（應(yīng)用化學(xué)專業(yè)論文）殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究.pdf

殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 摘要 合成了殼聚糖銅配合物 考察了脫乙酰度 溫度對(duì)產(chǎn)品中銅含量的影響 脫 乙酰度為9 5 溫度為6 0 為合成殼聚糖銅配合物的最佳條件 配合物中銅的 質(zhì)量百分?jǐn)?shù)1 1 2 4 研究了產(chǎn)品在人工海水中的緩釋行為及其對(duì)大腸埃希氏菌 的抑菌效果 產(chǎn)物在人工海水中1 5 d 的累積放度僅為o 7 6 說(shuō)明其具有優(yōu)異的 緩釋性能 抑菌第六天時(shí) 抑菌率可達(dá)5 4 5 以殼聚糖與一氯乙酸在堿性條件下通過(guò)加熱制備了羧甲基殼聚糖 c m c s 考察了濃度 溫度 金屬鹽對(duì)羧甲基殼聚糖溶液粘度的影響 羧甲基殼聚糖溶液 的表觀粘度隨濃度的增加而增大 隨溫度升高而降低 且溶液的濃度愈大 其表 觀粘度受溫度影響愈大 加入n a c i 會(huì)造成羧甲基殼聚糖水溶液體系的表觀粘度 的下降 并且表觀粘度隨加入的n a c l 量的增大而平緩下降 以羧甲基殼聚糖作為骨架材料 采用戊二醛交聯(lián)法制備c m c s g a 對(duì)產(chǎn)品 進(jìn)行了紅外表征 考察p h 及溫度對(duì)溶液溶脹度的影響 凝膠在p h7 左右達(dá)最大 溶脹度 在堿性條件下 隨口h 增大c m c s g a 溶脹度減小 在酸性條件下 隨p h 減d x c m c s g a 溶脹度減小 酸性較強(qiáng)時(shí) 凝膠溶解 當(dāng)溫度在2 5 c 5 5 c 變化 時(shí) c m c s g a 在水中溶脹度先升高再減小 在4 0 c 左右達(dá)到最大值1 3 5 7 通過(guò)吸附制備阿司匹林載藥凝膠 觀察載藥凝膠在人工腸液中的溶脹動(dòng)力學(xué) 特點(diǎn)及體外釋放行為 在p h7 a 的人工腸液中c m c s g a 2 h 達(dá)最大溶脹度1 3 8 c m c s g a 的載藥量為4 6m g g 凝膠在人工腸液中的9 6h 的累積釋放度為9 9 9 l 具有優(yōu)良的緩釋性能 藥物的體外釋放模型符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程 通過(guò)戊二醛交聯(lián)合成羧甲基殼聚糖銅 鎘配合物 用紅外光譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征 測(cè)定羧甲基殼聚糖銅中銅的量 分別考察其在人工海水及海水中的緩釋性能 在 人工海水中緩釋3 2 天的累積釋放度為0 2 3 9 0 在海水中緩釋3 0 天的累積釋放度 為0 2 11 2 且均釋放平穩(wěn) 說(shuō)明其具有優(yōu)異的緩釋性能 合成了羧甲基殼聚糖鎂 i i 鈣 i i 鋅 i i 鐵 i i 鋁 1 1 1 鈰 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 i i 配合物 用紅外光譜進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征 考察對(duì)超氧自由基的抑制作用 結(jié)果 表明 并對(duì)c m c s z n i i c m c s c a i i c m c s c e 1 i 三種配合物對(duì)0 2 的抑制 作用作了研究 結(jié)果表明 各配合物對(duì)0 2 均有較好的抑制作用 0 2 抑制率與 配合物濃度為正相關(guān)關(guān)系 當(dāng)配合物的質(zhì)量濃度在o 0 0 4 9 l o 2 9 1 范圍內(nèi)時(shí) c m c s z n i i 抑制率最高 c m c s c a 1 i 其次 c m c s c e i i 最低 表明配合物 對(duì)超氧自由基的抑制作用與配位金屬離子的種類(lèi)有關(guān) 關(guān)鍵詞 殼聚糖羧甲基殼聚糖羧甲基殼聚糖水凝膠緩釋羧甲基殼聚糖鹽 i l 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 t h eo o o r d i n a t i o no h e m is t r ys t u d i e so fc h i t o s a na n d it sc a r b o x y m e t h yip r o d u c t s a b s t r a c t c o m p l e xo fc h i t o s a n c o p p e r i i w a ss y n t h e s i z e d t h ei n f l u e n c eo fd e a c e t y l a t i o u d e g r e ea n dt e m p e r a t u r et ot h em a s sf r a c t i o n so fc o p p e ri np r o d u c tw e r ec h o k e d t h e b e s tc o n d i t i o n sf o rs y n t h e s i so fc o p p e rc o m p l e x e sc h i t o s a nw e r ed e a c e t y l a t i o nd e g r e e o f9 5 t e m p e r a t u r eo f6 0 c a n dq u a l i t yp e r c e n t a g eo f c o p p e rw a sl1 2 4 r e l e a s e c o n t r o l l e dc a p a b i l i t yo fp r o d u c ti ns i m u l a t e ds e a w a t e ra n di t sa n t i m i e r o b i a le f f e c t st o e s c h e r i c h i ac o i lw a ss t u d i e d t h ec u m u l a t e dr e l e a s er a t eo fp r o d u c ti ns i m u l a t