一種殼聚糖接枝烷基取代苯甲酰衍生物及其制備方法和應用與流程

本發明屬于化學化工工程技術領域，具體涉及一種殼聚糖接枝烷基取代苯甲酰衍生物及其制備方法和應用。

背景技術：

隨著經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，人民健康意識不斷增強，食品安全和環境污染問題已引起公眾的高度關注。由于目前農業上大多使用的是化學農藥，因農藥殘留導致的食品安全和環境污染問題日益突出，有害農藥殘留已嚴重影響農業的可持續發展和人類健康。因此，研制高效、低毒、低殘留生物農藥的呼聲越來越高。

我國是一個農業大國，同時也是一個海洋大國，利用豐富的海洋生物資源，開發新型海洋生物源農藥，是一個新的應用前景廣闊的研究領域。甲殼素是來源于蝦、蟹、昆蟲等節肢動物的外殼或軟體動物的外殼以及真菌、低等藻類的細胞壁。甲殼素含量豐富，是含量僅次于纖維素的第二大天然生物多糖。殼聚糖作為甲殼素的脫乙酰產物，具有無毒、生物相容性好、可自然降解等特點。此外，殼聚糖還能抑制植物病原真菌以及誘導植物產生抗病性，以殼聚糖、寡糖為原料研制的海洋生物源農藥已有多個產品面市。殼聚糖和寡糖制品普遍存在抑菌活性低和水溶性差等方面的不足。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種殼聚糖接枝烷基取代苯甲酰衍生物及其制備方法和應用。

本發明的技術方案是：一種殼聚糖接枝烷基取代苯甲酰衍生物，接枝殼聚糖衍生物為式Ⅰ的6-O-烷基取代苯甲酰殼聚糖；式Ⅰ中殼聚糖脫乙酰度≥80％；n為聚合度≥2；R為烷基取代苯甲酰基，

R為烷基取代苯甲酰基，其酸的結構通式如式Ⅱ，

其中R’為與苯環相連的飽和或不飽和取代烴基，其碳數量≤10，不飽和度≤3。

本發明的另一目的在于提供一種殼聚糖接枝烷基取代苯甲酰衍生物的制備方法，將烷基取代苯甲酰鹵與殼聚糖的氨基保護物反應制備而得。

所述的方法，具體是以烷基取代苯甲酸與二氯亞砜反應制備得肉桂酰氯，再與殼聚糖的氨基保護產物即N-鄰苯二甲酰基殼聚糖反應生成2-N-鄰苯二甲酰基-6-O-烷基取代本甲酰基殼聚糖；將所得2-N-鄰苯二甲酰基-6-O-烷基取代苯甲酰基殼聚糖在水合肼溶液中脫去鄰苯二甲酰基得6-O-烷基取代苯甲酰基殼聚糖。

所述殼聚糖的氨基保護采用與鄰苯二甲酸酐生成N-鄰苯二甲酰基殼聚糖；其中殼聚糖分子聚合度≥2，脫乙酰度≥80％。

所述殼聚糖的氨基保護產物的制備是以殼聚糖為原料，在含水二甲基甲酰胺中溶脹分散，加入3倍量的鄰苯二甲酸酐，120℃攪拌回流8h后冷卻至室溫，產物傾倒入冰水中，減壓過濾并用蒸餾水洗滌，過濾后將產物分散于乙醇中充分洗滌，過濾、烘干得到N-鄰苯二甲酰殼聚糖。

將N-鄰苯二甲酰基殼聚糖分散于N,N-二甲基甲酰胺中，于60℃下攪拌溶脹30min，待溫度降至室溫后逐滴加入過量含烷基取代苯甲酰鹵的N,N-二甲基甲酰胺溶液，于35℃下反應10h；將反應液倒入4倍量無水乙醇中，于4℃下沉淀1h，用無水乙醇洗滌離心3次，將沉淀溶于蒸餾水中，冷凍干燥得淡黃色產物，即為酰化產物2-N-鄰苯二甲酰基-6-O-烷基取代苯甲酰殼聚糖。

取2-N-鄰苯二甲酰基-6-O-烷基取代苯甲酰殼聚糖加入N-甲基-2-吡咯烷酮和水合肼中，80℃回流6h，反應液倒入4倍體積無水乙醇中沉淀，離心，固體用乙醇充分洗滌，然后凍成固體，最后冷凍干燥，得灰色粉末產物，即6-O-烷基取代苯甲酰殼聚糖。

