专利名称：一种酰化壳聚糖的制备方法
技术领域：
本发明涉及高分子材料改性领域，具体涉及一种酰化壳聚糖的制备方法。
背景技术：
壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基的产物，是唯一商品化的碱性多糖。壳聚糖以其良好 的组织相容性、生物可降解性、抗菌性及对蛋白质的吸附性，使其在化工、环保、食品、印染、 医药等行业得到了广泛的应用，被视为二十一世纪最有前途的材料之一。但壳聚糖存在较 强的分子内及分子间氢键，使其具有紧密的晶体结构，从而难溶于大部分有机溶剂，限制了 壳聚糖更广泛的应用。因此，对壳聚糖进行酰化、醚化、烷基化、磺化、羧基化、及季铵化改性 以改善其溶解性是当前的研究热点，通过化学改性可在重复单元上引入不同基团，生成相 应的衍生物，既可改善壳聚糖的溶解性能，又可赋予壳聚糖更多的功能。 国外通过冰冻氢氧化钠-十二烷基硫酸钠系统的简单步骤制备成功了烷 基-CHITIN纤维。烷基化产生了各种不同链长和体容度的烷基卤素化合物，对水或甲酸的 亲和性的增加，这种亲和性的增加时由于部分分子晶体结构破坏而产生的。核磁共振的研 究表明C6位置上的羟基优于C3位置被取代，同时也制备了烷基-CHITIN纤维薄膜。这种 亲和性质的改善，在以后的壳聚糖应用中有良好的价值。另外还制备出了壳聚糖多孔小珠， 对重金属有螯合作用，也可以用于生物材料的固定化反应。通过碘化、卤化制备了壳聚糖移 植共聚物，卤化与碘化的方法主要进行壳聚糖功能基团的改造。其中碘化条件温和，并可以 产生各种反应的前体，该反应易于发生在C6位置上，还可用于制备阳离子移植共聚物。其 反应条件在室温和紫外光308nm处进行，对壳聚糖各种功能基团的改造还包括制备羟基壳 聚糖。目前国内用甲醛和乙酸酐为交联剂，制备了以壳聚糖为母体的壳聚糖凝胶，并对其性 质进行研究。 在壳聚糖的化学改性中，酰化改性研究得较多，如刘超等以吡啶和氯仿为反应介 质制备了完全疏水的长链酰化壳聚糖衍生物，但该方法所用的试剂毒性较大且反应耗时较 长；Kurita等通过氨基保护_脱氨基保护的壳聚糖定位化学反应技术制备了 0-酰化壳聚 糖，实现了壳聚糖的定位反应，但反应过程复杂，增加了产物后处理的难度；李志君等通过 以甲磺酸为介质和催化剂制备0， 0- 二十二酰壳聚糖衍生物，但反应过程中存在壳聚糖主 链的降解；Vasnev等在丙酮和水的均相体系中制备了 N， 0_酰化壳聚糖衍生物，但该反应需 用到毒性较大的三氟醋酸，且须在氮气氛保护下进行。总之，这些反应存在所用试剂昂贵， 毒性较大，工艺复杂或反应条件较为苛刻等问题。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种反应条件温和、简单易行的酰化 壳聚糖的制备方法。 本发明目的通过以下技术方案予以实现
—种酰化壳聚糖的制备方法，包括如下步骤
(1)将壳聚糖原料与极性惰性溶剂混合、加热、抽滤； (2)将抽滤后的滤渣与极性惰性溶剂混合，加入脂肪酰卤和有机催化剂，与壳聚糖 进行酰化反应； (3)经抽滤、纯化、干燥后得到酰化壳聚糖。 其中，步骤(1)中所述壳聚糖原料是不同分子量及不同脱乙酰度的，其中，优选脱
乙酰度为80 95%、分子量20000 300000的壳聚糖做原料；所述加热温度优选80°C 。 步骤(1)和(2)中所述极性惰性溶剂优选N， N- 二甲基甲酰胺。 步骤(2)中所述脂肪酰卤与壳聚糖的摩尔量比值为5 :广l : l;脂肪酰卤优
选C8 C18的饱和脂肪酰氯，该饱和脂肪酰氯的制备方法是用脂肪酸与氯化亚砜在8(TC反应
2 5小时，反应完成后减压除去未反应的氯化亚砜及生产的氯化氢和二氧化硫气体，得到的
无色至淡黄色透明液体，即为饱和脂肪酰氯。 步骤(2)中所述有机催化剂优选弱碱性有机试剂吡啶。 步骤(2)中所述酰化反应是在加有干燥装置的条件下进行的，以防止酰氯的水 解，酰化反应时间优选为6 48小时，反应温度优选80 120°C 。 步骤(3)中所述纯化为本领域中常用步骤，具体是将滤渣置于95%醇中8(TC条件 下回流2 5小时后，再次抽滤；其中，所述醇优选乙醇。 步骤(3)中所述酰化壳聚糖具有和壳聚糖原料相似的主链结构，分子中的2-氨基
