阅读说明：本技术 一种活性交联蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP的合成方法 (Synthesis method of active cross-linked bagasse xylan/camellia nitidissima shikimate-g-NVP ) 是由 李和平 武晋雄 张海燕 郑光绿 杨莹莹 黄红霞 杨世军 邹志明 柴建啟 耿恺 于 2020-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种活性蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP功能性复合衍生物的合成方法。以蔗渣木聚糖和金花茶花为主要原料,N-乙烯基吡咯烷酮为单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,首先在水溶液中经过硫酸铵引发合成蔗渣木聚糖/金花茶花-g-NVP；然后在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐中,以莽草酸为酯化剂,4-二甲氨基吡啶与钛酸四丁酯为复合催化剂,再经过催化酯化反应合成活性交联蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP。在多种活性基团的共同作用下,蔗渣木聚糖/金花茶花衍生物的溶解度和水溶性提高,在生物医药、精细化工、食品等领域具有较高的应用价值。(The invention discloses a method for synthesizing an active bagasse xylan/camellia nitidissima shikimate-g-NVP functional composite derivative. The method comprises the following steps of firstly, initiating synthesis of bagasse xylan/camellia chrysantha flower-g-NVP in an aqueous solution through ammonium persulfate by using bagasse xylan and camellia chrysantha flower as main raw materials, N-vinyl pyrrolidone as a monomer and N, N-methylene bisacrylamide as a cross-linking agent; then, in ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazole chloride, using shikimic acid as an esterifying agent, using 4-dimethylaminopyridine and tetrabutyl titanate as a composite catalyst, and synthesizing active cross-linked bagasse xylan/camellia chrysantha shikimate-g-NVP through a catalytic esterification reaction. Under the combined action of various active groups, the solubility and the water solubility of the bagasse xylan/camellia chrysantha derivative are improved, and the bagasse xylan/camellia chrysantha derivative has higher application value in the fields of biological medicine, fine chemical industry, food and the like.)

一种活性交联蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP的合成 方法

技术领域

本发明属精细化工技术领域，特别是涉及一种活性交联蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP的合成方法。

背景技术

近年来，我国人口老龄化问题日益明显，恶性肿瘤发病率也随年龄增加而上升，癌症作为老年人主要死因日益突出。肿瘤一直以来都是人类抗击的重点，随着人们对抗肿瘤药物的需求不断增大，开发新型抗肿瘤药物已经成为国内外研究的重要课题。

目前，抗肿瘤药物主要分为化疗药物和分子靶向药物，其中化疗药物对正常细胞的毒副作用强，生物相容性差。而木聚糖作为天然高分子，本身具有毒副作用小、生物相容性好等特点，经过接枝、酯化等化学修饰后具有抗癌、生物免疫调节等作用。但是木聚糖结构中的羟基容易形成氢键，这些氢键网络的存在导致致密晶体结构的形成，使其在大多数溶剂中几乎不能溶解，反应性低，限制了木聚糖的应用。研究表明，采用离子液体作为反应溶剂，可以破坏木聚糖本身的氢键，使木聚糖溶解度增大，有利于木聚糖的改性反应。金花茶花具有抗菌、抗氧化、抗血脂、抑制肿瘤生长的作用，将其与木聚糖复合，以N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)作为接枝单体进行接枝修饰反应，可以强化抗肿瘤活性。蔗渣木聚糖和金花茶花的接枝共聚产物，改善了蔗渣木聚糖的水溶性与活性。莽草酸本身具有抗炎、镇痛作用，通常用作合成抗生素、抗肿瘤药物和抗血栓药物等生物活性化合物基础材料，还可作为抗病毒和抗癌药物中间体。以莽草酸为酯化剂在离子液体中对蔗渣木聚糖/金花茶花-g-NVP再进行酯化改性，进一步降低了蔗渣木聚糖形成氢键网络的趋势，最终产物在离子液体中的溶解度比木聚糖有较大提升，水溶性也相应提高，进入人体后可以随血液更好的分散，促进机体对药物的吸收，同时保留活性基团的原有活性，可应用于生物医药、食品、化妆品、功能材料等领域。

本发明以蔗渣木聚糖(BX)和金花茶花(GFC)为主要原料，N-乙烯基吡咯烷酮为单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，首先在水溶液中经过硫酸铵引发合成蔗渣木聚糖/金花茶花-g-NVP；然后在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)中，以莽草酸为酯化剂，4-二甲氨基吡啶与钛酸四丁酯为复合催化剂，再经过催化酯化反应合成活性交联蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP。

发明内容

本发明的目的是为了提高蔗渣木聚糖的生物活性，提供一种活性交联蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP的合成方法。

本发明的具体步骤为：

(1)在装有磁力搅拌子、温度计和回流冷凝管的250mL单口烧瓶中，依次加入20mL分析纯1-甲基咪唑和35～40mL分析纯氯代正丁烷，室温下混合均匀，升温至80℃下搅拌反应30～40小时，得淡黄色的粘稠液体。

