2,3,6-O-醋酸纤维素的随机取代和2,3-O-醋酸纤维素的区域选择性取代的合成及酶促降解研究外文翻译资料

 2022-10-13 23:57:05

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2,3,6-O-醋酸纤维素的随机取代和2,3-O-醋酸纤维素的区域选择性取代的合成及酶促降解研究

武田信子，罗杰斯榎本由纪子，丰田竹村、忠久岩田

高分子材料科学，生物材料科学系，农业与生命科学，东京大学研究生院 ，文京区，东京113-8657，日本

摘要：通过研究替代区域对醋酸纤维素的酶降解特性的影响，分别在使用和不使用trytyl菌群的情况下对其进行保护处理并且合成了随机取代反应的产物2,3,6-O-CA（DS = 0.4，1.2和2.1）和区域选择性取代反应的产物2,3-O-CA（ DS = 0.4，1.3和2.0）。 结果表明，无论是2,3,6-O-CA还是2,3-O-CA在通过使用里氏木霉Toricoderma产生纤维素酶进行的酶促降解试验后都有反应。 其中，水解产物的浓度是通过使用葡萄糖进行的标准还原糖分析。 实验发现，DS低的CA比DS更高的CA有着更好的降解能力，并且DS超过2的CA在不考虑区域取代反应的情况下是没有降解能力的。 所以，2,3-O-CAS（DS = 0.4和1.3）的降解能力竟然比2,3,6-O-CAS（DS = 0.4和1.2）更高。本文主要研究了经过HPLC分析后的2,3,6-O-CA 和2,3-O-CA的水解产物以及关于他们的替代点和酶降解行为之间的关系。

关键词： 醋酸纤维素；区域选择性取代；酶降解；纤维素

前言

纤维素是自然界产量最丰富的多糖，特别是在植物或者微生物中。 它是一种非常可靠的可再生资源并且有望成为重要的生物基材料。因为它可通过纤维素酶得到生物降解， 纤维素也被认为是环境友好材料。 从应用的角度来看，纤维素是一种由脱水葡萄糖单元组成的多聚物，它的可塑性来源于分子间和分子内氢键和纤维素链的羟基酯化。

醋酸纤维素（CA），是众所周知的最重要的纤维素酯，它被广泛用作塑料材料，如过滤器或纤维。取代度（DS）的程度小于2.5]的CA被广泛认为在厌氧或缺氧的情况下都能被生物降解。也有一些复合形式，或在其酶解过程中对CA的生物降解性一些报道。 在这些先前的研究中，乙酰基被随机引入所有C2，C3和C6位置，并且它们的降解已被联系到（DS）取代作用。

关于CA化学结构和的生物降解性之间的关系，乙酰基的取代位置是非常重要的因素。 罗瑟研究了乙酰直链淀粉酶降解的取代位点的作用，并报告说易感性酶降解淀粉酶是在2,3-O-, 2,3,6-O-, 6-O-乙酰直链淀粉。 在CA的情况中，取代部位也将控制其生物降解性为其广泛应用的重要因素。 然而，据我们所知，对取代位置和CA的降解之间的详细关系没有报告。

在现在的研究中，我们已准备了具有不同取代度（DS）的区域选择性取代的乙酸纤维素（CA），即，2,3-O-CA。 我们还调查了不同取代位置对纤维素降解的影响。

实验过程

试验材料

纤维素（瓦特曼CF1）从船越有限公司 （东京，日本） 购得 。 所有其它试剂可以直接购得，无需进一步纯化即可使用。 透析膜36-32-100（MWCO 14000）从Viskase 公司购买。

