巰基殼聚糖制備的研究

甲殼素(圖1 )是一種天然有機(jī)高分子多糖，廣泛存在于甲殼類動物的外殼中，是一個(gè)有著極大潛在應(yīng)用價(jià)值且亟待開發(fā)利用的自然資源。殼聚糖(CTS)是甲殼素衍生物中應(yīng)用最廣泛的一種脫乙酰基產(chǎn)物，是有許多無規(guī)則排列的2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖和2-乙酰基-2-脫氧-D-葡萄糖組成的線型多糖(圖2)。

圖1 甲殼素 圖2殼聚糖

CTS在分析化學(xué)中的應(yīng)用更是非常廣泛。由于CTS分子中具有一定的活性基團(tuán)，可加以化學(xué)修飾制成特殊功能新材料。

巰基化殼聚糖是CTS的一個(gè)新的衍生分支，可作為吸附金屬離子的新材料，也可作新型水果保鮮劑。用于噴浸、涂膜，尤其可作為固體保鮮劑使用，攜帶方便、無污染、無毒、保鮮效果良好。也可作為填充柱材料反復(fù)使用，為重金屬的富集帶來廣闊的前景。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1. 儀器與試劑

紅外光譜儀、HY-4型凋速多用振蕩器、電子分析天平、半胱氨酸(CYS)。

2. 實(shí)驗(yàn)方法

(1)殼聚糖的提純及其微粒的制備。將殼聚糖溶解到2%的HAc溶液中，得到濃度為5%左右的黏稠狀溶液，邊攪拌邊滴加1mol/L的NaOH溶液，直到pH值為9左右，得到絮凝狀的殼聚糖沉淀。攪碎，離心，抽濾，水洗至中性。紅外燈下烘干即得到較純的殼聚糖。研磨 、粉碎、過篩即得到殼聚糖微粒。

(2)CTS—SH的制備。CTS—SH的合成方法:準(zhǔn)確稱取0.5g的殼聚糖微粒于錐形瓶中，用甲醇浸泡溶漲12h。清洗過濾，將溶脹的殼聚糖放入錐形瓶中，以水為溶劑，加入pH值為6.0的緩沖溶液10mL。放入恒溫水浴中，升溫到70℃。邊攪拌，邊加入1.5g的半胱氨酸。間隔的攪拌反應(yīng)體系，并注意加水(防止反應(yīng)體系中的水分蒸干)。反應(yīng)6h左右。待反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物過濾，用蒸餾水清洗。再依次用乙醇、丙酮萃取，以除去未反應(yīng)的半胱氨酸等雜質(zhì)。將所得的產(chǎn)物過濾，烘干即為產(chǎn)物巰基殼聚糖。

二、結(jié)果與討論

1. CTS-SH的制備分析

(1)pH值對反應(yīng)接枝率的影響。反應(yīng)接枝率的計(jì)算方法:將反應(yīng)前的殼聚糖和反應(yīng)后的殼聚糖均干燥稱重，求出質(zhì)量差。用質(zhì)量的增加率來反映接枝率。接枝率的公式可按下式(1)計(jì)算:

G=[(反應(yīng)后CTS—SH的質(zhì)量-反應(yīng)前殼聚糖的質(zhì)量)/反應(yīng)前殼聚糖的質(zhì)量]×100% (1)

準(zhǔn)確稱取0.2g左右的殼聚糖4份，分別放于4個(gè)不同的錐形瓶中，分別加入pH為4.0，5.0，6.0，7.0的緩沖溶液10mL，水浴溫度調(diào)節(jié)到70℃。待達(dá)到反應(yīng)條件后，邊攪拌邊各自加入0.4g的半胱氨酸。固定其他反應(yīng)條件不變，反應(yīng)時(shí)間為6h。待反應(yīng)完成后，將所得的產(chǎn)品清洗干燥，稱其質(zhì)量，并計(jì)算其反應(yīng)接枝率。作接枝率-pH值曲線，如圖3所示。

