O-羧化甲壳素的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种0-駿化甲壳素的制备方法，属于甲壳素衍生物的制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 甲壳素是地球上仅次于纤维素（Cellulose)的第二大天然高分子多糖。目前对该 种天然资源的研究及利用主要集中在其脱己醜化产物一壳聚糖及其衍生物，而对甲壳素 衍生物的研究相对较少。由于甲壳素制造工艺简单，价格低廉，同时具有良好的物理化学性 质，通过化学反应改良其物化性能，可应用于许多领域。
[0003] 水溶性甲壳素衍生物是一类具有优良应用性能的甲壳素衍生物。甲壳素经过駿化 反应，在其分子上引入具有水溶性的駿基基团，得到駿基化产物，即駿化甲壳素。甲壳素在 碱性条件下可与含駿基的团代焼反应，在C-6的-OH中引入駿基，可生成6-0-駿化甲壳素。 该种产物为结构中有駿基的阴离子聚合物，易溶于水，具有优良的抑菌性、保湿性及抗氧化 性，可广泛应用于医药、化妆品及食品等领域。
[0004] 目前，水溶性甲壳质衍生物的工业化生产较少，主要是由于其制造成本高，需要通 过大量有机溶剂沉淀、透析等方法进行精制，浓碱液产生的废水污染环境，反应条件苛刻， 且收率偏低，该些因素都限制了它的推广使用。
[0005] 美国专利（USP4619995)公开了化yes W甲壳素为原料，浓碱液中碱化后，在异丙 醇介质中进行駿化反应制备水溶性的壳聚糖。但其制备过程中是在浓碱中高温下反应，容 易使反应过程中壳聚糖分子链断裂，导致产品粘度降低，分子结构被破坏，影响产品性能。 中国专利（CN201310237735. 1)公开了一种駿甲基甲壳素的制备方法。该方法駿化反应时 间较长（72^120小时)，需要在低温进行冷冻碱化（-40~-18°C)，且需要透析处理。
[0006] Trujillo Ralph W甲壳素为原料，用65%Na0H溶液碱化，在异丙醇中加入氯己酸 进行駿化取代反应，然后将粗产物溶于水，丙丽或己醇沉淀，离也后烘干制备駿甲基甲壳 素。该方法需要消耗大量有机溶剂对产品进行沉淀，且产率较低，仅为45%左右，每公斤原 料需消耗 15 公斤化地，环境污染严重（Trujillo Ralph Preparation of Carbo;sy meth}d chitin. Carbohyd. Res. ,1968 (7) ;483-485);于海峰等制备的駿甲基壳聚糖，需要二次碱 化处理，消耗大量的化0H溶液，大量碱液导致废水排放污染严重(于海峰、潘明胚、李佐邦 等.駿甲基甲壳素和壳聚糖的合成及其性能研究.河北工业大学学报，2000,03)。
[0007] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种0-駿化甲壳素的制备方法，通过添 加相转移催化剂可W有效降低碱液浓度和碱用量，减少了废液排放，且无需有机溶剂沉淀， 节约了成本。该方法反应条件温和、成本低、收率高、适于工业化生产。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供了一种0-駿化甲壳素的制备方法，该制备方法反应条件温 和、成本低、产率高，适于工业化生产。
[0009] 本发明提供的技术方案是： 本发明技术方案通过相转移催化剂的合理使用，在保证质量不变的情况下，缩短了反 应时间。
