專利名稱：微波促進(jìn)高分子量殼聚糖烷基化新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在微波輻射下對(duì)高分子量殼聚糖進(jìn)行堿化，制備較高取代度 N-烷基殼聚糖的新方法。
背景技術(shù)：
高分子量和取代度的N-烷基殼聚糖具有良好的成膜和成纖性能，在生態(tài)材料、紡 織和醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。目前，國內(nèi)外專利和文獻(xiàn)均未見以高分子量(>90 萬)的殼聚糖為原料，制備高分子量和取代度的N-烷基殼聚糖的報(bào)道。對(duì)于以低分子量的 殼聚糖為原料制備N-烷基殼聚糖的工藝路線主要有兩條，路線一，殼聚糖與烷基醛反應(yīng)生 成亞胺，再經(jīng)過NaBH4還原，制備N-烷基殼聚糖。謝英(應(yīng)用化學(xué)，2008，25 (10) =1201-1204) 和李作為(食品工業(yè)科技，2006，27 (8) 63-65)采用該路線制備N-烷基殼聚糖，殼聚糖分 子量一般在4 5萬；辛梅華(應(yīng)用化學(xué)，2005，22 (12) 1357-1359)采用微波輻射技術(shù)對(duì)該 工藝進(jìn)行了改進(jìn)，縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高了轉(zhuǎn)化效率，但所用殼聚糖的分子量僅在3000左 右；李明春(CN100503646C)采用此工藝制備了雙取代的N-烷基殼聚糖，使用的殼聚糖分子 量也不超過10000。路線二，殼聚糖與鹵代烷在堿性溶液中反應(yīng)直接制得N-烷基殼聚糖。 姚康德(CN1386548A)采用分子量4 5萬，脫乙酰度大于90%的殼聚糖為原料，制備出了 不同取代度的N-烷基殼聚糖；Liu (Bioconjugate Chem，2003，14，782-789)也對(duì)該工藝進(jìn) 行了報(bào)道，所用殼聚糖的分子量僅為5萬。以上兩條路線均以低分子量殼聚糖為原料，制得 的N-烷基殼聚糖分子量低，難以達(dá)到制備高性能殼聚糖膜和纖維的要求。因此如何制備高 分子量和取代度的N-烷基殼聚糖十分重要。發(fā)明目的本發(fā)明的目的是為了提供一種以高分子量殼聚糖為原料，高效制備高分子量和取 代度N-烷基殼聚糖的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的在常溫常壓下，將堿(如，Na0H，K0H等)、異丙醇 和殼聚糖粉末一起加入反應(yīng)瓶中，使其混合均勻，將其放入微波反應(yīng)器中在功率300-600W， 40 60°C處理5-60分鐘，得到在堿液中溶脹均勻的殼聚糖反應(yīng)液。然后將反應(yīng)瓶移出微 波反應(yīng)器，加熱到一定溫度，緩慢滴加鹵代烴(C2 C16)，其加入量為與殼聚糖氨基摩爾比 為1. 1 1. 2，反應(yīng)溫度40 100°C，反應(yīng)3-4h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中和至中性， 沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得到高分子量和高取代度的烷基殼聚糖產(chǎn)物。本發(fā)明采用殼聚糖原料的分子量90 150萬，脫乙酰度> 70%，灰分< 0.6%。發(fā)明效果本發(fā)明提供的高分子量和取代度的烷基殼聚糖的制備方法是采用在微波輻射下 對(duì)殼聚糖進(jìn)行堿化，破壞了殼聚糖分子間或分子內(nèi)的強(qiáng)氫鍵作用，使大量的氨基暴露出來， 增加了與鹵代烷烴的接觸機(jī)會(huì)，從而加快了反應(yīng)速率。本發(fā)明克服了背景技術(shù)中存在的只能以低分子量殼聚糖為原料制備N-烷基殼聚糖的缺點(diǎn)，為高分子量和取代度的N-烷基殼 聚糖的制備提供了一種有效方法。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明，并非限制本發(fā)明所涉及的范圍。實(shí)施例1 殼聚糖原料分子量150萬，脫乙酰度為85%，灰分為0. 3%。分子量的測(cè)定方法樣品溶于0. 2mol/L氯化鈉+0. lmol/L乙酸溶液中，在25°C下 用烏氏黏度計(jì)測(cè)定。利用一點(diǎn)法計(jì)算樣品特性黏度。以Mark-Howink方程計(jì)算黏均相對(duì) 分子質(zhì)量(K = 1. 81 X l(T3cm7g，α = 0. 93)。在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. IOg殼聚 糖，攪拌均勻，放入微波反應(yīng)器，在功率600W，60°C，堿化1小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪 拌加熱器中升溫到75°C，緩慢滴加溴代十六烷，其加入量為與殼聚糖氨基摩爾比為1. 1，反 應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得 產(chǎn)品。采用酸堿滴定法測(cè)得取代度為44.5%。取代度的測(cè)定方法如下準(zhǔn)確稱取0. 3-0. 5克烷基化殼聚糖樣品，置于250ml三角瓶中，加入標(biāo)準(zhǔn)0. Imol/ L(C1)鹽酸溶液30ml (、，1111)，在20-251攪拌至溶解完全(可加適量蒸餾水稀釋)，加入4_5 滴指示劑(甲基橙-亞甲基藍(lán))，用標(biāo)準(zhǔn)0. lmol/L(c2)氫氧化鈉溶液滴定至溶液變?yōu)闇\藍(lán) 綠色，記下氫氧化鈉溶液消耗量(v2，ml)；另取一份烷基化殼聚糖樣品，置于105°C烘干至恒 重，測(cè)定水分，每個(gè)樣品需各測(cè)3次。
