專利名稱：一類雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一類雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽及其制備方法。屬于水、油兩溶性殼聚糖衍生物的制備和應用技術。
背景技術：
殼聚糖(chitosan)是一種廣泛存在于自然界中的可再生、無毒副作用，生物相容性和降解性良好的天然氨基堿性多糖，其自身及其衍生物因具有許多獨特的生理、藥理功能性質而被廣泛應用于醫藥、食品、農業、日化和環保等多種行業領域中。
隨著新型藥物傳遞系統的發展，殼聚糖及其衍生物作為緩釋輔料得到了廣泛應用。殼聚糖作為藥物載體可以控制藥物釋放、延長藥物療效、降低藥物毒副作用，提高疏水性藥物對細胞膜的通透性和藥物的穩定性及改變給藥途徑，還可以大大加強制劑的靶向給藥能力。目前已經成功制成的藥物主要有抗炎鎮痛藥、胰島素、糖皮質激素以及感冒疫苗等。而開發基因藥物，從事基因治療和基因疫苗工作的一個重要環節在于基因遞送載體的研制，殼聚糖具有獨特的跨細胞膜能力和較高的正電性，目前已成為基因載體的研究熱點。另外，高分子表面活性劑、乳化劑也因具有相對較高的分子量而表現出不同于低分子表面活性劑的許多優良特性，如可增加所載藥物基因在體內的循環時間、穩定和具有緩釋功能等，也越來越受到人們的重視。然而殼聚糖分子的立體規整性及分子間的氫鍵作用，使它在多數有機溶劑、水、堿中難以溶解，給研究和應用帶來了許多困難，大大降低了其使用范圍。
發明內容
本發明的目的是提供一種雙親性的殼聚糖長鏈烷基季銨鹽，它能彌補現有生產技術上的不足，滿足上述應用對殼聚糖的要求。
本發明的技術方案如下本發明的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽，其結構式如下
其中X為I，Br或Cl；R為脂肪族或芳香族化合物；m為8～36；該殼聚糖衍生物粘均分子量在4000-70萬之間，殼聚糖脫乙酰度為80-100％。
本發明的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法，殼聚糖是以水溶性殼聚糖衍生物為修飾對象，經過環氧長鏈烷基季銨鹽化而得到的一種雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽，此類殼聚糖衍生物中含長鏈烷基和季銨鹽基團。
雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法步驟為a)將殼聚糖改性成水溶性殼聚糖衍生物；b)將長鏈烷基叔胺與環氧氯丙烷或環氧溴丙烷反應，制備環氧長鏈烷基季銨鹽；c)將步驟a)中得到的水溶性殼聚糖在堿性條件下，以異丙醇和水的共混體系為反應介質，與環氧長鏈烷基季銨鹽反應得雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽。
所述的環氧長鏈烷基季銨鹽為(C3H5O)-CmH2m+1N+(CH3)2X-，X為I、Br或Cl，m為8～36。
所述的水溶性殼聚糖衍生物包括羧甲基殼聚糖、賴氨酸殼聚糖、殼聚糖-聚乙二醇共聚物、O-羥乙基殼聚糖和N-亞甲基磷酸殼聚糖等。
所述的羧甲基殼聚糖制備步驟如下將精制殼聚糖用稀乙酸溶解后，滴加NaOH溶液，調pH值為8以上，冷凍過夜，溶化后與氯乙酸反應，最后調pH值為7，無水乙醇洗滌，透析得水溶性羧甲基殼聚糖。
所述的賴氨酸殼聚糖制備步驟如下將精制殼聚糖用稀鹽酸溶解后與過量叔丁氧羰基保護賴氨酸反應，再加入碳二亞胺EDC溶液，反應后抽濾分離，用三氟乙酸處理后調pH值為7，三乙胺洗脫后再調pH值為7，透析得水溶性賴氨酸殼聚糖。
本發明所述的水溶性殼聚糖-聚乙二醇共聚物的制備可按照侯世祥等提供的方法(侯世祥，陳彤，何軍.殼聚糖-聚乙二醇接枝共聚物的合成與表征.四川大學學報(工程科學版)，2005.3，37(2)76-79，106)。O-羥乙基殼聚糖的制備可按照許加超等提供的方法(許加超，肖英龍.一種甲殼素硫酸酯制備條件的研究.海洋科學.1996(2)2-3)。N-亞甲基磷酸殼聚糖的制備可按照孫毅毅等提供的方法(孫毅毅，張燦，丁婭.N一亞甲基磷酸鹽殼聚糖衍生物的設計、合成和表征.中國天然藥物.2004.3.2(2)94-98)。但本發明所述的制備水溶性殼聚糖衍生物的方法并不限于以上方法。
