專利名稱：一種硫酸化殼聚糖的新制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在不使用有機(jī)溶劑的條件下制備硫酸化殼聚糖的新方法。
背景技術(shù)：
多糖是生物體內(nèi)除蛋白質(zhì)和核酸外的又一類重要的生物大分子物質(zhì)，具有增強(qiáng)免 疫、抗衰老、抗氧化、抗癌、抗風(fēng)濕和預(yù)防艾滋病等作用。硫酸化多糖是一類糖羥基上帶有硫 酸根的多糖，它具有抗病毒、抗腫瘤、抗凝血和增強(qiáng)免疫等生物學(xué)活性。日本學(xué)者研究了海 藻中的硫酸化多糖，發(fā)現(xiàn)其具有體內(nèi)抗腫瘤作用。美國國家癌癥研究所對海洋無脊椎動物 篩選發(fā)現(xiàn)，其水相提取物顯示出較強(qiáng)的抗艾滋病病毒(HIV)活性，這些活性組分基本上是 硫酸化多糖。為了提高中藥多糖的生物學(xué)活性，可通過硫酸化修飾等方法對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改 造，獲取更多的多糖硫酸酯。甲殼素和殼聚糖作為一種天然高分子多糖，在生物界中其年 生物合成量達(dá)數(shù)百億噸之多，僅次于纖維素，但與其龐大的產(chǎn)量極不相稱的是在這方面的 研究開發(fā)還很不夠，特別是年產(chǎn)量頗豐的蝦、蟹殼，尚未被充分地開發(fā)利用，造成了資源的 莫大浪費(fèi)。殼聚糖是由自然界廣泛存在的幾丁質(zhì)經(jīng)過脫乙酰作用得到的，化學(xué)名稱為聚葡 萄糖胺(l-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，自1859年，法國人Rouget首先得到殼聚糖后，這種天 然高分子的生物官能性、血液相容性、安全性、微生物降解性等優(yōu)良性能被各行各業(yè)廣泛關(guān) 注，在醫(yī)藥、食品、化工、化妝品、水處理、金屬提取及回收、生化和生物醫(yī)學(xué)工程等諸多領(lǐng)域 的應(yīng)用研究取得了重大進(jìn)展。由于殼聚糖具有生物兼容性、易于被生物降解、無毒以及優(yōu)良 的成膜性、保濕性等特點(diǎn)且它在食品、輕紡、化工、環(huán)保、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域有著非常廣泛的 應(yīng)用前景，因此，殼聚糖及其衍生物也越來越受到人們的重視，其中硫酸化殼聚糖是殼聚糖 及其衍生物與硫酸化試劑反應(yīng)得到的產(chǎn)物，硫酸化殼聚糖的結(jié)構(gòu)與肝素類似，同時也具有 良好的抗凝血和降血酯的活性并且價(jià)格低廉，因此，硫酸化殼聚糖是制備類肝素藥物的基 礎(chǔ)，極有希望成為肝素的替代物，研究殼聚糖的硫酸化有著重大的理論及實(shí)際意義。
殼聚糖具有羥基和氨基，容易發(fā)生硫酸化反應(yīng)，故硫酸化殼聚糖的研究比較多。關(guān) 于硫酸化殼聚糖的制備方法，目前為止，主要是通過化學(xué)合成的方法來實(shí)現(xiàn)殼聚糖的硫酸 化， 一般所用的試劑有濃硫酸、二氧化硫_三氧化硫、氯磺酸等，反應(yīng)一般在非均相進(jìn)行，但 殼聚糖可在DMF(N， N- 二甲基甲酰胺)中與以偶極離子存在的S03-DMF的絡(luò)合物進(jìn)行均相 反應(yīng)，這種絡(luò)合物的特點(diǎn)是穩(wěn)定且能在低溫下進(jìn)行反應(yīng)。廣東工業(yè)大學(xué)吳勇(殼聚糖的磺 化及其應(yīng)用研究，中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，2002， 25-26)采用S02/S03的方法來合成 硫酸化殼聚糖，由于反應(yīng)是在非均相進(jìn)行的，因此殼聚糖上的氨基反應(yīng)很不完全，產(chǎn)品的取 代度也不穩(wěn)定，這就會使得硫酸化殼聚糖的產(chǎn)率很低。