及3，6-羟基被部分或全部取代，结构如下其中，&为CH3C0-或CH3 (CH2)mC0_ ;R2为H_或CH3 (CH2)迈CO- ;R3为H_或CH3 (CH2)
迈co-。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果 本发明酰化壳聚糖的制备方法步骤简单，反应条件温和，反应使用的试剂易得，降 低了生产的成本；减少了反应过程中毒性副产物的产生，降低了产物后处理的难度；利用 本方法制备得到的酰化壳聚糖的主链不会降解，纯度高，改善了壳聚糖的溶解性能。 图1是分子量为20000的壳聚糖原料及棕榈酰化壳聚糖的红外图，其中，a为棕榈 酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料； 图2是分子量为30000的壳聚糖原料及棕榈酰化壳聚糖的红外图，其中，a为棕榈 酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料； 图3是分子量为150000的壳聚糖原料及棕榈酰化壳聚糖的红外图，其中，a为棕
,圾
榈酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料； 图4是分子量为200000的壳聚糖原料及棕榈酰化壳聚糖的红外图，其中，a为棕 榈酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料； 图5是以分子量为30000的壳聚糖原料及月桂酰化壳聚糖的红外图，其中，a为月 桂酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料； 图6是分子量为80000的壳聚糖原料及月桂酰化壳聚糖的红外图，其中，a为月桂 酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料； 图7是以分子量为200000的壳聚糖原料及辛酰化壳聚糖产物的红外图，其中，a为 辛酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料； 图8是分子量为300000的壳聚糖原料及辛酰化壳聚糖产物的红外图，其中，a为 辛酰化壳聚糖，b为壳聚糖原料。
具体实施例方式
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何限定。
实施例1棕榈酰化壳聚糖的制备
1.棕榈酰氯的制备 46g棕榈酸置于三口瓶中，加入25ml 二氯亚砜，搭回流及尾气吸收装置，搅拌条件 下缓慢升温至6(TC反应一段时间至体系为均一液体体系，调节温度为8(TC反应2. 5小时， 然后在减压条件下除去未反应的二氯亚砜及反应生成的二氧化硫及氯化氢气体，得淡黄色 透明液体60ml。 2.棕榈酰化壳聚糖的制备 2. l称取2. 015g壳聚糖(M = 20000)置于100ml三口瓶中，加入40mlDMF，80。C油 浴搅拌3小时，抽滤，将滤渣转移至250ml三口瓶中，重新加入40ml DMF及10ml吡啶，将 10ml棕榈酰氯溶于20ml DMF中一次性加入至反应体系中，120°C回流反应13小时，停止反 应，抽滤，将滤渣置于500ml烧瓶中，加入300ml 95%乙醇，8(TC条件下回流5小时，抽滤，干 燥滤渣(70°C， 12小时)得1. 638g，然后以所得滤渣作为反应物进行二次酰化，最终得产物 1.215g。其相应壳聚糖原料及产物红外图谱如图1。 2. 2称取2. 012g壳聚糖(M = 30000)置于250ml三口瓶中，加入40mlDMF，80。C油 浴搅拌2小时，抽滤，将滤渣重新分散于50ml DMF中，搭回流及空气干燥装置，加入10ml吡 啶，将10ml棕榈酰氯溶于10ml DMF得淡黄色透明液体，一次性加入至反应体系中，8(TC反 应17小时，得棕红色两相体系，抽滤，将滤渣转移至1000ml烧瓶中，加入450ml 95%乙醇， 8(TC条件下回流4小时，抽滤，滤渣于7(TC干燥12小时，得1.976g，其相应壳聚糖原料及产 物红外图谱如图2。 2. 3称取3. 006g壳聚糖(M = 150000)置于250ml三口瓶中，加入60mlDMF，80。C 油浴搅拌2小时，抽滤，将滤渣重新分散于60ml DMF中，搭回流及空气干燥装置，加入10ml 吡啶，将15ml棕榈酰氯溶于30ml DMF得淡黄色透明液体， 一次性加入至反应体系中，120°C 反应6小时，得棕红色两相体系，抽滤，将滤渣转移至1000ml烧瓶中，加入450ml 95%乙醇， 8(TC条件下回流3小时，抽滤，滤渣于7(TC干燥8小时，得6. 267g，其相应壳聚糖原料及产 物红外图谱如图3。
