一种香豆素类淀粉衍生物及其制备和应用

1.本发明涉及生物医药领域，具体涉及一种香豆素类淀粉衍生物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.淀粉(starch)是由葡萄糖缩聚而成的一种多糖类物质，是细胞中碳水化合物的主要存储形式。淀粉是一种来源丰富，可再生、无毒副作用，生物相容性和降解性良好的天然多糖，可广泛应用于食品、医药、包装等领域，无毒、无污染。但淀粉没有氨基、羧基等具有抗菌抑菌等生物活性的基团，导致其自身活性较低，而且淀粉容易滋生细菌，从而限制了其应用范围的扩大和应用价值的提高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种香豆素类淀粉衍生物及其制备方法和应用。
4.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种香豆素类淀粉衍生物，香豆素类淀粉衍生物为式(1)所示，式(1)式(1)中；r1=h、ch3或cl；r2=h或oh；其中，n表示聚合度，n的平均取值范围是5-12000。
5.香豆素类淀粉衍生物的制备方法，将淀粉与n-溴代丁二酰亚胺进行溴化反应获得6-溴代淀粉；6-溴代淀粉与乙二胺反应制备得到6-乙基氨基淀粉；而后6-乙基氨基淀粉与取代羟基香豆素在溶剂存在下反应获得式(1)所示的香豆素类淀粉衍生物。
6.所述6-溴代淀粉为：淀粉溶于n,n-二甲基甲酰胺中，120℃搅拌1-3h，冷却至90℃，加入溴化锂，冷却至0℃，加入n-溴代丁二酰亚胺和三苯基膦，于70-90℃反应1-3 h，反应后经乙醇沉淀，沉淀再经乙醇洗涤抽滤得到滤饼，烘干至恒重，得到6-溴代淀粉；其中，溴化锂的加入量是原料淀粉摩尔量的2-4倍，n-溴代丁二酰亚胺的加入量是原料淀粉摩尔量的5-10倍，三苯基膦的加入量是原料淀粉摩尔量的5-10倍。
7.所述6-乙基氨基淀粉为：将6-溴代淀粉溶于二甲基亚砜中，再加入乙二胺于70-90
℃反应16-24h，反应后经丙酮沉淀，沉淀再经丙酮洗涤抽滤得到滤饼，烘干至恒重，得到6-乙基氨基淀粉；其中，乙二胺的加入量是6-溴代淀粉摩尔量的30-50倍。
8.所述式(1)所示的香豆素类淀粉衍生物为：将所得6-乙基氨基淀粉与取代羟基香豆素溶于二甲基亚砜中，于70-90℃反应8-14h，反应后经无水丙酮沉淀，沉淀经乙醇洗涤抽滤得到滤饼，烘干至恒重，得到式(1)所示的香豆素类淀粉衍生物；其中，取代羟基香豆素的加入量是6-乙基氨基淀粉摩尔量的1.5-3倍。
9.所述取代羟基香豆素为4-羟基香豆素、4-羟基-6-甲基香豆素、4-羟基-6-氯香豆素或4,7-二羟基香豆素。
10.一种香豆素类淀粉衍生物的应用，所述式(1)所示化合物在制备具有抗菌性能的淀粉产品中的应用。
11.本发明所具有的优点：(1) 淀粉具有良好的生物可降解性、生物相容性、无毒性等优点，但其几乎没有抗菌活性。本发明经过对其进行化学修饰，在保留淀粉自身优点的同时提高了其抗菌活性；本发明所得香豆素类淀粉衍生物抑制细菌活性与淀粉相比有大幅度提高。所述衍生物可开发为具有抗菌性能的淀粉产品，以解决化学抗菌剂对人体健康的潜在毒性等问题。同时也可以广泛应用于食品及医药等领域。
12.(2) 本发明采用糖修饰方法在多糖上修饰羟基进而获得具有高抗氧活性的衍生物，制备过程简单，所用材料成本低。
附图说明
13.图1为本发明实施例提供的合成式(1)所示衍生物的流程图。
14.图2为本发明实施例提供的淀粉的红外光谱图。
15.图3为本发明实施例1提供的6-乙基氨基淀粉的红外光谱图。
16.图4为本发明实施例1提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图。
17.图5为本发明实施例2提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图。
18.图6为本发明实施例3提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图。
19.图7为本发明实施例4提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图。
具体实施方式
20.以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
21.实施例1如图1所示制备香豆素类淀粉衍生物为式(1)所示的衍生物：(1) 6-溴代淀粉的制备：称取3.24 g(20 mmol)淀粉溶于80 mln,n-二甲基甲酰胺中，120℃搅拌1 h，冷却至90℃，再加入3.47 g（40 mmol）溴化锂，冷却至0℃，加入17.8 g（100 mmol）n-溴代丁二酰亚胺和26.2 g（100 mmol）三苯基膦，70℃反应3 h。反应完后将反应液倾入200 ml无水乙醇中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用乙醇洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-溴代淀粉。