本發明還提供了上述的殼聚糖接枝烷基取代苯甲酰衍生物在制備水基殺菌劑中的應用。

本發明還提供了上述的殼聚糖接枝烷基取代苯甲酰衍生物在制備抑制小麥紋枯病菌、辣椒疫霉病菌、小麥赤霉病菌和/或番茄灰霉病菌殺菌劑中的應用。

本發明作用原理：對殼聚糖進行接枝是改善其理化性質和生物活性的主要手段，向殼聚糖中引入烷基取代苯甲酸，有助于提高殼聚糖衍生物與病菌的作用能力，提高衍生物的生物活性。

本發明所具有的特點：

1.本發明在殼聚糖結構中引入烷基取代苯甲酸活性結構后，可提高殼聚糖的水溶解性能及對微生物的生物活性。

2.本發明制備的殼聚糖接枝烷基取代苯甲酸衍生物具有良好的水溶性，克服了殼聚糖自身水溶解性差的缺點，拓展了其應用領域。

3.本發明制備的殼聚糖接枝烷基取代苯甲酸衍生物具有抗菌活性，在農用殺菌劑、獸藥、醫藥、化妝品等領域有著潛在的應用價值。

通過對殼聚糖進行定位修飾、接枝共聚等手段進行化學改性，導入抑菌活性基團，能夠獲得具有較高抑菌活性的新型殼聚糖衍生物。殼聚糖自身的抑菌活性主要源于其攜帶有大量的正電荷，因此向殼聚糖分子中引入含有正電荷的活性基團將有望獲得高抑菌活性的殼聚糖接枝衍生物，申請人針對大量的試驗篩選含有正電荷的活性基團，烷基取代苯甲酸是一些植物體內的重要次生代謝物質，可用作香料、殺蟲劑、抗菌素、抗癌藥物等。因此，本發明提出以烷基取代苯甲酸作為活性基團接入殼聚糖分子中，最終發現能夠使殼聚糖與抑菌活性基團產生協同作用，同時使合成物能夠保持殼聚糖無毒、易降解和生物相容性好的特點，為研制新型海洋生物農藥奠定基礎。

附圖說明

圖1為本發明實施所使用的殼聚糖紅外光譜圖，其中殼聚糖紅外特征吸收(cm-1)：3465(νO-H，νN-H)，1385(νC-H)，1154(νC3-OH)，1080(νC6-OH)。

圖2為本發明實施所使用的氨基保護6-O-枯茗酰基殼聚糖紅外光譜圖，氨基保護枯茗酰殼聚糖紅外特征吸收(cm-1)：3429(νO-H，νN-H)，1659(νC＝O)，1385(νC-O-C)，1158(νC3-OH),1078(νC6-OH)。

圖3為本發明實施所得產物6-O-枯茗酰基殼聚糖紅外光譜圖，枯茗酰殼聚糖紅外特征吸收(cm-1)：3437(νO-H，νN-H)，1713(νC＝O)，1389(νC-O-C)，1116(νC3-OH),1060(νC6-OH)。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做詳細說明。

實施例1 6-O-枯茗酰基殼聚糖的合成

5g(約30.5mmol)芳香酸、100mL二氯甲烷，加入裝有冷凝回流管、恒壓滴液漏斗和干燥管(無水硫酸鈉做干燥劑)的250mL三口燒瓶中，將三口燒瓶置于DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器裝置，攪拌至溶解后，滴加10mL氯化亞砜，在40℃油浴中回流，薄層色譜法(TLC)跟蹤，8h后待反應完全，用減壓蒸餾蒸出溶劑和過量的氯化亞砜，即得產物酰氯。

3.0g(約18mmol)殼聚糖(DD＝83.28％，MW＝7.0×105Da)，60mL N，N-二甲基甲酰胺(含有5％(v/v)的水)，加入到三口燒瓶中，室溫下攪拌，使殼聚糖均勻溶脹分散在溶劑中，再加入8g鄰苯二甲酸酐(54mmol)，120℃攪拌回流8h，冷卻至室溫后傾倒入冰水中，減壓過濾并用蒸餾水洗滌，過濾；然后將產物分散于乙醇中，用乙醇完全洗滌、離心、冷凍干燥，得到N-鄰苯二甲酰基殼聚糖，產物為黃棕色粉末狀固體。