本發明中所述的雙親性羧甲基殼聚糖長鏈烷基季銨鹽中長鏈烷基季銨基團的取代度可達105％左右，并且長鏈烷基季銨基團的取代程度可根據水溶性殼聚糖衍生物與長鏈烷基季銨鹽的摩爾比進行調節。
本發明中所述雙親性羧甲基殼聚糖長鏈烷基季銨鹽50℃下在水中的溶解度S≥10g，35℃下在氯仿中的溶解度S≥10g，可溶于甲醇、乙醇、DMF、DMSO、四氫呋喃、二甲苯等有機溶劑，溶解度S≥1g/100ml。
本發明中所述雙親性羧甲基殼聚糖長鏈烷基季銨鹽溶于去離子水后，當取代度為105％左右時，Zeta電位可達52.72mv；且隨季銨基團取代度的增加，Zeta電位逐漸升高。
本發明中所述雙親性羧甲基殼聚糖長鏈烷基季銨鹽可在水溶液中自聚形成高分子膠束；粘均分子量為2萬，在水溶液中濃度為1mg/mL時，其表面張力可達25.77±0.03mN/m，是一種優良的高分子表面活性劑。
本發明中所述雙親性羧甲基殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的結晶度大于所用的殼聚糖原料，表現為廣角X-光衍射圖譜上殼聚糖的結晶峰變窄。
本發明中所述的除雙親性羧甲基殼聚糖長鏈烷基季銨鹽外的其它幾種雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽也具有以下性質較高的季銨鹽取代度、優良的乳化性和表面活性、較高的正電性、好的結晶性、水和有機溶劑中較好的溶解性等。其它幾種雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽包括雙親性賴氨酸殼聚糖長鏈烷基季銨鹽、雙親性O-羥乙基殼聚糖長鏈烷基季銨鹽、雙親性殼聚糖-聚乙二醇共聚物長鏈烷基季銨鹽、雙親性N-亞甲基磷酸殼聚糖長鏈烷基季銨鹽。
與現有產品和技術相比，本發明的特點在于1.整個制備過程簡單易行，條件要求不高，適合工業化大生產的要求。
2.使用水溶性殼聚糖衍生物為修飾對象，所制得的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽在水、油中均有很好的溶解性，擴大了殼聚糖衍生物的使用范圍。
3.雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽上既含有長鏈烷基季銨鹽基團又含有水溶性殼聚糖衍生物所含的功能基團，通過控制長鏈烷基季銨基團的取代度可以定量的保留殼聚糖上所含的NH2；多功能化基團的特性擴大了雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽在醫藥衛生及日化領域的應用。
4.高的季銨鹽取代度和良好的親水性使雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的表面活性大大提高，是一種優良的乳化劑；通過透析、乳化、微乳液、溶劑蒸發、薄膜分散等方法，可制備不同形狀尺寸的超微載體微球，方法簡單易行，適于產業化。
5.高的季銨鹽取代度使雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的Zeta電位大大提高，可滿足作為基因載體的要求，且Zeta電位可根據季銨鹽的取代度進行調節。
圖1所制得的雙親性羧甲基殼聚糖十八烷基氯化銨的FT-IR譜圖；圖2所制得的雙親性羧甲基殼聚糖十八烷基氯化銨的1H-NMR譜圖。
具體實施例方式
下面的實施例中將對本發明作進一步的闡述，但本發明不限于此。
實施例1將十八烷基二甲基叔胺12g置四口瓶中，加入60ml溶劑，劇烈攪拌，升溫至55℃，緩慢滴加環氧氯丙烷5.5g，保溫回流數小時，減壓蒸餾除去未反應的環氧氯丙烷及溶劑，得淺黃色膏狀物二甲基環氧丙基十八烷基氯化銨。
取水溶性羧甲基殼聚糖(粘均分子量10萬，脫乙酰度80％)3.0g溶于濃度為42％(w/v)的NaOH溶液100mL中，攪拌均勻后，加入異丙醇50mL，緩慢分批加入二甲基環氧丙基十八烷基氯化銨0.1mol，控制溫度在80℃-85℃，攪拌48h。鹽酸調pH＝7，無水丙酮洗滌，真空烘干得雙親性羧甲基殼聚糖十八烷基氯化銨。
所得殼聚糖衍生物是式(1)的化合物 用類似方法也可分別制得雙親性羧甲基殼聚糖辛烷基氯化銨和雙親性羧甲基殼聚糖十二烷基氯化銨。
圖1為所制得的雙親性羧甲基殼聚糖十八烷基氯化銨的FT-IR譜圖與文獻中的殼聚糖的紅外譜圖相比，2922cm-1、2852cm-1處長鏈亞甲基的伸縮振動吸收峰，1465cm-1處增強的CH2的振動吸收峰都說明了殼聚糖分子結構中長鏈烷基的引入；而1591cm-1和1417cm-1處的振動吸收峰則代表羧酸鹽基團；證明目標化合物的生成。
