聚α-1，3-葡聚糖酯和由其所得膜的制備
【專利說明】聚α-1,3-葡聚糖酯和由其所得膜的制備
[0001] 本申請要求美國臨時申請61/746, 328 ;61/746, 335和61/746, 338的權(quán)益；每篇 專利均提交于2012年12月27日，這些專利均全文以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明為聚α-1，3-葡聚糖衍生物的領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及聚α-1，3-葡聚 糖酯、它們的制備方法、以及由其制得的膜。
【背景技術(shù)】
[0003] 受到利用微生物或植物宿主的酶合成或基因工程以尋求新結(jié)構(gòu)多糖的期望的驅(qū) 動，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可生物降解并且可從可再生資源基原料經(jīng)濟地制備的多糖。一種 此類多糖是聚α-l，3-葡聚糖（其特征在于具有α-l，3-糖苷鍵的葡聚糖聚合物）。通過 使鹿糖水性溶液與分離自唾液鏈球菌（Streptococcus salivarius)的葡糖基轉(zhuǎn)移酶接觸 已經(jīng)分離到這種聚合物（Simpson 等人，Microbiology 141 :1451_1460,1995)。由聚 α-1， 3-葡聚糖制備的膜耐受至多150°C的溫度并相對于得自β-1，4-連接的多糖的聚合物具有 優(yōu)點（Ogawa 等人，F(xiàn)iber Differentiation Methods，47:353-362,1980) 〇
[0004] 美國專利7, 000, 000公開了包含己糖單元的多糖纖維的制備，其中在聚合物內(nèi)至 少50%的己糖單元經(jīng)由α -1，3-糖苷鍵，利用唾液鏈球菌gtfj酶連接。該酶利用鹿糖作為 聚合反應(yīng)的底物，從而產(chǎn)生聚α-1，3-葡聚糖和果糖作為終產(chǎn)物（Simpson等人，1995)。在 溶劑或包含溶劑的混合物中溶解超過臨界濃度時，本發(fā)明所公開的聚合物形成液晶溶液。 由該溶液紡出高度適用于紡織物的連續(xù)牢固的棉狀纖維并且使用。
[0005] 關(guān)于各種聚α -1，3-葡聚糖衍生物的制備以及它們應(yīng)用的信息很少。
[0006] Yui 等人（Int. J. Biol. Macromol. 14 :87_96,1992)公開，使用從真菌硫色絢孔菌 的子實體提取出的聚α_1，3-葡聚糖，合成聚α-1，3_葡聚糖三乙酸酯。該聚合物的結(jié)構(gòu) 由X射線晶體衍射來分析。
[0007] Ogawa 等人（Carb. Poly. 3 :287_297,1983)使用三種不同的聚 α -1，3-葡聚糖樣 品制備聚α-1，3_葡聚糖三乙酸酯。一種樣品從細菌細胞外多糖中隔離，而另兩種樣品從 真菌子實體中提取。這些聚合物的結(jié)構(gòu)由X射線晶體衍射來分析。
[0008] 鑒于聚α -1，3-葡聚糖酯衍生物在各種應(yīng)用諸如制膜中的潛在實用性，期望開發(fā) 新型聚α -1，3-葡聚糖酯衍生物以及制備此類衍生物的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 在一個實施例中，本發(fā)明涉及包含由以下結(jié)構(gòu)表示的聚α-l，3-葡聚糖酯化合物 的組合物：
