（應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)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(huà) 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 脫乙酰化反應(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?；蟮漠a(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 酰化 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(xiàn) 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(xiàn) 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(xiàn) 這種縫合線(xiàn)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(xiàn) 免 除了患者拆線(xiàn)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?xún)?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(chēng)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