一种含氟多糖高分子化合物及其制备方法
阅读说明：本技术 一种含氟多糖高分子化合物及其制备方法 (Fluorine-containing polysaccharide high molecular compound and preparation method thereof ) 是由 王云兵 邵南 郑吉� 訾振军 于 2020-04-21 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种含氟多糖高分子化合物的制备方法,包括如下步骤：在溶剂、碱性环境、0～80℃条件下,多糖高分子化合物与氟磺酰吡啶甲酸反应至少30min,得到所述含氟多糖高分子化合物。所述多糖高分子化合物为水溶性且每个结构单元含有至少两个羟基。本申请提供的含氟多糖高分子化合物及其制备方法,在多糖高分子化合物中引入氟原子,以改善物理和化学性能。(The application discloses a preparation method of a fluorine-containing polysaccharide high molecular compound, which comprises the following steps: reacting the polysaccharide high molecular compound with fluorosulfonyl picolinic acid in a solvent at 0-80 ℃ for at least 30min to obtain the fluorine-containing polysaccharide high molecular compound. The polysaccharide polymer compound is water-soluble and contains at least two hydroxyl groups per structural unit. According to the fluorine-containing polysaccharide high molecular compound and the preparation method thereof, fluorine atoms are introduced into the polysaccharide high molecular compound so as to improve physical and chemical properties.)
技术领域
本申请涉及有机合成技术领域，特别是涉及一种含氟多糖高分子化合物及其制备方法。
背景技术
天然的多糖类高分子材料在生物相容性、控制降解、无毒、应用安全上有优势，但是其材料稳定性较差，物理强度不高。在化合物合成尤其是药物合成中将氟原子引入目标分子中通常能够使其物理和化学性质发生很大的变化，虽然有很多脱氧氟化试剂在过去的20年中被报导，但是其适用的环境一般都是有机溶剂，天然的多糖类高分子材料易溶于水难溶于有机溶剂的性质导致其很难被一般的试剂脱氧氟化。
发明内容
基于此，提供一种含氟多糖高分子化合物的制备方法，在天然的多糖类高分子材料中引入氟原子。
一种含氟多糖高分子化合物的制备方法，包括如下步骤：
在溶剂、碱性环境、0～80℃条件下，多糖高分子化合物与氟磺酰吡啶甲酸反应至少30min，得到所述含氟多糖高分子化合物。
可选地，所述多糖高分子化合物为水溶性且每个结构单元含有至少两个羟基。
所述多糖高分子化合物包括多糖高分子化合物的衍生物，多糖高分子化合物经过修饰后的衍生物，只要结构单元中仍然含有至少两个羟基，则仍然可以通过本申请提供的制备方法引入氟原子。
本申请采用氟磺酰吡啶甲酸作为脱氧氟化试剂，对易溶于水难溶于有机溶剂的多糖类高分子进行脱氧氟化反应以引入氟原子。氟磺酰吡啶甲酸在碱性环境中生成易溶于水的金属盐，该金属盐可以和易溶于水的多糖高分子化合物进行有效的脱氧氟化反应。
合成氟磺酰吡啶甲酸所需的原料硫氧氟相对价廉且合成过程中没有特殊繁杂的技术，是一种安全、实用的高效脱氧氟化试剂。氟磺酰吡啶甲酸与多糖高分子化合物的反应不仅具有广泛的功能性，而且具有很高的选择性，有望在工业上得到广泛的应用。
多糖高分子化合物与氟磺酰吡啶甲酸的反应时间至少为30min，具体依据多糖高分子化合物与氟磺酰吡啶甲酸种类以及用量的不同而不同，通常在30～720min之间。
多糖高分子化合物与氟磺酰吡啶甲酸的反应温度为0～80℃，具体依据多糖高分子化合物与氟磺酰吡啶甲酸种类以及用量的不同而不同，通常在室温(即对温度没有附加控制措施)到80℃之间。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选地，所述多糖高分子化合物为壳聚糖、葡聚糖、海藻酸、聚乙酰葡糖胺、聚戊聚糖、淀粉、纤维素、透明质酸中的至少一种。
可选地，所述氟磺酰吡啶甲酸为2-氟磺酰吡啶-6-甲酸、2-氟磺酰吡啶-4-甲酸、5-氟磺酰吡啶-3-甲酸、4-氟磺酰吡啶-2-甲酸中的至少一种。
在进行本申请提供的制备方法时，采用氟磺酰吡啶甲酸作为脱氧氟化试剂，将多糖高分子化合物中的羟基取代为氟原子。
可选地，所述多糖高分子化合物结构单元与氟磺酰吡啶甲酸的摩尔比为1：1～10。
多糖高分子化合物结构单元的摩尔数反映了多糖高分子化合物的用量，在进行本申请提供的制备方法时，加入过量的氟磺酰吡啶甲酸。
可选地，所述多糖高分子化合物结构单元与氟磺酰吡啶甲酸的摩尔比为1：2～5。
可选地，所述溶剂为水，或者水和水溶性有机溶剂组成的混合溶剂。
所述水溶性有机溶剂为四氢呋喃、二甲基亚砜、乙醇、乙腈、丙酮、乙二醇中的至少一种，优选采用乙腈。
可选地，在反应体系中加入质量分数为5～20％的碱性水溶液形成所述碱性环境，所述碱性水溶液的溶质为碱金属的氢氧化物或者有机碱。