(2)待步骤(1)中的粘稠液体自然冷却后，用50～60mL分析纯乙酸乙酯洗涤2～3次，并在80℃下旋转蒸发除去残留的乙酸乙酯，最终得到颜色为淡黄色的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)离子液体，备用。

(3)将8～15g蔗渣木聚糖置于50℃真空恒温干燥箱中干燥24小时，得干基蔗渣木聚糖。

(4)分别称取5～10g干基蔗渣木聚糖、0.25～0.5g金花茶花、0.5～1g N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入到250mL四口烧瓶中，再加入30～40mL蒸馏水，加热至40℃～70℃，搅拌活化60分钟。

(5)称取1～3g过硫酸铵于50mL烧杯中，加入10～20mL蒸馏水，于室温下搅拌5～10分钟得引发剂溶液，置于100mL恒压滴漏斗中，备用。

(6)量取5～10mL分析纯N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)于50mL烧杯中，加入10～20mL蒸馏水，于室温下搅拌1～3分钟得单体溶液，置于100mL恒压滴液漏斗中，备用。

(7)将混合均匀的步骤(4)所得体系中，同步滴加步骤(5)所得引发剂溶液和步骤(6)所得单体溶液，控制在3～5小时内滴加完成；继续反应1小时。

(8)将步骤(7)所得反应液静置冷却至室温，依次用40～50mL分析纯无水乙醇和40～50mL分析纯丙酮洗涤、抽滤2～3次，得到BX/GFC-g-NVP粗产物。

(9)再将步骤(8)所得粗产物置于索氏提取器中，加入60～80mL分析纯丙酮，抽提48小时后，将其放入60℃恒温真空干燥箱中干燥24小时至恒重，即得接枝共聚物BX/GFC-g-NVP。

(10)称取1～3g步骤(9)中所得接枝共聚物BX/GFC-g-NVP置于装有搅拌器、温度计的250mL四口烧瓶中，再加入10～20g步骤(2)制备的离子液体，搅拌30分钟；然后加入3.5～6.5g莽草酸，搅拌均匀，再加入0.4～1.2g 4-二甲氨基吡啶、0.1～0.3g分析纯钛酸四丁酯，搅拌下升温至45～75℃，继续回流搅拌反应4.5～7.5小时反应结束，将物料冷却至室温。

(11)将步骤(10)所得物料依次用30～40mL分析纯无水乙醇和30～40mL分析纯丙酮洗涤、减压抽滤2～3次，所得滤饼置于60℃恒温真空干燥箱中干燥24小时至恒重，得活性蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP复合衍生物。

(12)用酸碱滴定法测定蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP复合衍生物的羧酸酯化取代度，操作方法如下：准确称量约0.5g的产物样品，放入250mL锥形瓶中，加入5mL蒸馏水，然后滴入数滴酚酞指示剂。加入2.5mL 0.5mol/L的氢氧化钠溶液，摇匀，在20℃下震荡皂化1小时。用10mL去离子水冲洗塞子与锥形瓶的内壁，再用0.5mol/L盐酸标准溶液滴定至无色，即为终点。记录消耗盐酸标准溶液的体积V₁。在相同条件下，用酯化前的蔗渣木聚糖/金花茶花-g-NVP进行空白滴定，记录消耗盐酸标准溶液体积V₀。羧酸酯化取代度(DS)的计算公式如下：

式中：Wc——目标产物中含酯羰基的质量分数，％；

V₀——空白实验使用盐酸标准溶液的体积，单位mL；

V₁——滴定目标产物所用盐酸标准溶液体积，单位mL；

C_HCl——盐酸标准溶液浓度，单位mol/L；

m——样品的质量，单位g；

M——莽草酰基的相对分子质量；

132——蔗渣木聚糖脱水单元的相对分子质量；

DS——酯羰基取代度。

(13)测定蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP复合衍生物溶解度，操作方法如下：分别准确称量1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)离子液体10g于三只250mL圆底烧瓶中，密封；将250mL圆底烧瓶置于油浴锅中，加入目标产物蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP，每次加入量为每摩尔离子液体1克(1g/mol IL)，密封下恒温搅拌溶解1小时，用偏光显微镜检验木聚糖是否溶解完全。当完全溶解后，继续加入目标产物，直至达到饱和，记录此时加入的目标产物的质量，计算出此温度下目标产物的溶解度，单位为每摩尔离子液体溶解目标产物的质量(g/mol IL)。溶解度测量的温度范围为45℃～75℃，间隔为5℃。

经过接枝、酯化两步反应合成具有生物活性的蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP功能性复合衍生物，产物取代度高、溶解性能优良，生产工艺条件易于控制，成本低，在生物医药、精细化工、食品等领域具有较高的应用价值。

