專利名稱：殼聚糖胍鹽衍生物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用天然可再生資源殼聚糖合成的殼聚糖胍鹽衍生物及其制備方法，屬再生資源化學(xué)生物學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
殼聚糖是一種天然的抗菌劑，可以抑制多種細(xì)菌、真菌的生長，且具有毒性低、生物相容性好又無抗原性的優(yōu)點(diǎn)，它的研究與開發(fā)具有誘人的前景和廣闊的市場。但它的水溶性差，只能在酸性條件下抑菌。殼聚糖由于其分子鏈上有很多氨基、羥基等活性基團(tuán)，具有很高的反應(yīng)活性，能進(jìn)行多種化學(xué)改性反應(yīng)，使其具有獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)及生理功能。因此，通過改性、共混等方法提高殼聚糖的抗菌活性，對(duì)于殼聚糖作為抗菌劑的應(yīng)用至關(guān)重要。目前提高殼聚糖的抗菌活性途徑主要是集中在對(duì)殼聚糖的衍生化等改性方面，包括殼聚糖的羧甲基化、硫酸酯化、季銨鹽化等。但目前還尚未出現(xiàn)殼聚糖胍鹽這類衍生物，而殼聚糖胍鹽衍生物是具有生物活性的胍基化合物，如果用作農(nóng)業(yè)殺菌劑和消毒劑或用作工業(yè)生物殺傷劑的抗微生物劑等，必將具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中尚未研制出具有生物活性的胍基化合物——?dú)ぞ厶请饮}衍生物的現(xiàn)狀，提供一種殼聚糖胍鹽衍生物及其制備方法，這類殼聚糖胍鹽衍生物結(jié)合了殼聚糖和胍的生物活性，表現(xiàn)出比殼聚糖更強(qiáng)的抗菌活性，同時(shí)大大降低了胍化試劑——甲脒磺酸的毒性，而且原料來源豐富，制備方法簡單。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案為殼聚糖胍鹽衍生物中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖亞硫酸氫鹽或2-胍基葡萄糖鹽酸鹽，其結(jié)構(gòu)式為
式中X為HSO3或Cl，殼聚糖胍鹽衍生物中的胍取代度為15-75％，分子量為1.0-25萬。
X為HSO3時(shí)為殼聚糖胍亞硫酸氫鹽，其中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖亞硫酸氫鹽；X為Cl時(shí)為殼聚糖胍鹽酸鹽，其中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖鹽酸鹽。
本發(fā)明提供的殼聚糖胍鹽衍生物的制備方法是采用如下步驟將適量殼聚糖原料溶解于0.2-0.5mol/L的鹽酸溶液配成濃度為0.02-0.04g/mL的殼聚糖鹽酸溶液，用濃度為0.3-0.8mol/L的K2CO3溶液調(diào)整殼聚糖鹽酸溶液pH值到8-9，得到白色絮狀沉淀，用水洗至pH7.0-8.0，擠除多余水分，得到殼聚糖白色絮狀物，然后在50-80℃攪拌下，將1-5倍于氨基摩爾質(zhì)量的胍化試劑-甲脒磺酸緩慢加入到殼聚糖白色絮狀物中，攪拌反應(yīng)15min至1h，冷卻后用無水乙醇或丙酮沉淀反應(yīng)物，減壓抽濾，再用無水乙醇洗滌濾餅2-3次后，真空干燥，即得到殼聚糖胍亞硫酸氫鹽粉末，所用的原料殼聚糖的脫乙酰度為80-97％，分子量為2-30萬之間。
將殼聚糖胍亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為殼聚糖胍鹽酸鹽是將所得殼聚糖胍亞硫酸氫鹽溶于水，加熱至50±5℃，攪拌下滴加等摩爾濃鹽酸，攪拌反應(yīng)3-10小時(shí)，把不溶物濾去，再用無水乙醇沉淀反應(yīng)物，減壓抽濾，用無水乙醇溶液洗滌濾餅2-3次后，真空干燥，得到殼聚糖胍鹽酸鹽粉末，形成殼聚糖胍鹽的胍基基團(tuán)占?xì)ぞ厶侨堪被偭康?5-75％。
最后再將所得殼聚糖胍鹽酸鹽粉末溶解于0.1-1mol/L稀鹽酸，配成濃度為1000μg/mL-125μg/mL的溶液，用濃度為0.05-1mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整溶液pH值到5.4-6.5，然后將該溶液在高壓滅菌鍋中121-135℃下滅菌20-30min，即可得到殼聚糖胍鹽抗菌劑。
根據(jù)殼聚糖的抗菌機(jī)理，殼聚糖活性的強(qiáng)弱與殼聚糖上氨基有關(guān)，且脫乙酰度越高，正電性越強(qiáng)，抑菌活性也越強(qiáng)，殼聚糖胍鹽含胍基，且胍基質(zhì)子化后得到一個(gè)非常穩(wěn)定的胍鎓離子，能在較大pH值范圍內(nèi)保持正電性。因此在殼聚糖的氨基上進(jìn)行修飾得到殼聚糖胍鹽，可以得到抑菌活性更高、抑菌范圍更廣的殼聚糖衍生物。
