一種抗胃癌活性蔗渣木聚糖沒食子酸酯‑g‑MAA/BA的合成方法與流程
2023-07-20 20:51:03
本發明涉及一種抗胃癌活性蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-甲基丙烯酸(MAA)/丙烯酸丁酯(BA)的合成方法。
背景技術：
近年來，隨著人們環保意識的提高和綠色化學的發展，使得人們開始對可循環使用的自然資源如麥稈、甘蔗、玉米芯等農林廢棄物的結構和性能進行更深入的研究，擴大其應用領域。其中，從甘蔗渣中提取的木聚糖是一類以生物質為基礎的高分子碳水化合物，具有抗癌、抗HIV、抗凝血等生物活性。研究發現，為了進一步提高蔗渣木聚糖的抗癌活性，需要對蔗渣木聚糖進行化學改性。
沒食子酸及其酯化衍生物具有抗腫瘤、抗炎、抗突變、抗氧化、抗自由基等作用，尤其是沒食子酸酯化衍生物能夠通過抑制癌細胞的擴散來降低病毒細胞的毒性。因此，若將沒食子酸與蔗渣木聚糖進行酯化，能夠結合兩者的優點，強化提高蔗渣木聚糖酯化衍生物的抗癌活性，但單酯化的蔗渣木聚糖衍生物仍存在抗癌活性低、針對性弱等缺陷。含有乙烯基團的接枝單體能更好的改善接枝聚合物的性能，因而考慮在蔗渣木聚糖單酯化的基礎上引入甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸丁酯(BA)接枝單體，通過引發劑的作用，將目標單體接枝到蔗渣木聚糖的主鏈上來進一步拓展蔗渣木聚糖的抗癌活性。
本發明以蔗渣木聚糖為原料，沒食子酸為酯化劑首先合成了蔗渣木聚糖沒食子酸酯；然後以過硫酸銨為引發劑，MAA、BA為接枝單體製備出具有抗胃癌活性的最終產物蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA。
技術實現要素：
本發明的目的是為了增強木聚糖衍生物的抗胃癌活性，提供一種蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA的製備方法。
本發明的具體步驟為：
(1)將蔗渣木聚糖置於60℃真空乾燥箱中乾燥至恆重，得幹基蔗渣木聚糖。
(2)取15～20g沒食子酸加入250mL的四口燒瓶中，並向其中加入20～40mL分析純醋酸酐和0.5～1.5mL分析純吡啶，在5～20℃下反應5～13小時。
(3)將步驟(2)所得物料倒入燒杯中，並在玻璃棒攪拌下向其中加入5～10mL質量分數為10％～20％的硫酸溶液直至有晶體析出。
(4)抽濾步驟(3)所得物料，將抽濾物倒入燒杯中，並在玻璃棒攪拌下向其中加入30～50mL飽和碳酸氫鈉溶液。
(5)向步驟(4)所得物料體系中加入5～10mL質量分數為20％～30％的鹽酸溶液，靜置3～6小時。
(6)抽濾步驟(5)所得產物，並分別用10～20mL蒸餾水洗滌沉澱3次後送至50℃的恆溫乾燥箱中乾燥至恆重，得三乙醯沒食子酸。
(7)取5～12g步驟(6)所得三乙醯沒食子酸加入到250mL的四口燒瓶中，並向其中加入8～12mL分析純氯化亞碸和0.2～0.5mL分析純N,N–二甲基甲醯胺，在50～60℃的條件下反應3～5小時。
(8)將步驟(7)所得物料在溫度為70～85℃的條件下蒸發濃縮20～60分鐘得三乙醯沒食子醯氯溶液。
(9)稱取1.0～3.0g步驟(1)所得幹基蔗渣木聚糖加入到步驟(8)所得的三乙醯沒食子醯氯溶液中，依次再加入30～40mL分析純N,N–二甲基甲醯胺和0.4～0.6mL分析純三乙胺，在40～55℃的條件下反應3～8小時。
(10)抽濾步驟(9)所得物料，並分別用10～20mL分析純無水乙醇、10～20mL分析純丙酮各洗滌2次，得蔗渣木聚糖三乙醯沒食子酸酯。
(11)將步驟(10)所得蔗渣木聚糖三乙醯沒食子酸酯加入燒杯中，攪拌下加入30～50mL碳酸氫鈉的無水乙醇飽和溶液，常溫下攪拌10～20分鐘，直至溶液的pH不再發生變化。
