[发明专利]基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于染料制备领域，具体是涉及一种基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料、制备方法及应用。

背景技术

利用植物染料对织物进行染色已具有悠久的历史，植物染料是19世纪以前有色织物生产加工的主要染色原料，因植物染料大都具有良好的生物相容性及药理活性，因而随着人们环保意识的逐渐增强以及对自身健康的日益关注，它们再次受到了人们的重视。

姜黄色素是由襄荷科草本植物的根茎干燥后由有机溶剂抽提并经浓缩纯化得到的粉末，主要成分包括姜黄素、去甲氧基姜黄素和去二甲氧基姜黄素（结构见下式1），其中姜黄素的含量最多，三种成分的化学及物理性质十分相似，是自然界中存在的一类较为稀少的含有β-二酮结构的天然色素。此外，在姜黄色素中还含有少量的四氢姜黄素、去甲氧基四氢姜黄素和去二甲氧基四氢姜黄素等。

姜黄色素具有抗癌、抗炎、抗菌、抗氧化、抗HIV病毒、抗肝毒等生理活性，以及防止动脉粥样硬化、保护肝脏、促进免疫、降血糖等保健功能。尽管它是传统的最鲜艳天然黄色染料之一，但由于其在水中几乎不溶，因而在对织物进行染色时的上染率低、色牢度差，这大大限制了该天然色素的染色应用。采用媒染法虽然可在一定程度上提高天然姜黄色素的上染率及色牢度等一些染色指标，但重金属媒染剂的使用不仅使得染整过程的污染很严重，残留在织物上的重金属对人体有害，同时媒染后织物的色差也较为明显。虽然近些年来有报道使用低毒性的稀土盐来替代传统的重金属盐作为媒染剂，但这种染色方式浪费了我国宝贵的稀土资源。

另一种改进姜黄色素在纤维素纤维上染色效果的方法是将棉等织物预先进行阳离子化改性，使棉等纤维的表面带上部分的正电荷，从而增加色素染料与纤维之间的静电作用，改善上染率、色牢度等染色性能。尽管这种处理方法的效果不错，但它使染整工艺的流程复杂化，也不利于染色效果的质量控制。

市场上也销售一些称作水溶性姜黄色素的产品，但它们是用诸如聚乙二醇、吐温等非离子型表面活性剂对天然姜黄色素进行了增溶处理。由于其本质只是对色素进行了物理性的增溶，并未对色素的化学结构进行改造，应用此类增溶色素对织物进行染色时，仍然无法有效解决上染率低、色牢度差等问题。

公开号为CN101570496A的专利文献公开了一种姜黄素-4-含氮类衍生物或其药学上可接受的盐如式(I)或式(II)所示：式(I)所示的化合物是4-位亚甲基上引入羟亚氨基得到的衍生物，其中当R₁为氢、烷基或卤代烷基时,R₂则为氢、烷基或酰基；式(II)所示的化合物是4-位亚甲基上发生曼尼希(MANNICH)反应得到的衍生物，其中当R₃为氢、烷基或酰基时,R₄则为氢、烷基或芳基，R₅为烷基氨基、卤代烷基氨基、吗啉基或N-烷基六氢吡嗪基。同时该文献公开了姜黄素-4-含氮类衍生物或其药学上可接受的盐用作光敏材料和抗菌性多功能染料。

然而上述染料制备过程中，需要采用亚硝酸钠或者浓盐酸等毒性或者强酸性的试剂，制备成本高，不易于工业化生产。同时，该染料实际使用时，仍然存在上染率低、色牢度差等问题。

发明内容

本发明提供了一种基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料，该染料直接用于未改性棉织物的染色，在染色过程中无需使用促染剂、均染剂、媒染剂等染色助剂，具有环境友好、安全性高、染色工艺简单等优点。

本发明还提供了一种制备基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料的方法，该方法采用天然姜黄素为原料，制备条件温和，产品收率高，且过量的反应试剂可方便地进行回收再利用，适于工业化生产。

本发明还提供了一种基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料在织物染色中的应用，在各项染色性能指标上，本发明的水溶性姜黄素与天然姜黄素相当或更加优异，尤其是在皂洗色牢度方面有明显的提高。

一种基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料，其结构如下式所示：

一种基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料的制备方法，包括：姜黄素首先与1,2-二溴乙烷反应，得到姜黄素双（2-溴乙基）醚，姜黄素双（2-溴乙基）醚再与三乙胺反应，后处理得到基于化学结构修饰的水溶性姜黄素染料；

所述的姜黄素双（2-溴乙基）醚结构如下：

上述制备方法的反应过程如下式所示：

上式中化合物1为姜黄素双（2-溴乙基）醚中间体，化合物2为水溶性姜黄素染料。