玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺

米浩宇， 黄 昌， 孙 超， 刘琪微，孟鹏飞， 李君如， 王 雅， 张 龙

(长春工业大学 化学工程学院， 吉林 长春 130012)

玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备工艺

米浩宇， 黄 昌， 孙 超， 刘琪微，孟鹏飞， 李君如， 王 雅， 张 龙*

(长春工业大学 化学工程学院， 吉林 长春 130012)

以玉米秸秆为原料碱法提取戊聚糖，选择合适的酯化体系(氯磺酸/吡啶法、三氧化硫吡啶复合物/吡啶法、三氧化硫吡啶复合物/N,N-二甲基甲酰胺法、浓硫酸法)，磺化修饰制备戊聚糖硫酸酯。实验最终确定了采用氯磺酸/吡啶法合成戊聚糖硫酸酯，产物结构特征经UV,IR确证。

玉米秸秆; 戊聚糖硫酸酯; 抗凝血; 合成

0 引 言

半纤维素是自然界存在最广泛的多糖之一，通常与纤维素结合存在于植物的细胞壁中，其在自然界含量仅次于纤维素，一般植物中半纤维素占干重的7%～30%[1]。半纤维素主要以戊聚糖脱水聚合的形式而存在。虽然戊聚糖本身就具有抗肿瘤作用和免疫调节作用，但由于其分子量较大，不易溶于水等特性，在生物活性方面的应用受到诸多限制。

戊聚糖最初是从榉木木材中发现的，且榉木戊聚糖硫酸酯具有抗炎、抗肿瘤、抗病毒、抗凝血等生物活性[2-5]。但榉木木材来源有限、价格昂贵，现在更多的是从农作物中提取。玉米秸秆是我国北方地区的常见农作物在加工过程中产生的废料，过去通常采用焚烧的方法进行处理，不仅造成资源的极大浪费，而且严重污染环境，研究发现玉米秸秆中含有大量的戊聚糖。

文中以玉米秸秆为原料，确定了碱法提取玉米秸秆戊聚糖的最佳工艺条件为：以30倍体积(固液比)的浓度10%的NaOH溶液，在70 ℃条件下反应6 h。经过滤、醇沉、离心、冻干制得戊聚糖。从以氯磺酸/吡啶法、三氧化硫吡啶复合物/吡啶法、三氧化硫吡啶复合物/N,N-二甲基甲酰胺法、浓硫酸法的4种酯化体系对玉米秸秆戊聚糖进行酯化反应，最终确定了制备戊聚糖硫酸酯的最佳工艺条件为：吡啶∶氯磺酸(V∶V)=3∶1，70 ℃保温反应6 h，经调pH至中性、醇沉、透析、冻干制得戊聚糖硫酸酯。

1 实验部分

1.1试剂与仪器

氯磺酸、吡啶、N,N-二甲基甲酰胺、三氧化硫吡啶复合物、NaOH、浓硫酸、正丁醇均为分析纯试剂。

DZF-250型数显恒温真空干燥箱；Nicolet is10傅里叶红外光谱仪(FT-IR)，KBr压片；UV1901双光束紫外分光光度计。

1.2实验过程

1.2.1 玉米秸秆戊聚糖的提取与分离

将粉碎的玉米秸秆4 g与120 mL浓度10%NaOH溶液在带有搅拌装置的250 mL三颈瓶中，70 ℃反应6 h，反应结束后冷却至室温，抽滤得滤液。滤液用HCl调pH=7，浓缩至50 mL，加入150 mL无水乙醇，析出白色晶体，经重结晶、离心、冻干得戊聚糖0.27 g。

1.2.2 玉米秸秆戊聚糖硫酸酯的制备

1.2.2.1 氯磺酸/吡啶法(ClSO3H/C5H5N法)

氯磺酸/吡啶法的反应机理方程式如图1所示。

图1 氯磺酸/吡啶法的反应机理方程式

酯化试剂的制备：取预冷的无水吡啶30 mL于三颈瓶中，电动搅拌条件下，用恒压漏斗缓慢滴加10 mL氯磺酸，保持反应温度低于5 ℃[6]。缓慢升温，向酯化试剂中缓慢加入0.8 g戊聚糖，70 ℃保温反应4 h。反应结束，降至室温，冰浴下用3 mol/L的NaOH溶液调pH=7。静置分层，取下层溶液浓缩，加无水乙醇，析出白色晶体，离心、透析、冻干得戊聚糖硫酸酯。

1.2.2.2 三氧化硫吡啶复合物/吡啶法(C5H5N·SO3/C5H5N法)

按戊聚糖∶吡啶(w∶w)=1∶60、戊聚糖∶三氧化硫吡啶复合物(w∶w)=1∶5将吡啶48 mL加入带有冷凝管、干燥管和电动搅拌装置的100 mL三颈瓶中，再加入4 g三氧化硫吡啶复合物，加热至70 ℃，搅拌溶解。加入0.8 g戊聚糖，充分搅拌溶解，70 ℃反应6 h。反应结束，降至室温。用3 mol/L的NaOH溶液调pH=7，加入无水乙醇，沉淀、离心、透析、冻干得戊聚糖硫酸酯。

