壳寡糖钙配合物的合成和表征

任群翔，孙莹莹，秦岩，尚志航

(沈阳医学院基础医学院化学教研室，辽宁 沈阳 110034)

壳寡糖(chitooligosaccharide，缩写为cos)，是壳聚糖降解以后聚合度为2～20的产物，即由2～20个氨基葡萄糖通过β-1，4-糖苷键连接而成的低聚糖。壳寡糖的结构式见图1。

图1 壳寡糖的结构式

壳寡糖是天然糖中唯一大量存在的碱性氨基寡糖，具有水溶性好，安全无毒、易被动物体吸收等优点，因此，其生物学活性备受关注，如抑菌、抗氧化、诱导植物抗病性，以及在动物上的抗病毒、抑制肿瘤、降血脂、调节免疫等，目前已被广泛的研究和报道[1-5]。对于它的安全性研究表明，给小鼠一次性灌服最大剂量超过10 g/kg的cos，或日灌服2 g/kg的cos，均未见任何不良反应。由于壳寡糖分子量远比壳聚糖低，且水溶性好，无毒害，便于与金属元素的原子形成配位化合物，所以研究壳寡糖金属配合物具有重要意义。研究表明壳寡糖能促进钙的吸收和骨骼健康，为了既能发挥壳寡糖的作用又能达到补充钙的双重功效，本研究合成了壳寡糖钙配合物并对其进行了表征，这将为壳寡糖钙开发利用提供重要的科学依据。

1 材料与方法

1.1 主要仪器和试剂 DRE电感耦合等离子原子发射光谱仪(ICP)(美国Lee-man公司)；Nicolet380傅立叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司)；岛津UV-2201型紫外及可见光谱仪，FA1604N电子分析天平(上海精密科学仪器有限公司)；78-1型磁力加热搅拌器(常州国华电器有限公司)；PB-21 pH计(德国赛多利斯)；真空冷冻干燥机(德国Sigma公司)。

壳寡糖(济南海得贝公司，粘均分子量2 000)；氯化钙、碳酸钠和无水乙醇均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)；实验用水为二次重蒸水。

1.2 壳寡糖钙配合物的制备方法 称取0.5 g壳寡糖，用适量的去离子水溶解，在搅拌下，用滴液漏斗滴入氯化钙饱和溶液15 ml，调节pH值至10左右，于室温搅拌反应0.5 h，旋转蒸发浓缩溶液至适量体积，然后加入过量的无水乙醇，静置，析出沉淀，抽滤，用无水乙醇洗涤多次，干燥产物，得到固体粉末。

2 结果与讨论

2.1 合成条件的选择

2.1.1 pH值对配合物形成的影响 在不同pH值下合成了配合物，然后称取一定量的配合物，用容量瓶定容，用DRE电感耦合等离子原子发射光谱仪测定Ca2+含量。实验结果表明，随着pH值增大，Ca2+含量增加，说明壳寡糖的配位能力增强，这是由于随着pH值增大部分-NH3+变成-NH2，有利于成键，但是当pH值增大到11左右，会产生氢氧化物沉淀，所以pH值控制在9.5～10.5。

2.1.2 反应时间对配合物形成的影响 取0.5 g壳寡糖，用适量的去离子水溶解，在搅拌下，用滴液漏斗滴入氯化钙饱和溶液15 ml，调节pH值至10左右，在室温下，在不同的反应时间，过滤取滤液用ICP测定Ca2+浓度。实验结果表明，壳寡糖和Ca2+反应初期速度较快，可能是因为壳寡糖的溶解性较好，分子很快舒展开，暴露的功能基团能在反应初配合大量Ca2+，在20 min后反应速度趋于缓和，反应30 min后，钙离子含量没有太大变化，说明反应基本完全。所以反应时间控制0.5 h左右。

图2 壳寡糖和壳寡糖钙配合物红外光谱a:cos-Ca;b:cos

2.2 红外光谱 壳寡糖钙和壳寡糖红外光谱见图2，红外光谱特征峰指认见表1。从图2可看出，由于壳寡糖和壳寡糖钙的主要成分骨架均为壳寡糖，所以配体和配合物的谱图基本相似，但在某些波数处的吸收峰又显示出显著不同。壳寡糖位于3 412 cm-1处宽且强的吸收峰为N—H和O—H 的伸缩振动叠加峰，在壳寡糖钙配合物中该吸收峰向低波数移动至3 379 cm-1，表明钙离子与壳寡糖中羟基上的O原子和氨基上的N原子发生了配位，壳寡糖的羟基和氨基与钙离子配位导致N—H和O—H的电子云密度降低，键力常数减弱，因此N—H和O—H键伸缩振动向低波数移动。此处吸收峰明显变窄，体现-NH2和-OH形成氢键的能力减弱。

表1 壳寡糖和壳寡糖钙配合物红外光谱数据(cm-1)

壳寡糖N—H面内弯曲振动吸收峰为1 524 cm-1[6]，而壳寡糖钙配合物中对应吸收峰向低波数位移至1 513 cm-1，表明配合物中氨基参与了配位。壳寡糖中仲羟基C—O伸缩振动吸收峰为1 075 cm-1，而相对应的壳寡糖钙中的吸收峰波数增大至1 081 cm-1，表明配合物中仲羟基参与了配位。由分析结果表明，壳寡糖中-NH2上的N原子与仲羟基上的O原子都与钙离子发生了配位。

2.3 紫外光谱 壳寡糖在278 nm处有一吸收峰，在其与钙离子形成配合物后，相对于壳寡糖的吸收峰发生了紫移，吸收峰位移至274 nm，这是由于配合物中分子内电子跃迁所需能量较未配位的壳寡糖高[7]，说明了壳寡糖与钙离子发生了配位作用。

3 结论

本文用壳寡糖和饱和氯化钙溶液反应，制备了壳寡糖钙配合物。红外和紫外分析测试图谱表明，壳寡糖与Ca2+形成了配合物，壳寡糖钙配合物中不仅壳寡糖氨基上的N原子参与了配位，同时仲羟基的O原子也参与了配位。最佳反应时间是0.5 h，pH控制在9.5～10.5之间。

参考文献：

[1]Joodi G，Ansari N，Khodagholi F．Chitooligosaccharide-mediated neuroprotection is associated with modulation of Hsps expression and reduction of MAPK phosphorylation[J]．Int J Biol Macromol，2011，48(5)：726-735．

[2]Hamel L P，Beaudoin N．Chitooligosaccharide sensing and downstream signaling：contrasted outcomes in pathogenic and beneficial plant-microbe interactions[J]．Planta，2010，232(4)：787-806.

[3]胡迎青，陆雪华，汪晓莺，等．壳寡糖降血脂作用及与RAP的表达相关性研究[J]．中国临床医学，2007，14(6)：749-752.

[4]官杰，罗晓庆，王琪，等．壳寡糖抑制肿瘤作用的实验研究[J]．中国免疫学杂志，2007，23(5)：421-424.

[5]Choi BK，Kim KY，Yoo YJ．In vitro antimicrobial activity of chitooligosaccharide mixture against Actinobacillus actinomycetem-comitans and Streptococcusmutans[J]．Int J Antimicrob Agents，2001，18(6)：553-557．

[6]黄进，汪世龙，孙晓宇．纳米壳寡糖—铁配合物的制备及其生物活性的研究[J]．化学学报，2006，64(15)：1570-1574.

[7]郭振楚，彭斌，韩亮．氨基葡萄糖与锌(Ⅱ)、铁(Ⅱ)、铜(Ⅱ)配合物的合成与表征[J]．应用化学，2001，18(6)：498-500．