e d s e a w a t e rw a sj u s to 7 6 15d a y sl a t e r w h i c hi n d i c a t e dt h ee x c e l l e n tr e l e a s e c o n t r o l l e dc a p a b i l i t yo ft h ep r o d u c t t h ea n t i m i e r o b i a lr a t er e a c h e d5 4 5 s i xd a y s l a t e r c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n c m c s w a ss y n t h e s i z e d u n d e rc o n d i t i o n so f b a s i f i c a t i o na n dh e a tb yc h i t o s a na n dm o n o c h l o r o a c e t i ca c i d t h ep r o d u c tw a s a n a l y z e db yi r a n di t sa p p a r e n tv i s c o s i t yu n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n sw a sd e t e r m i n e d t h ea p p a r e n tv i s c o s i t yo fc m c sr i s e dw h i l ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e do rt e m p e r a t u r e d e c l i n e d t h i c k e rs o l u t i o nw a sa f f e c t e dg r e a tw h e nt h et e m p e r a t u r ec h a n g e d c m c ss a p p a r e n tv i s c o s i t yd e c l i n e dg e n t l yw i t ha d d i t i o no f n a c t c m c s g ag e lb a s e do nc m c sw a ss y n t h e s i z e d b yc r o s s l i n k i n gw i m g l u t a r a l d e h y d e w h i c hw a sa n a l y z e db yi l ls w e l l i n gr a t i oo fc m c s g ag e li nw a t e r s o l u t i o no fd i f f e r e n tp ha n ds w e l l i n gr a t i oo fc m c s g ag e li nd i s t i l l e dw a t e ra t d i f f e r e n tt e m p e r a t u r ew a sd e t e r m i n e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a ts w e l l i n gr a t i oo f c m c s g ag e lg o tt oi t sm a x i m u mp o i n ta ta b o u tp h 7 s w e l l i n gr a t i or i s e dw i t h i n c r e a s e da l k a l e s e e n c eu n d e ra l k a l i n ec o n d i t i o n s a n dd e c l i n e dw i mi n c r e a s e da c i d i t y u n d e ra c i dc o n d i t i o n s t h eg e ld i s s o l v e dw h i l ea c i d i t yw a st o os t r o n g s w e l l i n gr a t i o f i r s t l yr i s e da n dt h e nd e c l i n e dw h i l et e m p e r a t u r ec h a n g e df r o m2 5 ct 0 5 5 c a n dg o t t ot h em a x i m u ms w e l l i n gd e g r e ep o i n t13 5 7a ta b o u t4 0 c t oe v a l u a t et h ea d s o r p t i o nc a p a b i l i t yo f c m c s g ag e lt oa s p i r i na n di t s a p p l i c a t i o ni nd r u gr e l e a s e c o n t r o l l e ds y s t e m a s p i r i ne n t r a p p e dh y d r o g e w a s 1 i i 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 s y n t h e s i z e db ya d s o r p t i o ne f f e c to f c m c s g ag e lt oa s p e n t h es w e l l i n g c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h er e l e a s eb e h a v i o r so f a s p i r i ne n t r a p p e dh y d r o g e li ns i m u l a t e d i n t e s t i n a lj u i c e p h 7 4 h a v eb e e ns t u d i e dr e s p e c t i v e l y c m c s g ai ns i m u l a t e d i n t e s t i n a lj u i c e0 h 7 4 g o tt ot h em a x i m u ms w e l l i n gd e g r e e1 3 