（应用化学专业论文）糖苷衍生物的合成与应用.pdf

摘要 y3 9 荽6 8 9 本文合成了一系列的芳苷，并对烷基糖苷的合成与工艺条件进行了探 索。 在芳苷的合成研究中，共合成了经酰基保护的葡萄糖、乳糖、麦牙糖三 个系列的芳苷共十七种化合物，讨论了反应条件对系列化合物合成影响。对 所合成的化合物，分别利用红外光谱、核磁共振、元素分析等进行了结构表 征。 在二步法合成烷基糖苷工艺条件的研究中，通过实验以及数据分析确定 了合成中各步骤的工艺条件，并对产品的性能进行了测试。实验结果表明： ( 1 ) 正丁苷的形成的适宜条件为：加料温度为1 1 2 。c ，回流温度为1 l o ， 时间为3 h ，葡萄糖、丁醇、催化剂摩尔比为1 ：5 ：o 0 1 ；( 2 ) 与l a s 相比， a p g 泡沫更细腻稳定，泡沫力大。 关键词：芳苷烷基糖苷合成， a b s t r a c t y t h i sp a p e rd e a l tw i t ht h es y n t h e s i so fas e r i e so fm y lg l y c o s i d e sa n ds y n t h e s i s a n dm a n u f a c t u r ec o n d i t i o no f a l k y l p o l y g l y c o s i d e d u r i n gt h er e s e a r c ho nt h es y n t h e s i so fa r y lg l y c o s i d e s ，1 7c o m p o u n d s b e l o n g i n gt o3s e r i e s ，v i z a c e t y l a t e dg l u c o s e ，l a c t o s e a n dm a l t o s er e l a t e d d e v i a t i o n sw e r ep r e p a r e da n dt h ee f f e c t so f r e a c t i o nc o n d i t i o n so nt h es y n t h e s i so f t h e m w e r ed i s c u s s e dt h e i rs t r u c t u r e sw e r ea l s od e t e r m i n e db y l 1 h - n m r l 3 c - n m ra n de a d u r i n gt h er e s e a r c ho na l k y l p o l y g l y c o s i d es y n t h e s i z e dt h i o u g ht w o - s t a g e p r e p a r a t i o n ，i t sp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sa n do p e r a t i n gm e t h o d s w e r eo b t m n e da f t e r al o to fe x p e r i m e n t sa n dd a t aa n a l y s i s t h ep r o p e r t yo ft h ep r o d u c tw a sa l s o t e s t e d t h er e s u l ts h o w e d ：( 1 ) s u i t a b l ec o n d i t i o n sf o rt h ef o r m a t i o no fb u t y l g l u c o s i d ew e r e ：1 1 2 cf o rf e e dt e m p e r a t u r e ，1 1 0 cf o rr e f u l xt e m p e t u r e ，3 h f o rr e a c t i o nt i m e 1 ：5 ：o 0 1f o rt h em o l er a t i oo f g l u c o p y r a n o s e ，b u t o la n dc a t a l y s t ； ( 2 ) a p gc o u l dc r e a t em o r es t a b l ea n dh i g h e rf o a ml a y e rt h a nl a s k e y w o r d s ：a r y l g l y c o s i d e ，a l k y l p o l y g l y e o s i d e ，s y n t h e s i s 南京理工大学硕士学位论文 1 前言 随着全球煤、石油、天然气的日益耗竭，碳水化合物作为一种可再生资源有 望成方解决从类能源危机的能源之一。其中，对糖类衍生物的研究尤其引人注目， 它包括自然界中己存在的各种有用物质的分离和提纯，新物质的合成，以及各种 可生物降解的新型材料的开发等。 