由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明就是利用殼聚糖的氨基，通過甲脒磺酸的胍化得到殼聚糖胍鹽抗菌劑。它結(jié)合了殼聚糖和胍的生物活性，表現(xiàn)出比殼聚糖更強(qiáng)的抗菌活性，同時(shí)大大降低了甲脒磺酸的毒性，而且原料來源豐富，制備方法簡單，具有反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少，容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，具有更好的產(chǎn)業(yè)化前景。所以可以作為新型抗菌殺菌劑、抗菌藥物等在醫(yī)藥、紡織工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
通過試驗(yàn)證明本發(fā)明用殼聚糖與甲脒磺酸反應(yīng)制得的殼聚糖胍鹽抗菌劑，對(duì)革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌都有顯著的抗菌活性。
具體實(shí)施例方式
下面用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于此。
實(shí)施例1稱取2.0g脫乙酰度為80-97％，分子量為2-30萬的殼聚糖，加入100mL濃度為0.2-0.5mol/L的鹽酸溶液，攪拌3h至溶解，磁力攪拌下加入濃度為0.3-0.8mol/L的K2CO3溶液調(diào)整溶液pH值至8-9，停止攪拌，得到白色絮狀沉淀，用水洗至pH7.0-8.0，除去多余的大部分水分，得到殼聚糖白色絮狀物，升溫至50℃，攪拌下緩慢加入3.4g的甲脒磺酸后，攪拌1h，冷卻后向溶液中加入無水乙醇，得到白色沉淀。減壓抽濾，用無水乙醇重復(fù)洗滌濾餅兩次，真空干燥，得到殼聚糖胍亞硫酸氫鹽，其結(jié)構(gòu)式為 式中X為HSO3，即其中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖亞硫酸氫鹽。
將殼聚糖胍亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為殼聚糖胍鹽酸鹽的具體步驟如下將所得殼聚糖胍亞硫酸氫鹽溶于水，升溫至50±5℃，以50℃最佳，攪拌下滴加濃鹽酸，攪拌反應(yīng)3-10小時(shí)，把不溶物濾去，加無水乙醇沉淀反應(yīng)物，減壓抽濾，再用無水乙醇溶液洗滌濾餅2-3次后，真空干燥，得到分子量在1.0-25萬間、結(jié)構(gòu)式為
式中X為Cl，即其中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖鹽酸鹽，形成殼聚糖胍鹽的胍基基團(tuán)占?xì)ぞ厶侨堪被偭康?5-75％，即殼聚糖胍鹽衍生物中的胍取代度為15-75％的殼聚糖胍鹽酸鹽粉末。最后還可將所得殼聚糖胍鹽酸鹽粉末溶解于0.1-1mol/L稀鹽酸，配成濃度為1000μg/mL-125μg/mL的溶液，用濃度為0.05-1mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整溶液pH值到5.4-6.5，然后將該溶液在高壓滅菌鍋中121-135℃下滅菌20-30min，即得到殼聚糖胍鹽抗菌劑。
實(shí)施例2稱取1.0g殼聚糖，加入50mL濃度為0.2-0.5mol/L的鹽酸溶液，攪拌1-2h至溶解，磁力攪拌下加入濃度為0.3-0.8mol/L的K2CO3溶液調(diào)整溶液pH值至8-9，停止攪拌，得到白色絮狀沉淀，用水洗至pH7.5-8.0，除去多余的大部分水分，升溫至55℃，攪拌下加入1.5g的甲脒磺酸后，攪拌15min，冷卻后向溶液中加入丙酮溶液，得到白色沉淀。減壓抽濾，用無水乙醇重復(fù)洗滌濾餅兩次，真空干燥，得到殼聚糖胍亞硫酸氫鹽。再按照實(shí)施例1的步驟與鹽酸反應(yīng)把殼聚糖胍亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為殼聚糖胍鹽酸鹽，最后制得殼聚糖胍鹽抗菌劑。
實(shí)施例3稱取1.0g殼聚糖，加入50mL濃度為0.2-0.5mol/L的鹽酸溶液，攪拌1-2h至溶解，磁力攪拌下加入濃度為0.3-0.8mol/L的K2CO3溶液調(diào)整溶液pH值至8-9，停止攪拌，得到白色絮狀沉淀，用水洗至pH7.5-8.0，除去多余的大部分水分，升溫至50℃，攪拌下加入2.3g的甲脒磺酸后，攪拌30min，冷卻后向溶液中加入無水乙醇，得到白色沉淀。減壓抽濾，用無水乙醇重復(fù)洗滌濾餅兩次，真空干燥，得到殼聚糖胍鹽。再按照實(shí)施例1的步驟與鹽酸反應(yīng)把殼聚糖胍亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為殼聚糖胍鹽酸鹽，最后制得殼聚糖胍鹽抗菌劑。
實(shí)施例4稱取1.0g殼聚糖，加入50mL濃度為0.2-0.5mol/L的鹽酸溶液，攪拌1-2h至溶解，磁力攪拌下加入濃度為0.3-0.8mol/L的K2CO3溶液調(diào)整溶液pH值至8-9，停止攪拌，得到白色絮狀沉淀，用水洗至pH7.0-7.5，除去多余的大部分水分，升溫至75℃，攪拌下加入3.0g的甲脒磺酸后，攪拌30min，冷卻后向溶液中加入無水乙醇，得到白色沉淀。減壓抽濾，用無水乙醇重復(fù)洗滌濾餅兩次，真空干燥，得到殼聚糖胍鹽。再按照實(shí)施例1的步驟與鹽酸反應(yīng)把殼聚糖胍亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為殼聚糖胍鹽酸鹽，最后制得殼聚糖胍鹽抗菌劑。
