（应用化学专业论文）甲壳多糖衍生物的合成及其应用研究.pdf

中文摘要 糖类物质是自然界存在的一大类具有广谱化学结构和生物学功能的化合物， 在体内具有重要的和复杂的生理作用。许多单糖本身具有抗菌、抗病毒、抗肿 瘤活性。2 脱氧一d 葡萄糖( 2 d c o x y d g l u c o s e ) 是一种稀有的天然单糖，与葡 萄糖在代谢过程中竞争己糖激酶，能抑制葡萄糖的代谢，干扰病毒特异性糖蛋 白的合成，有效抑制疱疹单病毒、r n a 和d n a 包膜病毒、乳腺癌细胞增殖。1 ， 3 ，4 ，6 - o 四乙酰2 一氨基d ，葡萄糖( 1 ，3 ，4 ，6 - t c t r a a c c t y l 2 一a m i n o d g l a c o s e ) 是d 一氨基葡萄糖的重要衍生物，具有d 氨基葡萄糖的抗肿瘤、抗病毒和抗疟疾 等潜在生理活性，是合成糖苷类化合物、寡糖及糖复合物的重要中间产物，在 糖化学研究领域具有重要的意义。 本文的研究内容分为三个部分。一是以甲壳素为原料合成了2 脱氧d 葡萄 糖，降解甲壳素得到氨基葡萄糖盐酸盐，氨基葡萄糖盐酸盐脱除氨基合成葡萄 糖氯化衍生物，经还原合成2 脱氧d 葡萄糖。本方法的刨新点在于利用甲壳素 为原料，生产成本低廉，且合成操作简单易行。二是以氨基葡萄糖盐酸盐原料 合成1 ，3 ，4 ，6 - o 四乙酰2 一氨基d 葡萄糖，通过4 甲基2 戊酮和氨基生成希 夫碱保护氨基，在对羟基进行酰化后水解脱去氨基保护。本法采用4 甲基2 戊 酮为氨基保护试剂，一锅法合成氨基保护的全乙酰化氨基葡萄糖，操作方便， 去保护条件温和，而不会带来由于酯键水解而引起的副产物。三是以2 脱氧d 葡萄糖为药物，以聚乳酸为载体制各了载药微球，研究了2 脱氧d 葡萄糖在体 外释放动力学。作为一种极具市场潜力的药物，2 脱氧d 。葡萄糖的剂型研究目 前还是空白。作为一次初探性的研究，本论文采用了聚乳酸作为药物载体，通 过溶剂挥发法制备2 脱氧d 葡萄糖缓释微球。 关键词：2 脱氧d 葡萄糖，1 ，3 ，4 ，6 - 0 四乙酰2 氨基d 葡萄糖，壳聚糖 合成与表征，载药微球，体外释放动力学 a b s t r a c t t h eg l u c i d ei sac l a s so fo r g a n i cs u b s t a n c e sw i t haw i d er a n g eo fc h e m i s t r y s t r u c t u r e sa n db i o l o g i c a lf u n c t i o n s d i f f e r e n tk i n d so fm o n o s a c c h a r i d ec a nf o r m o l i g o s a c c h a r i d ea n dp o l y - s a c c h a r i d e a d d i t i o n a l l yt h e yc a l lc o m b i n ew i t hp r o t e i n ， l i p i d a n d o r g a n i cs m a l l m o l e c u l et of o r md u c o c o n j u g a t e s t h e s ec o m p l i c a t e d g l u c i d ec o m p o u n d sp a r t i c i p a t ei nm a n yi m p o r t a n tb i o l o g i c a la c t i v i t i e so ft h eb o d y al o to fm o n o s a c c h a r i d e sh a v ea n t i b a c t e r i a l a n t i v i m sa n da n t i c a n c e ra c t i v i t y 2 - d e o x y d - g l u c o s ei san a t u r a lm o n o s a c c h a r i d ea n dt h ea n a l o g yo fg l n c o s e i nt h e m e t a b o l i s mp r o c e s so fg l u c o s ei tc o m p e t e sw i t hg l u c o s et oi n t e g r a t ew i t hh e x o s i d a s e ， t h e ni n h i b i tg l u c o s em e t a b o l i s m i tc a ne f f e c t i v e l yi n h i b i th e r p ss i m p l e xv i r u sa n d r n a 、d n a e n v e l o p e dv i r u s e s l i k ea s i n f l u e n z a ，s a r s ，a i d sa n d i n t