國外有關(guān)硫酸化殼聚糖的制備主要 是通過妣啶_氯磺酸來實(shí)現(xiàn)的(Sulfated chitin and chitosan雄ovel biomaterials. International Journal of Biological Macromolecules. 2007， 40， 175-181)。在制備過 程中， 一般用DMF或吡啶做反應(yīng)介質(zhì)，而吡啶是一種有毒且有惡臭的物質(zhì)。這些試劑不僅會 對環(huán)境造成污染，而且對人的皮膚、粘膜、神經(jīng)等系統(tǒng)有強(qiáng)烈的剌激作用，并且殘留物會對 其在食品、藥品、仿生材料等應(yīng)用方面造成不利影響。吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)王翠艷等(殼聚糖
3磺化改性及應(yīng)用研究，2007， 24， 1007-2853)采用濃硫酸來合成硫酸化殼聚糖，但濃硫酸反 應(yīng)必須在低溫下進(jìn)行，否則會由于濃硫酸的碳化作用而使產(chǎn)物顏色較深，且濃硫酸是無機(jī) 強(qiáng)酸，它會給環(huán)境帶來很大的污染。西華大學(xué)蔣珍菊等(硫酸-氯磺酸混酸酯化殼聚糖的 研究，化學(xué)研究與應(yīng)用，2005， 17， 1004-1656)采用硫酸-氯磺酸混酸合成硫酸化殼聚糖，但 在制備過程中使用了硫酸和氯磺酸等無機(jī)和有機(jī)強(qiáng)酸，這些強(qiáng)酸會使得反應(yīng)非常劇烈，操 作過程難以控制，并且殘留物會對其在食品或藥品中的應(yīng)用產(chǎn)生不利影響。
總之，當(dāng)前硫酸化殼聚糖的制備過程中，普遍使用了吡啶、DMF等有毒的有機(jī)溶劑， 而硫酸化殼聚糖其中一個用途就是在食品、藥品、仿生材料中使用，這樣殘留的試劑可能會 影響其應(yīng)用。另外，使用強(qiáng)酸作為催化劑使反應(yīng)劇烈，不易控制，而且會對環(huán)境造成污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前硫酸化殼聚糖制備技術(shù)中存在的問題和不足，提出一 種在完全不使用有機(jī)溶劑的條件下制備硫酸化殼聚糖的新方法。該方法具有工藝流程簡 單、容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、無環(huán)境污染，硫酸化殼聚糖的含量高且安全等特點(diǎn)。此外，硫酸化 殼聚糖制備技術(shù)中一個最具吸引力的特點(diǎn)就是采用干燥加熱的方式來實(shí)現(xiàn)硫酸化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明具體通過以下過程完成 (1)將lg殼聚糖溶解于100mL的蒸餾水中，然后加入0. lmol/L的硫酸氫鹽溶液， 攪拌30-60min，用氫氧化鈉調(diào)pH ; (2)冷凍干燥上述殼聚糖-硫酸氫鹽溶液后，在50-13(TC干燥加熱的條件下進(jìn)行 硫酸化反應(yīng)1-5天； (3)反應(yīng)結(jié)束后，把殼聚糖-硫酸氫鹽溶于水并在水中透析2天以除去未反應(yīng)的硫 酸氫鹽，最后冷凍干燥得到硫酸化殼聚糖。 上述制備方法中所述的硫酸氫鹽，可以是硫酸氫鈉或硫酸氫鉀； 上述制備方法中所述的干燥技術(shù)為冷凍干燥，如果制備量大時還可噴霧干燥等干
燥技術(shù)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)如下 1、無污染。本發(fā)明中不使用任何有機(jī)溶劑，不會對環(huán)境造成污染； 2、安全。本發(fā)明中硫酸化殼聚糖的制備方法與目前為止的方法不同，即殼聚糖的
硫酸化是在干燥加熱的條件下實(shí)現(xiàn)的，即無需任何有機(jī)溶劑，避免了殘留的有機(jī)試劑可能