由圖1可以看出，反應(yīng)溶液的pH值為6.0時(shí)，合成的接枝率最高。因此pH6.0是合成反應(yīng)的最佳條件。

(2)溫度對反應(yīng)接枝率的影響。準(zhǔn)確稱取0.2g左右的殼聚糖4份，分別放于4個(gè)不同的錐形瓶中，各加入pH值為6.0的緩沖溶液10mL，分別放與溫度為50℃，60℃，70℃，80℃的恒溫水浴中。待達(dá)到反應(yīng)條件后，邊攪拌邊各自加入0.4g的半胱胺酸，固定其他反應(yīng)條件不變， 反應(yīng)時(shí)間為6h。待反應(yīng)完成，將所得的產(chǎn)品清洗干燥后，稱其質(zhì)量，并計(jì)算其反應(yīng)接枝率。作接枝率-反應(yīng)溫度，如圖4所示。

由圖4可以看出，在70℃以前，隨著溫度的升高接枝率也增高，當(dāng)溫度大于70℃時(shí)，接枝率會降低。這是因?yàn)榘腚装彼崤c殼聚糖的反應(yīng)為可逆反應(yīng)。當(dāng)溫度升高(<70℃)時(shí)，正反應(yīng)速率增加的比逆反應(yīng)速率快，因此接枝率增加。當(dāng)溫度大于70℃時(shí)，再升高溫度，逆反應(yīng)速度的增加高于加成反應(yīng)速度的增加，反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，因此接枝率會降低。所以，要想獲得較高的接枝率，應(yīng)控制反應(yīng)速度在70℃。

(3)反應(yīng)物料比對接枝率的影響。準(zhǔn)確稱取0.2g左右的殼聚糖6份，分別放于6個(gè)不同的錐形瓶中，各加入pH值為6.0的緩沖溶液10mL，調(diào)節(jié)恒溫水浴的溫度為70℃待達(dá)到反應(yīng)條件后，邊攪拌邊按0.5∶1，1∶1，2∶1，3∶1，4∶1，5∶1的比例加入半胱氨酸。固定其他反應(yīng)條件不變，反應(yīng)時(shí)間為6h。待反應(yīng)完成后，將所得的產(chǎn)品清洗干后，稱其質(zhì)量，并計(jì)算其反應(yīng)接枝率。作接枝率曲-反應(yīng)物料比線，如圖5所示。由圖5可知，隨著反應(yīng)物料比的增加，合成反應(yīng)的接枝率也隨之增加，即增加半胱胺酸的加入量可以增加反應(yīng)的接枝率。這是因?yàn)榘腚装彼崤c不溶性殼聚糖的加成反應(yīng)是在殼聚糖的表面發(fā)生的。隨著單體量的增加，在兩相界面上單體濃度增高，增加了殼聚糖分子與香草醛的反應(yīng)概率，使接枝率增高。當(dāng)物料比為1∶3時(shí)，接枝率已達(dá)到35%，再增加物料比，接枝率增加不明顯。故最佳物料比選擇1∶3。

2. CTS-SH的檢測

將制得的CTS—SH，用紅外光譜(KBr壓片法)測定，結(jié)果如圖6所示。

由圖5可知，CTS—SH的紅外光譜在2587.23 cm-1處出現(xiàn)—SH伸縮振動峰，這說明CTS-SH已生成。而在1748.9～1300cm-1，特別是1300 cm-1處出現(xiàn)較強(qiáng)的脂肪類C=O伸縮峰。這說明，通過脂化反應(yīng)使巰基乙酸的巰基連接在CTS上。也可以看到在3100～3400cm-1的仲酰胺譜，說明反應(yīng)產(chǎn)物以酰胺基結(jié)合。這是由于在CTS長鏈上，分子碰撞的方位不同所致。

本文系統(tǒng)研究了巰基化殼聚糖的制備方法，比較反應(yīng)合成的不同條件，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的巰基化殼聚糖。合成反應(yīng)的最佳條件是pH值6.0，反應(yīng)溫度70℃，反應(yīng)物料比1∶3。此外，由于CTS—SH在空氣中或受紫外線照射被氧化為巰基—S—S—，故需避光保存。

(作者單位:山東省濟(jì)寧中山公用水務(wù)有限公司)