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新型季铵化壳聚糖衍生物的制备及其抑菌和抗氧化活性研究

作　者: 李荣春
导　师: 蒋平安
学　校: 新疆农业大学
专　业: 草业科学
关键词: 含Schiff碱壳聚糖季铵盐衍生物酰化-N-三甲基壳聚糖氯化铵衍生物理化性质抑菌活性抗氧化活性
分类号: TQ450.1
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由于化学农药的残留问题严重影响着环境和人类健康,生物农药的开发迫在眉睫。壳聚糖无毒、无污染、可生物降解,已经成为这一方向的研究热点。目前对壳聚糖抑菌活性的研究大都集中于分子量和脱乙酰度对其活性的影响,而对壳聚糖衍生物的研究相对较少,对于壳聚糖衍生物对植物病原真菌的研究更少。另外,由于氧自由基对机体具有巨大的损伤作用,会引起许多疾病的发生,合成抗氧化剂取得了良好的效果,但是其对人体健康具有潜在的威胁。因此,筛选对人体安全、高效的天然活性氧清除剂具有重要意义。壳聚糖无毒、无污染,而且本身具有一定的抗氧化活性和提高机体免疫力、降血压、降血脂等保健功能。因此,研究开发具有更高抗氧化活性的壳聚糖衍生物,对于改善人们的生活质量具有重要意义。本文制备了2-(卤代水杨醛缩4-氨基吡啶)-乙酰基壳聚糖衍生物、2-(卤代苯甲醛缩4-氨基吡啶)-乙酰基壳聚糖衍生物、酰化-N-三甲基壳聚糖氯化铵及2-吡啶乙酰基-N-三甲基壳聚糖氯化铵等四类共计十余种新型壳聚糖衍生物,研究了它们对7种植物病原真菌(黄瓜黑星病菌、桃褐腐病菌、黄瓜炭疽病菌、黄瓜枯萎病菌、茶叶炭疽病菌、芦笋茎枯病菌、杏疮痂病菌)的抑制活性,结果发现,所有衍生物的抑菌活性均强于壳聚糖原料,其中4种新型衍生物(CHPACS, BHPACS, DCBPACS, CATMCS)对于真菌具有较强的抑制活性,在浓度为500μg/mL时,对某些真菌的抑制率达100 %。不同活性基团对衍生物抑菌效果的影响初步探讨结果表明,卤代水杨醛缩4-氨基吡啶Schiff碱接入壳聚糖能增强其抑菌活性,特别对黄瓜黑星病菌和桃褐腐病菌,在浓度为500μg/mL时,抑制率为100 %。卤代苯甲醛中,2, 4-二氯苯甲醛缩4-氨基吡啶Schiff碱接入壳聚糖对其抑菌活性增强较明显,对所试的六种植物致病菌具有较好的抑菌广谱性,在浓度为1000μg/mL时,抑菌率均在85 %以上。N-三甲基壳聚糖氯化铵分子中接入疏水基团—酰基,可以增强其抑菌活性,且引入的基团带有卤素、苯环等活性基团效果更明显。比较本文制备的不同类型壳聚糖衍生物的抑菌活性和物理化学性质,结果表明,DCBPACS、BTMCS和CATMCS抑菌效果最好,酰基化N-三甲基壳聚糖氯化铵(浓度为1000μg/mL时,抑菌率在80 %以上)抑菌活性虽然较DCBPACS(浓度为1000μg/mL时,抑菌率在85 %以上)稍弱,但其水溶性好,这在一定程度上可以拓宽其应用领域,因此该类壳聚糖衍生物更值得进一步深入研究。本文制备的双季铵盐—2-吡啶乙酰基-N-三甲基壳聚糖氯化铵具有强的清除羟自由基活性,与其具有较高的正电荷密度相关,而且,其制备条件温和,为壳聚糖类抗氧化剂的研制提供了可行思路。研究成果对深入开发利用甲壳资源、新型农药、新型抗氧化剂研制奠定了理论基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
缩略语表  11-12
第一章前言  12-33
  1.1 甲壳质/壳聚糖简介  12-13
  1.2 甲壳质/壳聚糖及其衍生物的研究进展  13-19
    1.2.1 壳聚糖的酰基化改性及其应用  14-15
    1.2.2 壳聚糖的季铵化改性及其应用  15-19
  1.3 农业杀菌剂和壳聚糖类抗氧化剂的发展趋势  19-21
    1.3.1 农业杀菌剂的发展情况  19-20
    1.3.2 壳聚糖及其衍生物抗氧化活性研究进展  20-21
  1.4 壳聚糖在农业上的应用及研究进展  21-30
    1.4.1 作为土壤改良剂  21-22
    1.4.2 作为果蔬保鲜剂  22
    1.4.3 作为种子包衣剂  22
    1.4.4 作为生物降解地膜  22-23