會導(dǎo)致的安全問題； 3、效果顯著。本發(fā)明利用硫酸氫鹽存在時，干燥加熱的方法對殼聚糖進(jìn)行硫酸化， 通過改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等條件得到了不同硫酸根含量的硫酸化殼聚糖，其中最高硫 酸根含量可達(dá)20.4% ; 4、原料來源豐富，制備方法簡便。殼聚糖或甲殼素來源豐富，其廣泛存在于甲殼綱 動物蝦和蟹的甲殼、昆蟲的甲殼、真菌(酵母、霉菌、蘑菇)的細(xì)胞壁和植物的細(xì)胞壁中。本 發(fā)明中硫酸化殼聚糖的制備所用的試劑均為常見試劑，價(jià)格低廉，且硫酸化殼聚糖的制備 條件容易操作，生產(chǎn)設(shè)備要求不高，生產(chǎn)成本低，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)； 5、反應(yīng)條件(反應(yīng)溫度、pH、加熱時間)可控及硫酸化殼聚糖的硫酸根含量高且安 全；
6、意義深遠(yuǎn)。本發(fā)明中的硫酸化殼聚糖具有很好的抗凝血、抗病毒、抗HIV等活 性。另外，硫酸化殼聚糖具有免疫調(diào)節(jié)作用和良好的抗氧化活性，對開發(fā)抗病毒藥物以及仿 生材料等具有深遠(yuǎn)的意義。


圖1是殼聚糖和硫酸化殼聚糖的紅外光譜比較圖。a，殼聚糖；b，硫酸化殼聚糖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 : 將lg殼聚糖溶解于lOOmL的蒸餾水中，然后加入0. lmol/L的硫酸氫鹽溶液，攪拌 30-60min后，用氫氧化鈉調(diào)pH ;冷凍干燥上述殼聚糖_硫酸氫鹽溶液后，在8(TC干燥加熱 的條件下進(jìn)行硫酸化反應(yīng)1天；反應(yīng)結(jié)束后，把殼聚糖-硫酸氫鹽溶于蒸餾水并透析2天以 除去未反應(yīng)的硫酸氫鹽，最后冷凍干燥得到硫酸化殼聚糖。所得硫酸化殼聚糖經(jīng)紅外光譜 (IR)分析，在1111cm—工處可觀察到硫酸酯基(_S03_)的伸縮振動峰；通過測定，硫酸化殼聚 糖的硫酸根含量為20.4%。
實(shí)施例2 : 將lg殼聚糖溶解于100mL的蒸餾水中，然后加入0. lmol/L的硫酸氫鹽溶液，攪拌 30-60min后，用氫氧化鈉調(diào)pH ;冷凍干燥上述殼聚糖_硫酸氫鹽溶液后，在IO(TC干燥加熱 的條件下進(jìn)行硫酸化反應(yīng)1天；反應(yīng)結(jié)束后，把殼聚糖-硫酸氫鹽溶于蒸餾水并透析2天以 除去未反應(yīng)的硫酸氫鹽，最后冷凍干燥得到硫酸化殼聚糖。所得硫酸化殼聚糖經(jīng)IR分析， 在1111cm—工處可觀察到硫酸酯基(_S03_)的伸縮振動峰；通過測定，硫酸化殼聚糖的硫酸根 含量為18.6%。
實(shí)施例3 : 將lg殼聚糖溶解于lOOmL的蒸餾水中，然后加入0. lmol/L的硫酸氫鹽溶液，攪拌 30-60min后，用氫氧化鈉調(diào)pH ;冷凍干燥上述殼聚糖_硫酸氫鹽溶液后，在IO(TC干燥加熱 的條件下進(jìn)行硫酸化反應(yīng)2天；反應(yīng)結(jié)束后，把殼聚糖_硫酸氫鹽溶于蒸餾水中并透析2天 以除去未反應(yīng)的硫酸氫鹽，最后冷凍干燥得到硫酸化殼聚糖。所得硫酸化殼聚糖經(jīng)IR分 析，在1111cm—1處可觀察到硫酸酯基(_S03_)的伸縮振動峰；通過測定，硫酸化殼聚糖的硫 酸根含量為18.5%。
實(shí)施例4 : 將lg殼聚糖溶解于lOOmL的蒸餾水中，然后加入0. lmol/L的硫酸氫鹽溶液，攪拌 30-60min后，用氫氧化鈉調(diào)pH ;冷凍干燥上述殼聚糖_硫酸氫鹽溶液后，在IO(TC干燥加熱 的條件下進(jìn)行硫酸化反應(yīng)3天；反應(yīng)結(jié)束后，把殼聚糖_硫酸氫鹽溶于蒸餾水中并透析2天 以除去未反應(yīng)的硫酸氫鹽，最后冷凍干燥得到硫酸化殼聚糖。所得硫酸化殼聚糖經(jīng)IR分 析，在1111cm—1處可觀察到硫酸酯基(_S03_)的伸縮振動峰；通過測定，硫酸化殼聚糖的硫 酸根含量為17. 1%。
實(shí)施例5 : 將lg殼聚糖溶解于lOOmL的蒸餾水中，然后加入0. lmol/L的硫酸氫鹽溶液，攪 拌30-60min后，用氫氧化鈉調(diào)pH ;冷凍干燥上述殼聚糖_硫酸氫鹽溶液后，在IO(TC干燥加熱的條件下進(jìn)行硫酸化反應(yīng)5天；反應(yīng)結(jié)束后，把殼聚糖-硫酸氫鹽溶于蒸餾水中并透
