一种氨基葡萄糖合成甲壳素及其衍生物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及功能糖及材料领域，尤其涉及通过氨基葡萄糖合成甲壳素及其衍生物 壳聚糖的方法。
【背景技术】
[0002] 葡萄糖的一个羟基被一个氨基取代的化合物。分子式C6H13O5N,俗称氨基葡萄糖， 简称氨糖又名葡萄糖胺，广泛存在于自然界，2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖通常以N-乙酰基 衍生物（如甲壳素）或以N-硫酸酯和N-乙酰-3-0-乳酸醚（胞壁酸）形式存在于微生 物、动物来源的多糖和结合多糖中。N-乙酰-D-氨基葡萄糖是新型生化药品，是生物体内多 种多糖的组成单位，尤其是甲壳类动物的外骨骼含量最高，它在临床上是治疗风湿性及类 风湿性关节炎的药物。N-乙酰-D-氨基葡萄糖（NAG)，是甲壳素的单体，经脱乙酰基后成为 氨基葡萄糖。目前，NAG的生产方法有两种，一种是甲壳素经酸水解后得到氨基葡萄糖盐酸 盐，然后后者经乙酰化、结晶得NAG;另一种方法是通过微生物发酵，将葡萄糖转为NAG。它 也可以作为食品抗氧化剂及婴幼儿食品添加剂，糖尿病患者甜味剂。主要用于临床增强人 体免疫系统的功能，抑制癌细胞或纤维细胞的过度生长，对癌症和恶性肿瘤起到抑制和治 疗作用；对于各种炎症，能起到有效的治疗，对骨关节炎及关节疼痛也有治疗作用。
[0003] 甲壳素大量存在于海洋节肢动物（如虾、蟹）的甲壳中，也存在于昆虫、藻类细胞 膜和高等植物的细胞壁中，分布极其广泛，在自然界的储量仅次于纤维素，每年生物合成的 甲壳素有100亿吨之多。因此，它是一种取之不尽、用之不竭的再生资源。甲壳素的化学名 称为（1，4) -2-乙酰氨基-2-脱氧-e-D-葡聚糖，它是通过0 -1，4糖苷键相连的线性生物 高分子，分子量从几十万到几百万。甲壳素脱除乙酰基后的产物是壳聚糖，其化学名称为 (1，4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-0 -D-葡聚糖。甲壳素和壳聚糖具有与纤维素很相近的化学 结构，它们的区别仅是在C2位上的羟基分别被一个乙酰氨基和氨基所取代，但它们的化学 性质却有较大差别。甲壳素和壳聚糖具有生物降解性、细胞亲和性和生物效应等许多独特 的性质，尤其是含有游离氨基的壳聚糖，是天然多糖中唯一的碱性多糖。因此，它们已在废 水处理、食品工业、纺织、化工、日用化学品、农业、生物工程和医药等方面得到应用。
[0004] 壳聚糖的血液相容性、生物官能性、安全性、微生物降解性等优良性能被广泛关 注，在医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域 的应用研宄取得了重大进展。在临床医疗中可促进血液凝固和伤口愈合，由于壳聚糖的无 毒、能被生物体吸收的特点，可以作为临床用药的缓释基质，还具有激活机体系统、介导机 体系统的系列生物学效应，在临床医疗中很有利用价值。
[0005] 但现有壳聚糖的制备主要是动物来源，存在生物安全隐患，通过单体来合成壳聚 糖仍存在技术难关。目前的合成方法主要有以下两种，化学合成法：在合成过程涉及基团的 保护和基团的脱去等过程，步骤较为复杂，大量合成三糖以上的低聚体在实践上是不可取 的。酶法合成：酶法合成条件温和，且不需要对羟基进行保护。酶法合成的过程是低聚合度 寡糖在某些具有转糖苷作用的甲壳素酶及溶菌酶的作用下，延长糖链成为高聚合度的低聚 壳聚糖。但是目前合成法仍处于研宄阶段，即使成功，其应用也只能是局限在某些寡糖的合 成上。因此，亟待一种方法来合成甲壳素和壳聚糖。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作较为简单， 重复性和稳定性较高的氨基葡萄糖合成甲壳素及其衍生物的方法。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种氨基葡萄糖合成甲壳素及其衍 生物的方法，其特征在于，该方法以氨基葡萄糖为单体，利用糖端基离去基团，在Lewis酸 催化下合成2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖或N-乙酰-D-氨基葡萄糖为单体的甲壳素及其衍 生物。