所述碱金属的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂，有机碱为乙醇钠、丁基锂、二氮杂二环或二异丙基氨基锂。
可选地，所述多糖高分子化合物结构单元与碱性水溶液中溶质的摩尔比为1：10～50。
多糖高分子化合物结构单元的摩尔数反映了多糖高分子化合物的用量，在进行本申请提供的制备方法时，加入过量的碱性水溶液以保证碱性环境。
可选地，所述多糖高分子化合物结构单元与碱性水溶液中溶质的摩尔比为1：10～25。
本申请还提供了一种含氟多糖高分子化合物，采用所述的方法制备得到，所述含氟多糖高分子化合物中每个结构单元至多含有一个氟原子。
对制备产物进行核磁共振氟谱表征，仅发现一种氟信号，说明每个结构单元中至多含有一个氟原子。
本申请在天然的多糖类高分子中引入氟原子，能够改善天然多糖类高分子的物理和化学性质，例如提高稳定性和强度，同时保留其作为药物载体所需要的良好的生物相容性、可生物降解性以及可再生性，适用于作为药物载体使用，尤其适用于作为治疗心脏病(例如心衰)的药物载体。
本申请提供的含氟多糖高分子化合物及其制备方法，在多糖高分子化合物中引入氟原子，以改善物理和化学性能。
附图说明
图1a为实施例1中氟化后壳聚糖的红外光谱；
图1b为实施例1中氟化后壳聚糖的氟谱；
图2a为实施例5中氟化后葡聚糖的红外光谱；
图2b为实施例5中氟化后葡聚糖的氟谱；
图3a为实施例6中氟化后海藻酸的红外光谱；
图3b为实施例6中氟化后海藻酸的氟谱；
图4a为实施例7中氟化后聚乙酰葡糖胺的红外光谱；
图4b为实施例7中氟化后聚乙酰葡糖胺的氟谱；
图5a为实施例8中氟化后聚戊聚糖的红外光谱；
图5b为实施例8中氟化后聚戊聚糖的氟谱；
图6a为实施例9中氟化后淀粉的红外光谱；
图6b为实施例9中氟化后淀粉的氟谱；
图7a为实施例10中氟化后透明质酸的红外光谱；
图7b为实施例10中氟化后透明质酸的氟谱；
图8a为实施例11中氟化后纤维素的红外光谱；
图8b为实施例11中氟化后纤维素的氟谱。
具体实施方式
实施例1
在70℃的油浴温度下，将0.161克壳聚糖、4毫升乙腈、6毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应3小时，反应式如下：
反应结束后，冷却至室温，加入1摩尔每升的盐酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.071克，44％产率。
对制备产物进行红外和氟谱表征，结果为IR(thinfilm)：3263.57，1550.10，1400.78，1300.55，1026.29cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–177.7(dt,J＝55.3,34.3Hz)，制备产物的结构式如下：
实施例2
在70℃的油浴温度下，将0.161克壳聚糖、4毫升乙腈、6毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克5-氟磺酰吡啶-3-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应3小时，反应式如下：
反应结束后，冷却至室温，加入1摩尔每升的盐酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.049克，30％产率。
对制备产物进行红外和氟谱表征，结果为IR(thinfilm)：3263.57，1550.10，1400.78，1300.55，1026.29cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–177.7(dt,J＝55.3,34.3Hz)，制备产物的结构式如下：
实施例3
在70℃的油浴温度下，将0.161克壳聚糖、4毫升乙腈、6毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-6-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应3小时，反应式如下：
反应结束后，冷却至室温，加入1摩尔每升的盐酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.022克，13％产率。
对制备产物进行红外和氟谱表征，结果为IR(thinfilm)：3263.57，1550.10，1400.78，1300.55，1026.29cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–177.7(dt,J＝55.3,34.3Hz)，制备产物的结构式如下：
实施例4
在70℃的油浴温度下，将0.161克壳聚糖、4毫升乙腈、6毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-6-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应3小时，反应式如下：
反应结束后，冷却至室温，加入1摩尔每升的盐酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.018克，16％产率。
对制备产物进行红外和氟谱表征，结果为IR(thinfilm)：3263.57，1550.10，1400.78，1300.55，1026.29cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–177.7(dt,J＝55.3,34.3Hz)，制备产物的结构式如下：
实施例5
在40℃的油浴温度下，将0.162克葡聚糖、4毫升乙腈、10毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应24小时，反应式如下：
