菊糖作为食品添加剂应用于防治糖尿病、便秘、结肠癌等功能性食品、保健品以及一些天然药物中。近年来菊粉在药物载体、废水处理、生物燃料、组织工程支架等领域有了新的应用。然而，菊粉的应用大多是直接添加其原料，考虑到菊粉具有许多优良的生理功能和天然丰度，特别是与壳聚糖、纤维素等多糖相比，菊粉的利用明显不足。

在资源短缺的压力下，随着耐药病原菌的不断增加，高分子杀菌剂以其高效、广谱、药效缓释、低毒性和低挥发性等优点，为抗真菌药物的开发开辟了新的方向。在多糖的开发领域，化学修饰被认为是一种有针对性、方便、高效的策略。近年来，菊糖化学修饰受到越来越多的关注。然而，人们注意到菊糖虽然具有许多天然优势，但其在抗菌等生物活性方面的不足是制约菊粉应用的重要因素。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出了一种含希夫碱的菊糖衍生物及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种含希夫碱的菊糖衍生物，含希夫碱的菊糖衍生物如式一所示：

式一中

其中n的平均取值范围是2-60。

一种含希夫碱的菊糖衍生物的制备方法，以菊糖为原料对其c6位进行溴化，而后再对c3、c4位的羟基乙酰化，乙酰化后进行叠氮反应，而后与氯代苯甲醛反应得到式一所示含希夫碱的菊糖衍生物。

具体为

(1)6-溴-6-脱氧菊糖的合成：将菊糖溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，溶解后加入n-溴代丁二酰亚胺和三苯基膦，于70-80℃，在氩气保护下反应3-6小时，得6-溴-6-脱氧菊糖，其中，菊糖、n-溴代丁二酰亚胺、三苯基膦的摩尔量比值为1:2-4:2-4；菊糖与n,n-二甲基甲酰胺的用量关系为：每1g菊糖溶解于25-35mln,n-二甲基甲酰胺；

(2)6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：将上述获得6-溴-6-脱氧菊糖与乙酸酐溶解于吡啶中，于室温、氩气保护下搅拌过夜，得6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖，其中，6-溴-6-脱氧菊糖与乙酸酐的摩尔量比值为1:5-8；菊糖与吡啶的用量关系为：每1g菊糖溶解于15-20ml吡啶；

(3)6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：将上述或的6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与叠氮化钠溶解于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，于70-80℃、氩气保护下搅拌反应3-6小时，得到6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖，其中，6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖、叠氮化钠的摩尔量比值为1:2-4；6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与n,n-二甲基甲酰胺溶剂的用量关系是：每1g6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖溶于12.5-18mln,n-二甲基甲酰胺；

(4)含希夫碱的菊糖衍生物的合成:将上述获得6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖、三苯基膦和氯代苯甲醛溶解在四氢呋喃中，在40-60℃下反应24-48h，而后洗涤、烘干得到式一所示含希夫碱的菊糖衍生物；其中，6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖、三苯基膦、氯代苯甲醛的摩尔量比值为1:2-4:20-40；6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与四氢呋喃溶剂的用量关系为：每1g6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖溶于15-20ml四氢呋喃；

所述步骤(1)反应结束后经丙酮沉淀，洗涤，冻干得到得6-溴-6-脱氧菊糖。

所述步骤(2)反应产物用冰水沉淀、洗涤，经烘干得6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖。

所述步骤(3)产物用冰水沉淀，所得沉淀依次经去离子水和乙醇反复洗涤，洗涤后烘干得到6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖。

所述步骤(4)产物经乙醚沉淀，沉淀依次经乙醚和丙酮反复洗涤，洗涤后冷冻干燥得到产物。

所述步骤(4)中氯代苯甲醛为二氯苯甲醛、四氯苯甲醛或3，4二氯苯甲醛。

一种含希夫碱的菊糖衍生物的应用，所述式一所示含希夫碱的菊糖衍生物在制备抗真菌制剂中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

(1)菊糖来源丰富且具有独特的生理功能，但其自身抗真菌活性较弱。经过对其进行化学修饰，在保留菊糖自身生理功能优势的同时提高了抗真菌活性。研究结果表明本发明所制备的含氯希夫碱的菊糖衍生物抗真菌效果显著高于菊糖，部分衍生物抗真菌活性接近100％。

(2)本发明所得含希夫碱的菊糖衍生物具有良好的水溶性，进一步拓展了其应用范围。

(3)在合成工艺上，本发明衍生物合成路线简单，操作简便，得到产物产率高，本发明所得产品可以广泛推广至医药及化工领域。

附图说明

图1为菊糖的红外光谱图；其中，3413cm^-1处为菊糖糖环上的羟基伸缩振动吸收峰，2923cm^-1处为饱和烷烃c-h的伸缩振动吸收峰，1029cm^-1处为c-o-c的弯曲振动吸收峰。