8i n2 h t h e a d s o r b i n gc a p a c i t yo f a s p i r i nb yc m c s g aw a s4 6 r a g g t h ec u m u l a t e dr e l e a s er a t e o fa s p i r i ne n t r a p p e dh y d r o g e li ns i m u l a t e di n t e s t i n a lj u i c e p h 7 4 f o r9 6 hw a s 9 9 9 1 w h i c hi n d i c a t e dt h ee x c e l l e n tr e l e a s e c o n t r o l l e dc a p a b i l i t yo f a s p i r i n e n t r a p p e dh y d r o g e l t h er e s u l t sa l s os h o w e dt h a tt h er e l e a s ep r o f i l eo f a s p i r i nf r o m h y d r o g e lf o l l o w e df i r s to r d e rk i n e t i ce q u a t i o n s t h ec o m p l e x e so f c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nw i t hc o p p e r i f c a d m i u m 1 0a n d g l u t a r a l d e h y d eh a v eb e e ns y n t h e s i z e d t h es t r u c t u r e so f w h i c hw e r ec h a r a c t e r i z e db y i rs p e c t r a t h em a s sf r a c t i o n so f c o p p e ri np r o d u c tw a sa l s oc h e c k e d r e l e a s e c o n t r o l l e dc a p a b i l i t yo f p r o d u c ti ns i m u l a t e ds e a w a t e ra n ds e a w a t e rw a ss t u d i e d r e s p e c t i v e l y t h ec u m u l a t e dr e l e a s er a t eo f p r o d u c ti ns i m u l a t e ds e a w a t e rw a sj u s t 0 2 3 9 0 3 2d a y sl a t e r a n dt h ec u m u l a t e dr e l e a s er a t eo f p r o d u c ti ns e a w a t e rw a sj u s t o 2 l1 2 3 0d a y sl a t e r b o t ho f t h e mr e l e a s e ds t e a d i l y w h i c hi n d i c a t e dt h ee x c e l l e n t r e l e a s e c o n t r o l l e dc a p a b i l i t yo f t h ep r o d u c t t h ec o m p l e x e so fc a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nw i t hm a g n e s i u m i i c a l c i u m i i z i n e i i i r o n i f a l u m i n u m 1 1 1 c e r i u m i i h a v eb e e ns y n t h e s i z e d t h es t r u c t u r e so f w h i c h w e r ec h a r a c t e r i z e db y 瓜s p e c t r a t h ef r e er a d i c a ls c a v e n g i n ge f f e c t so f c o m p l e x e sc m c s z n i i c m c s c a i i c m c s c e i i o ns u p e r o x i d ea n i o n r a d i c a l b yn a d h p m s n b ts y s t e mw e r es t u d i e d t h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h r e ek i n d s o ft h ec o m p l e x e sa l ls h o w e de x c e l l e n ta b i l i t yf o rs c a v e n g i n gt h es u p e r o x i d ea n i o n r a d i c a l a n dt h er e s u l t sa l s os h o w e dp o s i t i v ec o r r e l a t i o ni ns c a v e n g i n ga b i l i t ya n d c o n c e n t r a t i o no f s a m p l e s w h e nm a s sc o n c e n t r a t i o no f s a m p l e sw a s0 0 0 4 o 2 9 1 c o m p l e xo fc a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nw i t hz i n c 1 1 d i s p l a y e dt h eh i g h e s ts c a v e n g i n g e f f e c t so nt h es u p e r o x i d ea n i o nr a d i c a l w h i l ec o m p l e xo fc a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n