烷基糖苷作为一种新型的绿色表面活性剂，其独特的去污性能、配伍性能以 及环境相容性已受到人们广泛的关注，该产品无毒、无刺激、表面活性高、去污 性强、泡沫丰富细腻稳定、能与各种表面活性剂进行复配，同时能降低其它表面 活性剂的刺激性，具有优良的乳化、润湿、分散等性能，并具有一定的杀菌和提 高酶活力特性，最近它已被列为我国非离子表面活性剂第七大类新品种。 作为一种医药中间体和抗癌药物，大多数芳苷从植物及动物体中提取，由于 分离提取步骤烦琐、产率低的局限性，使得人们转向对其人工合成的领域中来， 国外在这方面的研究起步较早，特别是对单糖苷的研究较成熟，但对于二糖苷的 合成有关的报导很少。 糖番是一类由含糖的芳基分子组成的新型合成主体分子，它同时具有环糊精 的手性环境、亲脂性空腔和良好的水溶性及合成环番的电子作用特性，用偶氮染 料甲基红修饰的环糊精具有在客体分子的诱导下变色响应的特性，如果用甲基红 修饰糖番分子，可作为研究水溶液中糖糖分子识别与作用的分子模型。芳苷的 合成是研究糖番合成的第一步。因此本论文的研究成果为定性和定量研究糖糖 识别作用提供一种简便而可靠的科学方法。 1 1 芳苷 芳苷( a r y lg l u c o s i d e ) 以各种形态广泛地存在于动物的肝脏与植物的果茎中 第1 页 糖苷衍生物的合成与应用 如在动物的尿与胆汁中存在有葡萄糖苷与木糖苷【l 】。芳苷是生物结构连接的复杂 分子 2 , 3 1 。 许多芳苷类具有生物活性，担负着重要的生物功能。如细胞分裂玉米素苷、 赤霉素中以糖苷形式存在的g a 3 ，是控制植物生长的激素物质【4 】；熊果苷具有低 毒、镇咳、利尿、抗菌、尿道消毒的作用，有望成为一种理想的新型镇咳药1 5 i ； 天麻中的天麻苷具有良好的镇静安眠作用【6 1 ；烷氧基苯苷能抑制歼蓝体中的伴刀 豆球蛋白和抗原抗生反应释放出的组胺，可作为一种抗过敏药【7 】。芳苷的结构 决定一定的免疫功能，对于研究阻抑细菌或病毒粘附及细胞对药物运输作用有重 要意义【扪。芳苷的糖基部分对生物体完成生物功能起着不可忽视的作用。例如存 在于细胞膜中的糖蛋白，其中的糖基部分不但表征细胞种类，还作为荷尔蒙、蛋 白质、细菌的受体。它们可以转移细胞间的蛋白质分子，被视为细胞新陈代谢的 信号物质。另外，许多芳苷是用来研究相关糖苷酶的基质。例如2 ，4 二硝基苯 苷( d n p g l y ) 是研究糖苷酶的水解和动力学原理的底物限l o , 1 1 。若将它们修饰 以合适的脂类、磷脂蛋白也能使我们拓展有关糖分子的行为与物化性能的知识。 1 1 1 结构 芳苷是糖分子的1 位羟基被苯酚的衍生物取代脱去一分子水的得到的产物 糖基部分包括葡萄糖、半乳糖、果糖等单糖，麦牙糖、 乳糖、鼠李糖等二糖及甲壳素等三糖。葡萄糖芳苷分 子式如图1 11 1 示。 1 1 2 芳苷的合成 1 9 0 1 年k o e i n g - k n o r r 等人采用重金属盐催化合 成了芳营，但此法不但产率低而且金属盐对环境与人 第2 页 鼍 n 夺缰 b 型 螂 厅s o 吒蹴 d 型 图1 1 1 1 南京理工大学硕士学位论文 体危害严重，因而几乎不再采用。后来在此基础上不断有人开发出新的合成方法。 芳苷的合成分三步进行糖羟基保护；苷化；全部脱保护。路线如下式 所示： 糖竺骂三奏筹护竺誓芳苷 主要存在的问题有：( 1 ) 糖分子选择哪种羟基保护；( 2 ) 可逆反应不完全， 分离困难；( 3 ) 构型不纯；( 4 ) 每一种芳苷都有其独特的合成体系，没有一种能 适用于所有芳苷合成的反应条件。 1 1 3 保护基团 由于糖分子上每个羟基都具有较高的活性，因而，必须在苷化之前将糖分子 上的羟基有选择地保护起来。较常见的有酰溴保护、酰氟保护 1 2 , 1 3 、乙酰基保护 1 1 4 1 、苄基保护、甲氧基保护、三甲基硅代1 6 1 ，也有s t m 、n - 甲基乙腈n 矾等不 常见的保护基团。每一种经保护基团的糖反应活性不同，受糖苷的受体、给体及 反应条件的制约。并且得到的产物各有差异。如图1 1 3 1 。下面以葡萄糖为例， 简要介绍几种芳苷的合成方法。 贴鼹c h 2 0 r 2 。 1r 2 = a c ，b z ，b i i r l = 8 r f c l 2r 2 - a c r i = o a c ； r 2 - a c , r i = o s i ( c h 3 ) 3 3r 2 h 2 毗r l 司h ；r 2 = c h 2 p h , r l = o s i ( c h 3 ) 3 图l13 1 第3 页 糖苷衍生物的合成与应用 1 1 4 苷化反应 反应通式 x “恭o r 2 0 ，h 一8 孓c h 3 2 0 r 2 无论是酰基、苄基保护的糖还是未受保护的糖，它们都将在1 位进行直接苷化 以卤代糖为例，其反应历程如1 1 4 2 示。 甑。i 二- 髑o e 世如o - - 。一髑o 。 图1 1 4 2 第4 页 。l + + ， ，l，h0。 南京理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 卤代糖1 化合物1 除1 位为卤索取代，其它位的羟基可以被苄基【”1 、酰基、亚苄基 取代。