β-（1→3）-D-葡聚糖（可德胶）衍生物的制备与表征

论文摘要

多糖广泛存在于动植物和微生物中,是一类重要的生物大分子,在生物体内发挥着极其重要的功能。可德胶（Curdlan）是一种由微生物发酵产生的多糖,其线性大分子结构全部由β-（1→3）-D-葡萄糖苷键连接而成。根据加热温度的不同,可德胶可以形成热可逆以及热不可逆凝胶。由于其特定的凝胶特性和独特的分子结构,因而在食品、医药、保健等领域有广泛的应用开发价值。可德胶不溶于水,在某种程度上限制了其广泛应用。但可德胶分子中存在大量羟基,通过化学改性可在重复单元上引入不同的基团。这些基团的引入一方面可以改善其溶解性,同时不同取代基的引入又可赋予可德胶更多的生物活性。对可德胶进行化学改性已成为可德胶化学研究中最活跃的领域之一。羧甲基化改性是多糖常用的化学改性方法,被认为是另一种体现多糖功能性特性的途径。经过羧甲基改性的可德胶水溶性大大提高,并且具有良好的抗肿瘤活性。近年来,两亲性聚合物分子的自组装及其聚集体由于其潜在的生物科技及医药上的应用而愈来愈受到重视。在众多的水溶性聚合物中,天然多糖大分子这种可生物降解的多羟基化合物显示出了一系列独特的性质,如良好的可生物降解和生物相容性以及可有效避免或降低纳米载体潜在的毒性作用等。因而利用多糖制备的水凝胶纳米粒子由于其潜在的生物及医药上的应用前景得到了广泛的关注。我们首先针对可德胶的羧甲基化改性进行了较为系统的研究。在碱体系中通过以氯乙酸作为酯化试剂对可德胶进行了羧甲基化改性,改性后的产物（CMC）通过红外以及核磁手段进行表征,证实了取代基团主要是被引入在6位的C原子上。对于改性前后的可德胶的物化性能通过流变学以及DSC方法进行了比较,发现在水中两者均表现为假塑性流体。与可德胶水悬浮液相比较,CMC溶液的储能剪切模量以及损耗剪切模量均明显降低并且随着浓度的降低频率依赖性增强。模量的温度依赖性曲线表明改性后可德胶原有的高温凝胶特性丧失,与DSC所得到的结论相一致。通过研究CMC的物化性质,发现化学改性破坏了可德胶主链间的氢键相互作用,并使其疏水能力减弱,从而使得可德胶在高温下形成凝胶的特性丧失。在制备出CMC的基础上,我们首先采用甲酰胺体系和EDC/NHS催化体系,将胆固醇和脱氧胆酸（DOCA）直接接枝于CMC主链上,制备了胆固醇和DOCA直接接枝于CMC的两亲性衍生物CMCC和CMCD;同时,通过制备胆固醇丁二酸酯（CS）和脱氧胆酸乙二胺共轭物（DOCA-NH2）,将胆固醇和DOCA间接接枝于CMC主链上,从而制备了另外两种不同连接方式的胆固醇和DOCA接枝CMC的两亲性衍生物CMCCS和CMCDN。红外光谱结果显示,CMCC,CMCD,CMCCS产物均在1730cm-1左右出现了酯羰基的特征吸收峰,表明胆固醇、CS和DOCA通过酯基连接到CMC上;而在CMCDN的红外谱图中,1675cm-1左右的酰胺I谱带表明DOCA-NH2通过酰胺键连接于CMC上。1H核磁共振波谱图同样验证了四种产物的成功制备。对比于CMC的1H核磁共振波谱图,四种产物的谱图中,0.6-2.5ppm间均出现了甾醇环上甲基,亚甲基和次甲基族上质子的特征信号峰。CMCDN谱图中,8.2ppm处出现了酰胺键上的质子特征信号峰,同时,所有产物的核磁谱图中,3.0-4.5ppm间均有完整的CMC主链上各质子的特征信号峰。这表明我们通过化学合成的方法成功制备了四种不同连接方式的两亲性可德胶衍生物。同时,通过稳态剪切实验发现,CMCC、CMCD和CMCDN亚浓溶液呈现非牛顿流体的剪切变稀特征,在相同剪切速率范围内,CMCC、CMCD和CMCDN溶液的粘度始终高于相同浓度CMC溶液,这是由于两亲性分子间存在疏水分子间的非共价键相互作用,因而也进一步证实了产物的成功制备。CMCD和CMCDN两种产物可在水体系中形成自聚集纳米胶束,利用透射电镜观察到的胶束形态表明,CMCD在水体系中可形成粒径在几个纳米左右的自聚集纳米胶束粒子,而CMCDN在水体系中形成的纳米胶束粒子粒径可达数百纳米,是一种亚微米级的微粒。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 可德胶的研究概况
• 1.2.1 可德胶研究的历史概况
• 1.2.2 可德胶的物理性质
• 1.2.3 可德胶凝胶
• 1.2.4 可德胶的分子构象
• 1.2.5 可德胶的应用
• 1.3 可德胶化学改性的研究进展
• 1.3.1 主链水解
• 1.3.2 磺酸化衍生物
• 1.3.3 羧甲基化衍生物
• 1.3.4 其他衍生物
• 1.3.5 “点击化学”在可德胶改性中的应用
• 1.4 两亲性可德胶衍生物的研究进展
• 1.4.1 两亲性多糖衍生物制备纳米胶束的研究概况
• 1.4.2 两亲性可德胶衍生物的研究概况
• 1.5 课题的提出以及论文的主要内容
• 1.5.1 论文研究课题的提出
• 1.5.2 论文的主要内容
• 参考文献
• 第二章 羧甲基化可德胶衍生物的制备与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 可德胶的羧甲基化反应
• 2.2.3 电导率法测定取代度
• 2.2.4 结构分析
• 2.2.5 流变学实验
• 2.2.6 DSC 测量
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外光谱分析
• 2.3.2 核磁共振波谱分析
• 2.3.3 CMC 在水中的稳态剪切性质
• 2.3.4 CMC 的动态粘弹性测试
• 2.3.5 CMC 与可德胶的DSC 实验结果比较
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 胆固醇接枝羧甲基可德胶两亲性衍生物的制备与表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 胆固醇接枝羧甲基可德胶两亲性衍生物（CMCC）的制备
• 3.2.3 胆固醇丁二酸酯接枝羧甲基可德胶两亲性衍生物（CMCCS）的制备
• 3.2.4 CMC 分子内或分子间交联验证实验
• 3.2.5 结构分析
• 3.2.6 产物取代度的测定
• 3.2.7 CMCC 亚浓溶液的流变学表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 脱氧胆酸接枝羧甲基可德胶两亲性衍生物的制备与表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 脱氧胆酸接枝羧甲基可德胶衍生物（CMCD）的制备
• 4.2.3 脱氧胆酸乙二胺共轭物（DOCA-NH2）接枝羧甲基可德胶衍生物（CMCDN）的制备
• 4.2.4 结构分析
• 4.2.5 产物取代度的测定
• 4.2.6 CMCD 与CMCDN 纳米胶束的制备与形态表征
• 4.2.7 CMCD 和CMCDN 亚浓溶液的流变学表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表或录用的论文