(12)抽濾步驟(11)所得溶液得固體沉澱物，分別用10～20mL蒸餾水洗滌沉澱物3次後送入50℃的恆溫乾燥箱中乾燥至恆重，即得蔗渣木聚糖沒食子酸酯。
(13)將20～30mL蒸餾水加入到250mL四口燒瓶中，加入0.5～1.0g蔗渣木聚糖沒食子酸酯，在35～55℃下充分攪拌30～40分鐘，開始向反應體系中加入3～6mL質量分數為5％的過硫酸銨引發劑。
(14)向步驟(13)所得溶液中分別加入0.1～0.3g分析純接枝單體MAA、0.3～0.4g分析純接枝單體BA，反應7～9小時。
(15)抽濾步驟(14)的懸浮液得粗產物，經10～20mL蒸餾水洗滌3次後送入50℃的恆溫乾燥箱中乾燥至恆重，即得最終產物蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA。
(16)採用酸鹼滴定法對步驟(15)所得產物進行沒食子酸酯化取代度測定，具體方法及步驟如下：準確稱取約0.5g樣品置入50mL錐形瓶中，加入10mL蒸餾水，搖勻，加入2滴5％的酚酞指示劑，用濃度為0.1mol/L的NaOH標準溶液滴定至淺紅色(30s內不會褪色)。再用移液管加入2.5mL濃度為0.5mol/L的NaOH標準溶液，搖勻，密封，在室溫下震蕩皂化4小時。之後用濃度為0.5mol/L的鹽酸標準溶液滴定至無色，即為滴定終點。沒食子酸酯化取代度(DSC)的計算式如下：
式中：
w——蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA中含有沒食子醯基的質量分數，％；
V0——滴定蔗渣木聚糖消耗鹽酸標準溶液體積，單位mL；
V1——滴定沒食子酸蔗渣木聚糖酯消耗的鹽酸標準溶液體積，單位mL；
CHCl——鹽酸標準溶液濃度，單位mol/L；
m——沒食子酸蔗渣木聚糖酯樣品的質量，單位g；
170和132——沒食子醯基和蔗渣木聚糖脫水木糖單元的相對分子質量。
(17)測定產物蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA中單體的接枝率和接枝效率，具體方法和步驟如下：將蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA用分析純丙酮沉澱後，分別用分析純無水乙醇10～20mL洗滌2～3次，在55℃真空乾燥箱中乾燥至恆重，得到接枝共聚粗產物。然後，在索氏提取器中用分析純丙酮作為溶劑將粗產物抽提24小時，除去均聚物後得到純化的接枝共聚物。接枝率和接枝效率的計算方法如下：
式中：G——接枝率，％；
GE——接枝效率，％；
W0——蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA，單位g；
W1——單體的質量，單位g；
W2——接枝支鏈的質量，單位g。
(18)以人大細胞肺癌細胞(NCI-H460)、人胃癌細胞(MGC80-3)、人肝癌細胞(BEL-7407)為研究對象，對原蔗渣木聚糖和步驟(15)中所得產物的抗癌活性抑制率進行計算，抑制率的計算方法如下：
抑制率＝1-RCR％
本發明對合成的最終產物蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA進行了抗腫瘤活性研究，測定了原蔗渣木聚糖和蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA對BEL-7407癌細胞株的抑制率。本發明所得目標產物與原蔗渣木聚糖相比能更有效的抑制BEL-7407癌細胞的進一步擴散，提高了抗胃癌活性。
附圖說明
圖1為蔗渣木聚糖的SEM照片。
圖2為蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA的SEM照片。
圖3為原蔗渣木聚糖與蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA的IR圖。