自1 9 0 1 年k o e n i g - k n o r r 提出以溴代糖作糖基供体，金属盐( 如硫酸银、 铬盐) 作催化剂来合成芳苷以来，k o e n i g k n o r r 法已取得了很大的进展。由于重 金属盐价昂贵且不利于健康，排放入环境中造成污染，故不常使用。人们试图不 用金属盐而用通过改变反应条件或催化剂等办法合成芳苷，发现，将溴代糖在丙 酮一氢氧化钠溶液中室温搅拌1 2 小时或水浴5 7 小时，即能获得芳苷，操作十分 简便，但产率较低( 2 4 3 5 ) 1 6 1 。如用适当的相转移催化剂，如十六烷基三甲 基溴化铵( 4 5 7 3 ) 1 4 , 2 0 、四丁基硫氢铵( 5 7 ) 1 2 1 , 2 2 , 2 3 、四乙基溴化铵2 1 等合 成葡苷化合物不但产率大大提高，而且生成葡苷的构型多以1 3 为主。对于苯二酚 的苷化反应，还需要用n 2 加以保护，防止另个羟基的氧化5 1 。但制备溴代糖 的条件十分复杂苛刻瞄4 1 ，且溴代物的热稳定性很差，极易水解，用( i ) 作糖基 供体，必须现做现用。 与b r , c l 相比，f 电负性最强，离去活性最低【2 ”，因此氟代糖的选择性最好。 经研究，室温下氟代糖在b f 3 o e t 2 和1 ，1 ，3 ，3 - 四甲基鸟嘌呤的甲腈溶液 中反应3 小时，得到的芳苷以1 3 为主( 6 8 1 0 0 ) ，而仅在b f 3 o e h 甲腈溶液中 得到的芳苷以a 为主( 5 1 - 8 7 ) 。但对于一些苯环上含有与羟基相邻较近并形成 氢键的基团，如邻硝基苯酚，这种方法得不到所需的芳苷。如果将氟代糖与酚类 物质在c p 2 h f c l 2 一a g c l 4 在分子筛存在下，- 2 0 - 7 8 c 低温下反应3 0 - 4 5 m i n ，可 得到a 型糖苷，产率高达8 1 9 1 。 ( 2 ) 酰化糖2 在诸多乙酰基保护的糖苷化反应条件中，不少催化剂都有助于合成芳苷。b f 3 作催化剂，只需在室温下搅拌2 4 小时，用量少，选择性好，不但操作简便，而 且产率相当高，最高可达9 5 左右用。但b f 3 为剧毒气体，对环境和人体危害很 大。一般来讲，s n c h l 2 6 , 2 7 , 2 8 、对甲基苯磺酸【3 们、s n c l 2 0 0 a 4 、b f 3 等利于生成1 3 第5 页 糖昔衍生物的合成与应用 构型的糖苷，而z n c l 2 a c a o a c o h 体系 2 9 a 4 1 催化时，反应温度要求很高( 1 2 0 1 2 5 ) ，体系的颜色深，产物的a 构型占9 7 以上，但产率不高。虽然全乙酰基保 护的糖苷化反应条件不如1 温和，但2 制备方便p ”，为大多数实验室采纳。 ( 3 1 醚化糖3 在一些催化剂如三氟甲基磺酸银( a g o t f ) i t l 、对硝基苯磺酸氯( n s c l ) 3 2 1 、 三乙基铵( e t 3 n ) 3 3 , 3 4 1 等作用下，2 ，3 ，4 ，6 - 四o 苄基葡萄糖可以与诸多具有 吸电子基团的酚发生苷化反应，产率中等( 5 0 8 0 ) 3 5 1 。但值得注意的是，由 于3 的1 位裸露，它的活性在某种程度上比氟代糖还要大 3 6 , 3 7 1 ，生成的芳苷构型 不纯，需进行分离。利用二氯二苯硅可以使3 的l 、4 位相连形成长链1 3 引。3 的 热稳定性较差，一般在o c 以下贮存。 ( 4 ) 游离糖直接苷化反应l l l l d 。n 景争 1 1 2 0 ：e t o h ( 1 ：1 ) 反应式1 1 4 3 游离糖直接制备芳苷是糖苷合成技术上的一大突破。未保护的糖的异头碳直 接芳苷化十分困难，因为除了会生成a 和1 3 种混合构型以外，有时也会得到意想 不到的呋喃糖苷等。另外，糖分子上其它任何一个羟基都很容易发生反应。然而， 游离糖直接苷化毕竟已经有了初步的发展。例如，在饱和的n a h c 0 3 溶液和乙 醇与水1 ：1 的溶液中加入1 氟2 ，4 二硝基苯可以使2 ，4 二硝基苯酚与葡萄糖、 阿洛糖、木糖、麦牙糖、乳糖l 位直接脱去一分子水生成2 ，4 - 二硝基苯昔，得 率为1 5 3 0 4 0 l 。此法免去了脱保护的烦琐步骤，虽得率不高，但应用前景很好。 ( 5 ) 其它 还有一些保护基团如、= e g 基硅代糖1 6 】、二甲氧基磷代糖0 7 1 、甲基乙酰亚 第6 页 南京理工大学硕士学位论文 氨基糖m 1 等作为糖基供体。m o h o m m e de la r a b ia o u a d 等人发现，将糖分子的1 、 2 位先生成环状物后，更容易与苯酚及衍生物结合得到b 芳苷1 4 0 。这些保护基团 对于特定的芳苷有专一的选择性，具有一定的研究价值。此外，形形色色的催化 剂被应用到芳苷合成中来。如酶催化就是较有潜力的催化剂，它的最大特点是专 一性【4 ”。 