[0010]
[0011] 其中
[0012] ⑴η為至少6，
[0013] (ii)每個R獨立地為H或?；鶊F，并且
[0014] (iii)所述化合物具有約0· 05至約3. 0的取代度。
[0015] 在第二實施例中，所述?；鶊F為乙?；?、丙?；⒍□；?、戊酰基、己?；?、庚酰 基、或辛?；鶊F。該實施例中的化合物可包含一種類型的?；鶊F，或兩種或更多種類型 的酰基基團。在第三實施例中，所述化合物包含一種類型的?；鶊F。
[0016] 在第四實施例中，所述酰基基團為乙?；鶊F，并且取代度為約0. 05至約2. 6。
[0017] 在第五實施例中，所述化合物包含兩種或更多種類型的?；鶊F。例如，兩種或更 多種類型的?；鶊F可為（i)乙酰基和丙酰基，或（ii)乙?；投□；?。
[0018] 在第六實施例中，本發(fā)明涉及制備聚α-1，3-葡聚糖酯化合物的方法。該方法包 括在基本上無水的反應(yīng)中使聚α -1，3-葡聚糖與至少一種酸催化劑、至少一種酸酐、和至 少一種有機酸接觸。來源于酸酐的?；鶊F在該接觸步驟中酯化成聚α-1，3-葡聚糖，從 而制得由以下結(jié)構(gòu)表示的聚α -1，3-葡聚糖酯化合物：
[0019]
[0020] 其中
[0021] ⑴η為至少6，
[0022] (ii)每個R獨立地為H或酰基基團，并且
[0023] (iii)所述化合物具有約0. 05至約3. 0的取代度。可任選地分離出由該方法制得 的聚α-1，3_葡聚糖酯。
[0024] 在第七實施例中，聚α -1，3-葡聚糖在所述方法的接觸步驟之前，與有機酸進行 酸交換以從聚α-I，3-葡聚糖中除去水。
[0025] 在第八實施例中，所述方法中的酸催化劑為無機酸。在第九實施例中，所述無機酸 為硫酸或高氯酸。
[0026] 在第十實施例中，所述方法中的酸酐為乙酸酐、丙酸酐、或丁酸酐中的一種或多 種；并且有機酸為乙酸、丙酸、或丁酸中的一種或多種。該實施例的非限制性示例包括：
[0027] ⑴酸酐為乙酸酐，并且有機酸為乙酸，其中反應(yīng)中制得的聚α-l，3-葡聚糖酯化 合物為聚α-1，3-葡聚糖乙酸酯；
[0028] (ii)酸酐為丙酸酐和乙酸酐，并且有機酸為丙酸和任選地乙酸，其中反應(yīng)中制得 的聚α-1，3-葡聚糖酯化合物為聚α-1，3-葡聚糖乙酸酯丙酸酯；
[0029] (iii)酸酐為丙酸酐，并且有機酸為丙酸和乙酸，其中反應(yīng)中制得的聚α-l，3-葡 聚糖酯化合物為聚α -1，3-葡聚糖乙酸酯丙酸酯；
[0030] (iv)酸酐為丁酸酐和乙酸酐，并且有機酸為丁酸和任選地乙酸，其中反應(yīng)中制得 的聚α-1，3-葡聚糖酯化合物為聚α-1，3-葡聚糖乙酸酯丁酸酯；并且
[0031] (V)酸酐為丁酸酐，并且有機酸為丁酸和乙酸，其中反應(yīng)中制得的聚α-1，3-葡聚 糖酯化合物為聚α-1，3-葡聚糖乙酸酯丁酸酯。
[0032] 在第十一個實施例中，反應(yīng)還包含有機溶劑。
[0033] 在第十二個實施例中，所述方法的接觸步驟包括：
[0034] (i)冷卻反應(yīng)；
[0035] (ii)冷卻包含聚α -1，3-葡聚糖、酸催化劑和有機酸的混合物，然后將酸酐加入 到所述混合物中；
[0036] (iii)冷卻包含酸酐和有機酸的混合物，然后將聚α -1，3-葡聚糖和酸催化劑加 入到所述混合物中；或者
[0037] (iv)冷卻包含酸催化劑和有機酸的混合物，然后將聚α -1，3-葡聚糖和酸酐加入 到所述混合物中。