e r f e r e w i t h t h e s y n t h e s i so fv i r u sg l u c o p r o t e i n 1 , 3 ，4 ，6 一t e t r a a c e t y l 一2 一a m i n o - d - g l u c o s ei st h em a i n d e r i v a t i v eo f 2 - a m i n o d - g l u c o s e w h i c h p o s s e s s e s s o m e b i o l o g i c a la c t i v i t i e s i n c l u d i n ga n t i t u m o r , a n t i v i r u sa n da n t i i m p a l u d i s m i ti sa l s ot h ei n t e r m e d i a t e s u b s t a n c ei nt h es y n t h e s i so fg i u c o s i d e sa n d g l u c o c o n j u g t e s 1h i st h e s i sw a sd i v i d e di n t ot h r e e p a r t s t h e f i r s tw a st h e p r e p a r a t i o no t 2 - d e o x y - d - g l u c o s ef r o mc h i t o s i nb yd e g r a d a t i o na n da m i n op r o t e c t i o nf o l l o w e db y a c e t y l a t i o n d e p r i v a t i o n o fa m i n ot of o r m2 - c h l o r i n e 一2 - d e o x y - d - g l u c o s ea n d r e d u c t i o n ，t h em a i na d v a n t a g eo ft h i sm e t h o dw a st ou s ec h i t o s i na st h er a wm a t e r i a l w h i c hw a sar e p r o d u c i b l eo c e a nr e s o u r c et or e d u c et h ec o s t t h es e c o n dp a r tw a st h e p r e p a r a t i o n o f 1 , 3 ，4 ，6 - t e t r a a c e t y l 一2 一a m i n o d - g l u c o s e 4 - m e t h y l 一2 - p e n t a n o n e p r o t e c t e dt h ea m i n oa s an e wa m i n op r o t e c t i v ea g e n tt of o r mt h es c h i f fb a s e ， f o l l o w e db ya c e t y l a t e dt h er e s th y d r o x y li no n ep o t t h ec o n d i t i o no fd e p r o t e c t i o n w a sm i l da n de a s y f i n a l l yt h em i c r o s p h e r eo f2 - d e o x y - d g l u c o s el o a d e dw i t h p o l y l a c t i d ew a sp r e p a r e da n dt h er e l e a s eb e h a v i o rk i n e t i c si nv i t r ow a ss t u d i e d t h e p h a r m a c yo f2 - d e o x y d - g l u c o s ea sap o t e n t i a ld r u gh a d n tb e e nr e s e a r c h e d k e y w o r d ：2 - d e o x y - d - g l u c o s e ，1 , 3 ，4 ，6 一t e t r a a c e t y l 一2 - a m i n o d - g l u c o s e ，c h i t o s i n ， o r g a n i cs y n t h e s i s ，m i c r o s p h e r e ，t h er e l e a s eb e h a v i o rk i n e t i c si nv i t r o i i 武汉理1 大学矮学棱论文 第1 章绪论 熏董引言 糖、蛋白质及核酸是三类最基本的生命物质。