用可被质子化的氮基或者用永久带正电荷的氮基官能化的交替糖多糖的制作方法
【专利说明】用可被质子化的氮基或者用永久带正电荷的氮基官能化的 交替糖多糖
[0001] 本发明涉及用可质子化氮基或者永久带正电荷的氮基官能化的交替糖 (alternan)多糖；其生产方法；和其应用。
[0002] 交替糖（CAS登记号：136510-13-9)是由主要通过交替的a-1.3和a-1.6-糖 苷键连接的脱水葡萄糖单元构成的糖。因此，交替糖属于《葡聚糖组。交替糖和交 替糖的生产方法根据现有技术是已知的且例如公开于Jeanes等人（1954)的J.Am. Chem.Soc.，76:5041-5052，Misaki等人（1980)的Carbohydr.Res.，84:273-285，Cote andRobyt(1982),Carbohydr.Res. , 101:57-74,Cote(1992),CarbohydratePolymers 19,249-252，W0 00/47727，US5,702,942，US20060127328，PCT/EP2008/051760 中。
[0003] 现有技术描述了衍生化的交替糖。交替糖羧酸酯及其作为乳化剂的用途根据 W02010043423A1 是已知的。
[0004] 本发明的任务是提供具有新颖性能的交替糖。将实现赋予适合于特定应用的交替 糖的新型性能。
[0005] 通过官能化的交替糖解决了这一任务，这尤其公开于本专利权利要求1中。权利 要求1的从属权利要求，描述了官能化交替糖的更具体的实施方案。
[0006] 示出了含可质子化或者永久带正电荷的氮基作为官能团的官能化交替糖。在这两 种情况下，可获得阳离子交替糖。在可被质子化的氮基情况下，可通过质子化获得阳离子交 替糖。然而，本发明包括质子化和未质子化这两种形式。
[0007] 所述氮基借助醚基，也称为醚桥键合到交替糖多糖上。这具体地是指氮基各自借 助直接连接到主链上的醚基，键合到交替糖主链上。交替糖主链由主要通过交替的a-1.3 和a-1.6-糖苷键连接的脱水葡萄糖单元组成。脱水葡萄糖单元包括羟基。"直接连接到 主链上"是指醚基源自于交替糖的羟基，其中所述羟基被转化成所述醚基。在官能化期间， 在这些羟基处尚未官能化或者化学改性的交替糖中的羟基（例如交替糖前体）转化成醚 基-〇-，且连接氮基，例如在描述具体实施方案的下式（I)至（IV)中所述。一个或多个氮基 可借助所述醚基之一键合到交替糖多糖上。本发明的官能化交替糖是含可被质子化的氮基 或者永久带正电荷的氮基作为官能团的交替糖-醚。
[0008] 术语"氮基"是含至少一个氮原子的官能团的简写。
[0009] 具体的氮基优选选自伯胺基，仲胺基，叔胺基，季胺基。进一步的氮基是亚氨基氨 基甲酸酯基。
[0010] 在本申请中，可被质子化的氮基和永久带正电荷的氮基也可联合使用术语"氮基" 描述。
[0011] 术语"可被质子化的氮基"是指可在氮本身处质子化的基团。
[0012] 本发明因此是指官能化的交替糖多糖，它携带在某些pH条件下在质子化之后为 阳离子基团或者为永久阳离子基团的官能氮基。
[0013] 对于本发明的目的来说，术语"季铵基"和"季胺基"描述相同的官能团。季铵基 描述了具有特征在于有机残基和永久正电荷的季氮原子的铵基。
[0014] 在本发明中，术语"氮基官能化的交替糖"描述了可被质子化的氮基或永久带正电 荷的氮基已经借助化学方法键合到其上的交替糖。替代术语"氮基官能化的交替糖"，术语 "官能化的交替糖"也用作相同概念的简写。"官能化的交替糖"的另一措辞是术语"衍生化 的交替糖"。
[0015] 令人惊奇地，发现官能化的交替糖或其具体实施方案显示出下述有益的性能：