[0010] 一种0-駿化甲壳素的制备方法，駿基取代主要发生在甲壳素环碳6位-OH上，取 代度为0.6^1. 0,粘均分子量为5.0 X 104---1.0 X 105。其特征在于： (1) 取粉碎后的甲壳素加入到3(T50wt%氨氧化轴溶液中揽拌均匀，加一定量的相转移 催化剂，于-i(T(rc下碱化〇0小时； 所述相转移催化剂包括：十二烷基硫酸轴、十二烷基苯賴酸轴、聚己二醇或H己基予基 氯化馈中的一种，其添加量为0.广1%(占甲壳素的质量百分比)，甲壳素与3(T50wt%氨氧化 轴溶液的质量比为1:〇0; (2) 过滤后得到碱化甲壳素，加入适量的有机溶剂充分揽拌，然后取一定量含駿基的改 性剂分批添加，于25^6(TC下揽拌反应2^6小时； 所述的有机溶剂为己醇或异丙醇，甲壳素与有机溶剂的质量体积比为1:5^10,甲壳素 与改性剂的摩尔数比为1:2^5; 所述的改性剂为氯己酸、2-氯丙酸或3-氯丙酸中的一种； (3) 反应结束后产物用稀酸调节抑至中性，用60%-100% (V/V)己醇(或丙丽)洗涂3~5 次，干燥后即得C-6氧位取代的0-駿化甲壳素； 所述的稀酸选自盐酸、醋酸、硫酸或巧樣酸中的水溶液。
[0011] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果： (1)本发明的制备方法中通过添加少量相转移催化剂可有效缩短碱化时间，仅需〇0 小时(现有制备技术的碱化时间基本都在12小时W上）； (2 )本发明技术方案产品的质量收率可达9(T1 20%，而目前已研究报道的产品收率仅为 40-80%，且不需要使用大量有机溶剂精制粗品，减少了溶剂的用量，降低了生产成本； (3) 在确保收率不降低的情况下，本发明制备工艺中使用的碱液浓度由通常的60% W 上降至3(T50%，反应条件温和，降低了对设备的腐蚀； (4) 在确保收率不降低的情况下，本发明制备工艺中每公斤产品碱用量相对于背景技 术中的方法降低明显，减少了 H废排放和环境污染。
[001引【附图说明】：图1是0-駿化甲壳素的红外光谱图；图2是甲壳素的红外光谱图。
[001引 实施例1 : 取lOOg粉碎后的甲壳素加入到400克50%的氨氧化轴溶液中（即甲壳素与氨氧化轴溶 液的质量比为1 ;4)，加入0.1 g十二烷基硫酸轴，揽拌，于0C下碱化4小时；室温解冻后加 入到500mL异丙醇中，揽拌下分3次缓慢加入氯己酸共94g，每次间隔10分钟，25C下反应 6小时；反应结束后过滤，收集固体物，加入300mL95%己醇（V/V)浸泡，用醋酸调节抑值至 6,过滤，用60%己醇（V/V)洗涂过滤所得固体5次，6(TC烘干，得0-駿化甲壳素96g。
[0014]实施例2 : 取lOOg粉碎后的甲壳素加入到1000克30%氨氧化轴溶液中（即甲壳素与氨氧化轴溶 液的质量比为1 ;1〇)，并加入1. Og十二烷基苯賴酸轴，揽拌均匀，于-10°C下碱化10小时； 室温解冻后加入到lOOOmL无水己醇中，揽拌下分5次缓慢加入2-氯丙酸共275g，每次间 隔10分钟，在6(TC下反应2小时；反应结束后过滤，收集固体物，加入300mL 95%己醇（V/ V)浸泡，用盐酸调节抑值至7,过滤，用80%己醇（v/v)洗涂过滤所得固体3次，6(TC烘干， 得0-駿化甲壳素112g。
[001引 实施例3; 取lOOg粉碎后的甲壳素加入到600克40%的化0H溶液中（甲壳素与氨氧化轴溶液的 质量比为1 ;6)，并加入0. 6g聚己二醇，充分揽拌，于-6C下碱化8小时；室温解冻后加入到 800mL无水己醇中，揽拌下分5次缓慢加入氯己酸共200g，每次间隔10分钟，在5(TC下反应 4小时；反应结束后过滤，收集固体物，加入300mL95%己醇（V/V)浸泡，用巧樣酸调节抑值 至7. 5，过滤，用75%丙丽（V/V)洗涂过滤所得固体4次，6(TC烘干，得0-駿化甲壳素117g。 [001引 实施例4; 取lOOg粉碎后的甲壳素加入到800克35%的化0H溶液中（甲壳素与氨氧化轴溶液的 质量比为1 ;8)，加入0.8gH己基予基氯化馈，充分揽拌，于-5C下碱化6小时；室温解冻 后加入到750mL异丙醇中，揽拌下分4次缓慢加入2-氯丙酸共135g，每次间隔10分钟，在 35C下反应5小时；反应结束后过滤，收集固体物，加入300mL95%己醇（V/V)浸泡，用硫酸 调节抑值至8,过滤，用95%己醇（V/V)洗涂过滤所得固体3次，6(TC烘干，即得所需产品 0-駿化甲壳素l04g。
