殼寡糖鈣配合物的合成和表征

任群翔，孫瑩瑩，秦巖，尚志航

(沈陽醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110034)

殼寡糖(chitooligosaccharide，縮寫為cos)，是殼聚糖降解以后聚合度為2～20的產(chǎn)物，即由2～20個氨基葡萄糖通過β-1，4-糖苷鍵連接而成的低聚糖。殼寡糖的結(jié)構(gòu)式見圖1。

圖1 殼寡糖的結(jié)構(gòu)式

殼寡糖是天然糖中唯一大量存在的堿性氨基寡糖，具有水溶性好，安全無毒、易被動物體吸收等優(yōu)點，因此，其生物學(xué)活性備受關(guān)注，如抑菌、抗氧化、誘導(dǎo)植物抗病性，以及在動物上的抗病毒、抑制腫瘤、降血脂、調(diào)節(jié)免疫等，目前已被廣泛的研究和報道[1-5]。對于它的安全性研究表明，給小鼠一次性灌服最大劑量超過10 g/kg的cos，或日灌服2 g/kg的cos，均未見任何不良反應(yīng)。由于殼寡糖分子量遠(yuǎn)比殼聚糖低，且水溶性好，無毒害，便于與金屬元素的原子形成配位化合物，所以研究殼寡糖金屬配合物具有重要意義。研究表明殼寡糖能促進(jìn)鈣的吸收和骨骼健康，為了既能發(fā)揮殼寡糖的作用又能達(dá)到補(bǔ)充鈣的雙重功效，本研究合成了殼寡糖鈣配合物并對其進(jìn)行了表征，這將為殼寡糖鈣開發(fā)利用提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑 DRE電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀(ICP)(美國Lee-man公司)；Nicolet380傅立葉變換紅外光譜儀(美國Nicolet公司)；島津UV-2201型紫外及可見光譜儀，F(xiàn)A1604N電子分析天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；78-1型磁力加熱攪拌器(常州國華電器有限公司)；PB-21 pH計(德國賽多利斯)；真空冷凍干燥機(jī)(德國Sigma公司)。

殼寡糖(濟(jì)南海得貝公司，粘均分子量2 000)；氯化鈣、碳酸鈉和無水乙醇均為分析純(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；實驗用水為二次重蒸水。

1.2 殼寡糖鈣配合物的制備方法 稱取0.5 g殼寡糖，用適量的去離子水溶解，在攪拌下，用滴液漏斗滴入氯化鈣飽和溶液15 ml，調(diào)節(jié)pH值至10左右，于室溫攪拌反應(yīng)0.5 h，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮溶液至適量體積，然后加入過量的無水乙醇，靜置，析出沉淀，抽濾，用無水乙醇洗滌多次，干燥產(chǎn)物，得到固體粉末。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成條件的選擇

2.1.1 pH值對配合物形成的影響 在不同pH值下合成了配合物，然后稱取一定量的配合物，用容量瓶定容，用DRE電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀測定Ca2+含量。實驗結(jié)果表明，隨著pH值增大，Ca2+含量增加，說明殼寡糖的配位能力增強(qiáng)，這是由于隨著pH值增大部分-NH3+變成-NH2，有利于成鍵，但是當(dāng)pH值增大到11左右，會產(chǎn)生氫氧化物沉淀，所以pH值控制在9.5～10.5。

2.1.2 反應(yīng)時間對配合物形成的影響 取0.5 g殼寡糖，用適量的去離子水溶解，在攪拌下，用滴液漏斗滴入氯化鈣飽和溶液15 ml，調(diào)節(jié)pH值至10左右，在室溫下，在不同的反應(yīng)時間，過濾取濾液用ICP測定Ca2+濃度。實驗結(jié)果表明，殼寡糖和Ca2+反應(yīng)初期速度較快，可能是因為殼寡糖的溶解性較好，分子很快舒展開，暴露的功能基團(tuán)能在反應(yīng)初配合大量Ca2+，在20 min后反應(yīng)速度趨于緩和，反應(yīng)30 min后，鈣離子含量沒有太大變化，說明反應(yīng)基本完全。所以反應(yīng)時間控制0.5 h左右。

圖2 殼寡糖和殼寡糖鈣配合物紅外光譜a:cos-Ca;b:cos

2.2 紅外光譜 殼寡糖鈣和殼寡糖紅外光譜見圖2，紅外光譜特征峰指認(rèn)見表1。從圖2可看出，由于殼寡糖和殼寡糖鈣的主要成分骨架均為殼寡糖，所以配體和配合物的譜圖基本相似，但在某些波數(shù)處的吸收峰又顯示出顯著不同。殼寡糖位于3 412 cm-1處寬且強(qiáng)的吸收峰為N—H和O—H 的伸縮振動疊加峰，在殼寡糖鈣配合物中該吸收峰向低波數(shù)移動至3 379 cm-1，表明鈣離子與殼寡糖中羥基上的O原子和氨基上的N原子發(fā)生了配位，殼寡糖的羥基和氨基與鈣離子配位導(dǎo)致N—H和O—H的電子云密度降低，鍵力常數(shù)減弱，因此N—H和O—H鍵伸縮振動向低波數(shù)移動。此處吸收峰明顯變窄，體現(xiàn)-NH2和-OH形成氫鍵的能力減弱。

表1 殼寡糖和殼寡糖鈣配合物紅外光譜數(shù)據(jù)(cm-1)

殼寡糖N—H面內(nèi)彎曲振動吸收峰為1 524 cm-1[6]，而殼寡糖鈣配合物中對應(yīng)吸收峰向低波數(shù)位移至1 513 cm-1，表明配合物中氨基參與了配位。殼寡糖中仲羥基C—O伸縮振動吸收峰為1 075 cm-1，而相對應(yīng)的殼寡糖鈣中的吸收峰波數(shù)增大至1 081 cm-1，表明配合物中仲羥基參與了配位。由分析結(jié)果表明，殼寡糖中-NH2上的N原子與仲羥基上的O原子都與鈣離子發(fā)生了配位。

2.3 紫外光譜 殼寡糖在278 nm處有一吸收峰，在其與鈣離子形成配合物后，相對于殼寡糖的吸收峰發(fā)生了紫移，吸收峰位移至274 nm，這是由于配合物中分子內(nèi)電子躍遷所需能量較未配位的殼寡糖高[7]，說明了殼寡糖與鈣離子發(fā)生了配位作用。

3 結(jié)論

本文用殼寡糖和飽和氯化鈣溶液反應(yīng)，制備了殼寡糖鈣配合物。紅外和紫外分析測試圖譜表明，殼寡糖與Ca2+形成了配合物，殼寡糖鈣配合物中不僅殼寡糖氨基上的N原子參與了配位，同時仲羥基的O原子也參與了配位。最佳反應(yīng)時間是0.5 h，pH控制在9.5～10.5之間。

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