一種季銨化甲殼素的均相制備方法技術

本發明專利技術公開了一種均相制備水溶性α-甲殼素和β-甲殼素衍生物的方法。將經過純化的甲殼素在低溫下攪拌快速溶解在含KOH、尿素和水的混合溶液中，經過離心脫泡制得澄清透亮的甲殼素溶液。在甲殼素溶液中加入季銨化試劑（3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，2,3-環氧丙基三甲基氯化銨，3-氯-2-羥丙基三乙基氯化銨或2,3-環氧丙基三乙基氯化銨），經過特定的反應條件后，調節溶液的pH值為7左右，用去離子水透析并經過冷凍干燥得海綿狀季銨化甲殼素。根據本發明專利技術的制備方法，可以得到一系列不同取代度（0.10~1.95）的季銨化甲殼素，預計該發明專利技術產品未來將在生物醫藥、日用化妝品和組織工程材料等方面得到應用。該方法簡單快速，適宜大規模制備季銨化甲殼素。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種均相制備季銨化甲殼素的新方法，屬于天然高分子領域。
技術介紹
甲殼素在結構上與纖維素相似，不同之處是葡萄糖單元的碳-2位的羥基被乙酰氨基取代。根據甲殼素不同的微纖維取向，甲殼素分為α、β、γ這三種形式。α-甲殼素在自然界中含量最高，分子鏈以反平行方式排列，由于分子間氫鍵的形成在這三種晶型結構中是最穩定的；β-甲殼素的分子鏈以平行的方式堆積，分子間作用力較弱，穩定性較差。與α-甲殼素相比，β-甲殼素受重金屬污染的可能性較小，具有較高的分子量和純度，由于較弱的分子間氫鍵展示了較好的溶解性能和溶脹性能。目前，β-甲殼素的研究備受關注，不僅是由于β-甲殼素是一種可供選擇的有前途的甲殼素原料，更是由于其分子鏈的松弛排列從而可得到具有獨特性質的特殊高分子材料。甲殼素在許多方面得到了應用，但由于其分子間和分子內很強的氫鍵作用，導致它的溶解性能較差，不溶于水、稀酸、稀堿和一般的有機溶劑，在一定程度上仍滿足不了實際應用要求。殼聚糖是甲殼素的一種極為重要的衍生物，其溶解性能較甲殼素大為提高，殼聚糖的季銨鹽化研究是殼聚糖化學改性研究的一個重要方向，其溶解性能進一步提高。但是，目前制備殼聚糖最常用的方法是通過甲殼素在濃堿高溫條件下脫乙?；@得，會造成環境污染問題。而且，甲殼素比殼聚糖更穩定，具有天然的生物相容性，因此對甲殼素直接進行化學修飾，在其分子側鏈上引入季銨鹽基團，改善功能性和水溶性，從而進一步提高其應用價值。申請號為200810068546.5的專利公開了一種O-2’-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖的制備方法，利用了先對β-甲殼素非均相季銨鹽化，隨后在堿性條件下脫乙?；@得。吳奕光等將β-甲殼素分散在異丙醇中，在濃NaOH溶液下制備了季銨化β-甲殼素（CarbohydrateResearch,2010,345,1609）。現有的β-甲殼素季銨鹽的合成方法都是在非均相條件下進行的，非均相反應存在一些缺點：反應條件劇烈導致聚合物降解，較高NaOH濃度導致較高的脫乙酰度，官能團取代位點不均一。此外，施曉文等使用NaOH/尿素水溶液作為甲殼素溶劑，均相合成了季銨化α-甲殼素衍生物（CarbohydratePolymers,2012,87,422）。但是，使用NaOH/尿素水溶液作為溶劑，必須把α-甲殼素粉末與NaOH/尿素水溶液混合，并經過冷凍-解凍循環過程才能溶解甲殼素，而且得到的甲殼素溶液很容易形成凝膠，不適宜大規模制備。我們已申請了201310034088.4專利，使用KOH/尿素水溶液作為甲殼素新溶劑，可直接快速溶解α-甲殼素，對于分子量較大的β-甲殼素也可以實現快速溶解。而且，所得的甲殼素溶液很穩定，在室溫下放置較長時間也未發生凝膠化。KOH/尿素水溶液體系安全無毒、成本低廉、環境友好、方便快捷，為甲殼素的均相衍生化提供了一種經濟綠色的新反應介質，為大規模均相制備甲殼素衍生物提供了一種工藝。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種均相制備季銨化甲殼素的新方法。本專利技術的技術方案，包括如下具體步驟：（1）配制KOH、尿素和水的混合溶液，各組分的含量為2~50wt%KOH，1~20wt%尿素，除步驟（2）中甲殼素外，余量為水；（2）將甲殼素與混合溶液混合后在冰點連續攪拌快速溶解得到甲殼素溶液，含量為0.5~15wt%；（3）將甲殼素溶液離心脫泡后，加入一定量的季銨化試劑，在一定條件下攪拌反應不少于3h，調節溶液的pH值為7，用去離子水透析至完全除去氯離子，冷凍干燥得白色海綿狀季銨化甲殼素。步驟（3）中，季銨化試劑與甲殼素單體單元的物質的量比為1:1~50:1，反應溫度-15~80℃。