    1.4.5 作为植物生长调节剂  23
    1.4.6 壳聚糖对农业病菌的抑制作用  23-25
    1.4.7 壳聚糖抑菌活性的影响因素  25-29
    1.4.8 壳聚糖抑菌机理探讨  29-30
  1.5 本研究的目的和意义  30-31
  1.6 研究内容  31-33
第二章 2-（卤代水杨醛缩4-氨基吡啶）-乙酰基壳聚糖的制备及抑菌活性研究  33-53
  2.1 2-吡啶乙酰基壳聚糖（PACS）的制备及结构表征  33-38
    2.1.1 原料与仪器  33-34
    2.1.2 实验方法  34-36
    2.1.3 结果与讨论  36-38
  2.2 2-（卤代水杨醛缩4-氨基吡啶）-乙酰基壳聚糖衍生物的制备及抑菌活性研究  38-53
    2.2.1 原料与仪器  38
    2.2.2 实验方法  38-41
    2.2.3 结果与讨论  41-52
    2.2.4 本章小结  52-53
第三章 2-（卤代苯甲醛缩4-氨基吡啶）-乙酰基壳聚糖衍生物的制备及抑菌活性研究  53-75
  3.1 原料与仪器  53
    3.1.1 原料  53
    3.1.2 仪器  53
  3.2 实验方法  53-55
    3.2.1 2-（卤代苯甲醛缩4-氨基吡啶）-乙酰基壳聚糖衍生物的制备  53-54
    3.2.2 红外光谱分析  54-55
    3.2.3 核磁光谱分析  55
    3.2.4 抑菌活性测试  55
  3.3 结果与讨论  55-70
    3.3.1 2-（卤代苯甲醛缩4-氨基吡啶）-乙酰基壳聚糖衍生物的结构  55-59
    3.3.2 2-（卤代苯甲醛缩4-氨基吡啶）-乙酰基壳聚糖衍生物的抑菌活性  59-70
  3.4 2-（卤代水杨醛缩4-氨基吡啶）-乙酰基壳聚糖与2-（卤代苯甲醛缩4-氨基吡啶-乙酰基壳聚糖活性比较  70-73
  3.5 本章小结  73-75
第四章酰化 N-三甲基壳聚糖氯化铵的制备及其抑菌和抗氧化活性研究  75-88
  4.1 原料与仪器  77
    4.1.1 原料  77
    4.1.2 仪器  77
  4.2 实验方法  77-80
    4.2.1 分子量的测定  77
    4.2.2 脱乙酰度的测定  77
    4.2.3 酰化N-三甲基壳聚糖氯化铵的制备  77-79
    4.2.4 红外光谱分析  79
    4.2.5 抑菌活性测试  79
    4.2.6 清除·OH 实验  79-80
  4.3 结果与讨论  80-87
    4.3.1 酰化N-三甲基壳聚糖氯化铵衍生物的结构  80-81
    4.3.2 酰化N-三甲基壳聚糖氯化铵衍生物的抑菌活性  81-86
    4.3.3 清除·OH 实验结果  86-87
  4.4 本章小结  87-88
第五章 2-吡啶乙酰基-N-三甲基壳聚糖氯化铵的制备及其抑菌和抗氧化活性研究  88-97
  5.1 原料与仪器  88
    5.1.1 原料  88
    5.1.2 仪器  88
  5.2 实验方法  88-90
    5.2.1 2-吡啶乙酰基-N-三甲基壳聚糖氯化铵（PATMCS）的制备  88-90
    5.2.2 红外光谱分析  90
    5.2.3 核磁光谱分析  90
    5.2.4 抑菌活性测试  90
    5.2.5 清除·OH 实验  90
  5.3 结果与讨论  90-96
    5.3.1 PATMCS 的结构  90-91
    5.3.2 PATMCS 的抑菌活性测试结果  91-95
    5.3.3 PATMCS 清除·OH 实验结果  95-96
  5.4 本章小结  96-97
第六章结论  97-103
  6.1 讨论  97-100
  6.2 结论  100-102
  6.3 创新点  102-103
参考文献  103-121
附录  121-124
致谢  124-125
作者简历  125

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