一种BX/SGPS硝基对甲基苯甲酸酯-g-AM/MA的制备方法与流程

一种bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的制备方法
技术领域
[0001]
本发明涉及精细化工技术领域，特别是一种具有活性的bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的合成方法。


背景技术：

[0002]
半纤维素是自然界中含量仅次于纤维素的天然高分子多糖，绿色可降解、生物相容性好，具有潜在的利用价值。木聚糖作为半纤维素的主要成分，在甘蔗渣中广泛存在。已有研究表明，木聚糖可通过调节机体的免疫活性发挥一定程度的抗癌作用，且其本身是一种天然的高分子植物多糖，绿色安全，因此可广泛应用于食品、材料、医药等领域。
[0003]
由于蔗渣木聚糖(bx)存在分子内氢键，不溶于水，大大限制了对其深入的开发利用过程。通过化学改性引入活性功能基团，能显著改善其物理化学与生物性能，其中以酯化、接枝对木聚糖进行改性较为常见。已知罗汉果对机体的免疫功能有一定的增强调节作用，且含有大量可修饰的植物多糖。但由于天然的木聚糖和罗汉果多糖(sgps)各自生物活性较弱，故设计将蔗渣木聚糖、罗汉果多糖先按一定比例混合均匀后搅拌活化，再选用常见的反应活性高的丙烯酰胺(am)、丙烯酸甲酯(ma)等单体进行接枝改性，有望大幅提高两种原材料的生物活性。有研究发现，4-甲基-3-硝基苯甲酸能抑制多种肿瘤细胞的趋化运动，具有潜在的抗癌活性，且4-甲基-3-硝基苯甲酸对人体友好。将接枝产物与4-甲基-3-硝基苯甲酸进行酯化反应得到的产物中存在硝基，属于强吸电子基，会使其中的苯环发生钝化，不易发生亲电取代反应，意味着产物较同类物质具有更好的稳定性。
[0004]
本发明以混合的蔗渣木聚糖、罗汉果多糖为主要原料，丙烯酰胺、丙烯酸甲酯为混合接枝单体，首先在水溶剂中合成了蔗渣木聚糖/罗汉果多糖-g-am/ma即bx/sgps-g-am/ma；在n,n-二甲基甲酰胺的催化下，将3-硝基对甲基苯甲酸与二氯亚砜反应生成3-硝基对甲基苯甲酰氯，再与bx/sgps-g-am/ma进行催化酯化，在有机溶剂中合成了最终产物bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是通过对木聚糖/罗汉果多糖复配物进行接枝、酯化的化学修饰，以提高蔗渣木聚糖和罗汉果多糖的生物活性，扩大其在药物方向的应用，并提供一种bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的制备方法。
[0006]
本发明的具体步骤为：
[0007]
(1)将蔗渣木聚糖、罗汉果多糖按质量比1:1混合均匀，取8～10g该混合物于50～60℃真空恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，得干基蔗渣木聚糖/罗汉果多糖复配物。
[0008]
(2)依次称取0.60～0.80g过硫酸铵和0.30～0.40g亚硫酸氢钠于50ml烧杯中，加入20～30ml蒸馏水，搅拌均匀得引发剂溶液，倒入100ml恒压滴液漏斗中，备用。
[0009]
(3)在50ml烧杯中，加入1.0～3.0g丙烯酰胺、1.0～2.5ml分析纯丙烯酸甲酯和10～25ml蒸馏水，搅拌溶解得单体混合液，倒入另一100ml恒压滴液漏斗中，备用。
[0010]
(4)取6.0～8.0g步骤(1)中所得的干基蔗渣木聚糖/罗汉果多糖复配物于250ml四口烧瓶中，加入50～80ml的蒸馏水，加热至50～60℃后，搅拌活化20～30分钟。
[0011]
(5)先加入约四分之一步骤(2)所得混合引发剂溶液至步骤(4)所得蔗渣木聚糖/罗汉果多糖活化液，搅拌20～30分钟后，开始同步滴加步骤(3)所得单体混合液和剩余约四分之三步骤(2)所得引发剂溶液，控制体系温度在50～70℃、滴加时间在2～3小时，待滴加完毕后继续反应2～5小时；待单体混合液、引发剂溶液滴加完毕后，向体系中加入0.10～0.20g交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺，继续反应3～5小时。反应结束后，将所得物料冷却至室温。
[0012]
(6)向步骤(5)所得物料中加入40～60ml分析纯丙酮，沉析20～30分钟，抽滤后，沉析物依次用20～30ml分析纯无水乙醇和20～30ml分析纯丙酮洗涤、抽滤2～3次。滤饼置于60℃恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，得蔗渣木聚糖/罗汉果多糖-g-am/ma粗产物。
[0013]