[0016] -非常良好的水溶解度
[0017] -与未改性的交替糖相比，增加的透明度
[0018] -生产粘度比未改性交替糖高若干数量级的浓水溶液的能力
[0019] -生产高度透明水凝胶的能力
[0020] -生产单质体（simplex)结构的能力，这是指与阴离子聚合物的络合物。
[0021] -高的官能化稳定性，甚至在低pH下
[0022] _降解分子量和进而保持官能团在低聚或单体单元下的可能性。
[0023] 术语"交替糖"描述了如上已经定义的物质。在本发明中，术语"交替糖"是指交 替糖多糖。较短的术语"交替糖"因此用于替代以下的"交替糖多糖"，是指为了本发明下述 说明目的的多糖。术语"多糖"是指平均摩尔质量（重均分子量）Mw为至少3000g/mol，优 选至少5000g/mol的多糖。
[0024] 优选通过细菌酶，尤其通过交替糖蔗糖酶生产交替糖，其中这一术语包括为了本 发明的目的，来自天然来源的交替糖蔗糖酶或者改性的交替糖蔗糖酶。术语"改性的交替糖 蔗糖酶"涵盖例如化学或基因改性的交替糖蔗糖酶。交替糖蔗糖酶的可能改性是氨基酸的 互变，插入，删除（deletions)和/或截断。天然和改性的交替糖蔗糖酶尤其描述于国际专 利申请TO200047727 和TO2008098975 中。
[0025] -个实施方案示出了官能化的交替糖，其分子主要或专有地具有至少10,优选至 少100,或至少1000,或至少10000,或至少100000,但甚至更优选至少150000的聚合度 (DP)。在该优选的定义中术语"主要"是指具有规定的最小DP的交替糖分子部分具有大于 95wt%的浓度，参考所有交替糖分子的总重量，或者更优选大于97wt%，，或甚至更优选大 于 99wt%。
[0026] 在可与前述和进一步的实施方案结合的特别实施方案中，官能化的交替糖的平均 摩尔质量Mw范围为 3, 000g/mol-60, 000, 000g/mol，或更优选 5, 000g/mol-60, 000, 000g/ mol,10, 000g/mol-60, 000,OOOg/mol,或 20,000g/mol-60,000? 000g/mol，或最优 选 50,000g/mol-60,000,000g/mol，100,000g/mol-60,000,000g/mol，或 500,000g/ mol-60, 000,OOOg/mol。其他范围是 1，000, 000g/mol-60, 000,OOOg/mol，5, 000, 000g/ mol-60, 000, 000g/mol，和 10, 000, 000g/mol-60, 000, 000g/mol〇
[0027] 在又一优选的实施方案中，官能化的交替糖的平均摩尔质量Mw范围为 12,000,000-30,000,000g/mol，更优选 14,000,000-28,000,000g/mol，甚至更优选 16, 000, 000-26, 000,OOOg/mol，最优选 19, 000, 000-23, 000,OOOg/mol。可使用截断的 (truncated)交替糖鹿糖酶，生产具有这一Mw的非-官能化的交替糖前体。截断的交替糖 蔗糖酶，这类特殊的交替糖的生产方法，和交替糖本身公开于国际申请PCT/EP2008/051760 中，本文明确地参考它。
[0028] 测定平均摩尔质量（Mw)的方法是本领域技术人员已知的，且包括例如使用与相 应的检测方法，例如差示折射仪和MALLS(多角激光散射）结合的GPC(凝胶渗透色谱法） 的测量方法。在"通用方法"章节中描述了使用GPC-MALLS，测定与本发明有关的摩尔质量 分布（MMD)和平均摩尔质量（Mw)的优选方法。