2. 4称取2. 006g壳聚糖(M = 200000)置于250ml三口瓶中，加入40mlDMF，80。C 油浴搅拌2小时，抽滤，将滤渣重新分散于40ml DMF中，搭回流及空气干燥装置，加入10ml 吡啶，将10ml棕榈酰氯溶于20ml DMF得淡黄色透明液体， 一次性加入至反应体系中，120°C 反应8小时，得棕红色两相体系，抽滤，将滤渣转移至1000ml烧瓶中，加入450ml 95%乙醇， 8(TC条件下回流2小时，抽滤，滤渣于75t:干燥24小时，得2. 556g，其相应壳聚糖原料及产 物红外图谱如图4。 实施例2月桂酰化壳聚糖的制备
1.月桂酰氯的制备称取30. 026g月桂酸置于250ml三口瓶中，加入15ml氯化亚砜，搭回流及尾气吸 收装置，调节油浴温度为5(TC反应30分钟，使体系变为均一液体，然后调节温度为8(TC反 应2. 5小时，反应完成后减压除去未反应的氯化亚砜及生成的氯化氢及二氧化硫气体，得 无色透明液体17ml 。
2.月桂酰化壳聚糖的制备 2. 1称取1. 052g壳聚糖(M = 30000)置于250ml三口瓶中，加入20mlDMF，80。C油 浴搅拌2小时，抽滤，将滤渣重新分散于20ml DMF中，搭回流及空气干燥装置，加入5ml吡 啶，将6ml棕榈酰氯溶于12ml DMF得淡无色透明液体， 一次性加入至反应体系中，12(TC反 应16小时，得棕红色两相体系，抽滤，将滤渣转移至250ml烧瓶中，加入150ml 95%乙醇， 8(TC条件下回流2小时，抽滤，滤渣于7(TC干燥12小时，得1. 039g，其产物红外图谱如图5。
2. 2称取1. 087g壳聚糖(M = 80000)置于250ml三口瓶中，加入20mlDMF，80。C油 浴搅拌2小时，抽滤，将滤渣重新分散于20ml DMF中，搭回流及空气干燥装置，加入5ml吡 啶，将5ml棕榈酰氯溶于10ml DMF得淡无色透明液体，一次性加入至反应体系中，12(TC反 应10小时，得棕红色两相体系，抽滤，将滤渣转移至250ml烧瓶中，加入150ml 95%乙醇， 8(TC条件下回流2小时，抽滤，滤渣于7(TC干燥12小时，得0. 775g，其相应壳聚糖原料及产 物红外图谱如图6。 实施例3辛酰化壳聚糖的制备
1.辛酰氯的制备 量取20ml正辛酸置于250ml三口瓶中，加入17ml氯化亚砜，搭回流及尾气吸收装 置，5(TC反应30分钟，然后调节温度为8(TC反应2. 5小时，反应完成后减压除去未反应的氯 化亚砜及生成的氯化氢及二氧化硫气体，得无色透明液体23ml。
2.辛酰化壳聚糖的制备 2. 1称取1. 028g(M = 200000)置于250ml三口瓶中，加入20ml DMF，80。C油浴搅 拌2小时，抽滤，将滤渣重新分散于20ml DMF中，搭回流及空气干燥装置，加入5ml吡啶，将 5ml辛酰氯溶于10ml DMF得淡黄色透明液体， 一次性加入至反应体系中，12(TC反应10小 时，得棕红色两相体系，抽滤，将滤渣转移至250ml烧瓶中，加入150ml 95X乙醇，8(TC条件 下回流2小时，抽滤，滤渣于7(TC干燥12小时，得0. 552g，其产物红外图谱如图7。