氨基含量=(ClFl -C2K2) χ 0.016 χ 100 % 一一G (100 - W )式中C1-鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol · Γ1 ；C2-氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol · Γ1 ；V1-加入的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL ；V2-滴定耗用的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL ；G-樣品重，g;W-樣品的水分，0. 016-與ImL Imol · L—1鹽酸溶液相當(dāng)?shù)陌被?，g ；
取代度=0.0994 χ 0.8477 -氨基含量 乂0.0994式中0. 0994-理論氨基含量；0. 8477-所用殼聚糖的脫乙酰度；比較實(shí)施例1 殼聚糖原料分子量150萬，脫乙酰度為85%，灰分為0. 3%。分子量的測(cè)定方法 見實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. IOg殼聚 糖，攪拌均勻，0°C堿化24小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌加熱器中升溫到75°C，緩慢滴加溴代十六烷，其加入量為與殼聚糖氨基摩爾比為1. 1，反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽 酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn)品，采用酸堿滴定法測(cè)得取代 度基本為零。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。實(shí)施例2 殼聚糖原料分子量100萬，脫乙酰度為86%，灰分為0. 4%。分子量的測(cè)定方法 見實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖， 攪拌均勻，放入微波反應(yīng)器，在功率500w，500C，堿化1小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌 加熱器中升溫到65°C，緩慢滴加溴代正丁烷，其加入量為與殼聚糖氨基摩爾比為1. 2，反應(yīng) 4h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn) 品，采用酸堿滴定法測(cè)得取代度為60. 5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。比較實(shí)施例2 殼聚糖原料分子量100萬，脫乙酰度為86%，灰分為0. 4%。分子量的測(cè)定方法 見實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖， 攪拌均勻，0°C堿化26小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌加熱器中升溫到65°C，緩慢滴加溴 代正丁烷，其加入量為與殼聚糖氨基摩爾比為1. 2，反應(yīng)4h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中 和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn)品，采用酸堿滴定法測(cè)得取代度為 10.5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。實(shí)施例3 殼聚糖原料分子量100萬，脫乙酰度為90%，灰分為0. 4%。分子量的測(cè)定方法 見實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖， 攪拌均勻，放入微波反應(yīng)器，在功率500w，400C，堿化1小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌加 熱器中升溫到50°C，緩慢滴加溴代乙烷，其加入量與殼聚糖氨基摩爾比為1. 2，反應(yīng)3h。反 應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn)品，采 用酸堿滴定法測(cè)得取代度為62. 5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。比較實(shí)施例3 殼聚糖原料分子量100萬，脫乙酰度為90%，灰分為0. 4%。分子量的測(cè)定方法 見實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖， 攪拌均勻，0°C堿化28小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌加熱器中升溫到50°C，緩慢滴加 溴代乙烷，其加入量與殼聚糖氨基摩爾比為1.2，反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中 和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn)品，采用酸堿滴定法測(cè)得取代度為 12.5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。實(shí)施例4:殼聚糖原料分子量150萬，脫乙酰度為90%，灰分為0. 3%。