1 2 烷基糖苷 烷基多葡萄糖苷( a l k y l p o l y g l y e o s i d e ，简称a p g ) 是一类新型的非离子表面 活性剂。早在1 8 9 3 年，e m i lf i s h e r 发现，葡糖甲醇溶液导入h c i 气体以后， 再也不能使f e h l i n g 溶液还原，原因是在此条件下生成了甲基葡糖苷“。4 0 多年后，c h e m n i t zb s h m ea g 的化学家们发现了长链烷基苷的表面活性4 7 1 。而 a p g 作为新一代表面活性剂问世则一直推迟到了本世纪8 0 年代末，从其合成到 目前工业化进程，已有1 0 0 多年历史。它不仅表面张力低，泡沫丰富细腻，去污 优良，而且配伍性能极佳，在电解质浓度很高的条件下溶解度仍很高，此外，烷 基糖苷还具有对皮肤无刺激、相容性好、对眼的刺激从温和到无、产品相对说来 无毒、生物降解性好等优点【4 引。所以，a p g 被誉为是当今世界级“绿色”表面 活性剂。 a p g 是基于象碳水化合物( 淀粉) 和植物油( 椰子油、棕榈仁油) 那样的 天然可更新资源1 4 9 。由于石油、煤资源的日益馈乏，而来说淀粉、土豆等碳水 化合物相对来说资源丰富，以淀粉或葡萄糖为原料制备的烷基糖苷及其衍生物势 必成为l a s 、a e 、a e s 、a s 等表面活性剂的替代品。更为重要的是，这类由淀 粉而得的表面活性剂结构中含有葡萄糖单元，从而具有易生物降解的特点f 矧。 由于烷基糖苷的卓著优点，近年来，国内外学者对a p g 的研究工作非常活 跃，平均每月发表的专利就有2 0 3 0 篇之多【钉1 。1 9 7 8 年法国的s e p p i c 公司首次 使a p g 工业化，1 9 8 8 年h e n k e l 公司兼并了h o r i z o nc h e m i c a l s 公司4 0 0 0 f f aa p g 第7 页 糖苷衍生物的合成与应用 中试装置后，不断扩大，现已拥有二套2 5 0 0 0 t a 装置【5 2 】，其中适用于化妆品工 业的商品名称为p l a n t a r e n 5 3 1 。 a p g 不但能单独使用，同时它还具有协同增效作用，将之与其它表面活性 剂配伍，可广泛的用于洗涤业、化妆业、食品加工业、制药业、农业、工业等诸 多领域。 1 2 1 国外a p g 市场状况 9 0 年代，洗涤剂工业朝着三个关键的领域发展：环境相容性、技术革新和 全球概念。环境因素是选择原材料的主要因素。在美国及欧洲，公众越来越强烈 要求用其它对环境有利的表面活性剂取代l a s 和某些石油化学基表面活性剂。 随着人们环保意识的加强，“天然”产品将在人们心中的地位提高。h e n k e l 最近 推出基于烷基多葡糖苷的称之为p l a n t a r e n p s 的用于香波、液体洗手皂、浴用品 和面部洗清洁剂的“天然”表面活性剂。其中，p s 1 0 0 是十二烷基醚硫酸铵和 癸基多葡糖苷。p s 2 0 0 是十二烷基醚硫酸钠和十二烷基多葡糖苷。它们的特点 是清洁作用好、起泡好、温和、易使用及易稀释、用量少、成本低【5 4 】。 近年来，国外a p g 生产能力正在迅速增长。1 9 9 4 年世界a p g 生产能力约 为3 4 万吨，1 9 9 5 年高达9 万吨。汉高公司估计到2 0 0 0 年对a p g 需求约8 - 1 0 万吨，全世界a p g 产量可达到2 0 万吨【1 0 2 1 。a p g 的发展历程大至如下【56 1 。1 8 9 3 年，e m i lf i s h e r 合成烷基糖苷；1 9 7 8 年，法国s e p p i c 公司最早实现a p g 的工 业化生产，规模为1 5 0 0 t a ，目前正在将其扩建为l 万t a ；1 9 8 8 年，德国h e n k e l 公司兼并了一套4 0 0 t a a p g 装置；1 9 9 2 年，h e n k e l 公司在美国俄亥俄州辛辛那 提市建成2 5 万讹大型a p g 生产装置，其a p g 产品垄断了整个美国市场；1 9 9 3 年，h e n k e l 公司在德国杜赛尔多夫兴建2 5 万讹大型a p g 生产装置，成为当今 世界量大的a p g 生产厂商；另外，瑞典a k z on o b e l 公司生产能力为5 0 0 0 t a ， 美国u n i o nc a r b i d e 、r o h m & h a s s ，德国b a s fh u e l s ，英国i c i 等公司都建有 第8 页 南京理工大学硕士学位论文 或正在建a p g 生产装置，日本k a oc o o p e r a t i o n 公司生产能力为l 万妇。 1 2 2 国内a p g 市场状况 我国从8 0 年代末才开始烷基糖苷合成方面的研究工作，生产尚处于中试规 模上。