1.2.2.3 三氧化硫吡啶复合物/N,N-二甲基甲酰胺法(C5H5N·SO3/DMF法)

按戊聚糖∶N,N-二甲基甲酰胺(w∶w)=1∶60、戊聚糖∶三氧化硫吡啶复合物(w∶w)=1∶5,将N,N-二甲基甲酰胺48 mL加入带有冷凝管、干燥管和电动搅拌装置的100 mL三颈瓶中，再加入4 g三氧化硫吡啶复合物，加热至70 ℃，搅拌溶解。加入0.8 g戊聚糖，充分搅拌溶解，70 ℃反应6 h。反应结束，降至室温。用3 mol/L的NaOH溶液调pH=7，加入无水乙醇，沉淀、离心、透析、冻干得戊聚糖硫酸酯。

1.2.2.4 浓硫酸法

取浓硫酸15 mL，正丁醇5 mL，加入装有干燥管和电动搅拌装置的三颈瓶中，控温0 ℃，开启电动搅拌装置。加入0.25 g硫酸铵，待溶解后，缓慢加入戊聚糖1 g，保持0 ℃反应3 h。反应结束，冰浴下用3 mol/L的NaOH溶液调pH=7，加入无水乙醇，沉淀、离心、透析、冻干得戊聚糖硫酸酯。

2 结果与讨论

2.1酯化体系的确立

4种硫酸酯化体系对戊聚糖的反应性能见表1。

表1 不同反应体系对戊聚糖的性能比较

由表1可以看出，采用氯磺酸∶吡啶法进行酯化反应，具有试剂来源方便、价格相对便宜、产品质量较好、后处理较方便等特点。因此考虑采用氯磺酸∶吡啶酯化体系对玉米秸秆戊聚糖进行硫酸酯化。

2.2结构表征结果

2.2.1 戊聚糖硫酸酯的紫外光谱分析结果

戊聚糖和ClSO3H/C5H5N体系紫外光谱图分别如图2和图3所示。

戊聚糖经ClSO3H/C5H5N体系硫酸酯化后与酯化前紫外光谱比较可以看出,ClSO3H/C5H5N体系在260 nm左右新增一个新的硫酸基团吸收峰[7]，定性地说明了戊聚糖硫酸酯化的成功。

图2 戊聚糖紫外吸收光谱图

图3 ClSO3H/C5H5N体系紫外光谱图

2.2.2 戊聚糖硫酸酯的红外光谱分析结果

戊聚糖和戊聚糖硫酸酯红外光谱对比图如图4所示。

图4 戊聚糖和戊聚糖硫酸酯红外光谱对比图

从图4中可以看出，与戊聚糖相比，ClSO3H/C5H5N体系所得产物在1 242 cm-1及804 cm-1附近出现新的强吸收峰，1 242 cm-1附近的峰是硫酸基团-SO3-中的S=O伸缩振动所产生，而804 cm-1处的峰则是-O-SO3-的C-O-S的伸缩振动所引起的，且与戊聚糖未磺化前相比，3 300 cm-1附近羟基吸收峰明显减弱，说明戊聚糖上的羟基部分已被取代，从这两点可以定性地说明产物中硫酸基团的存在，酯化反应较为成功[8]。

3 结 语

以玉米秸秆为原料，以30倍体积(固液比)的浓度10%的NaOH溶液，在70 ℃条件下反应6 h提取戊聚糖。戊聚糖以吡啶∶氯磺酸(V∶V)=3∶1，70 ℃保温反应6 h，经调pH至中性,醇沉、透析、冻干制得戊聚糖硫酸酯。工艺具有反应条件温和、操作简便等特点，是一条符合我国国情的适合工业化生产的合成工艺。此合成工艺的建立也将对今后戊聚糖硫酸酯的抗凝血活性研究奠定基础。

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Preparation of corn stover pentosan sulfate

MI Hao-yu, HUANG Cang, SUN Chao, LIU Qi-wei,MENG Peng-fei, LI Jun-ru, WANG Ya, ZHANG Long*

(School of Chemical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012， China)

With corn straw to extract pentosan, we choose the suitable Esterification system (Chlorosulfonic acid/pyridine method, sulfur trioxide pyridine complex/pyridine method, sulfur trioxide pyridine complex/N,N-dimethylformamide method and concentrated sulfuric acid method) and modified Sulfonated to prepare pentosan polysulfate. Chlorosulfonic acid/pyridine method is experimentally applied to make the pentosan polysulfate, and it sturcture is verified with UV and IR.

corn straw; pentosan sulfate; anticoagulation; synthesis.

2014-05-19

长春工业大学大学生创新创业训练计划项目(201310190045)

米浩宇(1982-)，男，汉族，吉林辽源人，长春工业大学讲师，博士，主要从事药物设计与合成及药用活性分子结构改造方向研究,E-mail:mhy1982_jlu@163.com. *通讯作者：张 龙(1963-)，男，汉族，吉林农安人，长春工业大学教授，博士，博士生导师,主要从事生物质加工工程、工业催化方向研究,E-mail:zhanglong@mail.ccut.edu.cn.

TQ 464.1

A

1674-1374(2014)06-0716-04