[发明专利]一种壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋化工工程技术，具体涉及一种壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，市场对抗菌药物，包括兽药及饲料添加剂、农药、抗菌材料、食品保鲜剂等的需求越来越大。抗生素由于成本低、产量大、抗菌效果好等特点被广泛应用。但是，抗生素的滥用导致耐药微生物的产生，并且造成药物残留污染环境，危害人类身体健康。因此开发绿色新型抗菌药物成为国内外的研究热点。

壳聚糖(chitosan)亦称几丁聚糖，是甲壳素脱乙酰化的产物，化学名称为聚(1，4苷)-2-氨基-β-D-葡萄糖。它广泛存在于虾、蟹等甲壳类动物和昆虫的外壳，真菌的细胞壁，是一种十分丰富的自然资源。壳聚糖具有无毒，可生物降解及生物相容性好等特性，在化工、农业、食品、生物工程、环境保护及化妆品方面都有广泛的用途。壳聚糖在酸性条件下对细菌、真菌等有一定的抑制作用，但是由于其在pH中性的条件下溶解性较差，且本身的抑菌活性不强，所以使其直接作为抗菌剂的使用受到限制。因此根据不同原理对壳聚糖进行化学修饰以增强其抗菌活性成为近年来研究的热点。

许多含有阳离子的聚合物可以通过与带负电的微生物细胞膜相结合使细胞裂解，或与微生物细胞内的带负电的物质如DNA、RNA等结合干扰细胞的代谢，从而发挥杀菌、抑霉和抗病毒的作用。其中，聚六亚甲基胍(PHMG)作为环保型高分子聚合物杀菌消毒剂已经作为商品上市销售，在工业、农业、医用和日常生活中有着极其广泛的用途。我们以壳聚糖作为骨架引入氨乙基，并对氨基进行不同程度的季铵化增加其正电荷，以期获得高效的广谱抗菌药。

目前还未见到关于壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物的报道。在壳聚糖的结构中引入氨乙基，然后进一步季铵化的新型衍生物具有广谱、快速、高效的杀菌活性和良好的水溶性，可用于医药、保健品、化妆品和农业领域。

发明内容

本发明目的在于在于提供了一种水溶性好、结构新颖、抑菌活性好的壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物，壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物如式I所示，

式I

式I中，R₁为甲基或-H；R₂为-CH₃、直链烷基、支链烷基或-Ar；n＝4-4000。

所述直链烷基为碳原子数小于12的直链烷烃，如乙基、正丙基、正丁基、正己基；支链烷基为碳原子数小于8的支链烷烃。

壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物的制备方法：将氨乙基壳聚糖溶于N-甲基吡咯烷酮中，在氢氧化钠的催化下用碘甲烷将氨基季铵化，得壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物，即N，N，N-三甲基铵乙基壳聚糖；其中，乙基壳聚糖与N-甲基吡咯烷酮的质量体积比为1∶20-100；氨乙基壳聚糖中的伯胺基与碘甲烷的摩尔比为1∶3-7；碘甲烷与氢氧化钠的摩尔比为1∶1；

或将氨乙基壳聚糖在溶剂中与醛反应，继而用硼氢化钠还原胺化得到N取代氨乙基壳聚糖；再将N取代氨乙基壳聚糖溶于N-甲基吡咯烷酮中，在氢氧化钠的催化下用碘甲烷将氨基季铵化，得壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物，即N，N-二甲基-N取代铵乙基壳聚糖衍生物；其中溶剂与氨乙基壳聚糖体积质量比为100-300∶1，醛与氨乙基壳聚糖摩尔比为1∶0.5-10，硼氢化钠与醛的摩尔比为1-3∶1，N取代氨乙基壳聚糖与N-甲基吡咯烷酮的质量体积比为1∶20-100；N-取代氨乙基壳聚糖中的氨基与碘甲烷的摩尔比为1∶3-7；碘甲烷与氢氧化钠的摩尔比为1∶1。

将上述所得壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物经过乙醇乙醚沉淀，洗涤后用NaCl溶液溶解，而后过滤，透析，浓缩冻干。

具体为将上述所得壳聚糖氨乙基季铵盐衍生物经过乙醇乙醚沉淀，洗涤后用NaCl溶液溶解18h，而后过滤，在用截留分子量为1000-1400Da的透析袋，透析时间为24-48h，温度为。浓缩后在-50℃冷冻干燥。

所述制备N，N，N-三甲基铵乙基壳聚糖过程中反应时间为30min-2h。所述氨乙基壳聚糖在溶剂中与醛反应时醛基为烷基醛或芳香醛；溶剂为水和甲醇或乙醇的混合溶剂。所述烷基醛为碳原子数小于8的烷基醛；芳香醛为苯甲醛或取代苯甲醛。所述将氨乙基壳聚糖在溶剂中与醛反应，反应温度20-40℃反应2-6h后，用硼氢化钠溶液还原反应2-6h。