1 9 8 8 年，中国日用化学工业研究所率先研究a p g ，1 9 9 1 年1 1 月通过小 试鉴定，1 9 9 2 年申请中国专利，同时列入“八五”国家科技攻关项目，1 9 9 4 年 在广东省广宁中南精细化工厂建成1 0 0 0 f f a 中试；1 9 9 2 年，大连理工大学开发 a p g 小试鉴定通过，在鞍山化工一厂5 0 0t a 中试；1 9 9 3 年，吉林大学研制的 a p g 小试鉴定通过，在吉林长春康博化工有限公司建成1 0 0 0t a 中试；1 9 9 5 年， 湖北美华日用化工厂建有1 0 0 0t a 生产装置；1 9 9 7 年，四川武胜精细化工厂建成 1 0 0 0t a 生产装置；1 9 9 8 年，金陵石化公司投产建有5 0 0t a 生产装置。 1 2 3 国内a p g 市场与国外对比 国外的生产商如德国h e n k e l 法国s e p p i c 等是采用椰油醇和由玉米、马铃薯、 小麦、淀粉制得的葡萄糖为起始原料，在酸性条件下催化直接合成烷基葡糖苷， 而我国大多数厂家采用醇交换法来生产，所得的产品颜色、外观、气味等无法与 国外同类产品竞争。但此项工作己列入“九五”国家科技攻关项目【”。 1 2 4 烷基糖苷的结构 烷基糖苷的分子式可用通式 r o ( o ) n 来表示，其中g 表示c 5 “ 的糖苷单元；r 表示c 。8 的饱和直 a 型 图1 2 4 1 0 h b 型 烷基；1 1 表示糖单元个数，n = l 时称之为烷基单糖苷；n 2 时统称为烷基多苷。 第9 页 糖苷衍生物的合成与应用 烷基糖苷通常有a 和b 两种构体，其分子结构如图1 2 4 1 所示。 1 2 5 烷基糖苷的合成方法 烷基多糖苷是由谷物淀粉葡萄糖与脂肪醇在酸催化剂作用下生成的产物，其 合成方法主要有以下几种”】。 1 2 5 1 k o e n i g s k n o r r 反应 烷基糖苷最初于1 9 0 1 年按k o e n i g s k n o r r 反应合成5 9 1 ，反应简式如下： 。固，寺。回0 ha懋c00 b a c ，茂回0 ha懋c00 b a c ， 但由于所用催化剂银化物太贵，此法逐渐不再研究。 1 2 5 2 直接苷化法 葡萄糖与醇一步合成糖苷舻0 1 。这个反应的同时，会发生糖的聚合应以及烷基 糖苷与糖的聚合反应。 + r o h 反应式1 2 5 2 1 也有尝试用淀粉为原料一步合成a p g 的【6 1 1 。 第l o 页 + m 0 南京理工大学硕士学位论文 1 2 5 3 转糖苷法( - - 步法) 1 6 2 删 h o h o 1 2 5 4 + r - o n h - ，o 反应式1 2 5 3 1 圆 h o l 圆髓 h d 酶催化法合成烷基糖苷的研究近年来热度很高陌5 ，鲫，很可能成为后起之秀。 ( 1 ) 酶催化直接苷化法【6 7 】 脂肪醇+ 糖 ( 2 ) 酶催化转糖苷法【6 8 1 芳基糖苷+ 脂肪醇j 尘! ! 烷基糖苷 1 2 5 5 原酯法1 6 9 即以硝基甲烷为介质，以溴化汞作催化剂，从业已合成的全乙酰化糖乙酸酯 与脂肪醇来合成烷基糖苷。 第1 1 页 糖苷衍生物的合成与应用 全乙酰化糖原乙酸酯+ 脂肪醇塑! ! 烷基糖苷 c h d q o ， 1 2 5 6 糖的缩酮物醇解【7 0 先由丙酮与葡萄糖生成l ，2 ：5 ，6 一二o 异亚丙基n 呋喃糖，然后在酸催 化下被脂肪醇醇解。 1 2 6 烷基糖苷的性能及特点 ( 1 ) 外观 烷基糖苷是固体非离子表面活性剂，根据烷基及结合的葡萄糖单元数目的不 同。未精制的外观从灰色的粘性固体到棕色的硬蜡状、从金黄色的玻璃状固体到 本色的粉末【7 1 1 。纯n - a p g 为白色粉末，熔点随葡萄糖单元数的增加而升高。软 化点范围在3 0 3 0 0 。 ( 2 ) 溶解度 糖苷一般溶于水和乙二醇，不溶于常用的有机溶剂，但溶于毗啶。溶解度随 烷基链长加长而减小，随聚合度增大而增加。纯的c 1 2 的烷基单苷在水中溶 解度很小，由月桂醇制得的a p g 在存放中会析出十二烷基单苷5 2 】。 ( 3 ) 吸湿性与粘度 糖苷为吸湿性的固体，宜以水溶液形式贮存。可配成5 0 - 7 0 的水溶液泵送， 加入少量乙醇可大增加溶解、降低粘度。温度对粘度的影响较明显，如表1 2 6l 示1 4 8 】。 表1 2 6 1 三种糖苷的粘度与温度的关系 第1 2 页 南京理工大学硕士学位论文 ( 4 ) h l b 值【7 2 】 h l b 值( 亲水亲油平衡值) 常用于预测表面活性剂的物理化学性质和应用 领域。 表1 2 6 2 h l b 值 3 石7 91 0 - - - 1 4 1 4 用途 油包水乳化剂润湿剂洗涤剂、清洁剂 溶剂、水包油乳化剂 烷基糖苷( 8 3 9 ) 的h l b 值集中于1 0 1 4 之间，非常适用作洗涤剂和清洁 剂。碳链长不同h l b 值不同，因而可根据烷基碳链长度的不同进行调整，以适 于与其他表面活性剂配伍。 ( 5 ) 表面张力 表面活性剂的基本特点是能显著地降低溶剂的表面张力。不同烷基糖苷的表 面张力及水和油界面的界面张力不同。 表1 2 6 3 不同烷基糖苷的表面张力( 达因，厘米) 从表中可知，烷基糖苷的表面活性随碳数的增加而增加，0 1 的十二烷基苷 第1 3 页 糖苷衍生物的合成与应用 的表面张力比t x - 1 0 还低。 ( 6 ) 起泡力 苷类表面活性剂泡沫的显著特点是细腻稳定，其泡沫力属中上水平。泡沫力 随葡萄糖单元数增加而降低，见表l2 65 。泡沫受硬度的影响很大，硬度大则发 泡力降低。原因是部分a p g 随着离子强度的上升形成了诸如乳浊液滴式第二相， 使得水表面上的表面活性剂分子变少，降低了a p g 的发泡力。 研究表明”，烷基链长度为1 0 3 的烷基糖苷的泡沫性能为最高。当接近临 界胶束浓度时，泡沫性能有明显的突跃。 ( 7 ) 去污力 研究表明吲，碳数为1 1 时去污值最大，而后迅速下降，这是由于c 1 2 烷 基单苷在水中溶解度, f l t d , 之故。 表1 2 6 5 不同烷基糖苷的泡沫力 ( 8 ) 溶液性能 烷基糖苷以多羟基作为亲水基团，没有浊点和凝胶范围。它具有良好的增稠 作用，平均烷基碳链长度为1 2 8 的粘度比9 1 的高一倍以上。烷基糖苷具有独特 的溶解性能，在碱液和酸液中溶解并具有稳定浓度。在碱液中的稳定浓度随着烷 基碳链的增长而降低，在酸液中的稳定浓度随着酸性的增强而降低嗍。 ( 9 ) 毒理性及生物降解性 第1 4 页 南京理工大学硕士学位论文 糖苷相对无毒无刺激，刺激指数基本为零 4 8 1 。用蚯蚓作急性试验甚至于 6 5 4 m g l 的最高浓度时，也看不到效应。无论对a p g 的好氧生物降解还是厌氧 生物降解，a p g 都有最高的最终降解。用模拟污水处理厂的条件来研究降解和 消除习性，仅1 周a p g 消除率已达9 8 。因此a p g 被划归为第一类表面活性 剂对水危害1 级( 最轻微级) 1 4 9 1 。 ( 1 0 ) 皮肤刺激性 烷基糖苷皮肤刺激性明显低于其它表面活性剂【7 2 i ，属于温和型表面活性剂。 烷基碳链越长皮肤刺激性越低。若将烷基糖苷与l a s 以3 ：l 混合，所形成的溶 液的皮肤刺激程度与烷基糖苷相似，明显低于l a s 。 ( 1 1 ) 抗菌性 c 8 1 2 烷基糖苷具有广泛抗菌活性，其抗菌性随烷基碳链的增长而增强；烷 链相同时，吡喃甘露糖基的抗菌活性最大，毗喃葡萄糖苷次之，毗哺半乳糖最小 【7 3 】。 ( 1 2 ) 配伍性能 a p g 可单独使用，也可复配使用。当a p g 、月桂醇醚羧酸钠和p e g - 1 5 0 二 硬脂醇酯以3 ：3 ：2 比例复配时效果最佳。 1 2 7 烷基糖苷的应用 利用a p g 对皮肤温和无刺激性泡沫丰富细腻的特点，a p g 常用于作洗涤剂、 化妆品、乳化剂、破乳剂、发泡剂、消泡剂、增稠剂、分散剂、防尘剂等。 作为反应中间体，a p g 既可作为表面活性剂直接使用，也可作为中间体利 用其糖单元上的羟基进行化学改性。例如，a p g 与e o p o 、脂肪酸酯、醚型加 合获得非离子型衍生物；a p g 与s 0 3 、氯磺酸或氨基磺酸磺化生成a p g 硫酸盐 以提高a p g 的水溶性；a p g 与丙烯腈催化加氢生成两性离子型衍生物等等。 第1 5 页 糖苷衍生物的合成与应用 2 芳苷的合成与表征 2 1 实验原料和仪器 2 1 1 原料与试剂 所用试剂中除反应原料是分析纯外，溶剂、洗脱剂等均为化学纯，蒸馏水自 制，正十二醇正丁醇为工业纯，硅胶板( h s g - 2 5 4 ，2 0 c m x2 0 c m ) 2 1 2 测试手段 b r a k e ra m 5 0 0 h z 核磁共振仪；傅利叶红外光谱仪( f t 皿) 为b r u d e rv e c t o r 2 2 型，k b r 压片法；p e r k i n - e l m e r2 4 0 c 元素分析仪；t l c 跟踪实验，浓硫酸显色 2 2 合成和表征 2 2 1 1 , 2 ，3 ，4 ，6 氧五乙酰基b d 葡萄糖( 1 ) 合成方程式： 馘揣a 尜秒c 反应式2 2 1 1 将5 9 乙酸钠和x m l 乙酸酐加入到三口烧瓶中，搅拌加热，使溶液沸腾；乙 酸钠完全溶解后。移走热源、关上搅拌器。加入0 3 9o - d 一葡萄糖，然后小心加热 至沸腾。移走热源、开动搅拌器，慢慢地分批加入9 7 9n - d - 葡萄糖。最后加热至 第1 6 页 、 南京理工大学硕士学位论文 沸腾，冷却至室温，倒入2 0 0 m l 冰水中搅拌3 小时，得白色固体。过滤，用水 洗三次( 每次2 0 m l ) 。得白色固体，置于空气中干燥过夜。将干燥的固体用无 水乙醇重结晶得，白色晶体y g 。产率：m m p ：1 3 0 。1 3 i c ( 文献值1 3 2 c ) t l c ( 展层剂为石油醚：乙酸乙酯= 2 ：1 ) ：r f = 0 5 8 旋光度：+ 5 ( c = 5 于氯仿中) ( 文献值+ 5 o 5 。) 瓜旧r ) ：2 9 7 0 4 ，2 9 1 4 o ( s ，c h 2 ，c h 3 ) ， 1 4 2 3 0 ，1 3 7 5 1 ( s ，c a ) ，1 7 4 6 s ( s ，c = 0 ) ， 1 0 3 96 ，1 0 7 44 ( s ，c o c ，酸酐) ，1 2 2 5 6 ( s ，c - o - c ，醚) 锄- 1 2 2 2 1 , 2 ，3 ，4 ，6 氧一五乙酰基ad 葡萄糖( 2 ) 合成方程式： h 蕊h a 甄。 