一种壳聚糖衍生物及其制备方法和应用

1.本发明涉及铝离子检测技术领域，更具体的涉及一种壳聚糖衍生物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.大多数荧光探针是单一荧光增强型或猝灭型。这类探针由于缺少背景信号，易受浓度、ph值等外界环境因素干扰。而比率荧光探针具有自带内标效应，可以通过两个发射峰比值进行目标物的检测，可以很好的抵消外界干扰因素。
3.常见的有机小分子荧光探针存在生物毒性大、难降解、水溶性差等问题，限制了这类荧光探针的应用。以壳聚糖作为载体辅助合成的荧光探针有望突破有机小分子荧光探针的局限性，解决水溶性以及生物毒性等问题。基于壳聚糖的荧光探针已被应用到汞离子、铁离子的检测中，但由于铝离子自身具有光谱静默性质、配位能力差、易水解以及易受其它三价离子的干扰等因素，致使探针对铝离子检测的报道较少，尤其是基于壳聚糖为载体合成的比率型荧光探针更是鲜有报道。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种壳聚糖衍生物及其制备方法和应用，将壳聚糖衍生物用于铝离子检测。
5.本发明的第一个目的是提供一种壳聚糖衍生物，所述壳聚糖衍生物的化学结构式如式(i)所示：
[0006][0007]
其中，n表示壳聚糖的聚合度，取值范围为2-200。
[0008]
本发明的第二个目的是提供上述壳聚糖衍生物的制备方法，按照以下步骤进行制备：
[0009]
步骤1、在惰性气氛保护下，以无水乙醇a为溶剂，壳寡糖和4-溴-1,8萘酐发生缩合反应，得到式(ⅱ)化合物，以无水乙醇b为溶剂，式(ⅱ)化合物和水合肼发生取代反应，得到式(ⅲ)化合物；
[0010]
步骤2、以n-n二甲基甲酰胺为溶剂，罗丹明肼解产物与对苯二异硫氰酸酯发生亲核加成反应，进行后处理，制备得到式(ⅳ)化合物；
[0011]
步骤3、以n-n二甲基甲酰胺和无水乙醇c为混合溶剂，式(ⅲ)化合物和式(ⅳ)化合物亲核加成反应，反应完成后，除去混合溶剂，索氏提取后干燥得到壳聚糖衍生物；
[0012]
所述式(ⅱ)化合物、式(ⅲ)化合物、式(ⅳ)化合物的结构式如下所示：
[0013][0014]
优选的，步骤1中，缩合反应的反应温度为70-75℃，反应时间为8-9h；其中，壳寡糖、4-溴-1,8萘酐、无水乙醇a的比例为1g：11.1-12.1mmol：200ml。
[0015]
优选的，步骤1中，取代反应的反应温度为70-75℃，反应时间为6-7h；其中，式(ⅱ)化合物、水合肼、无水乙醇b比例为0.5g：11-12mmol：20ml。
[0016]
优选的，步骤2中，取代反应是在室温下反应6-8h；其中，罗丹明肼水解产物、对苯二异硫氰酸酯、n-n二甲基甲酰胺的比例为1mmol：1-1.2mmol：18ml。
[0017]
优选的，步骤2中，后处理方法是：取代反应结束后，以乙酸乙酯a作为萃取剂收集有机相，减压蒸除溶剂后，用洗脱液经层析柱分离得到式(ⅳ)化合物。
[0018]
优选的，洗脱液为体积比为3:1的正己烷和乙酸乙酯b。
[0019]
优选的，步骤3中，亲和加成反应的反应温度为80-85℃，反应时间为6-7h；其中，式(ⅲ)化合物、式(ⅳ)化合物、混合溶液的比例为0.02g：0.078-0.09mmol：7ml。
[0020]
优选的，步骤3中，混合溶液中，n-n二甲基甲酰胺和无水乙醇c的体积比为3：4。
[0021]
本发明的第三个目的是提供上述壳聚糖衍生物在制备铝离子检测用作比率型荧光探针中的应用。
[0022]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0023]
本发明将合成的壳聚糖衍生物作为比率荧光探针实现对不同浓度的铝离子检测。本发明根据软硬酸碱理论，氮氧原子是硬碱，增加氮氧原子的数目可以增大对铝离子络合能力。该探针具有选择性好、灵敏度高、生物毒性低、抗干扰能力强等优点。
附图说明
[0024]
图1为本发明实施提供的壳聚糖衍生物p的合成路线图。
[0025]
图2为本发明实施提供的壳聚糖衍生物p的红外光谱图。
[0026]
图3为本发明实施提供的壳聚糖衍生物p的分析性能图。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
本发明所用壳寡糖是购自于山东卫康生物医药科技有限公司的壳寡糖。
[0029]
实施例1
[0030]
本实施例提供了一种壳聚糖衍生物，该壳聚糖衍生物编号为p，其结构式如式(i)所示：
[0031][0032]
具体的合成路线图如图1所示，具体制备过程如下所示：
[0033]