分子量的測(cè)定方法 見實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gK0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖，攪拌均勻，放入微波反應(yīng)器，在功率500w，600C，堿化0. 5小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪 拌加熱器中升溫到60°C，緩慢滴加溴代十六烷，其加入量與殼聚糖氨基摩爾比為1. 1，反應(yīng) 4h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn) 品，采用酸堿滴定法測(cè)得取代度為60. 5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。比較實(shí)施例4 殼聚糖原料分子量150萬，脫乙酰度為90%，灰分為0. 3%。分子量的測(cè)定方法 見實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gK0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖， 攪拌均勻，在0°C下堿化26小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌加熱器中升溫到60°C，緩慢 滴加溴代十六烷，其加入量與殼聚糖氨基摩爾比為1. 1，反應(yīng)4h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽 酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn)品，采用酸堿滴定法測(cè)得取代 度為11. 5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。實(shí)施例5 殼聚糖原料分子量90萬，脫乙酰度為85%，灰分為0. 4%。分子量的測(cè)定方法見 實(shí)施例1。在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖， 攪拌均勻，放入微波反應(yīng)器，在功率600w，600C，堿化1小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌加 熱器中升溫到50°C，緩慢滴加溴代十六烷，其加入量與殼聚糖氨基摩爾比為1. 1，反應(yīng)3h。 反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn)品， 采用酸堿滴定法測(cè)得取代度為72. 5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。比較實(shí)施例5 殼聚糖原料分子量90萬，脫乙酰度為85%，灰分為0.4%。分子量的測(cè)定方法見 實(shí)施例1。 在常溫常壓下，向裝有2gNa0H和40mL異丙醇的三口瓶中，緩慢加入2. Og殼聚糖， 攪拌均勻，在0°C，堿化26小時(shí)。然后將三口瓶移到磁力攪拌加熱器中升溫到50°C，緩慢滴 加溴代十六烷，其加入量與殼聚糖氨基摩爾比為1. 1，反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸 中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得產(chǎn)品，采用酸堿滴定法測(cè)得取代度 為15. 5%。取代度的測(cè)定方法見實(shí)施例1。
權(quán)利要求
本發(fā)明在常溫常壓下，將堿(如，NaOH，KOH等)、異丙醇和殼聚糖粉末一起放在反應(yīng)瓶中，使其混合均勻，將其放入微波反應(yīng)器中在功率300 600w，40～60℃處理5 60分鐘，得到在堿液中溶脹均勻的殼聚糖反應(yīng)液。然后將反應(yīng)瓶移出微波反應(yīng)器，加熱到一定溫度，緩慢滴加鹵代烴(C2～C16)，其加入量為與殼聚糖氨基摩爾比為1.1～1.2，反應(yīng)溫度40～100℃，反應(yīng)3 4h。反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物用稀鹽酸中和至中性，沉淀、過濾，用乙醇、乙醚洗滌，真空抽濾得到高分子量和高取代度的烷基殼聚糖產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烷基化殼聚糖的制備方法，其特征是所述的殼聚糖粉末分 子量90 150萬，脫乙酰度> 70%，灰分< 0.6%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烷基化殼聚糖的制備方法，其特征是采用微波對(duì)殼聚糖反 應(yīng)液進(jìn)行預(yù)處理，處理?xiàng)l件為微波功率300-600w，40 60°C處理5_60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開一種在微波輻射下對(duì)高分子量殼聚糖進(jìn)行堿化，制備高分子量和高取代度的N-烷基殼聚糖的新方法。其特征在于，將分子量90～150萬和脫乙酰度＞70％的殼聚糖分散在堿和異丙醇的混合液中，在微波輻射下進(jìn)行堿化，然后將其移出微波反應(yīng)器，加熱到一定溫度，緩慢滴加鹵代烴(C2～C16)，經(jīng)后處理得到取代度為40～70％的N-烷基殼聚糖。
文檔編號(hào)C08B37/08GK101891841SQ20101025379
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者于世濤, 劉仕偉, 劉福勝, 李露, 裴立軍, 解從霞 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)