圖2為所制得的雙親性羧甲基殼聚糖十八烷基氯化銨的1H-NMR譜圖σ＝0.76，σ＝0.83處的多重吸收峰為羧甲基殼聚糖上接枝的長碳鏈烷基中端甲基的吸收峰；σ＝1.26-1.83處的多重吸收峰為長碳鏈烷基中多個亞甲基的吸收峰相互重疊交錯而形成的；以σ＝3.17為中心的多重吸收峰為長碳鏈烷基中與季氮離子(-N+-)相聯的兩個甲基以及亞甲基的吸收峰；σ＝3.30-4.80以及σ＝4.90處的吸收峰為殼聚糖吡喃糖環中各個氫的吸收峰；而σ＝3.90處的則為羧酸鹽基團上C＝O吸收峰；證明目標化合物的生成。
實施例2將辛烷基二甲基叔胺10g置四口瓶中，加入60ml溶劑，劇烈攪拌，升溫至55℃，緩慢滴加環氧氯丙烷5.5g，保溫回流數小時，減壓蒸餾除去未反應的環氧氯丙烷及溶劑，得淺黃色膏狀物二甲基環氧丙基辛烷基氯化銨。
取水溶性賴氨酸殼聚糖(粘均分子量5萬，脫乙酰度80％)3.0g溶于濃度為42％(w/v)的NaOH溶液100mL中，攪拌均勻后，加入異丙醇50mL，緩慢分批加入二甲基環氧丙基辛烷基氯化銨0.1mol，控制溫度在80℃-85 ℃，攪拌48h。鹽酸調pH＝7，無水丙酮洗滌，真空烘干得雙親性賴氨酸殼聚糖辛烷基氯化銨。
所得殼聚糖衍生物是式(2)的化合物 用類似方法也可分別制得雙親性賴氨酸殼聚糖十二烷基氯化銨和雙親性賴氨酸殼聚糖十八烷基氯化銨。
實施例3將十二烷基二甲基叔胺11g置四口瓶中，加入60ml溶劑，劇烈攪拌，升溫至55℃，緩慢滴加環氧氯丙烷5.5g，保溫回流數小時，減壓蒸餾除去未反應的環氧氯丙烷及溶劑，得淺黃色膏狀物二甲基環氧丙基十二烷基氯化銨。
取水溶性O-羥乙基殼聚糖(粘均分子量70萬，脫乙酰度80％)3.0g溶于濃度為42％(w/v)的NaOH溶液100mL中，攪拌均勻后，加入異丙醇50mL，緩慢分批加入二甲基環氧丙基十二烷基氯化銨0.1mol，控制溫度在80℃-85℃，攪拌48h。鹽酸調pH＝7，無水丙酮洗滌，真空烘干得雙親性O-羥乙基殼聚糖十二烷基氯化銨。
所得殼聚糖衍生物是式(3)的化合物 用類似方法也可分別制得雙親性O-羥乙基殼聚糖辛烷基氯化銨和雙親性O-羥乙基殼聚糖十八烷基氯化銨。
實施例4將十八烷基二甲基叔胺12g置四口瓶中，加入60ml溶劑，劇烈攪拌，升溫至55℃，緩慢滴加環氧氯丙烷5.5g，保溫回流數小時，減壓蒸餾除去未反應的環氧氯丙烷及溶劑，得淺黃色膏狀物二甲基環氧丙基十八烷基氯化銨。
取水溶性N-亞甲基磷酸殼聚糖(粘均分子量4000，脫乙酰度80％)3.0g溶于濃度為42％(w/v)的NaOH溶液100mL中，攪拌均勻后，加入異丙醇50mL，緩慢分批加入二甲基環氧丙基十八烷基氯化銨，控制溫度在80℃-85℃，攪拌48h。鹽酸調pH＝7，無水丙酮洗滌，真空烘干得雙親性N-亞甲基磷酸殼聚糖十八烷基氯化銨。
所得殼聚糖衍生物是式(4)的化合物 用類似方法也可分別制得雙親性N-亞甲基磷酸殼聚糖辛烷基氯化銨和雙親性N-亞甲基磷酸殼聚糖十二烷基氯化銨。
實施例5將十八烷基二甲基叔胺12g置四口瓶中，加入60ml溶劑，劇烈攪拌，升溫至55℃，緩慢滴加環氧溴丙烷5.5g，保溫回流數小時，減壓蒸餾除去未反應的環氧溴丙烷及溶劑，得淺黃色膏狀物二甲基環氧丙基十八烷基溴化銨。
取水溶性羧甲基殼聚糖或水溶性賴氨酸殼聚糖(粘均分子量5萬，脫乙酰度90％)3.0g溶于濃度為42％(w/v)的NaOH溶液100mL中，攪拌均勻后，加入異丙醇50mL，緩慢分批加入二甲基環氧丙基十八烷基溴化銨，控制溫度在80℃-85℃，攪拌48h。鹽酸調pH＝7，無水丙酮洗滌，真空烘干得雙親性羧甲基殼聚糖十八烷基溴化銨與雙親性賴氨酸殼聚糖十八烷基溴化銨。
實施例6將十八烷基二甲基叔胺12g置四口瓶中，加入60ml溶劑，劇烈攪拌，升溫至55℃，緩慢滴加環氧溴丙烷5.5g，保溫回流數小時，減壓蒸餾除去未反應的環氧溴丙烷及溶劑，得淺黃色膏狀物二甲基環氧丙基十八烷基溴化銨。
取水溶性O-羥乙基殼聚糖或水溶性N-亞甲基磷酸殼聚糖(粘均分子量5萬，脫乙酰度98％)3.0g溶于濃度為42％(w/v)的NaOH溶液100mL中，攪拌均勻后，加入異丙醇50mL，緩慢分批加入二甲基環氧丙基十八烷基溴化銨，控制溫度在80℃-85℃，攪拌48h。鹽酸調pH＝7，無水丙酮洗滌，真空烘干得雙親性O-羥乙基殼聚糖十八烷基溴化銨與雙親性N-亞甲基磷酸殼聚糖十八烷基溴化銨。