w i t hc a 1 0w a st h en e x ta n dc a r b o x y m e t h y lc h i t o s a nw i t hc e i i w a st h el o w e s t i t w a sd e d u c e dt h a tt h em e t a li o nh a ds o m e t h i n gt od ow i t hi t sa b i l i t yt os c a v e n g i n g s u p e r o x i d ea n i o n r a d i c a l 1 v 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 k e yw o r d s c h i t o s a n c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n g e l c o n t r o l l e dr e l e a s e c o m p l e x e s o fc a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n v 獨(dú)創(chuàng)聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的 研究成果 據(jù)我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其 他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果 也不包含未獲得 注i 查旦遺直基位盞噩掛別直盟盥 奎攔亙窒2 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)使 用過(guò)的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說(shuō)明并表示謝意 學(xué)位論文作者簽名路 甲務(wù) 申簽字日期 工 聲5 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 有權(quán)保留并 向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán) 允許論文被查閱和借閱 本人 授權(quán)學(xué)?？梢詫W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用 影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編學(xué)位論文 保密的學(xué)位論文在解密后 適用本授權(quán)書(shū) 學(xué)位論文作者簽名 緒 y 坤鉚簽字 掰 導(dǎo)師簽字卜唧羅 簽字日期 2c 唧年s 月7 日 簽字日期 工驢0 7 年j 月 日 學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向 工作單位 通訊地址 電話 郵編 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 1 文獻(xiàn)綜述 1 1 甲殼素 甲殼素 c h i t i n 又名幾丁質(zhì) 甲殼質(zhì) 是一種天然高分子化合物 屬于氨基 多糖 系統(tǒng)名 1 4 2 一乙酰氨基 2 脫氧 d 葡萄糖 主要存在于低等動(dòng)物 特別是 節(jié)肢動(dòng)物 如蝦 蟹和昆蟲(chóng)的外殼 某些植物和菌 藻類(lèi)細(xì)胞壁中 據(jù)估計(jì)每年 自然界生物合成量達(dá)千億噸之多 i 僅海洋中年產(chǎn)量達(dá)幾十億噸 2 l 是自然界中 產(chǎn)量?jī)H次于纖維素的第二大可再生資源 亦是地球上數(shù)量最多的含氮天然有機(jī)物 其次是蛋白質(zhì) f 3 1 l 1 1甲殼素的制備 4 r 5 l 甲殼質(zhì)和碳酸鈣等無(wú)機(jī)鹽 蛋白質(zhì)結(jié)合在一起 將蝦或蟹殼在常溫下用稀鹽 酸脫鈣 再用熱的稀堿除去蛋白質(zhì) 剩下的水不溶物就是甲殼質(zhì) 然后再用 k m n o 脫色f 6 即得成品 甲殼索的制備過(guò)程 9 坤c l l 蝦或蟹殼 一脫鈣 j c a c h c 0 2 泓n a 0 吁 l 脫蛋白 一甲殼質(zhì) j 蛋白 圖1 1 甲殼素的制備過(guò)程 h 9 1 1t h ep r o c e s so f p r e p a r a t i o no f c h i t i n 甲殼素的分子結(jié)構(gòu)式為 圖1 2 甲殼素的分子結(jié)構(gòu)示意圖 f i 9 1 2t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo fc h i t i n 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 由于它分子內(nèi)和分子間存在有強(qiáng)烈的 0 j h o 型及 o h n 氫鍵作用導(dǎo)致即 不熔化 加熱至0 4 7 3 k 以上則開(kāi)始分解 因而不能溶于水 稀酸 稀堿以及一般的 有機(jī)溶劑 7 引 這極大限制它的實(shí)際應(yīng)用 也影響研究工作的深入開(kāi)展 1 2 殼聚糖 殼聚糖 7 c h i t o s a n c s 是甲殼素分子中c 2 位上的乙酰氨基水解或酶解脫去 一部分或全部得到的產(chǎn)物 屬于帶正電荷的聚合良好的天然氨基多糖多糖 由于 脫乙?