將實(shí)施例1、2、3、4所得產(chǎn)物進(jìn)行抗菌性能測試(pH6.0)，測試結(jié)果及成分分析見下表。

從表中可以看出，在pH6.0時(shí)，殼聚糖胍鹽的抗菌性能均比純殼聚糖有較大提高，且隨著胍鹽取代度的升高而增強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.殼聚糖胍鹽衍生物，其特征在于殼聚糖胍鹽衍生物中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖亞硫酸氫鹽或2-胍基葡萄糖鹽酸鹽，其結(jié)構(gòu)式為 式中X為HSO3或Cl，殼聚糖胍鹽衍生物中的胍取代度為15-75％，分子量為1.0-25萬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖胍鹽衍生物，其特征在于結(jié)構(gòu)式中X為HSO3時(shí)，殼聚糖胍鹽衍生物為殼聚糖胍亞硫酸氫鹽，其中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖亞硫酸氫鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖胍鹽衍生物，其特征在于結(jié)構(gòu)式中X為Cl時(shí)，殼聚糖胍鹽衍生物為殼聚糖胍鹽酸鹽，其中的重復(fù)單元為2-胍基葡萄糖鹽酸鹽。
4.一種制備權(quán)利要求1所述的殼聚糖胍鹽衍生物的方法，其特征在于采用如下步驟將適量殼聚糖原料溶解于0.2-0.5mol/L的鹽酸溶液配成濃度為0.02-0.04g/mL的殼聚糖鹽酸溶液，用濃度為0.3-0.8mol/L的K2CO3溶液調(diào)整殼聚糖鹽酸溶液pH值到8-9，得到白色絮狀沉淀，用水洗至pH7.0-8.0，擠除多余水分，得到殼聚糖白色絮狀物，然后在50-80℃攪拌下，將1-5倍于氨基摩爾質(zhì)量的胍化試劑-甲脒磺酸緩慢加入到殼聚糖白色絮狀物中，攪拌反應(yīng)15min至1h，冷卻后用無水乙醇或丙酮沉淀反應(yīng)物，減壓抽濾，再用無水乙醇洗滌濾餅2-3次后，真空干燥，即得到殼聚糖胍亞硫酸氫鹽粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的殼聚糖胍鹽衍生物的制備方法，其特征在于將殼聚糖胍亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化為殼聚糖鹽酸鹽是將所得殼聚糖胍亞硫酸氫鹽溶于水，升溫至50±5℃，攪拌下滴加等摩爾濃鹽酸，攪拌反應(yīng)3-10小時(shí)，把不溶物濾去，再用無水乙醇沉淀反應(yīng)物，減壓抽濾，用無水乙醇溶液洗滌濾餅2-3次后，真空干燥，得到殼聚糖胍鹽酸鹽粉末，形成殼聚糖胍鹽的胍基基團(tuán)占?xì)ぞ厶侨堪被偭康?5-75％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的殼聚糖胍鹽衍生物的制備方法，其特征在于將所得殼聚糖胍鹽酸鹽粉末溶解于0.1-1mol/L稀鹽酸，配成濃度為1000μg/mL-125μg/mL的溶液，用濃度為0.05-1mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)整溶液pH值到5.4-6.5，然后將該溶液在高壓滅菌鍋中121-135℃下滅菌20-30min，即得到殼聚糖胍鹽抗菌劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制法，其特征在于所用的殼聚糖原料分子量在2-30萬之間，脫乙酰度為80-97％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一類新的殼聚糖衍生物——?dú)ぞ厶请饮}衍生物及其制備方法。殼聚糖胍鹽衍生物中的重復(fù)單元為2－胍基葡萄糖亞硫酸氫鹽或2－胍基葡萄糖鹽酸鹽，胍取代度為15－75％，分子量為1.0－25萬。殼聚糖胍鹽衍生物是用不同分子量的殼聚糖與甲脒磺酸反應(yīng)得到殼聚糖胍亞硫酸氫鹽衍生物，再在一定條件下與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為殼聚糖胍鹽酸鹽。本發(fā)明的制備方法具有反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明制備的殼聚糖胍鹽衍生物具有較好的抑菌活性和較廣的抑菌范圍，可用于醫(yī)藥或農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A01N47/44GK1944467SQ20061012489
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者杜予民, 胡瑛, 胡振 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)