[0038] 在第十三個實施例中，反應(yīng)中制得的聚α-l，3-葡聚糖酯化合物為聚α-l，3-葡 聚糖三乙酸酯。該實施例中的方法還包括：分離聚α-1，3_葡聚糖三乙酸酯；使聚α-1， 3-葡聚糖三乙酸酯與乙酸和水接觸以形成制劑；以及向制劑施加約3-lOkg/cm 2的蒸汽壓 以將其溫度升至至多260°C，其中制得具有0. 05至2. 70的取代度的聚α -1，3-葡聚糖乙酸 酯?？扇芜x地分離出由該方法制得的聚α-1，3-葡聚糖乙酸酯。
【具體實施方式】
[0039] 本文所引用的所有專利和非專利文獻的公開內(nèi)容均全文以引用方式并入本文中。
[0040] 如本文所用，術(shù)語"發(fā)明"或"本發(fā)明所公開的"不旨在限制但一般適用于權(quán)利要 求中所限定的或本文所述的任何發(fā)明。本文可互換使用這些術(shù)語。
[0041] 本文中，術(shù)語"聚α -1，3-葡聚糖"、" α -1，3-葡聚糖聚合物"和"葡聚糖聚合物"互 換使用。聚α-l，3-葡聚糖是包含通過糖苷鍵連接在一起葡萄糖單體單元的聚合物，其中 至少約50%的糖苷鍵是α-l，3-糖苷鍵。聚α-l，3-葡聚糖是多糖的一種類型。聚α-1， 3-葡聚糖的結(jié)構(gòu)可描述如下：
[0042] CN 105008401 A 說明書 4/26 頁
[0043] 可采用化學方法，制得可用于制備本文聚α-1，3_葡聚糖酯化合物的聚α-1， 3-葡聚糖。作為另外一種選擇，它可通過從產(chǎn)生聚α-1，3-葡聚糖的各種生物體諸如真 菌中提取它而制得。還作為另外一種選擇，聚α-1，3_葡聚糖可使用一種或多種葡糖基 轉(zhuǎn)移酶（gtf)(例如gtfj)，由蔗糖酶促產(chǎn)生，如美國專利7, 000, 000和美國專利申請公布 2013/0244288和2013/0244287中所述（這些專利均以引用方式并入本文）。
[0044] 本文術(shù)語"葡糖基轉(zhuǎn)移酶"、"gtf酶"、"gtf酶催化劑"、"gtf "、和"葡聚糖蔗糖酶" 互換使用。本文中g(shù)ft酶的活性催化蔗糖底物的反應(yīng)，生成產(chǎn)物聚α-1，3-葡聚糖和果糖。 gtf反應(yīng)的其它產(chǎn)物（副產(chǎn)物）可包括葡萄糖（在從葡糖基-gtf酶中間體復(fù)合物水解出葡 萄糖的情況下）、各種可溶性寡糖（DP2-DP7)、以及白菌二糖（在葡糖基-gtf酶中間體復(fù)合 物的葡萄糖連接至果糖的情況下）。白菌二糖是由通過α-1，5鍵連接的葡萄糖和果糖組成 的二糖。葡糖基轉(zhuǎn)移酶的野生型形式大體包含（Ν末端至C末端方向）信號肽、可變域、催 化域和葡聚糖結(jié)合域。根據(jù)CAZy (碳水化合物-活性酶）數(shù)據(jù)庫（Cantarel等人，Nucleic Acids Res. 37 :D233-238, 2009)，本文中g(shù)tf被歸類為配糖水解酶家族70 (GH70)。
[0045] 用于制備本文聚α-l，3-葡聚糖酯化合物的聚α-l，3-葡聚糖的葡萄糖單體單 元之間，為α -1，3的糖苷鍵的百分比為至少約50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、 97%、98%、99%、或100%(或介于50%和100%之間的任何整數(shù)值）。因此在此類實施例 中，聚 α -1，3-葡聚糖具有小于約 50%、40%、30%、20%、10%、5%、4%、3%、2%、1%、或 〇% (或介于〇%和50%之間的任何整數(shù)值）的非α-1，3的糖苷鍵。