；磻?yīng)破壞了甲殼素分子結(jié)構(gòu)的規(guī)整性 因此 殼聚糖溶解性能較甲殼素 大為改善 化學(xué)性質(zhì)也較為活潑 它可溶于酸或稀酸水溶液 具有可再生 無(wú)毒 副作用 生物相容性和降解性 其自身及其衍生物具有許多獨(dú)特的生理 藥理功 能性質(zhì) 吸附 整合 保濕和成膜等優(yōu)異性能 對(duì)人體無(wú)毒 無(wú)免疫原性 具有 良好的抗菌性 創(chuàng)傷修復(fù)性能 尤其近年來(lái) 由于其具有生物高分子的天然優(yōu)勢(shì) 人們充分利用它的生物官能性 生物相容性 低毒性 生物可降解性 幾乎無(wú)過(guò) 敏作用 具有良好的醫(yī)學(xué)功能和藥物作用等性質(zhì) 不斷開(kāi)發(fā)了它在生物和醫(yī)藥方 面的應(yīng)用市場(chǎng) 1 2 1 殼聚糖的制備眥 制備殼聚糖的工藝流程為 蝦 蟹殼置堡凈殼 篡等等 童 麗忑芒吾齋 兼昔詈旦甲殼素學(xué)翥殼聚搪至中性 脫色 漂白 4 煮沸至中性 圖1 3 殼聚糖制各的工藝流程圖 f i 9 1 3t h ep r o c e s so f p r e p a r a t i o no f c h i t o s a n 結(jié)構(gòu)式為 圖1 4 殼聚糖的分子結(jié)構(gòu)示意圖 f i 9 1 4t h er a o e c u l a rs t n l c t u r eo f c h i t o s a n 2 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 x 為脫乙酞度 通常在5 0 1 0 0 之間 引 殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中的游離氨基 能 結(jié)合酸分子溶解在稀酸水溶液中 所以也叫可溶性甲殼素 是自然界中唯一堿性 多糖 o 具有許多特殊的物理化學(xué)性質(zhì)和生理功能 1 2 2 殼聚糖的化學(xué)改性 殼聚糖是甲殼素脫乙酰基后的產(chǎn)物 與甲殼素相比其溶解性能有所改善 但也只 能溶于一些稀酸中 不能直接溶于水中 這在很大程度上限制了它的應(yīng)用 因此改善殼 聚糖的溶解性能 特別是改善其水溶性 是殼聚糖改性研究中最重要的方向之一 殼聚糖分子中含有羥基和氨基等活性基團(tuán) 可通過(guò)化學(xué)修飾改善其水溶性 如通過(guò) 羥基化反應(yīng) 羧基化反應(yīng) 硫酸脂化反應(yīng) 氰化 醚化 醛亞胺化 疊氮化 成鹽 螯合 水解 氧化 降解 接枝與交聯(lián)等 可制備出溶解性良好 具有不同性能和 功效的衍生物 從而擴(kuò)寬其應(yīng)用領(lǐng)域 提高應(yīng)用價(jià)值 i l t l 2 1 殼聚糖的化學(xué)改性的主要類(lèi)型有以下幾種 ?；?醚化 n 烷基化 脂化等 在眾多的化學(xué)改性 醚化反應(yīng)之一的羧甲基化是研究比較多的一種 1 3 羧甲基殼聚糖 羧甲基殼聚糖 c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n c m c s 是殼聚糖經(jīng)羧甲基化反應(yīng)后的 一類(lèi)殼聚糖衍生物 由于殼聚糖分予中存在游離氨基和羥基 反應(yīng)時(shí)取代基可進(jìn)入 o c 6 平i i n c 2 則相應(yīng)的產(chǎn)物有o 羧甲基殼聚糖 o c m c s n 羧甲基殼聚糖 n c m c s 和n o 羧甲基殼聚糖 n o c m c s 由于羧甲基殼聚糖結(jié)構(gòu)的特殊性 含有活潑的 o h n h 2 等活性基團(tuán) 在n 或 o 上可引入其他活性基團(tuán) 改善其溶解性和生物活性 甚至產(chǎn)生新的活性功能 因 此進(jìn)一步拓展羧甲基殼聚糖及其衍生物的應(yīng)用領(lǐng)域以及殼聚糖的配位化學(xué)研究 開(kāi) 展羧甲基殼聚糖及其衍生物金屬配合物的制備 結(jié)構(gòu) 理化性質(zhì)和功能活性研究是 重要的研究方向之一 1 3 1 羧甲基殼聚糖的制備 殼聚糖c 6 位置上的羥基以及c 2 上的伯氮基均可能發(fā)生羧甲基取代反應(yīng) 按 取代位置的不同 殼聚糖的羧甲基衍生物可以分為三種 o 羧甲基殼聚糖 n 羧 甲基殼聚糖 n o 羧甲基殼聚糖 n 羧甲基殼聚糖 n c m c s 的取代僅發(fā)生在 c 2 位的自由氨基上 o 羧甲基殼聚糖 o c m c s 的取代發(fā)生在c 6 位的羧基上 c 2 位的自由氨基不發(fā)生取代 n o 羧甲基殼聚糖 n o c m c s 在c 2 和0 6 位都 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 有取代反應(yīng) 由于c 3 位空間位阻效應(yīng)以及c 3 和c 2 分子間氫鍵作用 使c 3 位較難發(fā)生取代 反應(yīng) 而以c 6 0 羧甲基為主 對(duì)于c 6 o h 和c 2 n h 2 來(lái)說(shuō) 在堿性條件下羧甲基 在羥基上的取代活性要高于氨基 只有取代度接近1 和高于1 時(shí) 才會(huì)同時(shí)在氨基 上發(fā)生取代 形成n o 甲基殼聚槲3 1 6 0 d t k 眥 3 厶o d d 白 捌 凸面蚺 圖1 5 羧甲基殼聚糖的分子結(jié)構(gòu)示意圖 f i 9 1 5t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo f c a r b o x y m e t h y lc h i t o s a n 1 3 1 1 0 羧甲基殼聚糖的制備方法按羧化試劑可分為乙醛酸法和氯乙酸法 一 乙醛酸法e 1 4 6 乙醛酸與殼聚糖的2 位氨基發(fā)生反應(yīng)得到希夫堿 經(jīng)過(guò)氫化鈉還原得到n 羧甲基殼聚糖 這個(gè)反應(yīng)的特點(diǎn)是選擇性取代 不需要加熱 容易進(jìn)行 產(chǎn)物結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 二 氯乙酸法 1 7 1 9 一氯乙酸在堿性條件下與殼聚糖的6 位羥基或2 位氨基均可發(fā)生取代 所以最 終產(chǎn)物是各種羧甲基殼聚糖的混合物 氯乙酸法按照原料可分為兩類(lèi) 一以殼聚 糖為原料 二以甲殼素為原料即甲殼素脫乙?；?