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摘 要：本文利用苯甲醛与壳聚糖中氨基反应形成schiff碱的方法，对壳聚糖中活性位点进行保护。之后在碱性条件下，以一氯乙酸作为改性剂，将羧甲基引入壳聚糖中的羟基上，再在酸性条件下脱掉氨基保护，得到O-羧甲基壳聚糖。
关键词：羧甲基壳聚糖 氨基保护 schiff碱
一、前言
壳聚糖（chitosan），化学名为β-（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，是甲壳素脱乙酰化的产物，是由葡萄糖结构单元组成的直链多糖。壳聚糖作为一种带正电荷的天然多糖，本身具有无毒、无刺激性、无致敏性、无致突变作用，降解产物为低分子壳寡糖和葡萄糖胺，具有良好的生物相容性和生物降解性。但因壳聚糖分子内和分子间的氢键作用，使其只溶于酸性水溶液，在有机溶剂和中性水溶液中不溶解，这在很大程度上限制了它的推广和应用[1-4]。因此，制备溶解性好的壳聚糖衍生物，对壳聚糖进一步化学修饰、寻找新用途和开发一系列高科技绿色新材料具有重要意义。
壳聚糖的修饰主要发生在-OH和-NH2上。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，其中研究较多的是羧甲基化反应。羧甲基壳聚糖是一种水溶性很好的壳聚糖衍生物，具有抗菌性、保鲜性等多种特性，是一种两性聚电解质，在医药、保鲜、化妆品等方面有多种应用，也是近年来研究较多的壳聚糖衍生物[5-7]。在碱性条件下，以氯乙酸为改性剂，可制得羧甲基壳聚糖。羧甲基会在-OH上发生取代，也会在-NH2上发生取代，生成N，O-羧甲基壳聚糖。为了控制羧甲基取代的位置，保留壳聚糖中的氨基，可采用先将氨基保护起来，与氯乙酸反应后再脱保护的方法得到纯净的O-羧甲基壳聚糖。
本文首先采用schiff法对壳聚糖中的氨基进行保护，之后在碱性条件下将羧甲基引入到-OH上，在通过酸性溶液的浸泡，使氨基保护脱去，得到O-羧甲基壳聚糖，保留了壳聚糖中氨基，使其继续成为活性位点，为羧甲基壳聚糖的进一步应用提供基础。
二、实验方法
1.实验仪器与试剂
试剂：壳聚糖（济南海得贝海洋生物有限公司，脱乙酰度90%），一氯乙酸（上海国药集团），异丙醇（上海国药集团），其它试剂均为分析纯。
仪器：傅立叶红外光谱仪（Nicolet 380），85-1型恒温磁力搅拌器（国华电器有限公司）。
2.schiff碱的合成
称取2.00g壳聚糖溶于1%乙酸水溶液中，呈白色粘稠溶液，边搅拌边往溶液中滴加1mol/L 的氢氧化钠溶液至体系pH=8~9，得到大量的呈短纤维状壳聚糖沉淀，加入少量乙醇稀释，加入苯甲醛和乙醇的混合液缓慢滴入壳聚糖中，搅拌3~4小时，停止反应，用乙醇洗涤3~4次。60℃下真空干燥5小时，得到白色粉末状物质。
3.O-羧甲基壳聚糖的制备
将上一步的产物装入反应瓶中，加入一定量的20%NaOH溶液和异丙醇，在室温下搅拌60min，然后边搅拌边滴加一氯乙酸的异丙醇溶液，在室温下反应5h，然后用稀盐酸将溶液调至中性，用丙酮沉淀产物，过滤，用85%甲醇和无水乙醇分别洗涤产物，至无氯离子为止，60℃下真空干燥，得到白色粉末状物质。
将上述制得的白色粉末于一定浓度的盐酸溶液中搅拌浸泡6小时，之后用95%乙醇洗涤4~5次，再用无水乙醇洗涤3~4次。60℃下真空干燥6小时，得到白色粉末状O-羧甲基壳聚糖。
三、结果与讨论
1.schiff碱的氨基保护合成
通过对比图1和图2可以发现，图1中尖锐的几个峰值都发生了右移现象。亚胺的N=C伸缩振动吸收位于1690-1640cm-1区，是亚氨基的特征吸收，虽与酰胺的羟基吸收峰位置有所重叠，但是其吸收峰形较酰胺羟基更为尖锐，且吸收较弱。观察图谱可发现，位于1644.24 cm-1的峰与叙述吻合，可断定其为N=C键，说明壳聚糖中的氨基与苯甲醛成功反应。在3600-3500 cm-1 左右出现的峰是羟基伸缩振动吸收峰，3400cm cm-1 处出现的强吸收峰是N-H伸缩振动重叠而成的多重吸收峰。以上现象都说明壳聚糖中的氨基与苯甲醛反应形成了schiff碱。
