一种含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物及其制备方法与流程

本发明属于海洋化工工程技术，具体涉及一种含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物及其制备方法。

背景技术

化学农药对于现代农业的发展有着不可或缺的意义，是防治农作物病害、虫害的主要防治手段。然而，大多数农药毒性较强，在杀死病菌、病虫和杂草的同时，也带来了较为严重的环境危害，残留的农药随着水土转移，对非靶标的植物、动物甚至人类的健康造成了威胁。因此，在保证其药效的同时减少其药害是当务之急。

壳聚糖由自然界中广泛存在的几丁质脱乙酰而来，壳寡糖为壳聚糖的降解产物。壳聚/寡糖无毒无害，环境相容性好，且具有诸多活性，如抑菌，抗逆，促生长，免疫调节，土壤改良等，因而在农业上有着较为广泛的应用。但其生物活性相较传统农药而言，仍存在一定差距。对壳聚/寡糖进行结构修饰，增强其生物活性，是国内外研究的热点。

有机磷农药和硫脲类农药是现代农药的两种重要种类，主要作为杀虫剂、杀菌剂应用于农业生产，效果显著。但与大多数农药一样，其成分残留导致的环境污染问题难以解决。

技术实现要素：

本发明目的在于提供了一种水溶性好、结构新颖的含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物，含硫脲和二乙氧基磷酰肼结构壳寡糖衍生物如式ⅰ所示，

式中，n＝2-20。

一种含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物的制备方法：在缚酸剂吡啶存在下，氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物与氯磷酸二乙酯在微波作用下30-60min，得到式ⅰ所示含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物——二乙氧基磷酰胺硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物。其中,氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物中肼基与氯磷酸二乙酯摩尔比为1:1-3。

进一步的说，在缚酸剂存在下，氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物与氯磷酸二乙酯在溶剂n,n-二甲基甲酰胺中，采用500-600w的微波功率于45-60℃下微波处理反应30-60min，反应后加入无水乙醇稀释，抽滤，滤饼以无水乙醇洗涤，干燥得到式ⅰ所示含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物；其中，氯磷酸二乙酯与缚酸剂摩尔比为1:1-1.5，氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物与n,n-二甲基甲酰胺质量体积比为1:40-50(g:ml)。

所述氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物的获得为在缚酸剂三乙胺存在下，壳寡糖与1,2-二溴乙烷在50-60℃下反应12-18h，得到溴乙基壳寡糖衍生物；将所得溴乙基壳寡糖衍生物与硫氰酸铵，在乙腈存在下，采用微波作用下反应，微波功率500-600w下反应20-30min，控制微波反应温度45-60℃，得到异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物；所得异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物与85％水合肼60-80℃下反应18-20h，得到氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物。

所述壳寡糖与1,2-二溴乙烷在溶剂n,n-二甲基甲酰胺中，并在缚酸剂三乙胺存在下反应，反应后抽滤，滤饼以无水乙醇洗涤，60℃下干燥；其中壳寡糖与1,2-二溴乙烷摩尔比为1:2-5；壳寡糖与n,n-二甲基甲酰胺质量体积比为1:10-20(g:ml),三乙胺与n,n-二甲基甲酰胺体积比为1:10-15。

所述溴乙基壳寡糖衍生物与硫氰酸铵在乙腈和丙酮混合的溶液中通过微波条件反应，反应结束后抽滤，滤饼以丙酮洗涤，60℃下干燥；其中，乙腈和丙酮混合的溶液中乙腈和丙酮，体积比为1:1，溴乙基壳寡糖衍生物与混合溶剂质量体积比为1:20-40(g:ml),溴乙基壳寡糖衍生物中溴乙基与硫氰酸铵摩尔比为1:1-6。

所述异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物与85％水合肼在过量的n,n-二甲基甲酰胺或无水乙醇存在下反应，反应结束后以无水乙醇沉淀，抽滤，滤饼以无水乙醇洗涤，60℃下干燥；其中，异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物与溶剂质量体积比为1:20-40(g:ml),异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物中异硫氰酸乙基与水合肼摩尔比为1:2-9。

一种含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物的应用，所述式ⅰ所示含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物在作为防治植物病害的药物中应用。

原理：在缚酸剂存在下，1,2-二溴乙烷可以与壳寡糖上-oh和-nh2发生取代反应，溴乙基上溴原子容易离去，可以进一步与硫氰酸铵发生取代反应，n＝c＝s累积双键不稳定，可与水合肼发生加成反应，然后在缚酸剂吡啶存在下，氯磷酸二乙酯与肼基发生酰化反应。

本发明的优点：有机磷农药和硫脲类农药是农业上两类重要的杀菌、杀虫农药，二乙氧基磷酰胺和硫脲基团具有较高的生物活性，本发明以壳寡糖为母体，先后将硫脲基团和二乙氧基磷酰胺基团接枝到壳寡糖分子上，在反应中有2步反应在微波作用下进行，降低到了反应温度和反应时间，大大加快了反应进展，原有常规加热需要反应10h以上，微波反应条件下反应时间缩短至20-60min以内。新型衍生物在保证水溶性的基础上，同时提高壳寡糖本身的生物活性，且无毒无害可降解的壳寡糖与两类农药活性基团之间具有协同增效作用，为新型绿色农药的开发提供了新途径。