反应结束后，冷却至室温，加入1摩尔每升的乙酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.085克，52％产率。
对制备产物进行红外和氟谱表征，红外图谱如图2a所示，结果为IR(thinfilm)：3316.54，1259.11，1026.18cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):[mixture of rotamers]–176.9(br s),–178.7(br s),–179.8(br m)，制备产物的结构式如下：
实施例6
在25℃的油浴温度下，将0.176克海藻酸、4毫升乙腈、20毫升质量分数为20％的NaOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应24小时，反应式如下：
反应结束后，加入1摩尔每升的盐酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.066克，37％产率。
对制备产物进行红外和氟谱表征，红外图谱如图3a所示，结果为IR(thinfilm)：3321.56，1622.66，1544.74，1286.45，1124.55，1017.49，971.09，860.73，700.51，551.71cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–108.0,–152.9,–153.0，制备产物的结构式如下：
实施例7
在70℃的油浴温度下，将0.217克聚乙酰葡糖胺、4毫升乙腈、10毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应24小时，反应式如下：
反应结束后，加入1摩尔每升的盐酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.120克，53％产率。
对制备产物进行红外表征，红外图谱如图4a所示，结果为IR(thinfilm)：3321.56，1622.66，1544.74，1286.45，1124.55，1017.49，971.09，860.73，700.51，551.71cm-1，19FNMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–172.9,–173.2，制备产物的结构式如下：
实施例8
在25℃的室温下，将0.176克聚戊聚糖、4毫升乙腈、10毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应24小时，反应式如下：
反应结束后，加入1摩尔每升的盐酸酸化体系至水相pH试纸呈红色。加入乙酸乙酯和水进行多次萃取，所得的有机相再加入饱和食盐水洗涤，然后加入无水硫酸镁干燥，旋干溶剂，用硅胶层析柱分出产物0.118克，66％产率。
对制备产物进行红外表征，红外图谱如图5a所示，结果为IR(thinfilm)：3356.23，1590.93，1491.11，1298.63，1244.34，1170.20，1082.01，1029.12，974.05，835.44，814.99，793.63，562.31，496.19，442.23cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–177.7(dt,J＝55.3,34.3Hz)，制备产物的结构式如下：
实施例9
在25℃的室温下，将0.100克淀粉、20毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应24小时，反应式如下：
反应结束以后，加入三氟乙酸内标，测得氟谱产率14％。
对制备产物进行红外表征，红外图谱如图6a所示，结果为IR(thinfilm)：3304.13，2930.16，1642.41，1337.43，1149.68，1076.94，997.26，860.92，763.76，707.72，572.59，524.87，435.39cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–215.7(t,J＝46.7Hz)，制备产物的结构式如下：
实施例10
在70℃的油浴温度下，将0.078克透明质酸、12毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中，搅拌反应24小时，反应式如下：
反应结束以后，加入三氟乙酸内标，测得氟谱产率21％。
对制备产物进行红外表征，红外图谱如图7a所示，结果为IR(thinfilm)：3311.79，1608.74，1406.15，1332.98，1038.08cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–207.6(ddd,J＝49.6,29.1,10.5Hz)，制备产物的结构式如下：
实施例11
在70℃的油浴温度下，将0.200克纤维素、10毫升乙腈、20毫升质量分数为20％的KOH水溶液、0.225克2-氟磺酰吡啶-4-甲酸放入氮气保护下的反应管中搅拌反应24小时，反应式如下：
反应结束以后，加入三氟乙酸内标，测得氟谱产率6％。
对制备产物进行红外表征，红外图谱如图8a所示，结果为IR(thinfilm)：3333.65，1126.94，1028.90cm-1，19F NMR(470MHz,H2O,90℃,δ):–224.0(tt,J＝47.2,25.7Hz)，制备产物的结构式如下：
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。