析2天以除去未反應(yīng)的硫酸氫鹽，最后冷凍干燥得到。所得硫酸化殼聚糖經(jīng)IR分析，在 1111cm—工處可觀察到硫酸酯基(_S03_)的伸縮振動峰；通過測定，硫酸化殼聚糖的硫酸根含 量為16. 6%。
實(shí)施例6 : 將lg殼聚糖溶解于lOOmL的蒸餾水中，然后加入0. lmol/L的硫酸氫鹽溶液，攪拌 30-60min后，用氫氧化鈉調(diào)pH ;冷凍干燥上述殼聚糖_硫酸氫鹽溶液后，在ll(TC干燥加熱 的條件下進(jìn)行硫酸化反應(yīng)1天；反應(yīng)結(jié)束后，把殼聚糖_硫酸氫鹽溶于蒸餾水中并透析2天 以除去未反應(yīng)的硫酸氫鹽，最后冷凍干燥得到硫酸化殼聚糖。所得硫酸化殼聚糖經(jīng)IR分 析，在1111cm—1處可觀察到硫酸酯基(_S03_)的伸縮振動峰；通過測定，硫酸化殼聚糖的硫 酸根含量為17.5%。 最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例子。顯然，本發(fā)明不 限于以上實(shí)施例子，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直 接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種硫酸化殼聚糖的新制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將1g殼聚糖溶解于100mL的蒸餾水中，然后加入0.1mol/L的硫酸氫鹽，攪拌30-60min后，調(diào)節(jié)pH；(2)冷凍干燥上述硫酸化殼聚糖溶液后，在50-130℃干燥加熱的條件下進(jìn)行硫酸化反應(yīng)1-5天；(3)反應(yīng)結(jié)束后，將殼聚糖-硫酸氫鹽混合粉末溶于水，并在水中透析2天以除去未反應(yīng)的硫酸氫鹽；最后冷凍干燥得到硫酸化殼聚糖粉末。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(1)中，殼聚糖的硫酸化反應(yīng)是在硫酸氫 鹽存在時發(fā)生。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(2)中，殼聚糖的硫酸化是在50-13(TC 的條件下發(fā)生。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(3)中，殼聚糖的硫酸化反應(yīng)是在干燥加 熱的條件下發(fā)生。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(3)中，殼聚糖的硫酸化反應(yīng)時間是l-5天。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硫酸化殼聚糖的新制備方法。具體就是包括將殼聚糖溶于100ml的蒸餾水中，攪拌30-60min后，調(diào)節(jié)pH值；冷凍干燥上述殼聚糖-硫酸氫鹽溶液；把冷凍干燥后的硫酸化殼聚糖在干燥的條件下加熱1-5天進(jìn)行硫酸化反應(yīng)；透析、冷凍干燥后得到硫酸化殼聚糖等步驟。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為制備過程中完全不使用有機(jī)溶劑，硫酸化產(chǎn)物安全且可避免環(huán)境污染；工藝流程簡單，條件可控，生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；本發(fā)明中的硫酸化殼聚糖具有很好的抗凝血、抗病毒、抗HIV等活性。另外，硫酸化殼聚糖具有免疫調(diào)節(jié)作用和良好的抗氧化活性，對開發(fā)抗病毒藥物以及仿生材料等具有深遠(yuǎn)的意義。
文檔編號C08B37/08GK101792494SQ20101013325
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者張媛圓, 成偉華, 李燦鵬, 趙卉, 趙改紅 申請人:云南大學(xué)