在生命过程中，葡萄糖、淀粉 及糖元作为能量物质，纤维素、几丁质锦作为结构物质，早已为人们所熟悉。在 近3 0 年来，随麓分子生物学特别是细臌生物学的高速发展，糖的其它诸多生物 举功能褥以不断地被揭示和认识。糖化掌和糖生物学已经成为2 1 世纪生命科学 领域的热点1 1 i 。 1 2 糖的生物功能 糖类是一种蓬要的信息分子，与d n a 不同，糖类的作用不楚储存储息，而 是信息识别。如人类的a b o 血型以及棚关血型抗原性怒由糖链决定的；在细胞 癌交过程中观察捌含有分支结构的糖键糖复合物的结构和数量郝有变化f 3 i 。铆 如，肝癌病人的觑清中，转铁蛋囱糖链的各莘申糖形与正常转铁蛋臼糖链不同。正 常的转铁蛋自的糖链中9 0 戬一t 是二分支的结构，而且。岩藻糖的含爨较低； 癌变盾，糖链中三、四分支( 尤其是三分支) 结构可丹高剁2 0 。3 0 ，糖链中的 “岩藻糖的含量瞧增多。 糖类的结构比核酸和蛋白质盥复杂，趿为单糖具有多个可以反应的羟基，糖 类结构研究的困难不仅在于同一结构糖链可以有多种异构体，而艇还在于简一个 糖复合物中的糖链的不均一性。在研究糖链所携镑的信息时，不仅要考虑糖链的 结构，丽且要定鬣城分析阿一糖基仡位崴的糖镶的各种糖形的稳对鞋= 例哺。不同 类型豹单糖可以与其它类型豹分子形成糖缀合物。接到肽链上，可衍生为糖蛋匀， 及蛋白聚糖；接至0 脂质分予上，可衍生为糖脂；接至0 许多不同类搿的有机小分子 上，可衍生为糖蛰。糖蛋白和糖滕都是细胞膜的整要组成部分，作为生物信息的 携带者和传递者。大量攀实表明，糖缀台物在发挥生物功能的过程中超决定作 髑的往往是其中鲍寡糖残綦。寡糖是糖缀合物发撵生物功能所必嚣豹。寡糖链的 识别俸用决定蓍细胞的识别、集浆及受体作用；还决定着糖缀合物的组装、转运、 消化失滔及分类储藏等；寡糖链逐可以通过物理佟用影噍糖缀合物的 厅覆空间结 构及水溶性等，进而影响糖缀合物的生物功能。闲此，生命现象中一切最本质的 裘现形式，包括物质输运、能量转移及分子阅的相互作髑，都与糖密不可分。 武汉理l ：人学硕十学位论文 1 3甲壳素和壳聚糖的制备和应用研究 甲壳素是一种天然直链状酰胺多糖，可命名为：1 ，4 + 2 乙酰胺基2 脱氧b d 葡聚糖，是n 一乙酰胺基d 一葡胺糖通过g - 1 ( 1 ，4 ) 苷键连结的直链状多糖。甲 壳素是广泛存在于昆虫和甲壳类动物( 如虾、蟹等) 的有机物之一，在虾、蟹壳 中的含量达1 5 3 0 。甲壳素是自然界中，除纤维素外数量最大的有机高聚物 5 , 6 1 。 壳聚糖是甲壳素的主要衍生物，是由甲壳素经氢氧化钠脱乙酰基后得到的 一种脱乙酰度7 0 以上天然高分子氨基多糖，完全脱乙酰化的壳聚糖的化学名为 1 3 - ( 1 ，4 ) 2 一氨基2 脱氧d 葡聚糖，壳聚糖和甲壳素之间没有严格的界限。壳聚 糖是由2 氨基葡萄糖以1 3 - ( 1 ，4 ) 糖苷键连接形成线形多糖( 图1 - 1 ) 。 图1 - 1 壳聚糖的线形结构 h 1 3 1甲壳素和壳聚糖的制备 1 、利用甲壳动物直接提取法 甲壳索的提取过程实际上就是甲壳素与蛋白质、碳酸钙的分离过程。一般用 酸浸泡除去碳酸钙用碱浸泡除去蛋白质即可。目前，虾壳脱钙的方法有h a c k m a n 法、f o s t e r 法、p e n i s t o n 法等多种方法 5 】。h a c k m a n 法是先把虾壳洗净干燥，用 h c l 在室温下浸泡5 h ，然后用水洗至中性，烘干，粉碎成粉末。再用h c i 溶液 5 0 0 m l 在0 。c 浸泡搅拌2 天，使盐酸与壳粉充分作用。过滤清水洗涤至中性，接 着用n a o h 在1 0 0 浸泡1 2 h ，同时搅拌，碱处理重复4 次。最后用清水洗至中 性，烘干，制得甲壳素。该方法的特点是产物中不含无机盐，脱钙彻底。f o s t e r 法是以e d t a 代替酸碱脱除c a c 0 3 、蛋白质和脂肪。在常温和p h 9 0 的条件下， 将虾、蟹壳与e d t a 相互作用脱除蛋白质和脂肪，p h 3 0 的条件下脱除c a c o ， 该方法的缺点是对钙、蛋白质和脂肪的脱除不彻底，并发生部分脱乙酰化作用， 导致生成的壳聚糖在脱除c a c 0 3 时溶于水，降低甲壳索的收率。p e n i s t o n 法是选 2 武汉理t 大学硕十学位论文 用亚硫酸代替盐酸脱钙。由于亚硫酸比盐酸价格高，因此，该法在使用过程中需 要解决亚硫酸循环使用问题。由于氯化钙溶解度大，盐酸来源广，价格便宜，冈 此，与p e n i s t o n 法相比，h a c k m a n 法使用盐酸脱钙的效果好，工艺简单，成本低 廉。 近年来，人们对制取甲壳素壳聚糖的工艺研究进行了一系列改进：( 1 ) 用二次 干法制取的壳聚糖脱乙酰度大于7 5 ，降低了原料消耗和能耗。f 2 1 采用7 0 7 2 的温度，以4 0 5 0 的氢氧化钠溶液进行脱乙酰化反应，保温1 2 1 3 h 条件下 制得粘度高、色泽纯白的壳聚糖。( 3 ) 采用真空度为6 0 6 x 1 0 4 p a ，浓度为4 0 的 氢氧化钠溶液处理甲壳素1 h ，可制得稳定性好的永溶性甲壳素。