羧甲基壳聚糖的制备方法有哪些？

以水为分散介质制备羧甲基壳聚糖

4.1前言

目前，已经报道了多种羧甲基壳聚糖的制备方法。但这些方法中使用的分散介质基本都是有机溶剂，其中异丙醇报道最多[23]，乙醇也有报道，水很少报道。主要原因可能是异丙醇、正丁醇等有机溶剂可以活化壳聚糖。然而，使用有机溶剂作为分散介质不仅造成有机溶剂的大量浪费，而且造成环境污染。随着环保意识的日益增强，选择环境友好的分散介质用于壳聚糖的羧甲基反应并优化反应过程具有重要的现实意义。

本章尝试以水为分散介质，微波为加热手段，由氯乙酸和壳聚糖反应制备羧甲基壳聚糖。通过红外光谱对产品进行了表征，确定了产品的结构，并研究了影响产品收率的因素，确定了较为优化的反应工艺。

4.2实验部分

4.2.1仪器和试剂

格兰仕17L机械微波炉(广东格兰仕公司)；

壳聚糖(生化试剂，脱乙酰度>；90%，粘度< 100cps，上海巨源生物科技有限公司)；

氯乙酸(分析纯，广州化学试剂厂)；氢氧化钠(分析纯，天津第一化学试剂厂)；

冰醋酸(化学纯，天津化学试剂厂)；乙醇(分析纯，天津第一化学试剂厂)

4.2.2羧甲基壳聚糖的制备

称取约65438±0g壳聚糖，置于250ml锥形瓶中，加入一定浓度的氢氧化钠溶液碱化一定时间。将约5g氯乙酸溶于10ml水中，然后倒入壳聚糖中，充分搅拌。在反应器外放置水浴保护装置，放入微波炉中，在第一次微波功率下加热一段时间。冷却后，用冰醋酸中和。然后，浸泡在50毫升水中，过滤，向滤液中加入4~5倍量的无水乙醇使其充分沉淀，然后过滤，用无水乙醇反复洗涤沉淀，得到羧甲基壳聚糖。

4.2.3实验结果和讨论

4.2.3.1羧甲基壳聚糖的红外光谱分析

图4-1羧甲基壳聚糖的红外光谱

图4-1是以水为分散介质制备的羧甲基壳聚糖的红外光谱，其中1603cm-1显示首席运营官反对称拉伸振动峰，1414cm-1显示首席运营官对称拉伸振动峰。—NH2在1550 ~ 1650cm-1处的原始振动带发生变化，说明壳聚糖的羧甲基化主要是在—NH2上进行，生成N-羧甲基壳聚糖。

4.2.3.2碱化时间对壳聚糖羧甲基反应的影响

在不同氢氧化钠浓度下，测试了不同碱化时间对羧甲基壳聚糖产率的影响。实验结果如下:

图4-2碱化时间对反应的影响(碱浓度:10mol·L-1，加热时间:30min)

图4-2碱化时间对反应的影响

(NaOH浓度:10mol·l-1，加热时间:30分钟)

图4-3碱化时间对反应的影响(碱浓度:40%，加热时间:30分钟)

图4-3碱化时间对反应的影响

(NaOH浓度:40%，加热时间:30分钟)

图4-4碱化时间对反应的影响(碱浓度50%，加热时间30分钟)

图4-4碱化时间对反应的影响

(NaOH浓度:50%，加热时间:30分钟)

从图中的数据可以看出，碱化时间对反应有非常重要的影响。无论NaOH的浓度有多大，当碱化时间只有1.5h时，反应几乎不进行。为使反应明显进行，碱化时间一般在3h以上。这可能是因为水不同于有机溶剂，对壳聚糖没有溶胀作用，所以一般很难使壳聚糖发生羧甲基反应。在碱的作用下，壳聚糖分子中的羟基可以转化为醇钠，即生成阴离子，阴离子可以与氯乙酸反应。为了使壳聚糖反应明显，壳聚糖要完全转化为壳聚糖钠，即碱化时间要足够长。因此，在本实验条件下，最佳碱化时间为3h。

4.2.3.3碱浓度对壳聚糖羧甲基反应的影响

由于碱化时间大于3h，反应才能明显进行，所以本部分实验将碱化时间定为3h，加热时间定为30min，并通过改变碱溶液的浓度来考察碱浓度对反应的影响。实验结果如下:

图4-5碱浓度对反应情况影响的趋势图

图4-5碱浓度对反应的影响

从上图可以看出，碱的浓度必须足够大，反应才能顺利进行。这是因为碱的浓度越大，壳聚糖转化为壳聚糖钠的程度越大，羧甲基化越容易。但该反应整体转化率不高，可能是由于壳聚糖在水中无法活化，反应难以进行。而且随着碱浓度的增加，壳聚糖容易降解，变成小分子链，导致粘度降低。与此同时，

4.2.3.4加热时间对壳聚糖羧甲基反应的影响

碱的浓度固定为50%，碱化时间为3h。考察了微波加热时间对反应的影响。结果如下:

图4-6加热时间对反应情况影响的趋势图

图4-6加热时间对反应的影响

从上表可知，如果反应能明显进行，加热时间较长，一般在30分钟左右。但加热时间过长，壳聚糖会发生降解，所得羧甲基壳聚糖的颜色会加深，因此笔者认为在本实验条件下加热30min较为合适。

4.2.3.5壳聚糖的初始状态对壳聚糖羧甲基反应的影响

为了更好地确定反应过程，作者进行了一系列实验来比较壳聚糖的初始状态。首先将壳聚糖溶于一定体积的5%醋酸溶液中，然后加入一定浓度的浓NaOH溶液，直到反应体系中NaOH溶液的浓度达到40%。碱化一定时间后，用上述方法制备羧甲基壳聚糖。对该反应进行了研究，并与壳聚糖的直接碱化进行了比较。结果如下:

图4-7碱化时间对反应情况影响的趋势图

图4-7碱化时间对反应的影响

从上图可以看出，羧甲基壳聚糖经醋酸溶解后的收率远低于未经酸溶解的壳聚糖。原因可能是用醋酸溶解后，再用NaOH沉淀，其分子链交织在一起，使得结构紧凑复杂，壳聚糖的表面积大大减小，空隙的数量和大小也减少，导致壳聚糖难以被碱化，难以进行下一步的羧甲基反应。

4.3本章概述

(1)本章以水为分散介质，将壳聚糖碱化后，直接与氯乙酸水溶液进行羧甲基反应。产物经红外光谱分析，证实了羧甲基壳聚糖的存在。

(2)通过对反应影响因素的研究，初步确定了反应的最佳工艺。作者认为反应的适宜条件为:碱浓度50%；碱化时间:3h；加热时间:30分钟。

(3)以水为分散介质的壳聚糖羧甲基化，突破了以有机溶剂为分散介质的传统框架，在环境保护方面具有重要意义。这是一种绿色的壳聚糖化学改性方法，为研究环境友好的壳聚糖化学改性提供了新的思路。

华南理工大学学士学位论文