[0008] 所述的氨基葡萄糖包括2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖和N-乙酰-D-氨基葡萄糖， 所述的甲壳素的衍生物包括以N-乙酰-D-氨基葡萄糖为基本单体的甲壳素及几丁寡糖、以 2_氨基-2-脱氧-D-葡萄糖为基本单体的壳聚糖或壳寡糖。
[0009] 所述的糖端基离去基团包括分子筛和无水二氯甲烷，其中氨基葡萄糖与分子筛和 无水二氯甲烷的质量比为：1:0. 9~3.0 :0.5~2. 5。
[0010] 所述的Lewis酸包括三氟甲基磺酸甲酯、三氟甲基磺酸三甲硅酯；氨基葡萄糖与 Lewis酸的摩尔比为：1:0. 005~3〇
[0011] 所述的分子筛为粒径为〇. 2~0. 5nm的粉末状分子筛。
[0012] 所述的单体与糖端基离去基团的反应条件为：先将单体与糖端基离去基团在室温 下搅拌30min，然后冷却至0°C，然后在避光条件下加入Lewis酸，再升温至室温，反应2~ 3h〇
[0013]甲壳素的合成：是以N-乙酰-D-氨基葡萄糖为单体，在Lewis酸作为催化剂的条 件下进行反应制成，反应式如下所示：
【主权项】
1. 一种氨基葡萄糖合成甲壳素及其衍生物的方法，其特征在于，该方法以氨基葡萄糖 为单体，利用糖端基离去基团，在Lewis酸催化下合成2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖或N-乙 酰-D-氨基葡萄糖为单体的甲壳素及其衍生物。
2. 根据权利要求1所述的一种氨基葡萄糖合成甲壳素及其衍生物的方法，其特征在 于，所述的氨基葡萄糖包括2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖和N-乙酰-D-氨基葡萄糖，所述的 甲壳素的衍生物包括以N-乙酰-D-氨基葡萄糖为基本单体的甲壳素及几丁寡糖、以2-氨 基-2-脱氧-D-葡萄糖为基本单体的壳聚糖或壳寡糖。
3. 根据权利要求1所述的一种氨基葡糖合成甲壳素及其衍生物的方法，其特征在于， 所述的糖端基离去基团包括分子筛和无水二氯甲烷，其中氨基葡萄糖与分子筛和无水二氯 甲烷的质量比为：1:0. 9~3.O:0? 5~2. 5 ; 所述的Lewis酸包括三氟甲基磺酸甲酯、三氟甲基磺酸三甲硅酯；氨基葡萄糖与Lewis酸的摩尔比为：1:0. 005~3。
4. 根据权利要求3所述的一种氨基葡糖合成甲壳素及其衍生物的方法，其特征在于， 所述的分子筛为粒径为〇. 2~0. 5nm的粉末状分子筛。
5. 根据权利要求1所述的一种氨基葡糖合成甲壳素及其衍生物的方法，其特征在于， 所述的单体与糖端基离去基团的反应条件为：先将单体与糖端基离去基团在室温下搅拌 30min，然后冷却至0°C，然后在避光条件下加入Lewis酸，再升温至室温，反应2~3h。
【专利摘要】本发明涉及一种氨基葡萄糖合成甲壳素及其衍生物的方法，该方法以氨基葡萄糖为单体，利用糖端基离去基团，在Lewis酸催化下合成脱氧葡萄糖的壳寡糖及其衍生物。与现有的从虾蟹壳化学法制备甲壳素然后进一步制备聚糖和寡糖的技术相比，本发明方法是一种绿色、环境友好的甲壳素及其衍生物的方法，具有成本低、环境友好、操作较为简单、重复性和稳定性较高等优点。
【IPC分类】C08B37-08, C07H5-06
【公开号】CN104788585
【申请号】CN201510114679
【发明人】赵黎明, 朱俊颖, 施张宇, 冯世鹏, 魏杰, 张敏, 邱勇隽
【申请人】华东理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月16日