h 1 采用浓度递 减，循环浸酸以及与脱蛋白的交叉处理工艺来制取甲壳素，并用浓碱在真空度 6 0 6 x 1 0 4 p a ，反应温度7 0 - - 8 0 的条件下处理，得到分子量在3 0 1 x 1 0 5 以上，脱 乙酰度为9 1 的壳聚糖凡以上改进方法均采用虾蟹为原料，这些提取工艺存在 下列问题：需要大量强酸强碱，成本高，腐蚀性强且污染大；用浓碱脱乙酰基时， 易发生降解，产品质量不易控制。 2 、微生物发酵制备法 随着发酵技术的新发展，目前发现一种极有前途的利用发酵工业的大量菌丝 体提取甲壳素的方法，称为微生物发酵制备法。这种方法不仅能变废为宝，且产 品纯度高，原料来源丰富，不受地点、季节的限制，降低了生产成本【。 8 0 年代，国外发现在毛霉菌属菌丝体中含有丰富的甲壳素和壳聚糖，而且 容易分离提取。王慧杰等f 9 j 将鲁氏毛霉培养2 天，得到产率为菌丝体干重的8 8 和7 4 剜j 勺甲壳素和壳聚糖，并对产物进行了红外光谱分析，发现来源于微生物 与来源于虾蟹壳的甲壳素和壳聚糖样品的红外光谱完全一致，且壳聚糖的脱乙酰 达到7 2 5 ，高于由虾蟹壳中得到的壳聚糖的脱乙酰度。贺淹才等i s 】采用电解法 从培养的黑曲霉湿菌体制甲壳素，方法是将菌体浸在2 的n a o h 的溶液中，电 压3 0 v ，相对电流强度1 5 m a 条件下电解菌体，4 h 2 2 h ，得到收率为2 0 6 的白 色半透明状的固体甲壳素；采用碱提取法从培养的黑曲霉湿菌体制壳聚糖，方法 是将捣碎的黑曲霉湿菌体经n a o h 溶液处理后，用1 0 醋酸，9 5 1 0 0 处理 3 h ，抽提2 次后离心得到产率1 2 1 的白色絮状的壳聚糖。 1 3 2 甲壳素和壳聚糖的应用研究 由于分子结构中大量氨基的存在，壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，因 而具有许多独特的理化性质和生理功能。壳聚糖具有很强的抗肿瘤活性，在体外 就可以直接抑制癌细胞的生长睁1 0 “”，g u m i n s k am f l 2 1 等通过体外实验观察壳聚 3 武汉理t 大学硕士学位论文 糖通过抑制糖酵解来抑制e h r l i c h 腹水肿瘤细胞能量代谢，减少细胞的葡萄糖摄 取和a t p 水平而发挥抗肿瘤作用，但对正常细胞和肌细胞没有不良影响：壳聚 糖是天然高分子抗菌材料，它不仅抗菌性能优异，而且对人体亲和性好，无刺激 作用，无毒副性，由它生产出的抗菌织物吸湿透气、手感等性能较好，这些都是 目前其它非天然抗菌材料所无法比拟的阻“1 5 】；壳聚糖具有良好的保湿、吸温 性能，它在化妆品行业的应用也得到了迅速的发展，研究发现，添加壳聚糖的洁 肤、护肤液具有良好的吸湿、保湿性能m1 7 1 ：壳聚糖与人体细胞有很强的亲和 性，可被体内的酶分解而吸收，对人体无毒性和副作用，加上良好的吸湿性、纺 丝性和成膜性，因而广泛地被开发应用，成为优良的生物医学j 药学材料，如医 用纤维和膜，药物载体及凝血剂等1 1 b ”】。 1 4 糖的衍生化反应及衍生物的生物功能 1 4 1 糖的衍生化反应 1 、糖分子异头碳上的反应 异头碳是指醛糖的c 1 和酮糖的c 2 ，它们是单糖分子中最有活性的部分。 在酸的催化下，醇与糖的异头碳发生缩醛反应，生成糖苷，这个反应称为f i s c h e r 糖基化反应。糖苷分子中来自于醇的部分称为非糖体，来自于糖的部分称为糖基， 两部分之间通过氧原子相连。在一般的糖苷中，非糖体和糖基部分来自两个分子。 但是由于糖的多羟基性质，分子内的某个羟基就有可能与端基的羟基进行分子内 反应，使非糖体和糖基部分都处于同一个分子之中，这就是吡喃糖或呋喃糖的缩 水内醚，也称为分子内的糖苷。1 ，6 - 缩水内醚糖是最稳定的缩水内醚糖，除此 之外还有1 ，2 、1 ，3 一、和1 ，4 - 缩水内醚。当d 阿罗糖、d 半乳糖、d 葡萄糖、 d 甘露糖在含有对甲苯磺酸的d m f 中加热，恒沸去水时，分别得到7 8 、8 7 、 3 5 和8 6 的1 ，6 - 缩水内醚，半乳糖的1 ，6 - 缩水内醚能用直接结晶法得到，产 率3 3 1 2 0 1 。d 葡萄糖的1 ，6 - 缩水内醚在进行分子内反应时，所有羟基都处于直 立键，立体位阻大，所以不稳定。1 ，6 - 缩水内醚糖与糖苷性质相近，它们在碱 的水溶液中稳定，但是能在酸催化下开环。生成糖昔和缩水内醚的反应，都是异 头碳上的亲核取代反应。异头碳除了与醇和糖分子本身的羟基发生亲核取代反应 外，还能与硫亲核试剂，生成硫代糖苷；与氮亲核试剂生成腙和脎；与碳亲核试 剂发生亲核加成反应，生成碳链增长的多元醇。 2 、糖分子非异头碳原子反应 很多反应能在糖的非异头碳原子上发生。糖的羟基被氢、氨基、硫醇、卤素 4 武汉理工大学硕士学位论文 或烷基取代( 图1 2 a ) ；c h 键上的h 原予被取代，得到稳定的化合物( 图1 - 2 b ) ； 此外羟基被分子内取代，得到缩水内醚糖( 图1 - 2 c ) ；如果环上的氧原子参与了分 子内的取代反应，环的大小还会发生变化( 图1 - 2 d ) ；如果环上的碳原予参与了分 子内的取代反应，环就会缩小，并得到支链的糖( 图1 - 2 e 1 。