甲殼素在不同離子液體中的溶解與改性

蔡 玲,李愛陽

（湖南工學院,湖南 衡陽 421008）

甲殼素是自然界中僅有的帶正離子電荷的纖維素，其使用范圍也逐漸在拓寬，本文將針對甲殼素在不同離子液體中的溶解和改性進行分析，簡單介紹其性質。

1 甲殼素在離子溶液中的溶解性

1.1 在咪唑類離子液體的中的溶解性

在以前的研究中可以發(fā)現(xiàn)，離子液體氯化1-丁基-3甲基咪唑對多種纖維素都有很好的溶解作用，現(xiàn)在對其溶解過程進行簡單描述。

首先在四十度左右的溫度下，以1比10的比例制作離子液體氯化1-丁基-3甲基咪唑，然后將兩份十克的甲殼素置入100ml離子液體氯化1-丁基-3甲基咪唑中，實驗過程可以觀察到甲殼素與溶液逐漸反應的過程，經過一段時間的反應之后，可以得到甲殼素溶液，該試驗的主要原理部分的關鍵是對離子液體甲殼素分子中起連接作用的氫鍵的破壞，被破壞之后的甲殼素溶解于液體中。

這一溶解原理與纖維素的溶解機理大致相同，其主要過程都是對甲殼素或者纖維素內的氫鍵進行破壞，這樣完成溶解過程。從該實驗還能得到的結論是關于溫度的影響，當試驗溫度較高時，甲殼素的溶解速率快，溶解程度也比較充分；當試驗溫度較低時，甲殼素的溶解速率低，溶解程度不足。

1.2 在陽離子溶液中溶解性

將DD=70%的甲殼素與3%的氯化2-氨基乙酸的陽離子稀釋溶液一起發(fā)生反應，等待反應完全，研究人員可以深入的對其所得溶液進行分析，當采用其他的同樣是以氨基乙酸為陽離子的溶液時，經過分析之后表明，當甲殼素為DD=70%時，[Gly]HSO4、[Gly]H2PO4-不與甲殼素溶液發(fā)生反應，除了這兩者之外其余物質都可以快速的被甲殼素溶解完全。經過對時間的研究和分析發(fā)現(xiàn)，[Gly]Cl溶液的效果最好，溶解性最佳。當使用殼聚糖代替甲殼素時，試驗效果相比之前更好。下面分析[Gly]Cl溶液的離子溶解原理，該溶液內部含有大量的-COOH、-Cl，這兩種離子非常容易結合殼聚糖中的-NH2和-OH，結合之后形成氫鍵。本來依靠氫鍵連接的甲殼素分子，在與該溶液反應后生成其他物質，同樣在殼聚糖內部結構之間的連接也受到破壞，從而溶解于溶液中。殼聚糖是由大分子結構組成的，分子之間的空隙相對比較寬大，小分子結構的氨基乙酸可以輕松進入殼聚糖內部，因此加快了其溶解的速度。

2 不同離子溶液下甲殼素改性的研究

2.1 酰化反應

?；磻傅氖窃谟袡C化學中氫或者其他結構被酰基所替換的現(xiàn)象。通常情況下，?；磻袃煞N不同的反應形式，一種為親電過程，另一種為親核過程。親電過程的主要機理是芳烴C-?；⑾NC-?；?，親核過程的主要機理為O-酰化、N-?；?、羧基a位C-酰化。而甲殼素的?；^程為前者，即當甲殼素與酰氯或酸酐發(fā)生反應的時候，都會產生由酰氯活酸酐含量確定分子量的脂肪族物質。

甲殼素的?；磻l(fā)生時，最先受到破壞的是起連接作用的氫鍵，由于分子發(fā)生改變，因此其結構也隨之變化，導致溶解性大幅度提高。人們利用這一特性制作成催化劑、合成藥物，尤其是作為對外傷愈合具有良好作用的抗凝聚血劑具有很好的效果。

2.2 羧基化反應

堿性甲殼素與氯乙酸反應會形成羧甲基化甲殼素，其水溶性效果良好，這種性質的發(fā)現(xiàn)，對以前甲殼素類藥物在人體內必須依靠一定量的胃酸才能將其溶解的情況進行改善。水溶性良好的羧甲基化甲殼素使得這一類型的藥物能夠更快的在人體發(fā)揮作用，并且，羧甲基化甲殼素還具有很好的吸附效果，醫(yī)療上常常用來輔助治療毒性巨噬細胞，這一性質對醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。羧甲基化甲殼素還可以吸引鈣離子等金屬離子發(fā)生作用，回收部分溶液中的金屬離子。羧甲基化甲殼素的另外一項重要作用表現(xiàn)在對化妝品的潤滑效果，對于提高化妝品使用舒適度具有重要作用。

羧基化反應的一個分類為羧丁基反應，在醫(yī)療方面與甲殼素反應生成N-羧丁基殼聚糖的意義重大，主要作用是對細菌具有很好的抑制作用，對臨床手術時的治療工作細菌控制效果良好。

2.3 醚化反應

在聚氧乙烯的離子溶液中甲殼素可以反應生成醚化物，這一點與羧甲基反應相類似，甲殼素的羥基形成甲殼素醚類衍生物。水分子作為該反應過程的產物之一，同樣具有一定的作用，即該醚化物的保水性能很明顯，在化妝品和護發(fā)品保濕上具有明顯效果。

在弱堿性環(huán)境下，甲殼素可以跟N，N-二乙胺基氯乙烷反應，生成6-0-二乙胺基乙基化甲殼素，因為該物質的電離子為陽性，而且非常明顯，這樣的特性使其成為理想的吸附劑和螯合劑生產原料，十分廣泛的在工業(yè)上得到應用。

3 結束語

甲殼素的使用在我國前景很好，但是由于科技和技術的限制，難以深入的對其進行全面了解，而西方發(fā)達國家對甲殼素的研究時間和深度都比我國先進的多，這樣的情況可以對我國的科研人員起到一定的激勵作用，提高工作效率，增強科研信心和決心，提高效率，相信所有的難題都會被克服。本文對甲殼素在離子溶液中的改性和溶解性方面的性質已經進行了分析，希望對相關人員能夠具有一定積極作用，同時希望我國的科技水平和研究水平能夠快速發(fā)展，盡快達到世界先進水平。

[1]趙慶凱，郭憲英，徐亞芹.β-甲殼素的溶解機器流變性能分析[J].科學技術與工程，2012(16)：4026-4028.

[2]孫璠，徐民，李克讓，張帥，劉蒲.甲殼素和殼聚糖在離子液體中的溶解和改性[J].化學進展，2013(05)：832-837.

[3]蔡玲.甲殼素在離子液體中的溶解與改性[J].科技資訊，2013(24)：61-62.

[4]鄒耀邦，王璐，劉孝波.生物質材料：甲殼素/殼聚糖的溶解性與應用研究進展[J].材料導報，2003(05)：51-54.