步骤1、n2保护下将1.00g壳寡糖与3.02g(11.1mmol)的4-溴-1,8萘酐在200ml无水乙醇中75℃回流反应8h后热过滤，用大量热乙醇洗涤，干燥后得到的固体，即式(ⅱ)化合物；
[0034]
0.50g式(ⅱ)化合物在20ml无水乙醇中与0.65ml(85％，11.44mmol)水合肼75℃回流反应6h，冷却析出红棕色固体，即式(ⅲ)化合物。
[0035]
步骤2、0.27g(0.54mmol)罗丹明肼解产物与0.104ml(98％，0.65mmol)对苯二异硫氰酸酯在10ml的n-n二甲基甲酰胺中，室温下以摩尔比1：1.2反应6h后加入5ml纯水终止反应，以乙酸乙酯作为萃取剂收集有机相，减压蒸除溶剂后以正己烷和乙酸乙酯(体积比3：1)为洗脱液经层析柱分离得到紫色中间体化合物，即式(ⅳ)化合物。
[0036]
步骤3、0.02g中间体化合物式(ⅲ)化合物与0.053g(0.078mmol)中间体化合物式(ⅳ)化合物在n-n二甲基甲酰胺与无水乙醇体积比为3：4的7ml混合溶液中85℃反应6h，冷却减压蒸除溶剂后索氏提取(以乙醇作为洗脱剂)6h，干燥，得黑紫色纯品固体，即壳聚糖衍生物。
[0037]
所述式(ⅱ)化合物、式(ⅲ)化合物、式(ⅳ)化合物的结构式如下所示：
[0038][0039]
实施例2
[0040]
本实施例提供了一种壳聚糖衍生物的制备方法，具体制备过程如下所示：
[0041]
步骤1、n2保护下将1.00g壳寡糖与12.1mmol的4-溴-1,8萘酐在200ml无水乙醇中70℃回流反应9h后热过滤，用大量热乙醇洗涤，干燥后得到的固体，即式(ⅱ)化合物；
[0042]
0.50g式(ⅱ)化合物在20ml无水乙醇中与11mmol(85％)水合肼70℃回流反应7h，冷却析出红棕色固体，即式(ⅲ)化合物。
[0043]
步骤2、0.27g(0.54mmol)罗丹明肼解产物与0.54mmol(98％)对苯二异硫氰酸酯在10ml的n-n二甲基甲酰胺中，室温下以摩尔比1：1反应8h后加入5ml纯水终止反应，以乙酸乙酯作为萃取剂收集有机相，减压蒸除溶剂后以正己烷和乙酸乙酯(体积比3：1)为洗脱液经层析柱分离得到紫色中间体化合物，即式(ⅳ)化合物。
[0044]
步骤3、0.02g中间体化合物式(ⅲ)化合物与0.09mmol中间体化合物式(ⅳ)化合物在n-n二甲基甲酰胺与无水乙醇体积比为3：4的7ml混合溶液中80℃反应7h，冷却减压蒸除溶剂后索氏提取(以乙醇作为洗脱剂)6h，干燥，得黑紫色纯品固体即壳聚糖衍生物。
[0045]
实施例3
[0046]
本实施例提供了一种壳聚糖衍生物的制备方法，具体制备过程如下所示：
[0047]
步骤1、n2保护下将1.00g壳寡糖与11.8mmol的4-溴-1,8萘酐在200ml无水乙醇中73℃回流反应8.5h后热过滤，用大量热乙醇洗涤，干燥后得到的固体，即式(ⅱ)化合物；
[0048]
0.50g式(ⅱ)化合物在20ml无水乙醇中与12mmol(85％)水合肼73℃回流反应6.5h，冷却析出红棕色固体，即式(ⅲ)化合物。
[0049]
步骤2、0.27g(0.54mmol)罗丹明肼解产物与0.59mmol(98％)对苯二异硫氰酸酯在10ml的n-n二甲基甲酰胺中，室温下以摩尔比1：1.1反应7h后加入5ml纯水终止反应，以乙酸乙酯作为萃取剂收集有机相，减压蒸除溶剂后以正己烷和乙酸乙酯(体积比3：1)为洗脱液经层析柱分离得到紫色中间体化合物，即式(ⅳ)化合物。
[0050]
步骤3、0.02g中间体化合物式(ⅲ)化合物与0.088mmol中间体化合物式(ⅳ)化合物在n-n二甲基甲酰胺与无水乙醇体积比为3：4的7ml混合溶液中83℃反应6.5h，冷却减压蒸除溶剂后索氏提取(以乙醇作为洗脱剂)6h，干燥，得黑紫色纯品固体即壳聚糖衍生物。
[0051]
从图2的红外吸收图谱可知实施例1制备的壳聚糖衍生物p的生成。壳聚糖在嫁接萘酰亚胺基团与肼基生成中间体式(ⅲ)化合物后，共轭效应增强，羰基吸收峰发生蓝移，出现在1589cm-1
与1512cm-1
处，2971cm-1
与1337cm-1
处分别对应中间体式(ⅳ)化合物的c-n与c-o的特征吸收峰，同时在3300cm-1
处出现-oh的特征吸收峰，以上均表明壳聚糖衍生物p被成
功合成。
[0052]
实施例1制备的壳聚糖衍生物p对铝离子的光学识别
[0053]
(1)、条件的选择：在乙醇/水(9/1，v/v)介质中，用hepes缓冲溶液控制体系ph为6.0。
[0054]
(2)、实验方法：5ml比色管中，加入150μl探针p(1g/l)dmso标准溶液，后加入不同浓度的铝离子标准溶液，以乙醇/水(9/1，v/v，20mm hepes，ph 6.0)稀释至刻度，摇匀。测试时，激发/发射狭缝＝10/10nm，激发波长为430nm。