羟基的氧化给出羰基 化合物f 图1 - 2 0 ，而消除反应一般给出烯或烯醇或烯二醇，所有这些化合物都能 进行加成反应，得到饱和的化合物f 图1 - 2 9 ) t ”j 。 重 量 h - 一量o h 生hx - 一i _ h 荸詈 h 一。h ! - h 一。h 诱h o 二8 吣l 一” i 一- 2 h 一i _ o hj lx d o h ：； h 、o 篝警。 上暑。 一x ：h 图1 - 2 糖的异头碳原子上的反应 h 3 、糖的羟基反应 糖的羟基显示出许多与一般醇的羟基类似的化学性质，如能够被取代，得到 醚、酯、缩醛等。由于有多个羟基的存在，羟基之间的相互影响增加了其共同的 酸性，从而增加了它们在取代反应中的活性。异头碳上的羟基能够在碱性条件下， m m 十幸 叶 h h 武汉理工大学硕士学位论文 选择性地进行o 取代反应。一级羟基的活性要大于二级羟基的活性，能够进行 选择性的醚化或酯化。对于位阻越大的试剂，这个选择性就越明显，常用的选择 性一级羟基酯化、醚化的试剂三甲基乙酰基氯、叔丁基二甲基硅氯、三苯基甲基 氯以及对甲苯磺酰氯也能与二级羟基反应，因此，选择性的一级羟基酯化、醚化 试剂的用量要控制在仅仅是1 当量或者是多一点，同时反应温度要低。毗喃糖化 合物中的平伏键的二级羟基，要比直立键的二级羟基反应活性要高，这与环己烷 化学的一般规律一致。当d 甘露糖在吡啶中用对甲苯磺酰氯进行选择性的对甲 苯磺酰化时，都是处于平伏键的羟基被磺酰化。但是二级羟基的选择性反应随着 相邻取代基的变化以及反应条件而改变。如4 ，6 - 苄叉化甘露糖甲基苷在进行选 择性对甲苯磺酰化时，所得到的产物依赖于所用的条件，当在相转移条件下进行 时，选择性在2 一位；而用吡啶为溶剂时则选择在3 位【2 1 l 。4 ，6 位苄基化甘露糖 在进行选择性酰化时，规律与4 ，6 - 苄叉化甘露糖又不相同，1 ，6 - 二一o 一苄基a 。d 甘露糖甲基苷选择性对甲苯磺酰化时，用吡啶做溶剂。主要得到3 位磺酰化的产 物；在相转移的条件下只得到2 位磺酰化的产物1 2 “。一般来说，吡喃糖苷的2 位羟基，比起其它= 级羟基，有更活泼的倾向，这主要是由于异头碳中心的诱导 效应，但是，这也不是一成不变的，因为有时其它因素影响更大。a 糖苷c 2 位 的羟基比b ，糖苷的c 2 位的羟基要活泼，原因是a 糖苷c 2 位的羟基与异头碳 上的氧原予与o 2 处于顺式的位置，此时异头碳上的氧就相当于分子内的碱催化 剂，有助于移除临近的2 位的羟基上的氢，使其得到活化。不同羟基的相对反应 活性在反应中随温度、溶剂、试剂浓度的变化而变化，某些特殊的羟基的反应活 性随相邻取代基变化而变化。一般规律是异头碳上的羟基最活泼，其次是一级羟 基，然后是c 2 位的二级羟基。 1 4 22 - 脱氧d 葡萄糖 1 、2 脱氧d 葡萄糖的生理活性 2 脱氧d 葡萄糖( 1 ) 是一种稀有的天然单糖，与葡萄糖具有类似结构。 h 嶷伽 ( 1 ) 2 脱氧d 葡萄糖是天然的抗代谢类抗生素。其具有与葡萄糖类似的吸收和 代谢过程以及其它生理过程，并在葡萄糖的代谢过程中竞争己糖激酶，2 脱氧d 6 薤汉爨l + 夫学矮七学莅论文 筏萄糖( 与己糖激酶结合) 在已糖激酶作用下成为2 脱畿d 一葡镶糖6 ，磷酸酯， 不再迸一步代谢，并且抑制磷酸葡萄糖弹构酶和葡萄糖。6 。磷酸脱氢酶，抑制葡 萄疆的代谢，减少a t p 合成，降低热量，能够拶制病毒感染、酵母发酵、致病 菌及肿瘤细胞生长。 以冬聪氧d 葡萄糖佟翅子瘸原腐烂性真蕊获蔼萄孢、鸯霉素鞠根霉瘸墓后， 发现2 嫩氧d 葡萄糖对上述三稚病原腐烂真菌凝有显著的杀灭效果；除此之外， 2 腥氧d 。裁莓糖在对瘪疹性角膜炎、呼吸遵合臌癀毒蠼感染霸摭鲴照衰老等方 顾也显示出良好疗效。 2 脱甄d 蔼麓糖在薅痘治疗上有广耀的癌翅藏景。磷究发现，瑟燃瓣瘤细 臌的糖酵解作用增强是癌细胞特征之一，其细胞内已糖激酶浓度增高，葡萄糖的 摄取和摆对转运速发比正罄缨腿快褥多，褥且脾燎绥憝大部分代谢l 量来源予糖 酵解，因此其对于葡萄糖酵解撮供能量矮有更强的依赖住。2 脱氧。d 葡萄糖作 为一秘竞母性戆鬻莓糖类似物，霹竣有效邋抑制瓣瘗缨腿内豹糖游瓣 乍髑，减少 a t p 生成，抑制肿瘤生长，诱导细胞死亡。k e r nk a 2 3 翳在小鼠皮下接种纤维肉 瘸，三天癌分别浚射0 。7 5 ，1 5 ，1 7 5 m g k gb 麒麓2 - 残瓴d 一饕蕊蕤溶液秘生理 盐水，持续1 0 天，结果发现2 脱瓴d 葡萄糖处理的小鼠纤维肉瘸中的葡萄糖六 磷酸酶活性毖小躐大藏、瓣胜、腿虑等组织中豹旗蛙帮低，l 孛瘤缨邈中的2 。聪氧 d 葡萄糖浓度眈旗它组织商。将肿瘤从体内取出后称重，发现经2 脱氧彤葡萄 棼处理豹瓣瘩重爨圪用生理薤水她理貔j i 孛潼轻5 0 一7 0 。由瑟可觅，2 ，腮氧。d 葡萄糖能脊效的抑制肿瘤细胞生长和糖酵解。 。由予艘癌纲腿与正常缨貔在耱黪勰上戆这零孛耱巽牲：导致知脱氧- d 猿蘩糖 对肿瘤细胞具有选择性，细胞毒作用更大。x “n ( 州等将难常鼠纤维原细胞2 0 8 f 及其v 。