附图说明

图1为本发明实施例提供的壳寡糖的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3175,2874，1632，1538，1403，1152，1019。

图2为本发明实施例提供的溴乙基壳寡糖衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3284，2880，1633，1556，1374，1024，859。

图3为本发明实施例提供的异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3271，2880，2050，1632，1538，1373，1025。

图4为本发明实施例提供的氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3280，2876，2054，1633，1555，1374，1024，894。

图5为本发明实施例提供的氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物的红外光谱图，其红外特征吸收(cm^-1)：3272，2876，2052，1633，1555，1373，1253，1025。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明，并且本发明的保护范围不仅局限于以下实施例。

实施例1

1)溴乙基壳寡糖衍生物的制备

取3.0g壳寡糖溶胀于30mln,n-二甲基甲酰胺中，加入3ml三乙胺，搅拌溶胀12h，加入3ml1,2-二溴乙烷，升温至50℃，搅拌回流反应12h，抽滤，滤饼以无水乙醇冲洗，60℃下干燥，得到黄褐色固体，即为溴乙基壳寡糖衍生物。

红外光谱表明：溴乙基壳寡糖衍生物的红外谱图(图2)与壳寡糖的红外谱图(图1)相比，-nh2的吸收峰从1538cm^-1转移到1556cm^-1处，且明显减弱，说明-nh2发生了反应，1024cm^-1处c-o吸收峰转移至1019cm^-1处，且峰型变尖，说明c-oh上发生了反应，在1374cm^-1处出现亚甲基c-h的吸收峰，证明溴乙基壳寡糖衍生物制备成功。

2)异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物的制备

取2.0g溴乙基壳寡糖衍生物加入到40ml乙腈/丙酮(v:v＝20:20)搅拌溶胀过夜，加入2.2g硫氰酸铵，在微波功率500w反应20min，控制反应温度45℃，抽滤，滤饼以丙酮洗涤，50℃下干燥，得到褐色固体，即为异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物。

红外光谱表明：异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物的红外谱图(图3)与溴乙基壳寡糖衍生物的红外谱图(图2)相比，在2050cm^-1处出现了明显的n＝c＝s特征峰，证明溴乙基壳寡糖衍生物制备成功。

3)氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物的制备

取1.5g异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物溶胀于40ml无水乙醇中，加入0.68ml85％水合肼，升温至60℃，搅拌回流反应18h，抽滤，并以无水乙醇冲洗滤饼，60℃下干燥，得到浅黄色固体，即为氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物。

红外光谱表明：氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物的红外谱图(图4)与异硫氰酸乙基壳寡糖衍生物的红外谱图(图3)相比，2054cm^-1处的n＝c＝s特征峰明显减弱，说明n＝c＝s发生了反应，且1538cm^-1处的-nh2吸收峰转移至1556cm^-1处，说明其与引入的肼基中的-nh2与其发生了重叠，证明氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物制备成功。

4)式ⅰ所示衍生物ⅰ的制备

取0.5g氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物、0.4ml氯磷酸二乙酯加入到20mln,n-二甲基甲酰胺中，加入0.2ml吡啶，微波功率500w下反应30min，控制反应温度45℃。加入少量无水乙醇稀释，抽滤，滤饼以无水乙醇洗涤三次，60℃下干燥，得到淡褐色固体，即为含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物，即为式ⅰ所示衍生物ⅰ。

红外光谱表明：式ⅰ所示衍生物ⅰ的红外谱图(图5)与氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物的红外谱图(图4)相比，-nh2吸收峰复转移至1538cm^-1处，说明肼基上发生了反应，且在1253cm^-1处出现了p＝o特征峰，证明氨基硫代亚脲乙基壳寡糖衍生物制备成功。

应用例抑菌活性测定

采用生长速率法测定样品对黑白轮枝孢菌的抑菌活性。测试在3个样品浓度下即：100μg/ml、200μg/ml、400μg/ml，对黑白轮枝孢菌的抑制效果。

实验以蒸馏水为空白对照。将培养基均匀倒入2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2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％

实验结果见表1

表1通式ⅰ壳寡糖衍生物对黑白轮枝孢菌的抑制活性

如表1中所述，式ⅰ所述的含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物的活性，明显优于壳寡糖原料，且比目前商品化的抗菌剂好谱寡糖强20个百分点。

因此本发明所述的含硫脲和二乙氧基磷酰胺结构的壳寡糖衍生物具有较好的抑菌活性。

本发明以壳寡糖为骨架，先后接枝硫脲和磷酰胺基团，在提升壳寡糖本身活性的同时，壳寡糖分子与这两种活性基团之间产生协同增效作用，增强对植物病害的防治效果，为开发环境友好的新型绿色农药提供了一种新思路。