2.0g(約6.87mmol)的N-鄰苯二甲酰基殼聚糖分散于裝有40mL N，N-二甲基甲酰胺的三口燒瓶中，置于裝有干燥管和冷凝管的恒溫加熱磁力攪拌裝置中，60℃攪拌30min，待溫度降至室溫后，逐滴加入用N，N-二甲基甲酰胺溶解的枯茗酰基氯溶液(枯茗酰基氯為3倍N-鄰苯二甲酰基殼聚糖的當量)，于35℃下反應10h。反應結束后加入4倍量的無水乙醇，4℃下沉淀1h，沉淀物用無水乙醇洗滌離心3次，將離心出的固體冷凍干燥得酰化產物。

1.5g上述產物于圓底燒瓶，加入75mL吡啶和75mL水合肼(80％)，80℃回流6h，反應結束加入4倍體積無水乙醇沉淀，離心。然后再用無水乙醇充分洗滌并離心3次，低溫凍成固體后冷凍干燥，得淡黃褐色粉末產物，即為6-O-枯茗酰基殼聚糖0.9520g(參見圖3)。

實施例2

溶解度測定：0.3g樣品分散于100mL水中，37℃攪拌溶解24h，離心出不溶物，冷凍干燥，稱量質量；通過計算得殼聚糖及6-O-枯茗酰基殼聚糖的溶解度分別為0.11g/100mL和0.23g/100mL。

實施例3

采用生長速率法測定供試樣品的抑菌活性。將殼聚糖和6-O-枯茗酰基殼聚糖用0.2％(V/V)醋酸溶液配制成5mg/mL的濃度。量取1mL供試藥液于刻度試管中，倒入融化的PDA培養基定容至10mL，混合均勻后倒入培養皿，待培養基冷卻凝固后即得混藥平板，并用等量溶劑(0.2％的HAc溶液)作對照。用打孔器(直徑4mm)將預先培養好的各供試菌種打成菌餅，將供試菌餅倒置放于培養基表面中央，每一處理做3次重復，25℃恒溫培養。72h后用十字交叉法開始測量菌落擴展直徑，按下式計算菌絲生長抑制率(表1)。

表1殼聚糖接枝枯茗酰基衍生物的抑菌活性

注：供試濃度為0.5mg/mL。

本發明作用原理：對殼聚糖進行接枝是改善其理化性質和生物活性的主要手段，向殼聚糖中引入烷基取代苯甲酸，有助于提高殼聚糖衍生物與病菌的作用能力，提高衍生物的生物活性。

本發明所具有的特點：

1.本發明在殼聚糖結構中引入烷基取代苯甲酸活性結構后，可提高殼聚糖的水溶解性能及對微生物的生物活性。

2.本發明制備的殼聚糖接枝烷基取代苯甲酸衍生物具有良好的水溶性，克服了殼聚糖自身水溶解性差的缺點，拓展了其應用領域。

3.本發明制備的殼聚糖接枝烷基取代苯甲酸衍生物具有抗菌活性，在農用殺菌劑、獸藥、醫藥、化妝品等領域有著潛在的應用價值。

通過對殼聚糖進行定位修飾、接枝共聚等手段進行化學改性，導入抑菌活性基團，能夠獲得具有較高抑菌活性的新型殼聚糖衍生物。殼聚糖自身的抑菌活性主要源于其攜帶有大量的正電荷，因此向殼聚糖分子中引入含有正電荷的活性基團將有望獲得高抑菌活性的殼聚糖接枝衍生物，申請人針對大量的試驗篩選含有正電荷的活性基團，烷基取代苯甲酸是一些植物體內的重要次生代謝物質，可用作香料、殺蟲劑、抗菌素、抗癌藥物等。因此，本發明提出以烷基取代苯甲酸作為活性基團接入殼聚糖分子中，最終發現能夠使殼聚糖與抑菌活性基團產生協同作用，同時使合成物能夠保持殼聚糖無毒、易降解和生物相容性好的特點，為研制新型海洋生物農藥奠定基礎。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。