壳聚糖硫酸酯金属配合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一类新的壳聚糖硫酸酯金属配合物及其制备方法。壳聚糖硫酸酯金属配合物是式（１）化合物，其中Ｍ＝Ｃｕ或Ｚｎ，ｎ为５６－６２１１，ｍ∶ｎ为（１∶３６）－（１∶２），Ｒ↓［１］为Ｈ或Ａｒ，Ｒ↓［２］为Ｈ或Ｎａ。它是用不同分子量的壳聚糖与金属化合物反应后再在微波辐射下与硫酸酯化试剂反应制备不同分子量的壳聚糖硫酸酯金属配合物。采用微波辐射的方法进行硫酸酯化反应同时可应用于其他多糖的硫酸化反应。壳聚糖硫酸酯金属配合物毒性低且易被吸收，有较好的水溶性，金属离子及硫酸酯基与壳聚糖分子有效结合起来，可产生协同增效作用，显著增强壳聚糖自身特有的生物活性，可用于医药、保健品、化妆品和农业等领域应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新的，具体讲是采用微波辐射技术合成壳聚糖硫酸酯金属配合物，制备具有多种生物活性，有着广泛用途的金属有机化合物。其属于海洋化工工程

技术介绍
硫酸酯化多糖是多糖的衍生物，是多糖大分子链中单糖分子上的一个或几个羟基被硫酸根所取代而形成的一类多功能生理活性物质。国内外研究表明，多糖硫酸酯化产物具有多种生物活性，如增强机体免疫力、抗凝血、抗病毒、抗肿瘤等活性作用，特别是抗爱滋病病毒(HIV)活性，已成为近年来研究的热点。在众多的衍生物当中，由于壳聚糖来源丰富，性能优越而成为首选的硫酸化研究对象。壳聚糖(Chitosan)是一种广泛存在于自然界中的可再生、无毒副作用，生物相容性和降解性良好的天然氨基多糖，其自身及其衍生物具有许多独特的生理、药理功能性质，被广泛应用于医药、食品、农业、日化、环保等多种行业领域中。壳聚糖单体中有三个官能团C3位羟基，C6位羟基，C2位氨基。这三种官能团都可以进行硫酸酯化修饰，但活性不同，可根据不同需要，选择性地进行硫酸酯化。壳聚糖的硫酸酯化修饰成为目前多糖研究领域内最吸引人的热点之一。壳聚糖硫酸酯的抗凝血活性。壳聚糖C2位氨基羧甲基化后，再将C6位羟基硫酸酯化，制得的N-羧甲基6-壳聚糖硫酸酯具有类肝素的结构，具有长效抗凝血活性。Hirano S等人的研究加深了对壳聚糖硫酸酯构效关系的认识实验表明已糖胺C6位硫酸化是影响抗凝生物活性的主要位点，C3位硫酸化可增强活性，但C3位和N位上硫酸化取代并非必须；同时，分子量(Mw)大小对生物活性有影响，具有以下活性关系Mw26,000＞肝素2,100＞Mw12,000＞Mw54,000。大多数的研究表明壳聚糖硫酸酯化制备的类肝素物质的抗凝血活性与硫酸基含量密切相关。壳聚糖硫酸酯的抗病毒、抗肿瘤活性。1973年，Horton D等人研究证明含有硫酸酯基的壳聚糖衍生物对白血病病毒具有显著抑制作用。1992年Vercelloui等人发现壳聚糖硫酸化衍生物能抑制哺乳动物的病毒感染，特别是能抑制和治疗HIV感染。壳聚糖分子中含有大量的羟基(-OH)、氨基(-NH2)或酰氨基(-NHCOCH3)，是金属离子的良好配体，可与金属离子进行配位反应形成配合物。研究表明壳聚糖金属配合物能显著增强壳聚糖的抗氧化、抗菌活性，同时提高了金属离子生物相容性和在体内的吸收利用率，其在工业、农业、医药、食品等方面存在潜在的应用前景。但壳聚糖金属配合物不溶于水和其他有机溶剂，限制了其进一步应用。将壳聚糖金属配合物进一步硫酸酯化，不仅使产物具有良好的水溶性，同时可增强其原有生物活性，扩大其应用领域。金属离子Cu(II)、Zn(II)是人体和动物机体必需的微量元素，参与体内多种酶的生物合成，调节多种酶促反应，涉及蛋白质、核酸、脂肪、激素、能量等代谢，与生命过程密切相关。Cu(II)、Zn(II)作为铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)的金属辅酶，是CuZn-SOD的重要辅助因子和调节因子，以不同的机制在机体防御自由基损伤方面发挥着重要作用。实验表明，去除CuZn-SOD中的Cu(II)后，酶活力全部丧失，而去除Zn(II)后，残存酶活力仅为天然酶的20-80％。同时，Cu(II)、Zn(II)也是很好的抗菌剂，如波尔多液作为植物的杀菌剂使用已有上百年的历史。Cu(II)、Zn(II)的抑菌机理是其可与病原菌细胞膜表面上的K+、H+等阳离子发生交换反应，使病原菌细胞膜上的蛋白质凝固，同时部分Cu(II)、Zn(II)离子渗透入病原菌细胞内与某些酶结合，影响其活性。