(7)将步骤(6)所得蔗渣木聚糖-g-am/ma粗产物置于索氏提取器中，加入150～200ml分析纯丙酮将粗产物抽提24小时后，把物料放置在表面皿中，于60℃真空恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，即得纯蔗渣木聚糖/罗汉果多糖-g-am/ma接枝共聚物。
[0014]
(8)称取2.0～5.0g 3-硝基对甲基苯甲酸于250ml四口烧瓶中，再加入5～8ml分析纯二氯亚砜、0.05～0.1g分析纯二甲基甲酰胺，体系加热升温至60～70℃，搅拌下反应2～3小时，得到3-硝基对甲基苯甲酰氯混合液；将得到的混合溶液在60～75℃蒸发1～1.5小时后，得到淡黄色透明液体，即3-硝基对甲基苯甲酰氯。
[0015]
(9)称取2.0～4.0g步骤(7)所得纯蔗渣木聚糖/罗汉果多糖-g-am/ma置于250ml四口烧瓶中，加入60～90ml分析纯甲苯溶剂，再加入0.10～0.40g钛酸四丁酯和2.0～4.0ml分析纯吡啶催化剂和缚酸剂，搅拌下缓慢加入步骤(8)所得3-硝基对甲基苯甲酰氯，升温至60～70℃，继续搅拌反应5～8小时，反应结束后物料冷却至室温。
[0016]
(10)将步骤(9)所得物料用40～60ml分析纯丙酮沉析20～30分钟，抽滤后，所得沉析物分别用40～50ml分析纯丙酮洗涤、抽滤2～3次。滤饼置于50～60℃恒温干燥箱中干燥18～24小时至恒重，得目标产物bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma。
[0017]
(11)利用酸碱滴定法对步骤(10)所得产物bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma进行酯化取代度的测定，具体步骤如下：精确称取约0.5g产物样品放入50ml锥形瓶中，向锥形瓶中加入20ml去离子水并充分摇匀，加入2～3滴酚酞指示剂，用浓度为0.5mol/l的naoh标准溶液将样品溶液滴定至浅红色，且能维持30秒内红色不退除。加入2.5ml浓度0.5mol/l的氢氧化钠溶液，摇匀，密封，在室温下置于电动振荡器震荡皂化4小时后，用浓度为0.5mol/l的盐酸标准溶液滴定至溶液体系为无色，记录滴定消耗的盐酸标准溶液体积为v
1
；在相同条件下，用蔗渣木聚糖/罗汉果多糖接枝共聚物进行空白滴定，记录消耗的盐酸标准溶液体积v
0
。目标产物中羧酸酰基的质量分数(w
c
)、bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的酯化取代度(ds
c
)，计算公式如下：
[0018][0019][0020]
式中：
[0021]
w
c
——目标产物bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma中含有羧酸酰基的质量分数，％；
[0022]
v
0
——蔗渣木聚糖/罗汉果多糖接枝产物空白滴定消耗盐酸标准溶液体积，单位ml；
[0023]
v
1
——滴定目标产物消耗的盐酸标准溶液体积，单位ml；
[0024]
c
hcl
——盐酸标准溶液浓度，单位mol/l；
[0025]
m——目标产物样品的质量，单位g；
[0026]
ds
c
——bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的酯化取代度；
[0027]
m和145.5——羧酸酯化剂的酰基和蔗渣木聚糖/罗汉果多糖脱水单元的平均相对分子质量。
[0028]
本发明是在木聚糖接枝共聚反应的基础上再进行酯化反应，合成最终产物bx/sgps系mnba酯-g-am/ma。所得目标产物较原蔗渣木聚糖热稳定性有了较大提高，有望在医药、食品、功能材料等领域获得广泛应用。
附图说明
[0029]
图1为蔗渣木聚糖的sem照片。
[0030]
图2为本发明实施例制备的bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的sem照片。
[0031]
图3为原蔗渣木聚糖(a)和本发明实施例制备的bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma(b)的ir图。
[0032]
图4为原蔗渣木聚糖的xrd图。
[0033]
图5为本发明实施例制备的bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的xrd图。
[0034]
图6为原蔗渣木聚糖的tg及dtg曲线。
[0035]
图7为本发明实施例制备的bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的tg及dtg曲线。
具体实施方式
[0036]
实施例：
[0037]
(1)将蔗渣木聚糖、罗汉果多糖按质量比1:1混合均匀，取10g该混合物于50～60℃真空恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，得干基蔗渣木聚糖/罗汉果多糖复配物。