2. 2称取1. 025g(M = 300000)置于250ml三口瓶中，加入20ml DMF，80。C油浴搅 拌2小时，抽滤，将滤渣重新分散于20ml DMF中，搭回流及空气干燥装置，加入5ml吡啶，将 5ml辛酰氯溶于10ml DMF得淡黄色透明液体， 一次性加入至反应体系中，12(TC反应24小 时，得棕红色两相体系，抽滤，将滤渣转移至250ml烧瓶中，加入150ml 95X乙醇，8(TC条件下回流3小时，抽滤，滤渣于7(TC干燥12小时，得0. 193g，其相应壳聚糖原料及产物红外图 谱如图8。 从壳聚糖的原料峰和酰化后产物峰的对比可以看出，虽然2-氨基相对于3、6-羟 基有更强的亲核性，但由于酰氯是一种较强的酰化剂，可以观察到所得产物相对于原料大 都有1740cm—1处酯羰基峰的出现，且2920cm—\2850cm—1及720cm—1处所对应的长链亚甲基 吸收峰的出现也证明了酰化产物的生成。
权利要求
一种酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤(1)将壳聚糖原料与极性惰性溶剂混合、加热、抽滤；(2)将抽滤后的滤渣与极性惰性溶剂混合，加入脂肪酰卤和有机催化剂，与壳聚糖进行酰化反应；(3)经抽滤、纯化、干燥后得到酰化壳聚糖。
2. 根据权利要求l所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述壳聚糖 原料的脱乙酰度为80 95%，分子量为20000 300000。
3. 根据权利要求1所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于所述极性惰性溶剂为N， N-二甲基甲酰胺。
4. 根据权利要求l所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述脂肪酰卤与壳聚糖的摩尔量比值为5 :广i : i。
5. 根据权利要求1或4所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述脂 肪酰卤为C8 C18的饱和脂肪酰氯。
6. 根据权利要求5所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于所述饱和脂肪酰氯的制 备方法是用脂肪酸与氯化亚砜在8(TC反应2 5小时，反应完成后减压除去未反应的氯化亚 砜及生产的氯化氢和二氧化硫气体，得无色至淡黄色透明液体，即为饱和脂肪酰氯。
7. 根据权利要求l所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述有机催 化剂为弱碱性有机试剂吡啶。
8. 根据权利要求l所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述酰化反 应是在干燥状态下进行的，反应时间为6 48小时，反应温度为80 120°C 。
9. 根据权利要求l所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述酰化壳 聚糖分子中的2-氨基及3， 6-羟基被部分或全部取代，结构如下<formula>formula see original document page 2</formula>其中，&为CH3C0-或CH3 (CH2)mC0- ;R2为H-或CH3 (CH2)迈CO- ;R3为H_或CH3 (CH2)迈CO-。
10.根据权利要求l所述的酰化壳聚糖的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述纯化是 瞎滤渣置于95%醇中8(TC条件下回流2 5小时后，再次抽滤。
全文摘要
本发明公开了一种酰化壳聚糖的制备方法，该方法包括如下步骤(1)将壳聚糖原料与极性惰性溶剂混合、加热、抽滤；(2)将抽滤后的滤渣与极性惰性溶剂混合，加入脂肪酰卤和有机催化剂，与壳聚糖进行酰化反应；(3)经抽滤、纯化、干燥后得到酰化壳聚糖。本发明酰化壳聚糖的制备方法步骤简单易行，反应条件温和，降低了生产成本，减少了反应毒性和产物后处理的难度。利用本方法制备得到的酰化壳聚糖的主链不会降解，纯度高，改善了壳聚糖的溶解性能。
文档编号C08B37/08GK101704907SQ200910213688
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月8日 优先权日2009年12月8日
发明者张彦焘, 胡巧红, 荣利 申请人:广东药学院