[0017] 试验例： (1) 采用酸碱滴定法测量实施例T4所得0-駿化甲壳素的取代度： 取一定量产品，准确称其质量，记为W，置于250血锥形瓶中，揽拌中加入0.1mol/L的 肥1标准溶液，配成质量浓度为Iwt%的溶液。用0.1mol/L的化0H标准溶液进行滴定。开 始阶段每加入0. 25mL化0H，记录一次抑值，当接近抑值临近终点时，每加入一滴化0H，记 录一次抑值。W抑为纵坐标，W商定消耗的化0H体积为横坐标，绘制曲线，用二阶导数求 出曲线的拐点，取代度（DS)的计算公式如下： DS = 203A/ (1000-80A) 公式中；A = (V2-Vl)CNa〇H/W w--样品的质量g;V2-Vi--滴定样品所消耗的化OH体积L 〔NaOH-NaOH溶液的摩尔浓度mol/L (2) 采用黏度法测定样品的粘均分子量： 取一定量干燥至恒重的产品，精密称定，用0.1mol/L己酸/0. 2mol/L化C1为溶剂，配 制一定浓度的样品液，3号砂芯漏斗过滤，精密量取滤液1〇111以在25C下，用乌氏粘度计测 定样品的相对粘度（n r)和增比粘度（n SP)，特性粘度（[n ])计算公式如下：
【主权项】
1. 一种O-羧化甲壳素的制备方法，其特征在于， 第一步取粉碎后的甲壳素加入到3(T50wt%氢氧化钠溶液中，搅拌均匀，加一定量的 相转移催化剂，于-1(T(TC下碱化反应；所述相转移催化剂包括：十二烷基硫酸钠、十二烷 基苯磺酸钠、聚乙二醇或三乙基苄基氯化铵中的一种； 第二步过滤第一步反应液，得到碱化甲壳素，加入适量的有机溶剂充分搅拌，然后取 一定量含羧基的改性剂分批添加，于25飞(TC下搅拌反应；所述的有机溶剂为乙醇或异丙 醇，所述的改性剂为氯乙酸、2-氯丙酸或3-氯丙酸中的一种； 第三步反应结束后产物用稀酸调节pH至中性，用60%-100% (V/V)乙醇(或丙酮)洗涤 3飞次，干燥后即得C-6氧位取代的0-羧化甲壳素；所述的稀酸选自盐酸、醋酸、硫酸或柠 檬酸中的水溶液。
2. 权利要求1所述制备方法，其特征在于，第一步相转移催化剂的量为甲壳素质量的 0? 1 ~1%。
3. 权利要求1所述制备方法，其特征在于，第一步甲壳素与3(T50wt%氢氧化钠溶液的 质量比为1:4~10。
4. 权利要求1所述制备方法，其特征在于，第一步甲壳素与3(T50wt%氢氧化钠溶液的 质量比为1:3~5。
5. 权利要求1所述制备方法，其特征在于，第二步甲壳素与有机溶剂的质量体积比为 1:5~10。
6. 权利要求1所述制备方法，其特征在于，第二步甲壳素与改性剂的摩尔比为1:2~5。
7. 权利要求1所述制备方法，其特征在于，第一步碱化反应时间为4~10小时。
【专利摘要】本发明涉及一种 O- 羧化甲壳素的制备方法。该方法是将粉碎后的甲壳素和少量相转移催化剂，添加到 30~50wt% 氢氧化钠溶液中低温碱化，过滤后得到碱化甲壳素，在有机溶剂中分批加入含羧基的改性剂，于 25-60 ℃下搅拌反应 2-6 小时，反应后用稀酸调节产物的 pH 至中性，用 60%-100% （ V/V ）乙醇或丙酮洗涤 3-5 次，干燥后即得到 O- 羧化甲壳素。本发明工艺简单、反应条件温和、无需大量有机溶剂，通过添加少量的催化剂明显缩短了反应时间，产品收率高，环境污染减小，适于工业化生产。
【IPC分类】C08B37-08
【公开号】CN104725530
【申请号】CN201410459828
【发明人】夏文水, 李广生, 孔程仕
【申请人】迪沙药业集团有限公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年9月11日