優選方案中，KOH濃度為8~20wt%，尿素濃度為2~5wt%，甲殼素濃度為0.5~4wt%，季銨化試劑與甲殼素單體單元的物質的量比為8:1~20:1，反應溫度-10~25℃，反應時間為24~36h。根據本專利技術的制備方法，可以得到一系列不同取代度的季銨化甲殼素，預計該專利技術產品未來將在生物醫藥、日用化妝品和組織工程材料等方面得到應用。附圖說明圖1為（a）實施例2和（b）實施例3的季銨化甲殼素的核磁共振譜圖；圖2為（a）甲殼素、（b）實施例1和（c）實施例3的季銨化甲殼素的紅外光譜對比圖。具體實施方式以下結合具體的實施例對本專利技術的技術方案作進一步說明。實施例1：配制98g含8wt%KOH、4wt%尿素的水溶液，冷卻至0℃后，加入2gβ-甲殼素，攪拌均勻，在冰點左右連續機械攪拌約3min完全溶解，經過離心脫泡得到濃度為2wt%的β-甲殼素溶液。按照2,3-環氧丙基三甲基氯化銨與β-甲殼素單體單元的物質的量比為4:1向以上所得的β-甲殼素溶液中加入含有6g2,3-環氧丙基三甲基氯化銨的水溶液，在0℃下機械攪拌24h，調節溶液的pH值為7左右，用去離子水透析后冷凍干燥得白色海綿狀季銨化β-甲殼素。采用電位滴定法測定所得衍生物的取代度為0.16，采用元素分析法測定所得衍生物的脫乙酰度為0.15。實施例2：配制99g含20wt%KOH、4wt%尿素的水溶液，冷卻至0℃后，加入1gβ-甲殼素，攪拌均勻，在冰點左右連續機械攪拌約3min完全溶解，經過離心脫泡得到濃度為1wt%的β-甲殼素溶液。按照2,3-環氧丙基三甲基氯化銨與β-甲殼素單體單元的物質的量比為16:1向以上所得的β-甲殼素溶液中加入含有12g2,3-環氧丙基三甲基氯化銨的水溶液，在25oC下機械攪拌24h，調節溶液的pH值為7左右，用去離子水透析后冷凍干燥得白色海綿狀季銨化β-甲殼素。采用電位滴定法測定所得衍生物的取代度為0.20，采用元素分析法測定所得衍生物的脫乙酰度為0.15。實施例3：配制99g含8wt%KOH、4wt%尿素的水溶液，冷卻至0℃后，加入1gβ-甲殼素，攪拌均勻，在冰點左右連續機械攪拌約3min完全溶解，經過離心脫泡得到濃度為1wt%的β-甲殼素溶液。按照2,3-環氧丙基三甲基氯化銨與β-甲殼素單體單元的物質的量比為20:1向以上所得的β-甲殼素溶液中加入含有30g2,3-環氧丙基三甲基氯化銨的水溶液，在10℃下機械攪拌24h，調節溶液的pH值為7左右，用去離子水透析后冷凍干燥得白色海綿狀季銨化β-甲殼素。采用電位滴定法測定所得衍生物的取代度為0.43，采用元素分析法測定所得衍生物的脫乙酰度為0.15。實施例4：配制99.5g含2wt%KOH、20wt%尿素的水溶液，冷卻至0℃后，加入0.5gα-甲殼素，攪拌均勻，在冰點左右連續機械攪拌完全溶解，經過離心脫泡得到濃度為0.5wt%的α-甲殼素溶液。按照3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨與甲殼素單體單元的物質的量比為50:1向以上所得的α-甲殼素溶液中加入含有3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨，在-15℃下機械攪拌4h，調節溶液的pH值為7左右，用去離子水透析后冷凍干燥得白色海綿狀季銨化甲殼素。實施例5：配制85g含50wt%KOH、1wt%尿素的水溶液，冷卻至0℃后，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種均相制備季銨化甲殼素的方法，其特征在于，包括如下具體步驟：（1）配制KOH、尿素和水的混合溶液，各組分的含量為2~50?wt%?KOH，1~20?wt%尿素，余量為水；（2）將甲殼素與混合溶液混合后在冰點連續攪拌快速溶解得到甲殼素溶液，含量為0.5~15wt%；（3）將甲殼素溶液離心脫泡后，加入一定量的季銨化試劑，在一定條件下攪拌反應不少于3?h，調節溶液的pH值為7，用去離子水透析至完全除去氯離子，冷凍干燥得白色海綿狀季銨化甲殼素。

【技術特征摘要】
1.一種均相制備季銨化甲殼素的方法，其特征在于，包括如下具體步驟：
（1）配制KOH、尿素和水的混合溶液，各組分的含量為2~50wt%KOH，1~20wt%尿素，余量為水；
（2）將甲殼素與混合溶液混合后在冰點連續攪拌快速溶解得到甲殼素溶液，含量為0.5~15wt%；
（3）將甲殼素溶液離心脫泡后，加入一定量的季銨化試劑，在一定條件下攪拌反應不少于3h，調節溶...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡杰，許喚，張俐娜，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42