本發明提出的一種雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽及其制備方法，已通過實施例進行了描述，相關技術人員明顯能在不脫離本發明的內容、精神和范圍內對本文所述的內容進行改動或適當變更與組合，來實現本發明。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明的精神、范圍和內容中。
權利要求
1.一種雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽，其特征在于結構式如下 其中X為I，Br或Cl；R為脂肪族或芳香族化合物；m為8～36；該殼聚糖衍生物粘均分子量在4000-70萬之間，殼聚糖脫乙酰度為80-100％。
2.如權利要求1所述的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法，其特征在于所述的殼聚糖是以水溶性殼聚糖衍生物為修飾對象，經過環氧長鏈烷基季銨鹽化而得到的一種雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽，此類殼聚糖衍生物中含長鏈烷基和季銨鹽基團。
3.如權利要求2所述的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法，其特征是雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法步驟為a)將殼聚糖改性成水溶性殼聚糖衍生物；b)將長鏈烷基叔胺與環氧氯丙烷或環氧溴丙烷反應，制備環氧長鏈烷基季銨鹽；c)將步驟a)中得到的水溶性殼聚糖在堿性條件下，以異丙醇和水的共混體系為反應介質，與環氧長鏈烷基季銨鹽反應得雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽。
4.如權利要求2或3所述的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法，其特征在于所述的環氧長鏈烷基季銨鹽為(C3H5O)-CmH2m+1N+(CH3)2X-，X為I、Br或Cl，m為8～36。
5.如權利要求2或3所述的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法，其特征在于所述的水溶性殼聚糖衍生物包括羧甲基殼聚糖、賴氨酸殼聚糖、O-羥乙基殼聚糖、N-亞甲基磷酸殼聚糖和殼聚糖-聚乙二醇共聚物等。
6.如權利要求5所述的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法，其特征在于所述的羧甲基殼聚糖制備步驟如下將精制殼聚糖用稀乙酸溶解后，NaOH溶液調pH值為8以上，冷凍過夜，溶化后與氯乙酸反應，最后調pH值為7，無水乙醇洗滌，透析得水溶性羧甲基殼聚糖。
7.如權利要求5所述的雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽的制備方法，其特征在于所述的賴氨酸殼聚糖制備步驟如下將精制殼聚糖用稀鹽酸溶解后與過量叔丁氧羰基保護賴氨酸反應，再加入碳二亞胺EDC溶液，反應后抽濾分離，用三氟乙酸處理后調pH值為7，三乙胺洗脫后再調pH值為7，透析得水溶性賴氨酸殼聚糖。
全文摘要
本發明涉及一類雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽及其制備方法。它是以水溶性殼聚糖衍生物為修飾對象，經過環氧長鏈烷基季銨鹽化而得到的一種雙親性殼聚糖長鏈烷基季銨鹽，此類殼聚糖衍生物在水和有機溶劑中均具有很好的溶解性。與現有產品和技術相比，本發明的特點在于制備過程簡單，產品可滿足作為基因藥物載體、乳化劑和抗菌劑的要求，適合于產業化生產；且該殼聚糖衍生物上既含有長鏈烷基季銨鹽基團又含有水溶性殼聚糖衍生物所帶的功能基團；多功能基團的特性擴大了其在醫藥衛生及日化等領域的應用。
文檔編號C08B37/08GK101020725SQ20071005699
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月23日 優先權日2007年3月23日
發明者常津, 梁曉飛, 張磊 申請人:天津大學