[0038]
(2)依次称取0.60g过硫酸铵和0.30g亚硫酸氢钠于50ml烧杯中，加入30ml蒸馏水，搅拌均匀得引发剂溶液，倒入100ml恒压滴液漏斗中，备用。
[0039]
(3)在50ml烧杯中，加入1.5g丙烯酰胺、1.5ml分析纯丙烯酸甲酯和15ml蒸馏水，搅拌溶解得单体混合液，倒入另一100ml恒压滴液漏斗中，备用。
[0040]
(4)取6.0g步骤(1)中所得的干基蔗渣木聚糖/罗汉果多糖复配物于250ml四口烧瓶中，加入60ml的蒸馏水，加热至50℃后，搅拌活化25分钟。
[0041]
(5)先加入约四分之一步骤(2)所得混合引发剂溶液至步骤(4)所得蔗渣木聚糖/罗汉果多糖活化液，搅拌20分钟后，开始同步滴加步骤(3)所得单体混合液和剩余约四分之三步骤(2)所得引发剂溶液，控制体系温度在60℃、滴加时间在3小时，待滴加完毕后继续反应2小时；待单体混合液、引发剂溶液滴加完毕后，向体系中加入0.10g交联剂n,n-亚甲基双
丙烯酰胺，继续反应5小时。反应结束后，将所得物料冷却至室温。
[0042]
(6)向步骤(5)所得物料中加入60ml分析纯丙酮，沉析30分钟，抽滤后，沉析物依次用30ml分析纯无水乙醇和30ml分析纯丙酮洗涤、抽滤3次。滤饼置于60℃恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，得蔗渣木聚糖/罗汉果多糖-g-am/ma粗产物。
[0043]
(7)将步骤(6)所得蔗渣木聚糖-g-am/ma粗产物置于索氏提取器中，加入200ml分析纯丙酮将粗产物抽提24小时后，把物料放置在表面皿中，于60℃真空恒温干燥箱中干燥24小时至恒重，即得纯蔗渣木聚糖/罗汉果多糖-g-am/ma接枝共聚物。
[0044]
(8)称取2.6g 3-硝基对甲基苯甲酸于250ml四口烧瓶中，再加入6ml分析纯二氯亚砜、0.1g分析纯二甲基甲酰胺，体系加热升温至65℃，搅拌下反应3小时，得到3-硝基对甲基苯甲酰氯混合液；将得到的混合溶液在70℃蒸发1小时后，得到淡黄色透明液体，即3-硝基对甲基苯甲酰氯。
[0045]
(9)称取3.0g步骤(7)所得纯蔗渣木聚糖/罗汉果多糖-g-am/ma置于250ml四口烧瓶中，加入60ml分析纯甲苯溶剂，再加入0.15g钛酸四丁酯和3.4ml分析纯吡啶催化剂和缚酸剂，搅拌下缓慢加入步骤(8)所得3-硝基对甲基苯甲酰氯，升温至70℃，继续搅拌反应8小时，反应结束后物料冷却至室温。
[0046]
(10)将步骤(9)所得物料用40ml分析纯丙酮沉析30分钟，抽滤后，所得沉析物分别用50ml分析纯丙酮洗涤、抽滤3次。滤饼置于60℃恒温干燥箱中干燥18～24小时至恒重，得目标产物bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma。
[0047]
(11)采用酸碱滴定法测得产物bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma的取代度为0.80。
[0048]
对产物bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma进行ir分析，谱图的3421.98cm-1
处是复配物分子链中—oh的伸缩振动吸收峰，1532.88cm-1
和1354.32cm-1
处为芳硝基化合物的n—o伸缩振动吸收峰，744.68cm-1
为苯环c—h弯曲振动吸收峰；从这些特征峰中可以说明产物中成功引入了am、ma和mnba分子。xrd分析可知，产物在15.7
°
、19.2
°
、20.6
°
、28.3
°
、29.5
°
、31.6
°
以及40.4
°
等处出现衍射峰，峰形尖且窄，整体衍射峰不明显；与原木聚糖相比，衍射峰峰型整体不变，细微峰型发生变化，说明经过改性的木聚糖衍生物结晶性发生变化。由sem分析可知，经过酯化接枝改性后，产物形貌不规则，表面粗糙程度较大，孔隙较多，内部结构复杂，多步修饰使得木聚糖形貌发生较大改变。tg-dtg分析表明，在0～100℃这个温度范围内样品的损失量为5％，这部分质量的减少可能是由样品中部分残余的水蒸发而造成的；在100～200℃温度范围内样品的质量损失大约为10％，可能是由样品中的结晶水的损失产生的；在200～350℃温度范围样品质量大约损失了45％，这个阶段也是整个样品质量损失最多的，主要是由于木聚糖和罗汉果多糖中糖分子链的断裂以及未反应的残基导致的；350～550℃范围样品质量大约损失20％，可能是由接枝酯化改性引入的支链以及酯键的断裂所引起的；550～800℃样品质量减少了10％。通过与bx的tg和dtg图相比，经接枝酯化改性后的bx/sgps硝基对甲基苯甲酸酯-g-am/ma产物热稳定性有了较大程度提高。