O2,3,6-醋酸纤维素（2,3,6-Ograve;-CA）

取代度（DS）为1.2的2,3,6-O-CA配制如下： 将干燥的纤维素（1.0克）悬浮在DMAc（20毫升）中并在120℃条件下搅拌2小时。 等浆液冷却至100℃后 ，加入无水氯化锂（1.8克），并在室温下搅拌3天。 向该均匀溶液中加入吡啶（5mL）和乙酸酐（5毫升）中。 将混合物在40℃搅拌2.0小时，使其乙酰化。 反应后，将混合物倒入乙醇（2.0升）。 过滤沉淀物，用乙醇洗涤，并真空干燥，得到2,3,6-O-CA（DS = 1.2）（1.1克，产率82.3％）。 O2,3,6- -CA 0.4 DS，1.2被乙酰化的时间分别为0.5小时和3.0小时。

2,3,6-O-CA为DS的测定

2,3,6 –O-CA通过丙酰化以确定乙酰基的DS。 2,3,6-O-CAS（50毫克）在60℃的吡啶（3mL）和1天丙酸酐（3毫升）中的溶液搅拌。 将混合物倒入在搅拌下接着过滤乙醇过量，并在真空中干燥，得到 2,3,6-O-CA（总DS为3）（78.5毫克，定量）。 乙酰基的DS是通过减去3.0。其计算如下，乙酰DS = 3.0 – 丙酰的DS中。 丙酰基的DS从丙酰到葡萄糖的环质子的甲基质子的积分面积积分根据 1 H-NMR谱 的比来计算 ，如下所示：丙酰DS =（〔CH 3（PR） ] / 3）/（[ring-H] / 7）1 H-NMR（CDCL 3）：delta;1.1（CH 3（PR）），1.9-2.2（CH 3（AC），CH 2（PR）） ，3.5 5.1（ring-H）。

6，O三苯甲基纤维素

干燥的纤维素（5.0克）悬浮在DMAc（100mL）中，并在120℃下搅拌2小时。 将浆液冷却至100℃后，加入氯化锂（8.6克），并在室温下搅拌3天。 向该均匀溶液加入吡啶（11.2毫升）和三苯甲基氯（19.3克），并在70℃搅拌2天。 反应后，将混合物倒入乙醇（2.0升）。 过滤沉淀物，用乙醇洗涤， 并真空干燥，得到三苯基纤维素（8.0克，64.1％产率）。

2,3 -O-乙酰-6-O三苯甲基纤维素

DS为1.3的代表性的2,3- -O-乙酰-6-O配法如下：乙酰基取代度的纤维素; 向吡啶（15毫升），乙酸酐（15mL）中溶入6-O三苯甲基纤维素（2.0克）的溶液中，并在60℃下搅拌10分钟以使乙酰化。 反应后，将混合物倒入乙醇（2.0升）。 过滤沉淀物，用乙醇洗涤， 并真空干燥，得到2,3- -O-乙酰基-6-O三苯甲基纤维素（乙酰DS = 1.3）（2.2克，96.9％产率）。得到的 2,3- -O-乙酰基-6-O三苯甲基DS分别为0.4和2.0。乙酰化过程在40℃进行反应10分钟，然后在60℃下反应18小时。

2,3 -O-乙酰及6-O三苯甲基纤维素DS的测定

2,3-O-乙酰-6-O三苯甲基纤维素经过丙酰化来测定乙酰基的DS。 2,3- O-乙酰基-6-O三苯甲基纤维素（50毫克）需要在60℃下放入吡啶（3mL）1天并且在丙酸酐（3毫升）中的溶液中搅拌。 将混合物倾于乙醇过量，搅拌后，过滤， 并真空干燥，得到2,3- O-乙酰基-6-O三苯甲基纤维素（3.0总DS）（34.3毫克，定量）。 乙酰基的DS是通过减去2.0。计算如下，乙酰DS = 2.0 – 丙酰DS。 丙酰基的DS从葡萄糖的环质子的甲基质子的积分面积的联合根据 H-NMR谱 的比来计算 ，如下所示：DS =（[CH 3/ 3 ）/（[ring-H] / 7）1 H-NMR（CDCL 3）：delta;1.1（CH 3（PR）），1.9-2.2（CH 3（AC），CH 2（PR）），3.4- 5.2（ring- H），7.3（trytyl）。