圖4為原蔗渣木聚糖的XRD圖。
圖5為蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA的XRD圖。
圖6為原蔗渣木聚糖的TG及DTG曲線。
圖7為蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA的TG及DTG曲線。
具體實施方式
實施例：
(1)將蔗渣木聚糖置於60℃真空乾燥箱中乾燥至恆重，得幹基蔗渣木聚糖。
(2)取17g沒食子酸加入250mL的四口燒瓶中，並向其中加入40mL分析純醋酸酐和1.0mL分析純吡啶，在5～20℃下反應10小時。
(3)將步驟(2)所得物料倒入燒杯中，並在玻璃棒攪拌下向其中加入8.3mL質量分數為15％的硫酸溶液至有晶體析出。
(4)抽濾步驟(3)所得物料，將抽濾物倒入燒杯中，並在玻璃棒攪拌下向其中加入45mL飽和碳酸氫鈉溶液。
(5)向步驟(4)所得物料體系中加入6.5mL質量分數為20％的鹽酸溶液，靜置5小時。
(6)抽濾步驟(5)所得產物，並分別用20mL蒸餾水洗滌沉澱3次後送至50℃的恆溫乾燥箱中乾燥至恆重，得三乙醯沒食子酸。
(7)取10g步驟(6)所得三乙醯沒食子酸加入到250mL的四口燒瓶中，並向其中加入10mL分析純氯化亞碸和0.3mL分析純N,N–二甲基甲醯胺，在60℃的條件下反應3小時。
(8)將步驟(7)所得物料在溫度為85℃的條件下蒸發濃縮40分鐘得三乙醯沒食子醯氯溶液。
(9)稱取1.0g步驟(1)所得幹基蔗渣木聚糖加入到步驟(8)所得的三乙醯沒食子醯氯溶液中，依次再加入30mL分析純N,N–二甲基甲醯胺和0.5mL分析純三乙胺，在55℃的條件下反應4小時。
(10)抽濾步驟(9)所得物料，並分別用20mL分析純無水乙醇、20mL分析純丙酮溶液各洗滌2次，得蔗渣木聚糖三乙醯沒食子酸酯。
(11)將步驟(10)所得蔗渣木聚糖三乙醯沒食子酸酯加入燒杯中，攪拌下加入30mL碳酸氫鈉的無水乙醇飽和溶液，常溫下攪拌20分鐘至溶液的pH不再發生變化。
(12)抽濾步驟(11)所得溶液得固體沉澱物，分別用20mL蒸餾水洗滌沉澱物3次後送入50℃的恆溫乾燥箱中乾燥至恆重，即得蔗渣木聚糖沒食子酸酯。
(13)將20mL蒸餾水加入到250mL四口燒瓶中，加入1.0g蔗渣木聚糖沒食子酸酯，在50℃下充分攪拌30分鐘，開始向反應體系中加入4.8mL質量分數為5％的過硫酸銨引發劑。
(14)向步驟(13)所得溶液中分別加入0.2g接枝單體MAA、0.35g分析純接枝單體BA，反應8小時。
(15)抽濾步驟(14)的懸浮液得粗產物，經10～20mL蒸餾水洗滌3次後送入50℃的恆溫乾燥箱中乾燥至恆重，即得最終產物蔗渣木聚糖沒食子酸酯-g-MAA/BA。
(16)採用酸鹼滴定法對步驟(15)所得產物進行沒食子酸酯化取代度測定，得其取代度為0.64。
(17)測定步驟(15)所得產物中單體接枝率為29％，接枝效率為75％。
(18)測定得到原蔗渣木聚糖和步驟(15)所得產物溶液對人肝癌細胞(BEL-7407)抑制率，分別為0.36％～1.78％和26.01％～28.83％。
產品經IR分析酯化接枝改性後的產物在1725.50cm-1出現新的特徵吸收峰，在2921.30-1處C—H的伸縮振動吸收峰大大加強，在1466.12cm-1和1110.84cm-1處也出現了新的特徵峰。經XRD分析酯化接枝改性後產物的X射線粉末圖，在粉末角為20°、23°、25°、27°、33°、35°等處出現衍射峰。經掃描電鏡分析，改性後的顆粒呈扁平狀，顆粒表面出現很多參差不平的溝壑，散開，不緊湊，顆粒破損比較嚴重。分析交聯沒食子酸蔗渣木聚糖酯的TG-DTG曲線，顯示在前100℃只有由於溶劑丙酮和水的殘留，在100～250℃之間沒有變化；在250～450℃之間DTG曲線出現較大的峰，400℃之後質量變化不大，說明此時交聯沒食子酸蔗渣木聚糖酯已基本完成分解；在700～750℃再次分解。