f o s 基嚣转换对应体( f b j r ) 在浓度为6 r a m 斡2 - 聪氧国。麓莓耱溶渡终 用下进行对照实验，并观察细胞存活率。在4 ，8 ，2 4 h 取样，结果显示2 0 8 f 细 熬在三令薅闾点瓣存活搴为0 。9 5 ，0 。7 5 ，0 。4 1 ；瑟交异缨憨f 1 3 j r 瓣毒活攀烫0 8 ， 0 5 3 ，0 2 1 。在2 4 h 时间点的f b j r 细胞存活率比2 0 8 f 绷胞降低了5 0 。 2 麟矮d 蘩鹫糖也怒歪旗臻霉、裂耧媾毒及癔疹病毒囊貘静鬟要组残残分， 恩有能干扰病毒特异性糖蛋白的含成，有效抑制瘛疹单病毒、r n a 和d n a 包膜 瘸海等功效，氇怒正定霉豢、嚣霉素、洋缓霉素及些大繇蠹酝撬瓣癌药携戆基 本结构单位。 娶蔑，峦2 羧戴d - 麓甍糖铡袋熬撬瘸毒、拣瓣瘗药物基牾痰痉器予癔疹单 病毒、流行感冒、s a r s 、a i d s 和乳腺癌治疗；由2 - 脱氧d 葡萄糖制成的抗衰老 纯妆鑫程疆药傈德潞逸邑主枣。毽毙，终麓辩浚疗癌痰、病毒瞧疾藏秽抗缀黎 7 武汉疆l ：天学矮士掌毽论文 嶷老的妫物以及杀灭囊藕裁豹蘩代晶，2 - 残氧d 麓蘩糠在医药、曝健、化妆熬 行业以及生命科学研究领域具裔广泛的应用，市场需求巨大，发展前景良好。 2 、2 - 脱氧- d 蘩蕊糖款合成进鼹 早期关于2 一脱氧d 一葡萄糖的合成研究比较多、但大多数合成路线和方法不 仪原料黪贵、耗粒多虽产率低。1 9 2 2 年，b e r g a m a n n + m 等l 蕊2 q 蠲无疑酸经鼗承对 3 , 4 ，6 一三- o 乙酰葡萄糖糖烯的加成合成2 脱氧d 葡萄糖；1 9 4 7 年，s o w d e n l 2 7 1 报道了以d 弼控氆糖为原料，与舞基甲浚热或遮长碳链，再乙溅 芝、还缀、承 解来制蓊2 - 脱氧- d 葡萄糖的方法：1 9 5 1 年b o l i g a rh r 等【2 8 l 由葡萄糖的二乙基 = 硫代羧酸会或冬残氧辨甍莓糖。这些方法宣予镬羁了莓毒靛蔽座试裁，复纛 选择性袭，副产物多，产物纯度较低，需袋通过繁琐而耗时的重缡晶来撮简纯度。 鲤姥2 聪氧国- 麓莓糖铡餐工艺溺存在诲多阕题，缀少森产蝗化敬工艺。器戆， 2 - 脱氧d 葡萄糖制备是以从植物和微生物的细胞囊膜中提取分离含2 脱氧d 一葡 麓糖结梭麴内黪拣尘素为驭凝，絮爱纯学或生物黪法测麓，生产王艺复杂，生产 成本高，且容易学致2 脱氧d 葡萄糖消旋化，加之植物和微生物中的天然内酯 撬生素食量较低，通过该工艺裁备懿冬聪氧。d 壤l 莓糖产霪低，懑苓戆溃足嚣益 扩大的市场需求。目前全球只有少数几家公司具梅2 一脱氧d 一葡萄糖的生产能力， 巍予生产成本裹，毽兹绘牾分掇贵。 本文利用甲壳素为原料，降解甲壳索得到氨辏葡萄糖盐酸盐，脱除氯基合成 麓莓糖甄讫魏生物，经遗藤会残冬麓氡貉蔫莓糠。这懿台残方法步骤麓攀，虽 由于甲壳索是一种取之不蝎的海洋生物资源，大大降低了2 脱氧d 葡萄糖的生 产袋本。 1 4 31 ，3 ，4 ，6 四乙酰1 2 氮基葡萄糖 1 、1 ，3 ，4 ，6 - 霞乙酰务氨基葡萄糖的生理活程 1 ，3 ，4 ，6 - o - 四乙酰2 氨慕- d 葡萄糖是d 。氨基葡糟糖的纛要衍生物，是 将氨基葡萄糖所糟羟基酝优后静产物( 3 ) 。 氨基葡萄糖足水溶憔，羟基垒乙酰化后，1 ，3 ，4 ，6 - o 四乙酰一2 ，氮基d 8 露 武汉理】：大学硕士学位论文 葡萄糖是脂溶性，但保留了氨基以及氨基上的一对孤对电子，所以具有d 氨基 葡萄糖的抗肿瘤、抗病毒和抗疟疾等潜在生理活性，并且由于物理性质的改变， 1 ，3 ，4 ，6 - o 一四乙酰2 氨基d 葡萄糖的某些方面具有潜在的生理活性，是种 重要的医药中间体。d 氨基葡萄糖是壳聚糖的完全降解产物，是高等动物糖蛋白 链的重要单体，对肿瘤细胞有较好的杀伤作用，而对人体正常细胞毒性很小：同 时它还是软骨基质和骨液中的聚氨基葡萄糖的成分，外源性的氨基葡萄糖可以刺 激软骨细胞合成蛋白多糖，补充软骨基质的丢失成分，并抑制基质金属蛋白酶的 表达，从而促进软骨修复。氨基葡萄糖是类脂类似物组成成分，类脂a 能够活 化巨噬细胞和单核细胞，增强抗菌和病毒感染力。n o b u h i r o 等人【2 9 】发现氨基葡 萄糖的衍生物还具有切断d n a 链的作用。c - 1 位潜在自由醛基与c 2 位自由基 n h 2 共同作用对氨基单糖的活性有重要意义。由于此类化合物具有生理活性，因 此在医药、生物领域应用较为广泛。相关领域的研究也受到了越来越多的重视。 此外，1 ，3 ，4 ，6 - o 四乙酰2 氨基d 葡萄糖是合成糖苷类化合物、寡糖及 糖复合物的重要中间体，在糖化学研究领域具有重要的意义。 2 、 1 ，3 ，4 ，6 - 四乙酰2 氨基葡萄糖的合成进展 国内外关于1 ，3 ，4 ，6 - o 四乙酰2 氨基d 葡萄糖合成的文献报道很少， 主要有氨基保护法和区域选择性脱乙酰基法【删。 a 区域选择性脱乙酰基法 有文献报道用翁盐法【”】合成1 ，3 ，4 ，6 - o 四乙酰2 氨基d 葡萄糖，先将 d 氨基葡萄糖上的羟基和氨基用酰化试剂全部乙酰化，最后采用试剂选择性地脱 去氨基上的乙酰基，也称为选择性脱乙酰法。