[0046] 用于制備本文聚α -1，3-葡聚糖酯化合物的聚α -1，3-葡聚糖優(yōu)選是直鏈的/非 支鏈的。在某些實施例中，所述聚α-1，3_葡聚糖沒有分枝點，或分枝點占所述聚合物中糖 苷鍵百分比小于約1〇%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、或1%。分枝點的示例包括 α _1，6分枝點，諸如存在于變形聚合物中的那些。
[0047] 本文術(shù)語"糖苷連接基"和"糖苷鍵"互換使用，并且是指將碳水化合物（糖）分 子連接至另一個基團諸如另一個碳水化合物的共價鍵類型。如本文所用，術(shù)語" α -1，3-糖 苷鍵"是指將a -D-葡萄糖分子通過相鄰a -D-葡萄糖環(huán)上的碳1和碳3彼此連接的共價 鍵類型。這種鍵如上文提供的聚α-1，3_葡聚糖結(jié)構(gòu)圖所示。本文中，"a-D-葡萄糖"被 稱為"葡萄糖"。
[0048] 本文術(shù)語"聚α -I，3-葡聚糖酯化合物"、"聚α -I，3-葡聚糖酯"和"聚α -I，3-葡 聚糖酯衍生物"互換使用。本文聚α-1，3-葡聚糖酯化合物可由以下結(jié)構(gòu)表示：
[0049]
[0050] 就該結(jié)構(gòu)的化學式而言，η可為至少6,并且每個R可獨立地為氫原子（H)或?；?基團。本文聚α -1，3-葡聚糖酯化合物具有約0. 05至約3. 0的取代度。
[0051] 本文所公開的聚α -1，3-葡聚糖酯化合物是人工合成的化合物。
[0052] 本文聚α -1，3-葡聚糖酯化合物由于包含亞結(jié)構(gòu)-QrO-CO-C-而被稱為"酯"， 其中"-Or"表示聚α -1，3-葡聚糖酯化合物的葡萄糖單體單元的碳2、4或6,并且其中 "-C0-C-"包含于?；鶊F中。
[0053] 本文"醜基基團"可為例如乙醜基基團（-CO-CH3)、丙醜基基團（-CO-Ql2-CH 3)、丁 醜基基團（-CO-CH2-CH2-CH 3)、戊醜基基團（-C0-CH2-CH 2-CH2-CH3)、己醜基基團（-CO -CH2-CH2 _CH2_CH2_CH 3)、庚醜基基團（_C0_CH2_CH2 _CH2_CH2_CH2_CH 3)、或辛醜基基團（_C0_CH2_CH 2_CH 2- CH2-CH2-CH2-CH3)。酰基基團中的羰基基團（-CO-)與聚α -1，3-葡聚糖酯化合物的葡萄糖 單體單元的碳2、4或6酯鍵連接。
[0054] 就命名而言，可參照與化合物中一個或多個?；鶊F相對應(yīng)的一種或多種有機 酸，命名本文的聚α_1，3-葡聚糖酯化合物。例如，包含乙?；鶊F的酯化合物可被稱為聚 α-1，3-葡聚糖乙酸酯，包含丙?；鶊F的酯化合物可被稱為聚α-1，3-葡聚糖丙酸酯，而 包含丁酰基基團的酯化合物可被稱為聚α_1，3-葡聚糖丁酸酯。然而，該命名不旨在認為 本文聚α -1，3-葡聚糖酯化合物是酸本身。
[0055] 本文"聚α -1，3-葡聚糖三乙酸酯"是指具有2. 75或更高的乙?；鶊F取代度的 聚α-1，3-葡聚糖酯化合物。
[0056] 本文術(shù)語"聚α-1，3_葡聚糖單酯"和"單酯"互換使用。聚α-1，3_葡聚糖單酯 僅包含一種類型的?；鶊F。此類單酯的示例為聚α-1，3_葡聚糖乙酸酯（包含乙?；?團）和聚α-1，3-葡聚糖丙酸酯（包含丙?；鶊F）。
[0057] 本文術(shù)語"