[0055]
(3)、光学性质测定：图3为铝离子的荧光滴定谱图。探针p(30ppm)的乙醇/水溶液(乙醇/水溶液是按照体积比为9/1将4.5ml乙醇和0.5ml纯净水混合，再加入0.5ml浓度为20mm的hepes缓冲液制备得到，ph为6.0)中加入铝离子后隶属于萘酰亚胺在538nm波长处的荧光强度(i
538nm
)基本不受al
3+
的浓度影响，而隶属于罗丹明b的603nm波长处罗丹明的荧光强度(i
603nm
)随al
3+
浓度的增加而逐渐增大。采用萘酰亚胺作为荧光内标信号，罗丹明b作为荧光响应信号，i
603
/i
538
比值与al
3+
浓度在1～25μm范围内呈良好线性关系，计算检出限为0.3μm。
[0056]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0057]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种壳聚糖衍生物，其特征在于，所述壳聚糖衍生物的化学结构式如式(i)所示：其中，n表示壳聚糖的聚合度，取值范围为2-200。2.一种权利要求1所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行制备：步骤1、在惰性气氛保护下，以无水乙醇a为溶剂，壳寡糖和4-溴-1,8萘酐发生缩合反应，得到式(ⅱ)化合物，以无水乙醇b为溶剂，式(ⅱ)化合物和水合肼发生取代反应，得到式(ⅲ)化合物；步骤2、以n-n二甲基甲酰胺为溶剂，罗丹明肼解产物与对苯二异硫氰酸酯发生亲核加成反应，进行后处理，制备得到式(ⅳ)化合物；步骤3、以n-n二甲基甲酰胺和无水乙醇c为混合溶剂，式(ⅲ)化合物和式(ⅳ)化合物亲核加成反应，反应完成后，除去混合溶剂，索氏提取后干燥得到壳聚糖衍生物；所述式(ⅱ)化合物、式(ⅲ)化合物、式(ⅳ)化合物的结构式如下所示：3.根据权利要求2所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1中，缩合反应的反应温度为70-75℃，反应时间为8-9h；其中，壳寡糖、4-溴-1,8萘酐、无水乙醇a的比例为1g：11.1-12.1mmol：200ml。4.根据权利要求2所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，步骤1中，取代反应的反应温度为70-75℃，反应时间为6-7h；其中，式(ⅱ)化合物、水合肼、无水乙醇b比例为0.5g：11-12mmol：20ml。5.根据权利要求2所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，步骤2中，取代反应是在室温下反应6-8h；其中，罗丹明肼水解产物、对苯二异硫氰酸酯、n-n二甲基甲酰胺的比例
为1mmol：1-1.2mmol：18ml。6.根据权利要求2所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，步骤2中，后处理方法是：取代反应结束后，以乙酸乙酯a作为萃取剂收集有机相，减压蒸除溶剂后，用洗脱液经层析柱分离得到式(ⅳ)化合物。7.根据权利要求2所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，洗脱液为体积比为3:1的正己烷和乙酸乙酯b。8.根据权利要求2所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，步骤3中，亲和加成反应的反应温度为80-85℃，反应时间为6-7h；其中，式(ⅲ)化合物、式(ⅳ)化合物、混合溶液的比例为0.02g：0.078-0.09mmol：7ml。9.根据权利要求8所述的壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于，步骤3中，混合溶液中，n-n二甲基甲酰胺和无水乙醇c的体积比为3：4。10.一种权利要求1所述的壳聚糖衍生物在制备铝离子检测用作比率型荧光探针中的应用。

技术总结
本发明公开了一种壳聚糖衍生物及其制备方法和应用，属于铝离子检测技术领域。该壳聚糖衍生物的化学结构式如式(I)所示，本发明将合成的壳聚糖衍生物作为比率荧光探针实现对不同浓度的铝离子检测。该探针具有选择性好、灵敏度高、生物毒性低、抗干扰能力强等优点。抗干扰能力强等优点。抗干扰能力强等优点。抗干扰能力强等优点。


技术研发人员：杨梅 于春伟 张军
受保护的技术使用者：海南医学院
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/9/19