这种方法由于水解乙酰胺及乙酸酯 键条件相差无几，试剂昂贵，反应条件苛刻且产率较低，很难推广应用。m a n 协 a v a l o s 32 】等全酰化氨基葡萄糖后，以硅胶调节反应条件，选择性脱去异头碳的乙 酰基，在甲醇溶液中基本无副产物，但这种高区域选择性脱乙酰的反应未在c 。2 位酰胺上发生。 c h ，0 a cc h 2 0 a c 州d - g 。l u 删c o s a m 警i n 与a 蝉姒c 。知2 忿氆。舢 n h o a c 、n h ，h c l 图1 _ 3 区域选择性脱乙酰基法反应过程 9 武汉理工大学硕十学位论文 b 氨基保护法 普遍的氨基保护方法是先将氨基用对甲氧基苯甲醛保护起来，再酰化其余羟 基，最后脱去氨基的保护基【州，反应简单易行，且形成的希夫碱较稳定。但在 其脱保护时用5 n 的h c i 溶液，造成部分酯键在酸性水解，产率降低。由于一o h 和1 q h 。都是化学活性较强的活泼基团，酰化选择性差。一旦氨基保护基被脱除 后，再乙酰化就会出现全乙酰化。 综上所述，氨基保护法更具有可操作性，氨基是一个活性基团，它的保护方 法很多，只要在不影响酯键水解的前提下，选择一种在酯化反应时稳定又能够在 温和的条件下脱保护的保护试剂，就可以得到较高产率的目标产物。 d - g l u c o s a m i h y d r o c h l o r i d “c - 。1 + 一 h c h a o a c a 味潞， n h 2 h c l 图1 4 氨基保护法反戍过程 1 5 单糖类药物的药物剂型研究 研究发现，许多糖类化合物本身具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤活性，但由于其 在治疗疾病的同时也会给身体带来毒副作用，因而限制了其作为药物的应用。传 统的给药方式常常引起血药浓度的大范围的变化。给药以后，大多数药物成分很 快释放，引起体内血药浓度迅速升高，达到峰值后迅速降低。而对于药物来讲， 其作用同血药浓度密切相关，血药浓度的剧烈波动往往引起在峰值时产生不可接 受的副作用，而后由于血药浓度过低导致治疗效果不充分。由于2 脱氧d 葡萄 糖是一种葡萄糖抑制剂，一次性大量使用会引起人体糖代谢异常和神经系统和免 疫系统紊乱f 3 3 侧，因此直接注射2 脱氧d 葡萄糖药物对人体是很危险的f 朔。而 且单糖体内代谢的速度很快，不利于维持长时间的作用疗效。因此为了达到治疗 效果，必须频繁注射2 脱氧d 葡萄糖，给病患造成定的痛苦和不便。 药物缓释技术出现于8 0 年代，药物通过此给药方式，可以调节药物释放速 度，减少给药次数，产生适度的反应，具有较小的副作用和较长的疗效，从而增 1 0 武汉理_ 大学硕士学位论文 加了药物治疗的安全性、高效性和可靠性，在i 临床上是很有意义的。药物的缓释 方式很多，可被缓释材料吸收和包囊，通过控制多聚物的性能来调节药物的扩散： 也可由共价交联的方法将药物交联到多聚物上，通过多聚物的降解使药物逐渐释 放。目前所应用的药物缓释材料是一些合成的( 如p e g ，p v a ) 或天然的f 如褐藻酸 钠、胶原、壳聚糖等1 生物可降解材料。 作为一种极具市场潜力的药物，2 脱氧一d 葡萄糖的剂型研究目前还是空白。 2 一脱氧一d 葡萄糖通过缓控释技术给药不仅为临床治疗带来了方便，同时提高了 药物的疗效及安全性。作为一次初探性的研究，本论文采用了聚乳酸作为药物载 体，通过溶剂挥发法制备2 脱氧一d 葡萄糖缓释微球。聚乳酸是种无毒的，可 生物降解的高分子材料，具有良好的生物相容性，作为药物载体在药剂学领域已 经被广泛的使用。 1 1 武汉理j ：人学硕十学位论文 第2 章2 一脱氧一d 一葡萄糖的合成研究 2 1 引言 目前，全世界仅美国的一家企业生产2 脱氧d 葡萄糖，其方法是从植物和 微生物的细胞囊膜中提取分离含2 一脱氧d 一葡萄糖内酯抗生素m3 8 1 ，然后采用化 学或生物酶法制备2 脱氧一d 葡萄糖，该生产工艺复杂，生产成本高，且容易导 致2 脱氧一d 一葡萄糖光学失活【3 9 l 。由于植物和微生物中的此类天然内酯抗生素含 量较低，因而导致该工艺产量低，已不能满足日益扩大的市场需求。 我国是2 脱氧d 葡萄糖的需求大国，2 脱氧d 葡萄糖完全依赖进口，每年 进口2 脱氧d 葡萄糖耗资约3 亿元人民币。若立足于我国丰富的虾、蟹壳等海 洋资源，开发一种生产工艺简单、成本低廒、产量高且拥有自主知识产权的2 脱氧d 葡萄糖生产新工艺，就可以彻底改变2 脱氧d 一葡萄糖依赖进口的局面。 鉴于市场对2 脱氧d 葡萄糖的巨大需求和我国丰富的虾壳、蟹壳等海洋资 源，本章目的在于研究和开发一种以虾壳、蟹壳等甲壳动物废弃物为原料的2 脱氧d 葡萄糖的全新生产工艺并对其结构进行表征。 