22.(2) 将步骤(1)所得6-溴代淀粉0.45 g(2 mmol)的溴代淀粉溶于2 ml二甲基亚砜
中，再加入4 ml的乙二胺，70℃反应24 h。反应结束后用过量丙酮沉淀，沉淀经抽滤，用丙酮洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-乙基氨基淀粉（参见图3）。
23.(3) 将步骤(2)所得6-乙基氨基淀粉204 g(1 mmol)和324 g(2 mmol)4-羟基香豆素溶于2 ml二甲基亚砜中，70℃反应14 h，反应完后将反应液倾入20 ml丙酮中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用丙酮洗涤沉淀，65 ℃烘干得到香豆素类淀粉衍生物（参见图4），其中r1和r2为氢。所得产品为褐色粉末，易溶于水。
24.图2为原料淀粉的红外光谱图。图3为6-乙基氨基淀粉红外光谱图：1569cm-1
为氨基的弯曲振动吸收峰。图4为本发明实施例1提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图，从图4可知，1659cm-1 为香豆素上c=o的伸缩振动峰，1605cm-1
为苯环上c=c的伸缩振动峰，760cm-1 为苯环c-h的变形振动峰，以上分析数据，证明r1和r2为氢的香豆素类淀粉衍生物合成成功。
25.实施例2本实施例按以上合成路线合成r1为甲基、r2为氢的香豆素类淀粉衍生物。与实施例1不同之处在于：(1) 6-溴代淀粉的制备：称取3.24 g(20 mmol)淀粉溶于80mln,n-二甲基甲酰胺中，120℃搅拌2 h，冷却至90℃，再加入4.34 g（50 mmol）溴化锂，冷却至0℃，加入21.36 g（120 mmol）n-溴代丁二酰亚胺和31.44 g（120 mmol）三苯基膦，80℃反应2 h。反应完后将反应液倾入200 ml无水乙醇中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用乙醇洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-溴代淀粉。
26.(2) 将步骤(1)所得6-溴代淀粉0.45 g(2 mmol)的溴代淀粉溶于2 ml二甲基亚砜中，再加入5ml的乙二胺，80℃反应22 h。反应结束后用过量丙酮沉淀，沉淀经抽滤，用丙酮洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-乙基氨基淀粉（参见图3）。
27.(3) 将步骤(2)所得6-乙基氨基淀粉204 g(1 mmol)和264 g(1.5 mmol)4-羟基-6-甲基香豆素溶于2 ml二甲基亚砜中，80℃反应12 h，反应完后将反应液倾入20 ml丙酮中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用丙酮洗涤沉淀，65 ℃烘干得到香豆素类淀粉衍生物（参见图5）。所得产品为褐色粉末，易溶于水。
28.图5为本发明实施例2提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图，从图5可知，1651cm-1 为香豆素上c=o的伸缩振动峰，1618cm-1
为苯环上c=c的伸缩振动峰，816cm-1
和763cm-1
为苯环c-h的变形振动峰，以上分析数据，证明r1为甲基、r2为氢的香豆素类淀粉衍生物合成成功。
29.实施例3本实施例按以上合成路线合成r1为氯、r2为氢的香豆素类淀粉衍生物。与实施例1不同之处在于：(1) 6-溴代淀粉的制备：称取3.24 g(20 mmol)淀粉溶于80mln,n-二甲基甲酰胺中，120℃搅拌3 h，冷却至90℃，再加入5.21 g（60 mmol）溴化锂，冷却至0℃，加入24.92 g（140 mmol）n-溴代丁二酰亚胺和36.68 g（140 mmol）三苯基膦，90℃反应1 h。反应完后将反应液倾入200 ml无水乙醇中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用乙醇洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-溴代淀粉。
30.(2) 将步骤(1)所得6-溴代淀粉0.45 g(2 mmol)的溴代淀粉溶于2 ml二甲基亚砜中，再加入6 ml的乙二胺，90℃反应16 h。反应结束后用过量丙酮沉淀，沉淀经抽滤，用丙酮
洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-乙基氨基淀粉（参见图3）。