图2为本发明实施例提供的6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的红外光谱图；其中，2107cm^-1处为引入菊糖的叠氮的吸收峰，1734cm^-1处为菊糖c2、c3位氧乙酰化出现的酯基的吸收峰。

图3为本发明实施例提供含2-氯苯基希夫碱的菊糖衍生物的红外光谱图；其中，与6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖相比，新出现的3059cm^-1，1592cm^-1为苯环特征峰，1664cm^-1为-c＝n的特征峰。

图4为本发明实施例提供含4-氯苯基希夫碱的菊糖衍生物的红外光谱图；其中，1676cm^-1为-c＝n的特征峰，1596cm^-1,1572cm^-1,1490cm^-1处为苯环的特征峰。

图5为本发明实施例提供含3,4-二氯苯基希夫碱的菊糖衍生物的红外光谱图；其中，3061cm^-1，1592cm^-1为苯环的特征峰，1673cm^-1是-c＝n的特征峰。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受附图和具体实施例所限。

本发明以菊糖、n,n-二甲基甲酰胺、n-溴代丁二酰亚胺、三苯基膦、乙酸酐、叠氮化钠、四氢呋喃、氯代苯甲醛等为原料，首先制备6-溴-6-脱氧菊糖，其次制备6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖，再次制备6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖，最后得到含希夫碱的菊糖衍生物，所得衍生物采用菌丝生长速率法进行测定其对西瓜枯萎病菌、灰葡萄孢菌以及黄瓜枯萎病菌的抗真菌活性。本发明实验方法简单，为提高菊糖的附加经济价值，开发一种新型的高分子杀菌剂提供了思路。

含希夫碱的菊糖衍生物的合成路线如下：

式中

其中n的平均取值范围是2-60。

实施例1

合成目标化合物含2-氯苯基希夫碱的菊糖衍生物，结构如下：

式中

其中，n的平均取值范围是2-60。

制备：

(1)6-溴-6-脱氧菊糖的合成：称取1.61g菊糖(参见图1)溶于50mln,n-二甲基甲酰胺。随后加入5.34gn-溴代丁二酰亚胺和7.87g三苯基膦。在70℃，氩气保护下反应4小时。反应结束后经丙酮沉淀，洗涤，冻干得到6-溴-6-脱氧菊糖。

(2)6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：取4g6-溴-6-脱氧菊糖和和8.5ml乙酸酐溶于60ml吡啶中，于室温，氩气保护下搅拌过夜。然后将溶液倒入过量的冰水中。产物通过离心分离，并用去离子水洗涤三次。经烘干得到6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖。

(3)6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：4g6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与2g叠氮化钠溶于50mln,n-二甲基甲酰胺溶剂中。于70℃，氩气保护下搅拌反应4小时。然后将溶液倒入过量冰水中，离心分离产物并用去离子水和乙醇对产物进行数次洗涤，最后烘干得到6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖(参见图2)。

(4)含希夫碱的菊糖衍生物的合成：1g6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与2.13g三苯基膦以及13g2-氯苯甲醛混合溶解在15ml四氢呋喃中。在40℃下反应24h。反应完成后，将产物用乙醚沉淀，并用乙醚和丙酮洗涤三次。然后经冷冻干燥得到产物含2-氯苯基希夫碱的菊糖衍生物(参见图3)。

由图3可见含2-氯苯基希夫碱的菊糖衍生物的红外光谱图，与6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖相比，新出现的3059cm^-1，1592cm^-1为苯环特征峰，1664cm^-1为-c＝n的特征峰。由此证明含2-氯苯基希夫碱菊糖衍生物的成功制备。

实施例2

含4-氯苯基席夫碱菊糖衍生物，结构如下：

式(2)中

其中，n的平均取值范围是2-60。

制备：

1)6-溴-6-脱氧菊糖的制备：称取2.0g菊糖溶于50mln,n-二甲基甲酰胺。随后加入7.48gn-溴代丁二酰亚胺和10.98g三苯基膦。在80℃，氩气保护下反应3小时。反应结束后经丙酮沉淀，洗涤，冻干得到6-溴-6-脱氧菊糖。

2)6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：取3.5g6-溴-6-脱氧菊糖和和9ml乙酸酐溶于60ml吡啶中，于室温，氩气保护下搅拌过夜。然后将溶液倒入过量的冰水中。产物通过离心分离，并用去离子水洗涤三次。经烘干得到6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖。

(3)6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：4.5g6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与3.5g叠氮化钠溶于80mln,n-二甲基甲酰胺溶剂中。于75℃，氩气保护下搅拌反应4小时。然后将溶液倒入过量冰水中，离心分离产物并用去离子水和乙醇对产物进行数次洗涤，最后烘干得到6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖。

(4)含希夫碱的菊糖衍生物的合成：1.2g6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与3.5g三苯基膦以及22g4-氯苯甲醛混合溶解在22ml四氢呋喃中。在40℃下反应36h。反应完成后，将产物用乙醚沉淀，并用乙醚和丙酮洗涤三次。然后经冷冻干燥得到产物含4-氯苯基席夫碱菊糖衍生物(参见图4)。