2 2 实验部分 2 2 1 实验原料及仪器设备 虾、蟹壳( 浙江玉环海洋生物化学有限公司) ；盐酸( a r ，上海振兴化工厂) ； 氢氧化钠( a r ，上海化学试剂有限公司) ；无水碳酸钠( a r ，上海虹光化工厂) ； 亚硝酸钠( a r ，上海通亚精细化工厂) ；( a r ，国药集团化学试剂有限公司) ； 苯甲醛；醋酸钠( a r ，汕头西陇化工厂) ：甲醇( a r ，上海振兴化工厂) ；氯化 亚铜( a r ，上海化学试剂有限公司) ；四氢呋喃( a r ，上海化学试剂有限公司) ； 碳酸氢钠( a r ，上海虹光化工厂) ；无水乙醇( a r ，上海振兴化工厂) d f - 1 0 1 s 集热式恒温磁力搅拌器( 郑州长城科工贸) ；d f z 6 0 5 真空干燥箱 ( 上海博讯实业有限公司) ；s h z g ( i i i ) 循环水式真空泵( 江苏省巩义英峪予华仪 器厂) ；旋转蒸发器( 上海嘉鹏生物技术有限公司) 2 2 2 检测方法 产物的红外光谱采用n i c o l e t1 7 0 s x 型傅立叶红外光谱仪记录，k b r 压片： 核磁共振氢谱采用瑞士b r u k e r 公司的3 0 0 m 1 h 核磁共振仪记录，溶剂为氘代水 ( d 2 0 ) ；氮含量采用p e r k i ne l m e r 公司的元素分析仪测定；旋光度采用上海精密 仪器厂w z z 1 型旋光仪测定，先准确称取5 0 m g 的2 一脱氧d 葡萄糖溶于重蒸水 1 2 武汉理l + 天学疆士学搜论文 中，定褰至5 0 m l ，每翳一定对间测定2 0 l 寸溶渡豹旋竞度，裹至旋光渡稳定， 出公式【a 】t d = a i x 2 计算比旋光度。 2 2 。3会或路线 1 、由虾、艏甲壳动物废弃物脱除c a c 0 3 、骚白质、脂肪等物质制餐甲壳索 2 、国珲l 壳索在浓熬酸中通过糖营镟承解、髓乙酰释成蠡爱应裁备鬣鏊蓠懿 糖盐酸盐； 3 、国氨基麓萄耱虢馥盏聪除氨基合成葡甍糖氯纯辩生物； 4 、由葡萄糖氯化衍生物还原合成2 。脱氧d 葡萄糖。 2 2 4 单壳素的制备 将2 0 9 洗冷矮豹虾究室滠下在2 0 0 m l a 8 的h c l 浸泡5 飙螽( i ) ，过滤， 蒋一次用1 0 0m l 4 8 的h c l 溶液在室漱下浸泡搅拌5 。6 h ( i i ) ，使盐酸与虾壳、 錾壳充分反应。滤去疲液，用港水洗涤至孛牲菇，用1 5 0 m l 6 - 8 豹n a o h 在 9 0 - 1 0 0 温度下浸泡1 5 ，2 h ( i ) ，滤去废液后嫩复反应次( i i ) 。最后用清水 将固体锈洗至中瞧，烘干，缮到串轰素。经过多次平行突验，测缛甲壳豢的平均 为收率为1 7 ，含氮量为6 8 。 2 2 5 氨基蘸懿糖盐酸盐的制备印1 将2 0 9 干燥的甲壳索粉末裁于5 0 0 m l 的烧瓶中，加入1 0 0 m l 3 1 浓盐酸， 予8 昏9 0 温度下反应镌后采弼离心法黧、滚分离，势将液相予7 5 8 0 ! 溢度下 减压浓缩4 h ，嘲收母液中残留的部分产品，获得氨基葡萄糖盐酸盐粗鼯；将粗 麓在承哮；溶解，翱入活穗炭予8 0 - 9 0 。c 瀑度下聪经1 - 1 5 h ，过滤籍将滤液减匿浓 缩4 h ，获得氨基葡萄糖盐酸盐结晶，将结晶用9 9 醇进行精制漂洗，分离后， 箨予鞠温度下千溱2 h ，隶l 褥羝基葡萄糖薤酸簸缝鑫，牧率均在4 0 左右。 2 2 62 一氯一葡萄糖的制备1 4 2 l 将l o g 氨蕊葡萄糖赫酸盐、5 m l 敲醴和1 0 m l 水置于2 0 0 m l 三颈瓶中，冷 却至一5 0 c ，充分揽拌下缓慢滂搬n a n 0 2 溶渡( 3 2 9n a n 0 2 溶予1 0 m l 承懿刳露 成，预先冷至- 5 - o o c ) ，快速加入氯化亚铜盐酸溶液( 氯化亚铜6 3 9 和2 5 m l 浓 盐酸配制) ，反疲到无气泡放出为止，过滤，滤滚爰嚣体碳酸镳中和到中性，低 于5 0 0 c 减压蒸干，所得淡黄粉沭以热的光水乙醇提取得到白色固体，3 0 减压 嶷空干爆强，褥戴白色粉寒9 1 鐾，牧搴8 6 i 。 武汉理i r 大学硕十学位论文 2 2 72 脱氧d 葡萄糖的制备 用约o 3 2 氢氧化钠将9 0 m l 四氢呋喃乙醇的混合溶液( 体积比1 ：2 ) 调 至p h 为8 ，向其中加入2 一氯一葡萄糖1 1 o g ，搅拌使其完全溶解。冰水浴冷却至 约5 ，将1 3 9 硼氢化钠分四次加入，每次间隔1 0 m i n 。维持5 。c 继续搅拌1 h ， 加入5 0 醋酸4 m l 。反应液低于5 0 减压蒸干，所得淡黄粉末以热的无水乙醇 提取。乙醇提取液合并，减压蒸干，所得固体以甲醇丙酮4 0 m l ( 体积比3 ：1 ) 重结晶。过滤，减压真空干燥，得到白色粉末2 9 5 9 ，即目标化合物2 一脱氧d 葡萄糖，质量收率4 4 1 ，【a 】d 2 0 = 4 7 3 j ( c - - 1 ，h 2 0 ，4 6 h ) 。 2 3 产物结构鉴定 图2 - 1目标化台物的红外光谱图 由目标化合物的红外光谱图图2 - 1 所示，3 4 1 0 4 3 1 3 4a n d 处的吸收峰归属于 羟基伸缩振动( 1 ，。) ，由于分子中的羟基阀的氢键而形成许多小肩峰组成的强 宽峰1 4 3 j ；1 0 6 5 1 1 1 9c m 4 出现的多个吸收峰归