羧甲基化連續(xù)制備 1 3 2 羧甲基殼聚糖的優(yōu)良性能 2 0 l 4 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 羧甲基殼聚糖是一種水溶性殼聚糖衍生物 有許多特性 如抗菌性強(qiáng) 具有 保鮮作用 是一種兩性聚電解質(zhì) 羧甲基殼聚糖在日化 食品 造紙 制藥 化 妝品等方面都有著各自重要的用途 這主要是因?yàn)槠渚哂腥缦聝?yōu)良性能 水溶性 取代度大于0 6 的羧甲基殼聚糖易溶于水 取代度愈高 水溶性愈 好 其溶液的透明度也愈好 保濕性 羧甲基殼聚糖上的羧基及胺基都是親水基團(tuán) 有著較強(qiáng)的吸水性 0 2 5 的羧甲基殼聚糖溶液的吸濕度與2 0 的丙三醇相當(dāng) 溶液的粘度恒定 成膜性 羧甲基殼聚糖有較好的成膜性 其膜具有光澤 透明而柔韌 并有較 好的透氣性 高分子性能 對(duì)膠體有穩(wěn)定作用 有增稠 凝膠的作用和氣泡穩(wěn)定作用 安全無(wú)毒性 羧甲基殼聚糖安全 無(wú)毒 無(wú)害 1 4 殼聚糖 羧甲基殼聚糖的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望 1 4 1 在醫(yī)藥醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用 2 卜2 研 一 外科手術(shù)線 殼聚糖具有生物降解 無(wú)毒以及生物相溶性 可用制造外科手術(shù)線 將殼聚 糖溶于醋酸尿素混合物的水溶液中過(guò)濾 再加入氫氧化鈉和乙醇的凝聚液 經(jīng)拉 伸 干燥制成的細(xì)纖維可作縫合線 這種縫合線強(qiáng)度好 可長(zhǎng)期存放 能用常規(guī) 法消毒 染色 摻入藥劑 被人體組織液降解 傷1 3 愈合后無(wú)須拆除手術(shù)線 免 除了患者拆線的痛苦 n c m c s 適合于阻止組織問(wèn)粘結(jié) 以其凝膠或膜用于外科 手術(shù) 由于羧甲基殼聚糖形成的凝膠粘度和彈性大于血漿 可阻止血液在組織表 面凝結(jié)從而阻止結(jié)塊 二 人造皮膚 殼聚糖制成的人造皮膚 目前可以認(rèn)為是一種理想的材料 它柔軟 舒適 與創(chuàng)傷面的貼合性好 既透氣 又吸水 具有抑制疼痛和止血的功能 有抑菌消 炎作用 隨著創(chuàng)傷慢慢愈合 自身皮膚生長(zhǎng) 能自行溶解而被機(jī)體吸收 免除了 揭除時(shí)流血多及病人的痛苦 也不會(huì)留下碎屑而延緩傷口的愈合 相反會(huì)促進(jìn)皮 膚的再生 對(duì)治療高熱創(chuàng)傷特別有效 從2 0 世紀(jì)4 0 年代開(kāi)始 就已有人研究殼聚 糖人造皮膚了 日本和我國(guó)都已能生產(chǎn)并已付諸實(shí)用 日本生產(chǎn)的人造皮膚如 b e s c h i t i n w b s w 厚度0 1 2m i l l 具有止血 t 疼 抗溶化及促進(jìn)表皮形成等 殼聚糖及其羧甲萋衍生物的配位化學(xué)研究 功能 2 6 1 z 抗腫瘤作用 癌細(xì)胞會(huì)釋放大量的癌毒素 此毒素會(huì)降低人體血清中的鐵質(zhì) 使人貧血 食欲減退 低聚殼聚糖在人腸內(nèi)形成的小分子很容易被腸吸收 可以抑制癌毒素 在體內(nèi)的釋放 同時(shí) 低聚殼聚糖吸附在血管壁細(xì)胞的表面 可抑制癌細(xì)胞的轉(zhuǎn) 移 細(xì)胞之間黏附力下降 組織遭破壞 帶陽(yáng)電荷的聚陽(yáng)離子電解質(zhì)能吸附到腫 瘤胞表面并使電荷中和 從而抑制了腫瘤的生成和轉(zhuǎn)移 2 7 1 四 藥物載體 藥物載體是藥物制劑生產(chǎn)的必須材料 隨著藥物制劑向 三效 高效 高速 長(zhǎng)效 和 j 毒性小 副作用小 劑量小 發(fā)展 具有無(wú)毒 無(wú)刺激 無(wú)免 疫原性 無(wú)熱源反應(yīng) 不溶血 無(wú)致突變性及可自然降解 良好的組相容性 良 好的緩釋和控釋作用的甲殼素和殼聚糖成為 個(gè)研究的熱點(diǎn) 殼聚糖及其衍 生物作為藥物載體 在運(yùn)送藥物上可以穩(wěn)定或保護(hù)藥物中的成分 促進(jìn)藥物的吸 收 延緩或控制藥物的釋放 幫助藥物送達(dá)目的器官 五 抑菌殺菌功能 2 8 l 殼聚糖能抑制多種細(xì)菌的生長(zhǎng)和具有抗真菌活性 尤其對(duì)真菌和絲狀菌類(lèi) 有獨(dú)特的效果 因此可作為天然抗菌劑進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用 早在1 9 7 9 年 a l l a n 等 就提出殼聚糖具有廣譜抗菌性 伊滕由雄報(bào)道了殼聚糖對(duì)各類(lèi)細(xì)菌和真菌的完全 抑制的最小阻止?jié)舛?m i c 值 1 2 9 1 在細(xì)菌中包括潰瘍菌 c o r i n e b a e t e r i u m m i c h i g a n e n c e 1 0i t g m l 大腸桿菌 e c o l i 黃色葡萄球菌 s l a p h y l o e o e e u s a u r e u s 為2 0 弘g m l 軟腐菌 f r w i n i cs p 和黑腐菌 x a n t h o m o n a sc a m p e s t r i s 均為5 0 0t t g m l 在真菌中包括灰色霉菌 b o t r y l i se i n e r e a 1 01 t g m l 斑點(diǎn)菌 d r e c h s l e r as o m k i n i a n a 為1 0t a g m l 一個(gè)典型的植物病原真菌 鐮刀菌 f u s a r i u mo x y s p o m m 的m i c 值也僅為1 0 0i t g m l 顯示出非常高的抗菌活 性i 由于殼聚糖在堿性條件下溶解性較差 因此限制了它的應(yīng)用 k i m 等 3 0 1 在 殼聚糖的氨基上接上了不同長(zhǎng)度的烷基 制備了一系列的殼聚糖季銨鹽衍生物 由于殼聚糖的衍生物在酸性和堿性條件下都可溶 因此有著更廣泛的應(yīng)用 對(duì)抗 菌性能的研究表明經(jīng)過(guò)改性的殼聚糖抗菌活性有所提高 而且抗菌活性隨著烷基 6 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 鏈的增長(zhǎng)而增加 s h i n 掣3 1 用可溶性的殼聚糖衍生物對(duì)纖維進(jìn)行了預(yù)處理 得 到具有抗菌活性的纖維制品 由于殼聚糖具有微細(xì)的小孔結(jié)構(gòu) 有毛細(xì)管作用 可以迅速散發(fā)吸收的汗液 使細(xì)菌不易附著并滋生 從而增強(qiáng)了抗菌的效果 s o n g 掣3 2 1 將殼聚糖接枝到海藻酸上 以賦予化合物抗菌性能 李治等口3 1 研究了o 羧甲基殼聚糖對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌性能 