O2,3-醋酸纤维素（2,3-Ograve;-CA）

具体过程如下:将2,3-O-乙酰基-6-O三苯甲基纤维素（DS = 1.3）（2.2克）在氯仿（60毫升）的乙酸（8.0毫升）溶解在乙酸溶液中，然后加入30％的HBr（4.0毫升）的混合物并在室温剧烈搅拌下加入。 将混合物搅拌5分钟。 反应后，过滤沉淀物，立即由碳酸氢钠 水溶液，水，乙醇 洗涤 ，并真空干燥，得到2,3-O-CA（DS = 1.3）（0.1克，产率10.6％）。 2,3-O-CA（DS = 0.4）进行纯化并通过对水的渗析沉淀后收集。

纤维素由CA脱乙酰制备

向 甲醇（1毫升）加入2,3,6-Ocirc;-CA（DP N = 248）（300毫克） 和氯仿（30毫升），28％甲醇钠/甲醇（1.8毫升）溶解，并在搅拌室温下搅拌1天。 反应后，加入甲醇（8.0毫升）加入到反应混合物中，并过滤沉淀物，用甲醇洗涤，干燥，得到纤维素（DP N = 248）。 纤维素（DP N = 54）用的2,3-Oacute;-CA（DS = 2）（DP N = 54）在8.7％的LiCl / DMAc中以同样的方式通过 脱乙酰化制备 。

核磁共振（NMR）测量

NMR用JEOL JNM-A500 FT-NMR（500MHz）光谱仪进行，使用四甲基硅烷（TMS）作为内标。 由10毫克制备的化合物溶解在0.5毫升氯仿-d的制备或DMSO -d 6 用于NMR分析的样品 。

凝胶渗透色谱（GPC）的测量

CA的 数均和平均分子量（M n 和M w）且分散指数值（M N / M w）的 )在40℃的氯仿下通过GPC（CBM-20A，DGU-20A3，LC-6AD，SIL-20ACHT，CTO-20A，RID-10A，岛津）。 的Shodex柱（K-806M，K-802）的使用，并且流量为0.6毫升/分钟。 采用聚苯乙烯标准（的Shodex），获得的校正曲线。 2,3,6-O-CA的 聚合（DP n）的 程度 是从由原始纤维素的完全乙酰化制备的三乙酸纤维素的分子量计算的。 该Mw 和Mn n 和M 瓦 / 米 的 n 2,3,6-O-CA（DS = 3.0）分别为m W= 1.1times;10 5，M，N = 7.2times;10 4，M 瓦 / 米 N = 1.6，分别和DP 计算2,3,6-O-CA的电量为DP N = 248的DP 2,3-O-CA n个 从由完全乙酰化制备的三乙酸纤维素的分子量计算出的O2,3-通过-CA氢溴酸去除三苯甲基之后。 在M W，Mn为 和M W / 的 Mn为 过酰化2,3O-CA分别为m W = 3.2times;10 4，M，N = 1.6times;10 4，M W / Mn为 = 2.0，分别与 O2,3- -CA的 DP n ，计算为DP N = 54。

HPLC测定

CA的水解产物通过HPLC（CBM-20A，DGU-20A3R LC-20AD，SIL-20AC，CTO-20A，RID-10A，岛津）在蒸馏水在80℃下的Shodex柱（KS-802）中的使用，并且流量为0.6毫升/分钟。 葡萄糖（G），（和 光纯 化学工业株式会社制造），麦芽糖（G2），麦芽三糖（G3），麦芽四糖（G4）， 麦芽五糖（G5），麦芽七糖（G6）（林原），麦芽六糖（G7），（Tronto的研究化学品公司）和支链淀粉（MW = 6100和9100）（的Shodex）用作标准。

酶降解试验

纤维素降解菌为 ATCC26921，在700U / g的水溶液（的Celluclastreg;， Novozyme） 纤维素酶 被用

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