将壳聚糖及其衍生物与金属进行配位反应，制备多种金属配合物，并对其进一步化学改性，加入特异性功能基团硫酸酯基。不仅能发挥壳聚糖本身独特的生物活性、提高无机金属元素在体内的吸收利用，而且有可能起到协同效应，增强各自的生物活性，甚至会产生新的生理活性功能。壳聚糖硫酸酯金属配合物是一种新的金属有机化合物，将多糖、硫酸酯基、金属离子有效结合起来，并且具有良好的水溶性，可用于医药、保健品、化妆品和农业等领域应用。微波辐射技术是在80年代后期兴起的一项有机合成新技术，即—将微波辐射能技术取代传统加热方法应用于有机干、湿反应(合成)。微波技术已成功地应用于多种重要的有机合成反应，如在Diels-Alder反应、亲核取代反应、烷基化反应、重排反应的应用中，充分显示出了此新技术的广阔前景。在微波辐射作用下的有机反应速率比传统的加热方法快数倍甚至上千倍，且具有产率高、受热均匀、产品质量均一，操作简单等特点。微波能由电场和磁场组成，但只有电场可进行能量转移达到加热目的。由于在微波场中进行化学反应时，是一种内加热反应形式，是离子迁移和极性分子的旋转使分子运动，因此并不会引起分子内部结构的改变，但可使其反应速率和选择性有极大的提高。在有机干、湿反应中微波的应用越来越广泛，使一些用常规加热方法很难进行的反应也找到了新的途径，且使一些不易发生反应的物质也变得活跃起来。然而，国内外对在微波辐射下进行壳聚糖及其衍生物的硫酸酯化反应尚未见报道。目前多糖的硫酸酯化反应大多在水浴加热条件下进行，反应速度较慢，需数小时，且反应的硫酸酯化程度也不高。同时，多糖长时间在酸性硫酸酯化试剂中反应，可能造成多糖分子的剧烈降解，影响产物的收率。由此，硫酸化多糖在规模化应用上，就受到很大程度的限制。因此研制或改进新的生产技术工艺进行硫酸酯化反应，以提高其反应效率和反应程度，是降低成本，实现硫酸酯化多糖规模化生产的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种，利用壳聚糖结构的特殊性，含有活泼的-OH、-NH2，在N或O上可引入其他活性基团，通过壳聚糖与金属化合物反应后，接入活泼金属离子，再利用微波辐射技术进行硫酸酯化反应，选择性地接入硫酸酯基，多种基团和离子发挥协同增效作用，显著增强其生物活性，同时溶解性能也得到改善。微波辐射技术应用于多糖的硫酸酯化合成反应，能够降低能耗，减少污染，节省时间和原料，降低生产成本，是一项具有产业化前景和广泛市场潜力的应用技术。本专利技术涉及的壳聚糖硫酸酯金属配合物是式(1)化合物。其化学一般式为 式(1)其中M＝Cu或Zn，n为56-6211，m∶n为(1∶36)-(1∶2)，R1为H或Ar，R2为H或Na。本专利技术中，金属离子M主要是与壳聚糖C2位的氨基(-NH2)和C3位羟基(-OH)配位，配位的壳聚糖单元可以是连续的也可以是不连续的。金属含量为1.1-8.2％(重量百分比)。本专利技术中，硫酸酯基(-OSO3-)主要是与壳聚糖C6位上的羟基结合，经碱中和后，主要是以硫酸酯钠盐(-SO3Na)的形式存在。硫酸基含量为29.2-38.1％(以SO42-计)。为实现本专利技术的目的所采取的技术措施如下壳聚糖与金属化合物反应后，再通过沉淀、过滤、洗涤、烘干、粉碎后，悬浮于甲酰胺(或二甲基甲酰胺)中，在冰浴和搅拌条件下加入硫酸酯化试剂，封盖，将反应器置于微波炉中，在微波功率340-850W下，反应1-8min(间歇操作)，加入3-5倍量的95％乙醇溶液，低温放置1-3h，形成白色沉淀真空过滤，70-80％乙醇溶液洗涤数次，无水乙醇洗涤2次，加入少量蒸馏水溶解，用1mol/L NaOH溶液调样品液pH至中性，将样品液转入透本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖硫酸酯金属配合物，其特征在于壳聚糖硫酸酯金属配合物是式（１）化合物：　　　　＊＊＊　　式（１）　　　　其中Ｍ＝Ｃｕ或Ｚｎ，ｎ为５６－６２１１，ｍ∶ｎ为（１∶３６）－（１∶２），Ｒ↓［１］为Ｈ或Ａｒ，Ｒ↓［２］为Ｈ或Ｎａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏程，刘松，邢荣娥，于华华，郭占勇，王丕波，李翠萍，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]