31.(3) 将步骤(2)所得6-乙基氨基淀粉204 g(1 mmol)和588 g(3 mmol)4-羟基6-氯香豆素溶于2 ml二甲基亚砜中，90℃反应8 h，反应完后将反应液倾入20 ml丙酮中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用丙酮洗涤沉淀，65 ℃烘干得到香豆素类淀粉衍生物（参见图6）。所得产品为褐色粉末，易溶于水。
32.图6为本发明实施例3提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图，从图6可知，1647cm-1 为香豆素上c=o的伸缩振动峰，1606cm-1
为苯环上c=c的伸缩振动峰，815cm-1
为苯环c-h的变形振动峰，以上分析数据，证明r1为氯、r2为氢的香豆素类淀粉衍生物合成成功。
33.实施例4本实施例按以上合成路线合成r1为氢、r2为羟基的香豆素类淀粉衍生物。与实施例1不同之处在于：(1) 6-溴代淀粉的制备：称取3.24 g(20 mmol)淀粉溶于80 mln,n-二甲基甲酰胺中，120℃搅拌2.5 h，冷却至90℃，再加入6.94 g（80 mmol）溴化锂，冷却至0℃，加入35.6 g（200 mmol）n-溴代丁二酰亚胺和52.4 g（200 mmol）三苯基膦，70℃反应2 h。反应完后将反应液倾入200 ml无水乙醇中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用乙醇洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-溴代淀粉。
34.(2) 将步骤(1)所得6-溴代淀粉0.45 g(2mmol)的溴代淀粉溶于2 ml二甲基亚砜中，再加入7ml的乙二胺，80℃反应20 h。反应结束后用过量丙酮沉淀，沉淀经抽滤，用丙酮洗涤沉淀，65 ℃烘干得到6-乙基氨基淀粉（参见图3）。
35.(3) 将步骤(2)所得6-乙基氨基淀粉204 g(1 mmol)和445 g(2.5 mmol)4,7-二羟基香豆素溶于2 ml二甲基亚砜中，80℃反应10 h，反应完后将反应液倾入20 ml丙酮中，析出沉淀。沉淀经抽滤，用丙酮洗涤沉淀，65 ℃烘干得到香豆素类淀粉衍生物（参见图7）。所得产品为褐色粉末，易溶于水。
36.图7为本发明实施例4提供的香豆素类淀粉衍生物的红外光谱图，从图7可知，1616cm-1 为香豆素上c=o的伸缩振动峰和苯环上c=c的伸缩振动峰，852cm-1
和808cm-1
为苯环c-h的变形振动峰，以上分析数据，证明r1为氢、r2为羟基的香豆素类淀粉衍生物合成成功。
37.应用例抑制大肠杆菌和黄色葡萄球菌能力的测定：采用微量肉汤稀释法分别测定上述所合成的式（1）所示香豆素类淀粉衍生物或淀粉的抑制大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度（mic）并分别做对比：首先，将细菌在37℃的营养液中培养18h，获得菌悬液，再用无菌营养液稀释菌悬液至浓度为10
5-106个细胞每毫升。而后，将实施例中制备的香豆素淀粉衍生物和实验用淀粉真空冷冻干燥至恒重后，以水作溶剂，配制成32 mg/ml的样品水溶液后，先向96孔板每个孔中加入100μl无菌水，再向96孔板第一列的孔中加入100μl样品液，反复混匀后，依次吸取每列孔中的100μl转移至下一列孔中，连续稀释11倍，浓度分别为8 mg/ml、4 mg/ml、2 mg/ml、1 mg/ml、0.5 mg/ml、0.25 mg/ml、0.125 mg/ml、0.0625 mg/ml、0.03125 mg/ml、0.015625 mg/ml、0.00781 mg/ml、0.00391 mg/ml，再在每孔加入100 μl的细菌悬液，在37℃下培育18 h。以离子水作为空白对照。mic是肉眼观察到的能完全抑制可见细菌生长的样品溶液的最低浓度。mic测定结
束后，将100μl无明显细菌生长的培养基涂在琼脂板上，在37℃条件下培育8 h，进行最低致死浓度（mbc）的测定。mbc定义为实验样品中活性细菌减少99.9%的最低浓度。
38.实验结果：本发明所合成的香豆素类淀粉衍生物与淀粉的抑制金黄色葡萄球菌能力如表1所示、抑制大肠杆菌能力如表2所示，本发明所合成香豆素类淀粉衍生物的抑菌能力明显优于淀粉。通过实验结果分析可见：在非常低的浓度下，本发明所合成的香豆素类淀粉衍生物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有很好的抑制和灭杀作用。
39.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明均不受上述实施例的限制，其他任何与本发明本质、原理一致的情况下所做的改变、修饰、替代、组合均应为等效置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
40.表1淀粉和香豆素类淀粉衍生物的抑制金黄色葡萄球菌的能力表2淀粉和香豆素类淀粉衍生物的抑制大肠杆菌的能力