附图说明

图1为原蔗渣木聚糖的SEM照片。

图2为蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP衍生物的SEM照片。

图3为原蔗渣木聚糖/金花茶花的IR图。

图4为蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP衍生物的IR图。

图5为原蔗渣木聚糖的XRD图。

图6为蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP功能复合衍生物的XRD图。

具体实施方式

实施例：

(1)在装有磁力搅拌子、温度计和回流冷凝管的250mL单口烧瓶中，依次加入20mL分析纯1-甲基咪唑和36.7mL分析纯氯代正丁烷，室温下混合均匀，升温至80℃下搅拌反应40小时，得淡黄色的粘稠液体。

(2)待步骤(1)中的粘稠液体自然冷却后，用60mL分析纯乙酸乙酯洗涤2～3次，并在80℃下旋转蒸发除去残留的乙酸乙酯，最终得到颜色为淡黄色的1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)离子液体，备用。

(3)将6.5g蔗渣木聚糖置于50℃真空恒温干燥箱中干燥24小时，得干基蔗渣木聚糖。

(4)分别称取6g干基蔗渣木聚糖、0.3g金花茶花、1.0g N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入到250mL四口烧瓶中，再加入40mL蒸馏水，加热至40℃～70℃，搅拌活化60分钟。

(5)称取2.0g过硫酸铵于50mL烧杯中，加入20mL蒸馏水，于室温下搅拌5分钟得引发剂溶液，置于100mL恒压滴漏斗中，备用。

(6)量取6mL分析纯N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)于50mL烧杯中，加入15mL蒸馏水，于室温下搅拌3分钟得单体溶液，置于100mL恒压滴液漏斗中，备用。

(7)将混合均匀的步骤(4)所得体系中，同步滴加步骤(5)所得引发剂溶液和步骤(6)所得单体溶液，控制在4小时内滴加完成；继续反应1小时。

(8)将步骤(7)所得反应液静置冷却至室温，依次用40mL分析纯无水乙醇和50mL分析纯丙酮洗涤、抽滤3次，得到BX/GFC-g-NVP粗产物。

(9)再将步骤(8)所得粗产物置于索氏提取器中，加入80mL分析纯丙酮，抽提48小时后，将其放入60℃恒温真空干燥箱中干燥24小时至恒重，即得接枝共聚物BX/GFC-g-NVP。

(10)称取1.0g步骤(9)中所得接枝共聚物BX/GFC-g-NVP置于装有搅拌器、温度计的250mL四口烧瓶中，再加入10g步骤(2)制备的离子液体，搅拌30分钟；然后加入4.0g莽草酸，搅拌均匀，再加入0.4g 4-二甲氨基吡啶、0.15g分析纯钛酸四丁酯，搅拌下升温至45～75℃，继续回流搅拌反应6小时反应结束，将物料冷却至室温。

(11)将步骤(10)所得物料依次用40mL分析纯无水乙醇和30mL分析纯丙酮洗涤、减压抽滤2～3次，所得滤饼置于60℃恒温真空干燥箱中干燥24小时至恒重，得活性蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP复合衍生物。

(12)采用酸碱滴定的方法测定产物羧酸酯化取代度，得其羧酸酯化取代度为0.448。

(13)对步骤(10)所得产品在1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)离子液体中对产物进行溶解度测定，得到65℃时溶解度值为27.25g/mol IL；同样条件下测得蔗渣木聚糖的溶解度为19.30g/mol IL，蔗渣木聚糖硫酸酯溶解度为21.64g/mol IL。

经SEM分析可知，活性蔗渣木聚糖/金花茶花莽草酸酯-g-NVP复合衍生物的表面变的较为粗糙，呈现处一条一条整齐排列的沟壑状，凹凸不平，有棱有角，与原蔗渣木聚糖/金花茶花颗粒的表面结构明显不同，说明木聚糖/金花茶花分子改性后表面结构和形态发生了显著的变化。经IR分析可知，3422.22cm^-1处是蔗渣木聚糖和金花茶花中—OH的伸缩振动吸收峰，2920.07cm^-1处是C—H的伸缩振动吸收峰，896.00cm^-1处是蔗渣木聚糖分子链骨架的振动吸收峰，1250.10cm^-1处是N-乙烯基吡咯烷酮中C—N键的伸缩振动吸收峰，1168.17cm^-1、621.08cm^-1处分别是莽草酸中C—H变形振动吸收峰和C-C伸缩振动峰，因莽草酸结构中三个—OH处在双键的邻对位，只有较小的空间位阻，C＝C双键的伸缩峰迁移至1646.40cm^-1处。经过XRD分析可知，接枝酯化改性后，峰整体成毛刺状态，峰值减小，结晶性降低，说明目标产物晶格、晶胞大小和形状发生了变化。