反应式2 ，2 2 ，l 将7 0 m l 乙酸酐加入到三口烧瓶中，将其放入冰水中冷却后，慢慢加入05 m l 6 0 的h c l 0 4 。加热至室温、搅拌下慢慢加入1 0 9 干燥的- d 葡萄糖。在此反 应中保持反应温度3 0 4 0 。继续搅拌半小时后，倒入3 0 0 m l 的冰水中，搅拌2 小时后，得白色沉淀，过滤，用水洗涤固体三次( 每次2 0 m l 水) 。得白色固体， 置于空气中干燥过夜后，将干燥的固体用乙醇重结晶。干燥后得晶体1 7 2 9 。产 率为7 9 4 ( 文献值8 3 ) n a p ：1 1 1 - n 2 c ( 文献值i l l - 1 1 3 c ) 旋光度：+ 9 5 。 ( c = 5 ，于氯仿中) ( 文献值+ 1 0 0 + _ 2 。) 瓜呷r ) ：2 9 9 6 2 ，2 9 3 0 o ( s ，c h 2 ，c h 3 ) ，1 4 3 25 ，1 3 8 1 7 ( s ，c a ) ，1 7 4 2 7 ( s , c 5 0 ) ， 1 2 2 9 s ( s ，c o - c ，酸酐) ，1 1 3 8 7 ，1 0 3 7 4 0 ，c - o - c ) c m - 1 第1 7 页 糖苷衍生物的合成与应用 2 2 3 溴2 ，3 ，4 ，6 o 四乙酰基d 葡萄糖( 3 ) l s s 合成方程式： b r 将1 0 0 m l 乙酸酐加入到三口烧瓶中，然后将其放入冰水中冷却后。慢慢加 入0 6 m l 6 0 的高氯酸。加热至室温，搅拌下，慢慢加入2 5 9 的旺d 葡萄糖， 反应温度控制在3 0 - 4 0 c 。并在温度为3 0 - 4 0 下搅拌0 5 小时，然后将反应的温 度控制在室温下搅拌2 小时后，加入7 5 9 赤磷；接着在2 0 以下加入1 5 m l b r 2 将 反应温度控制在2 0 以下搅拌o 5 小时后，加入9 m l 水。体系保持室温搅拌2 小 时，然后加入7 5 m l 三氯甲烷，过滤，然后用2 0 m l 三氯甲烷冲洗烧杯和漏斗。三氯 甲烷液倒入2 0 0 m l 冰水搅拌0 5 小时后分液。三氯甲烷层再倒入1 0 0 m l0 c 的 水中后，置于分液漏斗中进行分液。加入2 0 m l 三氯甲烷于原来的水相后再分液。 然后将三氯甲烷层倒入1 3 0 m l 的饱和n a h c 0 3 水溶液中搅拌后，置入分液漏斗 中进行分液。三氯甲烷层用无水n a 2 s o 干燥3 小时后。将其进行旋转蒸发( 温 度低于6 0 c ) 。得到的固体转移到研钵中磨碎。固体转入烧杯加入1 3 0 m l 2 ：l ( 体 积比、的石油醚和乙酸乙酯。过滤，用l o m l 冷无水乙醚冲洗剩余物。固体用减 压n a o h 干燥，然后用乙醚重结晶。得黄色固体4 9 3 9 ，产率8 3 1 。t l c ( 展 层剂为石油醚：乙酸乙酯- 2 ：1 ) 对卸6 8 3 的合成中，在加入- d 葡萄糖的过程中应把温度控制在3 0 - - 4 0 c 之间，如果 温度过高反应物极易变黑。产物在干燥器室温干燥时，极易分解出i - i b r ，使l 一 溴- 2 ，3 ，4 ，6 - 0 四乙酰基a - d 葡萄糖易变黑、变粘稠，所以应在温度很低下干燥 ( 如冰箱里) 或保存在丙酮溶液中。 第1 8 页 南京理工大学硕士学位论文 2 2 4 4 丁氧基苯酚( 4 ) 合成方程式 一。 。批e r 型斗一 。叫。 反应式2 2 4 1 4 带有磁力搅拌、回流冷凝管( 上端装有干燥管) 、恒压滴液漏斗及氮气保护 的2 5 0 m l _ ( 咀口烧瓶内，加入1 0 克( o 0 9 m 0 1 ) 氢醌，9 m l ( 0 0 8 m 0 1 ) 溴丁烷和3 0 m l 无 水甲苯和1 5 m l 水，通n 2 。加热至回流，缓慢滴入n a o h - h 2 0 溶液( 4 5 克n a o h 溶于1 0 m l 水中) ，回流6 小时，停止反应。取甲苯层，水层用甲苯多次萃取，合 并甲苯层，用水多次洗涤。再用n a o h ( 5 ) 提取几次，取n a o h 层。用h c i 中 和，析出银灰色滤饼，过滤。将固体用正己烷重结晶，室温冷却得白色片状晶体 71 克，得率4 7 。熔点6 4 - 6 5 ( 文献值 7 4 】6 4 - 6 5 ) 。 i r ( k b 0 ：3 3 5 2 3 ( s ，o h ) ，3 0 8 1 3 ，3 0 3 6 2 ( s ，a t - h ) ，2 9 7 0 0 ，2 9 1 6 8 ( s ，c h 3 ) ， 1 2 3 93 ( s ，c - o ) ，1 4 5 6 3 ，1 5 1 2 7 ( 苯环骨架) c m 1 2 2 5 4 苯甲氧基苯酚( 5 ) 合成方程式： n o - o h + 一“竿n 蛾咆 反应式2 2 5 1 带有磁力搅拌、回流冷凝管( 上端装有干燥管) 、恒压滴液漏斗及氮气保护 的2 5 0 m l 四口烧瓶内，j i a 3 5 克( 0 0 3 1 $ m 0 1 ) 氢醌，1 1 m l ( 0 0 9 5 6 m 0 1 ) 氯苄和5 0 m l 无水乙醇，通n 2 。