結(jié)果表明o 羧甲基殼聚糖具有一 定的抗菌性 其抗菌活性隨著羧甲基化度的升高呈現(xiàn)出先升后降的規(guī)律 同殼聚 糖相比 0 羧甲基殼聚糖在比較寬的羧甲基化度范圍內(nèi)表現(xiàn)出了更強(qiáng)的抗菌性 楊冬枝等 3 4 考察了殼聚糖的濃度 脫乙酰度 分子量及p h 值等因素對(duì)殼聚糖 抗菌活性的影響 并初步探討了殼聚糖的抗菌機(jī)理 結(jié)果表明 在研究的范圍內(nèi) 隨著濃度和脫乙酰化程度的提高 抗菌活性提高 隨著分子量的增加 抗菌活性 出現(xiàn)先增強(qiáng)而后略有減弱的趨勢(shì) 轉(zhuǎn)折點(diǎn)在9 1 6 x 1 0 4 前后 在p h 值為6 5 左右 抗菌活性最好 羧甲基殼聚糖具有抑菌殺菌功能 口服羧甲基殼聚糖具有促進(jìn)腸內(nèi)共生有益 菌群的繁殖如雙歧桿菌的繁殖 抑制有害菌的生存 提高身體免疫力 有顯著的 降血脂及膽固醇的作用 并能清除機(jī)體內(nèi)的鉛 汞 3 5 l 羧甲基殼聚糖對(duì)口腔變 形鏈球菌和口腔乳酸桿菌有一定的抑制作用 可用于抑菌消炎的含片及口香糖的 添加劑廠 以防治咽喉炎 口腔潰瘍 一齒鰍炎 齲齒等 3 盱湛學(xué)軍等 3 7 3 合成了羧 甲基殼聚糖銀配合物 發(fā)現(xiàn)其對(duì)金黃色葡萄球菌 銅綠假單胞菌 大腸埃希菌等 燒傷感染常見(jiàn)致病菌有抑制作用 可作為一種新型的預(yù)防 治療燒傷感染的藥物 殼聚糖羧甲基化后 與磷酸鈣生成螯合物 它可促進(jìn)骨骼的礦化 在醫(yī)藥上可作 為成骨的促進(jìn)劑 3 8 研究表明l 嘲 在磷酸鹽稀溶液中 f e 殼聚糖結(jié)合磷酸鹽的 能力比a i o h v e o h 3 c a c 0 3 m n c 0 3 強(qiáng)得多 f e 的殼聚糖配合物可用作 口服磷酸鹽吸收劑 能夠促進(jìn)腸道中磷酸鹽的排泄 從而治療長(zhǎng)期服用含a 1 3 的磷酸鹽結(jié)合劑藥物而導(dǎo)致的慢性腎衰竭病人體內(nèi)a l 的蓄積 1 4 2 在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用 用羧甲基殼聚糖的水溶液處理玉米種子 能促進(jìn)玉米種子的萌發(fā) 提高發(fā)芽 率和發(fā)芽勢(shì) 用其處理抽穗期的玉米穗軸和花絲 與未處理對(duì)照相比 玉米種子 貯藏蛋白的含量提高1 0 8 其中醇溶蛋白含量提高3 3 8 發(fā)育中的籽粒的谷 氨酰氨合成酶 谷氨酸脫氫酶及谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性明顯提高 而蛋白水解酶活性下 7 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 降 這一結(jié)果表明 羧甲基殼聚糖可作為一種新型的植物蛋白質(zhì)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑 提 高玉米等糧食產(chǎn)物的品質(zhì)和蛋白質(zhì)的含量 帥l 另外 玉米和花生中的黃曲霉素 是a s p e r g i l l u sf l a v u s 和a p a r a s i t i c n l s 產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物 對(duì)人體和動(dòng)物有毒害作 用 n c m c h i t o s a n 可使黃曲霉素減少9 0 以上 而真菌生長(zhǎng)降低到一半以下 產(chǎn) 毒性真菌細(xì)胞顯示 n c m c h i t o s a n 能j 存在抑制了孢子發(fā)芽和真菌體孢子形成 4 h 1 4 3 食品工業(yè)上的應(yīng)用 殼聚糖和羧甲基殼聚糖溶于水 可在果蔬表面形成薄膜 也可用于水果 蔬 菜 肉類(lèi)的涂膜保鮮 水果 蔬菜的生產(chǎn)旺季 果蔬的腐爛率達(dá)2 5 4 0 而 常用的保鮮劑 京b 仲丁胺 均有毒性 森柏爾 價(jià)格昂貴 保存期短 羧甲 基殼聚糖配以蔗糖脂 羧甲基纖維素和阿拉伯樹(shù)膠等助劑可制成一種純天然 無(wú) 毒副效應(yīng)的效果好價(jià)格低的保鮮劑 羧甲基殼聚糖的螯合作用應(yīng)用在肉類(lèi)的保鮮 父方面 能避免己醛和不愉快的氣味生成 起到抗氧化的效果 4 2 1 在肉類(lèi)罐頭中添加一定量的殼聚糖后 不僅能起到保鮮作用 而且它還可以 與脂肪酸結(jié)合 不被腸胃吸收 可作為低熱 減肥食品 枷 食醋若經(jīng)過(guò)殼聚糖 吸收處理 可以吸附除去醋中有害雜質(zhì)酚類(lèi)物質(zhì) 貯存一年不變質(zhì) 不沉淀 還 可用作食品增稠劑 制造冰淇淋 雪糕 蛋白面包 果醬等 其效果為使用羧甲 基纖維索的1 0 2 0 倍 棚 1 4 4 化妝品工業(yè)上的應(yīng)用 羧甲基殼聚糖由于其優(yōu)良的水溶性 乳化性 成膜性能適于制備水質(zhì)性化妝 品的功能性成分 它在水中的粘度比其它的保濕劑要高 持續(xù)保濕性優(yōu)于透明質(zhì) 酸 可代替昂貴的透明質(zhì)酸用于高級(jí)護(hù)膚品 而它對(duì)皮膚的保健作用與透明質(zhì)酸 相同 在加熱過(guò)程中它不易發(fā)生粘度降低 凝膠化 沉淀等變化 0 2 5 的羧甲 基殼聚糖水溶液在廣泛的p h 值范圍內(nèi) 即使是高溫和長(zhǎng)期加熱 都非常穩(wěn)定 特別適合于那些需要加熱和殺菌的化妝品 如清洗液 洗面奶等 另外它還可用 于頭發(fā)高級(jí)固形劑 無(wú)毒且頭發(fā)光澤好 還有抗靜電作用 4 5 1 4 5 廢水處理工業(yè)上的應(yīng)用 8 殼聚糖的糖殘基在c 上有一個(gè)乙酸基或氨基 在c 3 上有一個(gè)羥基 從構(gòu)象 上來(lái)看 它們都是平伏鍵 這種特殊結(jié)構(gòu) 使得它們對(duì)具有一定離子半徑的某些 金屬離子在一定掣j p l j 值下具有整合作用 也可有效的吸附溶液中帶電荷的懸浮 s 殼聚糖及其黢甲基衍生物的配位化學(xué)研究 物和有機(jī)物等 殼聚糖作為天然高分子螯合劑 無(wú)毒無(wú)副作用 工業(yè)上 用羧甲 基殼聚糖處理毛巾廠的印染廢水 羧甲基殼聚糖在p h3 0 5 0 加入量在7 0 p p m 下處理效果最佳 實(shí)驗(yàn)表明 