[0029] 以下针对具体实施方案提及的术语具有下述含义：
[0030] 在以上和以下的化学式中，术语"交替糖"是指交替糖多糖分子。键合到"交替糖" 上的氧是来自非官能化交替糖的羟基氧。在交替糖内的脱水葡萄糖单元可在C-2,C-3,C-4 和/或C-6位置上在游离0H基处官能化。交替糖的交替的化学键类型是指在脱水葡萄糖 单元的C-2和C-4位置内的所有0H基，和在C-3和C-6位置内的约50 %的0H基可获得以 供官能化。本发明的官能化交替糖因此主要含有在该聚合物的脱水葡萄糖单元的C-2,C-3， C-4和/或C-6位置处的官能化。
[0031] 在本发明中，术语"烷基"是指单价、直链或支链的饱和烃基。烷基可被选自下 述中的一个或多个官能团取代：氧代，羟基，烷氧基，羧基，醛，氨基，单烷基氨基，二烷基 氨基，硝基，氟，氯，溴和/或碘。优选的烷基尤其包括甲基（-ch3)，乙基（-ch2ch3)，丙基 (-ch2ch2ch3) , (-ch(ch3)2) ,TS(-ch2ch2ch2ch3) (-ch2ch(ch3)ch3) 基。
[0032] 在本发明中，术语"亚烷基"是指二价、直链或支链的饱和烃基。亚烷基的特征可 在于以上针对烷基所述的一个或多个取代基。特别优选的亚烷基是亚甲基（-ch2-)，亚乙基 (-CH2CH2-)，亚丙基（-CH2CH2CH2-)，亚异丙基（-CH2CH(CH3)-)，亚丁基（-CH2CH2CH2CH2-)，和亚 异丁基（-ch2ch(ch3)ch2-)，其中最优选亚甲基。
[0033] 在本发明中，术语"烯基"是指单价、直链或支链的烃基，其特征在于一个或多个 C-C双键。烯基的特征可在于以上针对烷基所述的一个或多个取代基。优选的烯基是乙烯 基团（CH2=CH-)，也称为"乙烯基"。
[0034] 在本发明中，术语"亚烯基"是指二价、直链或支链的烃基，其特征在于一个或多个 C-C双键。亚烯基的特征可在于以上针对烷基所述的一个或多个取代基。
[0035] 在本发明中，术语"炔基"是指单价、直链或支链的烃基，其特征在于一个或多个 C-C三键。炔基的特征可在于以上针对烷基所述的一个或多个取代基。一个实例是乙炔基 (H_C三C_) 〇
[0036] 在本发明中，术语"亚炔基"是指二价、直链或支链的烃基，其特征在于一个或多个 C-C三键。亚炔基的特征可在于以上针对亚烷基所述的一个或多个取代基。
[0037] 在本发明中，术语"环烷基"是指单价饱和或部分不饱和的非芳族碳环基，它优选 由单，双或三环的碳环构成，其中在其他情况下，该环可缩合或另外连接。环烷基的特征可 在于以上针对烷基所述的一个或多个取代基。此外，环烷基的特征也可在于以上定义的烷 基，烯基或炔基作为取代基。
[0038] 在本发明中，术语"环亚烷基"是指二价饱和或部分不饱和的非芳族碳环基，它优 选由单，双或三环的碳环构成，其中在其他情况下，该环可缩合或另外连接。环亚烷基的特 征可在于以上针对烷基所述的一个或多个取代基。此外，环亚烷基的特征也可在于以上定 义的烷基，烯基或炔基作为取代基。
[0039] 在本发明中，术语"杂-环烷基"是指单价饱和或部分不饱和的非芳族碳环基，它 优选由单，双或三环的碳环构成，其中在其他情况下，该环可缩合或另外连接，和其中在该 环体系内的一个或多个碳原子还被杂原子，尤其氮，氧或硫取代。杂-环烷基的特征可在于 以上针对烷基所述的一个或多个取代基。此外，杂-环烷基的特征也可在于以上定义的烷 基，烯基或炔基作为取代基。
[0040] 在本发明中，术语"杂-环亚烷基"是指二价饱和或部分不饱和的非芳族