加热至回流，缓慢滴入n a o h - c 2 h s o h 溶液( 1 3 克n a o h 溶 于2 0 m l 乙醇中) ，待溶液呈中性后，停止反应。过滤，得白色的片状晶体( i ) ， 第1 9 页 糖苷衍生物的合成与应用 熔点1 2 6 1 2 6 5 c ( 文献值1 7 5 11 2 7 1 2 9 。c ) 。将滤液减压蒸发，除去乙醇，残余物 用大量水冲洗，过滤得灰色滤饼。用w ( n a o h ) = 2 0 的水溶液溶解，过滤。棕 色滤液用盐酸中和，过滤得灰色固体，再用乙醇水重结晶，室温冷却得白色片 状晶体( i d ，熔点1 2 0 1 2 1 ( 文献值1 1 9 1 2 1 ) 。 1 r ( k b 0 ：- 3 - 3 8 6 ：8 ( s ，o 田，3 0 3 2 8 ( s ，时- i a ) ，2 9 0 1 8 ，2 8 6 4 4 ( s ，c h 3 ，c h 2 ) ，1 2 4 02 ( s ，c o ) 1 0 1 5 9 ( w ，c o ) ，1 5 1 19 ，1 4 5 3 o ( 苯环骨架) ，1 3 6 7 9 ( s ，c h ) c m - 1 2 2 6 2 , 3 ，4 ，6 o i te , 酰基1o 苯基- 葡萄糖苷( 6 ) 合成方程式 瓢。反二鼬 称取5 9 ( 0 0 1 2 8 m 0 1 ) n - d - 葡萄糖置于烧瓶中，加入5 9 ( 0 0 5 3 m 0 1 ) 苯酚及o 0 5 9 对甲基苯磺酸( 经干燥) ，在1 0 0 c 水浴中搅拌1 小时，同时抽真空。用1 0 m l l ，2 一 二氯乙烷提取所得的棕黑色浆状物。再依次用水( 2 2 0 m 1 ) 、5 n a o h 溶液( 4 2 0 m 1 ) 、3 6 乙酸( 2 1 0 m 1 ) 洗涤，n a 2 s 0 4 干燥，过滤。减压抽去溶剂后得 浅黄色糖浆。倒入1 0 m l 热乙醇，置于冰箱过夜，析出白色晶体，干燥得42 9b d 1 0 苯基2 ，3 ，4 ，6 - 四乙酰基0 葡萄糖苷。 母液用硅胶柱分离( 洗脱液为石油醚：乙酸乙酯= 2 ：1 ) ，得d 型0 6 9 ，又得b 构型o 4 9 。数据如下： p 构型：m p 1 1 肚1 1 5 ( 文献值m 1 1 2 5 1 2 6 1 2 ) 。r f ：0 8 7 9 得率8 4 6 ( 文献值 8 5 ) m ( r d 3 0 ：1 4 9 8 4 ( s , c = c ，苯环骨架) ， 1 6 4 80 ，1 5 9 8 5 ( s , c - h , 苯环) ， 3 0 6 5 o ( s ，a 卜目，1 7 4 3 2 ( s ，c = o ) ，1 2 2 7 1 ( s ，c - 0 ，醚) ，1 0 3 9 5 0 ，c - o ，酸酐) c m - 1 第2 0 页 南京理工大学硕士学位论文 n 构型： m ( 1 0 3 0 m p 1 0 9 1 0 9 5 ( 文献值t 7 6 1 1 1 5 c ) 。 1 4 9 8 4 ( s , c = c ，苯环骨架) ， 3 0 6 5 o ( s ，a r - r 0 ，1 7 4 32 ( s ，c = 0 ) ，1 2 2 7 r f ：07 8 8 得率1 1 0 1 6 4 8 0 ，1 5 9 8 5 ( s , c h 苯环) ， 1 ( s ，c o ，醚) ，1 0 3 9 5 ( s ，c o ，酸酐) c m 1 2 2 7 2 , 3 ，4 ，6 一o 四乙酰基1o 对氯苯基葡萄糖苷( 7 ) 合成方程式 蚕。+ 。心。一舔， d 反应式2 2 7 1 称取5 9 ( 0 0 1 2 8 m 0 1 ) a - d 一葡萄糖置于烧瓶中，加入8 9 ( o 0 6 2 2 m 0 1 ) 对氯苯酚及 0 0 5 9 对甲基苯磺酸( 经干燥) ，在1 0 0 ( 2 水浴中搅拌1 小时，同时抽真空。用 5 0 m l l ，2 一二氯乙烷提取所得的棕黄色浆状物。再依次用水( 2 x 2 0 m 1 ) 、5 n a o h 溶液( 4 x 2 0 m 1 ) 、3 6 乙酸( 2 1 0 m 1 ) 洗涤，n a 2 s 0 4 干燥，过滤。减压抽去溶 剂后得浅黄色糖浆。用3 0 r n l 热乙醇重结晶得白色晶体，经干燥得4 3 91 3 型糖苷。 母液用硅胶柱分离( 洗脱液为苯：甲醇= 1 0 0 ：1 5 ) ，得a 型0 7 9 ，又得1 3 构型 o 3 9 。数据如下： a 构型：m p 7 5 7 9 r f ：0 3 6得率1 1 9 皿( k b r ) ：6 7 5 8 ( s ，c - c t ) ，1 4 9 3 6 ( s ，c = c ，苯环骨架) 1 6 4 8 0 ，1 5 9 1 2l ( s ，c - h , 苯环) ，