由图4可见含4-氯苯基希夫碱的菊糖衍生物的红外光谱图，与6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖相比，1676cm^-1为-c＝n的特征峰，1596cm^-1,1572cm^-1,1490cm^-1处为苯环的特征峰。由此证明含4-氯苯基希夫碱菊糖衍生物的成功制备。

实施例3

含3,4-二氯苯基席夫碱菊糖衍生物的结构式如式下：

式(3)中

其中，n的平均取值范围是2-60。

制备：

1)6-溴-6-脱氧菊糖的制备：称取2.5g菊糖溶于80mln,n-二甲基甲酰胺。随后加入14.96gn-溴代丁二酰亚胺和21.96g三苯基膦。在90℃，氩气保护下反应5小时。反应结束后经丙酮沉淀，洗涤，冻干得到6-溴-6-脱氧菊糖。

2)6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：取2g6-溴-6-脱氧菊糖和和6.5ml乙酸酐溶于40ml吡啶中，于室温，氩气保护下搅拌过夜。然后将溶液倒入过量的冰水中。产物通过离心分离，并用去离子水洗涤三次。经烘干得到6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖。

(3)6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖的合成：2.8g6-溴-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与1.7g叠氮化钠溶于42mln,n-二甲基甲酰胺溶剂中。于80℃，氩气保护下搅拌反应4小时。然后将溶液倒入过量冰水中，离心分离产物并用去离子水和乙醇对产物进行数次洗涤，最后烘干得到6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖。

(4)含希夫碱的菊糖衍生物的合成：1.15g6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与3.0g三苯基膦以及16g3,4-二氯苯甲醛混合溶解在23ml四氢呋喃中。在60℃下反应48h。反应完成后，将产物用乙醚沉淀，并用乙醚和丙酮洗涤三次。然后经冷冻干燥得到产物含3,4-二氯苯基席夫碱菊糖衍生物(参见图5)。

由图5可见含3,4-二氯苯基希夫碱的菊糖衍生物的红外光谱图，与6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖相比，3061cm^-1，1592cm^-1为苯环的特征峰，1673cm^-1是-c＝n的特征峰。由此证明含3,4-二氯苯基希夫碱菊糖衍生物的成功制备。

应用例

抑菌活性测定

抑制灰葡萄孢病菌、黄瓜枯萎病菌以及西瓜枯萎病菌能力的测定：

采用菌丝生长速率法测定菊糖、6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与上述各实施例所合成的含希夫碱的菊糖衍生物对植物致病真菌的抑制作用；其中，供测植物致病真菌包括灰葡萄孢病菌，黄瓜枯萎病菌以及西瓜枯萎病菌。

具体操作为：将实施例中实验用菊糖原料、6-叠氮-6-脱氧-3,4-氧-乙酰化菊糖与上述各实施例所合成的含希夫碱的菊糖衍生物分别真空冷冻干燥至恒重后，以无菌水作溶剂，配制成5mg/ml的不同样品水溶液，分别取0.2ml，1ml和2ml样品溶液对应加入至体积为11.8ml、11ml和10ml的市售的真菌培养基中，摇匀并趁热倒入直径为6cm的一次性培养皿中冷却凝固，样品最终浓度为0.1mg/ml、0.5mg/ml和1.0mg/ml。待其完全凝固后，用无菌镊子将菌饼小心地接种于凝固的固体培养基中心，在28℃、60％湿度条件下培养48h。以等浓度的多菌灵为阳性对照，以等体积的无菌水代替样品作为空白对照。然后采用十字交叉法测量菌丝生成区域的直径，取平均值。样品的抑菌率的计算公式如下：

抑菌率(％)＝[1-(d样品-5)/(d空白-5)]×100

其中d样品为样品组菌丝生长直径，d空白为空白组菌丝生长直径

抑菌测定结果：

本发明所合成的含希夫碱菊糖衍生物抑制灰葡萄孢病菌能力如表1所示，抑制黄瓜枯萎病菌能力如表2所示,抑制西瓜枯萎病菌能力如表3所示：

表1含希夫碱菊糖衍生物抑制灰葡萄孢病菌的能力(％)

表2含希夫碱菊糖衍生物抑制黄瓜枯萎病菌病菌的能力(％)

表3含希夫碱菊糖衍生物抑制西瓜枯萎病菌的能力(％)

由上述表1-3结果可见，由于氯元素和希夫碱的引入使合成所得衍生物具有较强的杀菌能力，与菊糖原料相比，本发明所合成的含希夫碱菊糖衍生物的抑菌能力有明显提升，通过对实验结果可见在含希夫碱的菊糖衍生物中，所含氯原子的数量对抑菌能力有一定的影响，氯原子数量越多，抗菌活性也越强。氯原子在苯环上的取代位置对衍生物的抑菌能力有明显影响，对位取代强于邻位取代。