浅析壳聚糖衍生物生成及其在实践中应用.docVIP

浅析壳聚糖衍生物生成及其在实践中应用 　　通过特定的反应条件和方法，壳聚糖可以得到各种不同的衍生物。这些衍生物所具有的优良性能在实践中有着广泛的用途，目前，已经从纺织印染、造纸扩展到了食品、环保、医药、农林业、轻工业和生物工程等众多领域。 　　一、壳聚糖的含义及结构 　　壳聚糖(Chitosan，简称CS)是蟹壳或虾壳经稀酸脱钙和稀碱脱蛋白质之后得到的甲壳素，再经强碱水解或酶解脱去一部分乙酰基得到的一种线性高分子碳水化合物，又称乙酰甲壳素、壳多糖、氨基多糖、甲壳糖等，是一种聚氨基葡萄糖线性高分子物质，化学名称为β-(1，4)-2-氨基-2脱氧-D葡萄糖，或简称聚氨基葡萄糖，分子式为(C6H11O4N)n。纯净的甲壳素和壳聚糖均为白色片状或粉状固体，常温下能稳定存在。 　　壳聚糖是生物界中大量存在的唯一的一种碱性多糖，可溶于酸性水溶液。它在自然界的含量仅次于蛋白质，分布非常广泛、来源丰富。由于氨基和羟基比较活泼，壳聚糖的化学性质较甲壳素活泼，可以发生多种化学反应，比如烷基化、酰基化反应等。结构式为： 　　二、壳聚糖衍生物的生成过程 　　壳聚糖由于结构上具有的羟基和氨基活性基团，可以进行形式多样的化学改性，通过特定的反应条件和方法，得到各种不同的壳聚糖衍生物。 　　（1）羧基化反应 　　羧基化反应氯代烷酸或乙醛酸可以与壳聚糖上的羟基或氨基进行反应，得到相应的羧基化壳聚糖衍生物，研究最多的是羧甲基化反应。羧甲基壳聚糖因其良好的水溶性和绿色环保性，在环保水处理、医药和化妆品等领域得到越来越广泛的应用[17-。研究表明，羧甲基壳聚糖无任何毒副作用，在医药上可作为免疫辅助剂，具有抗癌作用而不损伤正常细胞；具有促细胞生长、抗心律失常等生物活性；金属离子如Ca2+、Fe2+、Zn2+等有配位作用，是制备微量元素补剂的理想配体；N，N-二羧甲基壳聚糖磷酸钙可用于促进损伤骨头的修复、再生；N，O-羧甲基壳聚糖可以防止心脏手术后心包黏连，对玉米氮代谢、蛋白质合成与积累具有明显的生理调节作用。氯代烷酸与壳聚糖反应可以在羟基和氨基上发生，采用多段升温法将壳聚糖改性，制备了取代度???高的N，O-羧甲基壳聚糖，提高了其水溶性，扩展了其用途。 　　（2）酰基化反应 　　通过导入不同相对分子质量的脂肪族或芳香族酰基，所得的酰基化壳聚糖在有机溶剂中的溶解度可大大提高。通过酰基化反应所得的酰化产物一般在有机溶剂中的溶解度均有改善，尤其是在甲酸、二氯乙酸等酸性溶剂中。某些酰化度高的产物还溶于普通有机溶剂中，如高取代的苯甲酰化壳聚糖溶于苯甲醇、二甲亚砜中。酰化壳聚糖衍生物有很好的生物相容性，是一种潜在的医用生物高分子，并且含有羧基的酰化壳聚糖衍生物有较好的吸湿和保湿性能。 　　（3）烷基化反应 　　烷基化反应可以在甲壳素的羟基上(O-烷基化)，也可以在壳聚糖的氨基上进行(N-烷基化)，一般是甲壳素碱与卤代烃或硫酸酯反应生成烷基化产物。壳聚糖的氨基是一级氨基，有一对孤对电子，具有很强的亲核性，由于氨基的反应活性大于羟基的反应活性[21]，所以N-烷基化较易发生。烷基化壳聚糖由于削弱了壳聚糖分子间和分子内的氢键，从而大大改善了其溶解性，但若引入的碳链过长(十六烷基)，也会影响其溶解性[22]。为保证壳聚糖的烷基化反应只发生在-NH2上，采用长链的醛类与壳聚糖的氨基发生西佛碱反应，再用NaBH4或KBH4还原得到相应的N-烷基化壳聚糖。烷基化壳聚糖在医学、妆品中应用广泛。 　　（4）酯化反应 　　常见的酯化反应有硫酸酯化和磷酸酯化。壳聚糖经硫酸酯化后的壳聚糖衍生物，具有较好的抗凝血功能且没有副作用；磺化羟基化交联壳聚糖对血清中的低密度脂蛋白(LDL)具有选择吸附性能，是降低冠状动脉粥样硬化发病率的有效途径之一。硫酸酯化反应一般为非均相反应，常用的试剂有浓硫酸、SO2/SO3、氯磺酸/吡啶和SO3/吡啶、SO3/DMF等，反应既可在氨基上发生也可在羟基上发生，以羟基上反应为主。使用强酸介质中氨基质子化的方法也可制得酯化位置明确的酯化产物。磷酸酯化反应一般是在甲磺酸中与甲壳素或壳聚糖反应，高取代度的磷酸酯化壳聚糖可溶于水，低取代度的壳聚糖衍生物不能溶于水。 　　（5）西佛碱反应 　　壳聚糖上的氨基可以与醛酮发生Shiff碱反应，生成相应的醛亚胺和酮亚胺多糖。此反应专一性强，可用此反应来保护游离-NH2，在羟基上引入其它基团，反应后可方便地去掉保护基；或直接用NaBH4或NaCNBH3还原得到N-取代的多糖，利用这一反应，制备了许多N-烷基化壳聚糖。 　　（6）交联反应 　　常用的交联剂有戊二醛、环氧氯丙烷、环硫氯丙烷等，壳聚糖分子中的活性基团-NH2和-OH一方面是吸附作用的活性中心，同时又是发生交联反应的活性中心。交联后的壳聚糖和未交联