用殼聚糖處理污水 其懸濁物濃度 化學(xué)需氧量都 大幅度降低 達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn) 它做污水處理的絮凝劑效果遠(yuǎn)好于常用的聚丙烯酰 胺 o 羧甲基殼聚糖是陽(yáng)離子型絮凝劑 它不僅表現(xiàn)在可通過(guò)電荷中和而使懸浮 膠體離子絮凝 而且還可以與帶負(fù)電荷的溶解物進(jìn)行反應(yīng) 生成不溶性鹽 殼聚糖及其衍生物由于分子中羥基 氨基以及其它基團(tuán)的存在 對(duì)許多金屬 離子有螯合合作用 能有效的吸附和捕集溶液中的重金屬離子 但不吸附天然水 中的堿金屬和堿土金屬離子 原因是這些金屬離子半徑較小 殼聚糖是一種污水 處理的理想材料 殼聚糖對(duì)若干金屬離子的吸附量見(jiàn)表 表1 1 殼聚糖對(duì)金屬離子的吸附量 t a b l e l 1t h ea b s o r p t i o no f t h ec h i t o s a nt om e t a li o n s 羧甲基殼聚糖還可用于水中鎘離子的 羧甲基殼聚糖可做為稀有金屬吸附 劑 回收貴重金屬 也可做為果酒等的澄清劑 它可用做金屬涂鋅添加劑 使涂 層致密均勻 平整抗蝕性好 抗拉強(qiáng)度高 光潔度好 以羧甲基殼聚糖作為阻垢 劑 對(duì)硫酸鈣水垢有良好的阻垢效果 此外 殼聚糖及其衍生物還可應(yīng)用于含染 料 蛋白質(zhì) 放射性元素等物質(zhì)廢水的處理 隨著環(huán)保要求的提高 殼聚糖在環(huán) 保領(lǐng)域中的作用將日益明顯 1 4 6 紡織工業(yè)方面的應(yīng)用 用殼聚糖醋酸溶液作直接染料和硫化染料的固化劑 不僅可增進(jìn)織物和花布 的耐光 耐磨 色澤經(jīng)久不褪色等特性 而且使織物富有華爽和硬挺的外觀 晴 綸 滌綸等合成纖維及羊毛 絲纖維等織物難于染色 若用殼聚糖和鉻 3 對(duì)氨 基苯甲酸絡(luò)合物混合水溶液處理干燥后 由于靜電作用及共價(jià)鍵作用 在織物表 面形成一層牢固的薄膜 它對(duì)染料有很強(qiáng)的結(jié)合力 使染料牢固地吸附在織物表 面 且具有抗靜電作用 棉毛織物經(jīng)殼聚糖醋酸溶液處理后 可改善其洗滌性能 9 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 降低其皺縮率 增加可染性 殼聚糖粘膠纖維共混進(jìn)行纖維改性是目前紡織品抗菌加工的重要手段與途 徑 以微細(xì)殼聚糖及其衍生物為抗菌劑 以n o 羧甲基殼聚糖為增溶劑加入到 粘膠長(zhǎng)絲紡絲液中 經(jīng)濕法紡絲制備而成的抗菌纖維 對(duì)大腸桿菌 金黃色葡萄 球菌和白色鏈球菌均有較好的抑菌效果f 4 們 1 4 7 在催化方面的應(yīng)用 5 0 1 殼聚糖金屬配合物作為人工模擬酶和高分子金屬催化劑的研究對(duì)象 已顯 示出誘人的發(fā)展前景 殼聚糖與c u 2 形成的配合物可作為烯類(lèi)單體 如甲基丙 烯酸甲酯和丙烯腈的引發(fā)劑 反應(yīng)體系產(chǎn)生了氨基游離基 同時(shí) c u 2 還原為c u 并發(fā)生了游離基的轉(zhuǎn)移作用 使c c h 產(chǎn)生了三氯甲基游離基 從而引發(fā)聚合反 應(yīng) 引發(fā)活性取決于配合物的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性 5 1 j 關(guān)懷民掣5 3 1 報(bào)道了殼聚糖 c u n i 配合物的合成 表征及其對(duì)m m a 聚合反應(yīng)的催化作用 y a k u 等 跏報(bào) 道殼聚糖c u 2 配合物在常溫常壓下顯示氧化還原催化活性 能使過(guò)氧化氫的分 解速度提高1 0 倍 并認(rèn)為具有酶催化反應(yīng)機(jī)理 1 5 凝膠的定義和分類(lèi)懵 嘲 凝膠 g e l 可以定義為含有大量溶劑的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子 其網(wǎng)絡(luò)由大 分子主鏈及含有親水性 極性 基團(tuán)和疏水性基團(tuán) 或有解離型基團(tuán)的側(cè)鏈構(gòu)成 具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交聯(lián)高分子與溶劑相互作用時(shí)發(fā)生溶脹 但由于具有交聯(lián)結(jié) 構(gòu)使其溶脹行為受到限制 溶脹的程度決定于交聯(lián)密度 交聯(lián)密度越高溶脹度越 小 溶脹凝膠一般呈現(xiàn)出固體和液體之間的物質(zhì)形態(tài) 隨著化學(xué)組成以及其他各 種因素的改變 凝膠的形態(tài)可在貓性液體和固體之間變化 凝膠根據(jù)溶脹荊的不同可分為三類(lèi) 以水為溶脹劑的高分子水凝膠 h y d r o g e l 和以非水性有機(jī)物為溶脹劑高分子油性凝膠 l i p o g e l 及氣性凝膠 a e r o g e l 1 5 1 水凝膠的分類(lèi) 5 6 5 9 1 水凝膠有各種各樣的分類(lèi)方法 根據(jù)水凝膠的網(wǎng)絡(luò)鍵合作用的不同 可分為物理凝膠和化學(xué)凝膠 物理凝膠 是通過(guò)物理作用如靜電作用 氫鍵 鏈的纏繞等形成的 化學(xué)凝膠是由化學(xué)鍵交 聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)聚合物 性能較物理凝膠穩(wěn)定 根據(jù)水凝膠對(duì)外界刺激的響應(yīng)情況可分為傳統(tǒng)的水凝膠和環(huán)境敏感的水凝 l o 殼聚糖及其羧甲基衍生物的配位化學(xué)研究 膠兩大類(lèi) 傳統(tǒng)的水凝膠對(duì)環(huán)境的變化如溫度 p h 等的變化不敏感 而環(huán)境敏 感的水凝膠是指自身能感知外界環(huán)境 如溫度 p h 光 電 壓力等 微小的變化 或刺激 并能產(chǎn)生相應(yīng)的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)變化甚至突變的一類(lèi)高分子凝膠 也稱為刺激響應(yīng)性凝膠 根據(jù)來(lái)源的不同 水凝膠可分為天然水凝膠和合成水凝膠 天然高分子組成