2.O-羧甲基壳聚糖的制备
由图3可以看出，在1596cm-1和 1411 cm-1 处出现较强的吸收峰，它们分别是羧甲基壳聚糖的羧基基团的不对称和对称伸缩振动特征吸收峰，这说明产物分子中存在羧基，且NH2的N-H弯曲振动也位于1595cm-1附近。在图3中，1154 cm-1处的C-0-C伸缩振动消失，说明羧甲基反应主要发生在醇羟基上，且图中N=C键的特征峰消失，说明得到了较为纯净的O-羧甲基壳聚糖。2923cm-1左右甲基和亚甲基伸缩振动吸收峰较弱，是由于羧甲基化后，甲基和亚甲基的相对含量减少所致。
四、结论
1.通过苯甲醛与壳聚糖形成schiff碱的方法，可以有效地保护壳聚糖中的氨基位点，且方法简单，产物易提取；
2.氨基保护后，羧甲基的引入主要位于了醇羟基上；
3.氨基脱保护的方法简单易操作，且效果较好，产物易提取，得到了纯净的O-羧甲基壳聚糖。
参考文献：
[1]杨辉，张剑.酶载体壳聚糖制备的研究[J].化学工程师，2008，149（2）:13-14.
[2]陈思全，徐纯，肖微，等.O-羧甲基壳聚糖的改良制备工艺[J].广西职业技术学院学报，2009，2（6）:6-7.
[3]王周玉，孙仲，蒋珍菊.两种不同溶解性N 酰化壳聚糖衍生物的合成与表征[J].西华大学学报，2008，27（4）:91-104.
[4]袁文，尹学琼，冯玉红，等.羧甲基壳聚糖的制备及其抗菌性能研究进展[J].食品研究与开发，2007，128（11）:185-189.
[5]张宝忠，杜予民，樊李红，等.羧甲基壳聚糖／明胶共混膜的结构表征与吸湿保湿性[J]．分析科学学报，2005，21（3）：245-248.
[6]吴刚.羧甲基壳聚糖的应用[J].滁州学院学报，2007，9（6）：65-67.
[7] SUN Li-ping，DU Yu min，SHI Xiao-wen.A new approach tochemically m odified carboxym ethyl chitosan and study of itsmoisture absorption and moisture-retention abilities[J].Journal of Applied Polymer Science，2006，102（2）：1303-1309.
关键词：羧甲基壳聚糖 氨基保护 schiff碱
一、前言
壳聚糖（chitosan），化学名为β-（1，4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，是甲壳素脱乙酰化的产物，是由葡萄糖结构单元组成的直链多糖。壳聚糖作为一种带正电荷的天然多糖，本身具有无毒、无刺激性、无致敏性、无致突变作用，降解产物为低分子壳寡糖和葡萄糖胺，具有良好的生物相容性和生物降解性。但因壳聚糖分子内和分子间的氢键作用，使其只溶于酸性水溶液，在有机溶剂和中性水溶液中不溶解，这在很大程度上限制了它的推广和应用[1-4]。因此，制备溶解性好的壳聚糖衍生物，对壳聚糖进一步化学修饰、寻找新用途和开发一系列高科技绿色新材料具有重要意义。
壳聚糖的修饰主要发生在-OH和-NH2上。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，其中研究较多的是羧甲基化反应。羧甲基壳聚糖是一种水溶性很好的壳聚糖衍生物，具有抗菌性、保鲜性等多种特性，是一种两性聚电解质，在医药、保鲜、化妆品等方面有多种应用，也是近年来研究较多的壳聚糖衍生物[5-7]。在碱性条件下，以氯乙酸为改性剂，可制得羧甲基壳聚糖。羧甲基会在-OH上发生取代，也会在-NH2上发生取代，生成N，O-羧甲基壳聚糖。为了控制羧甲基取代的位置，保留壳聚糖中的氨基，可采用先将氨基保护起来，与氯乙酸反应后再脱保护的方法得到纯净的O-羧甲基壳聚糖。
本文首先采用schiff法对壳聚糖中的氨基进行保护，之后在碱性条件下将羧甲基引入到-OH上，在通过酸性溶液的浸泡，使氨基保护脱去，得到O-羧甲基壳聚糖，保留了壳聚糖中氨基，使其继续成为活性位点，为羧甲基壳聚糖的进一步应用提供基础。
二、实验方法
1.实验仪器与试剂
试剂：壳聚糖（济南海得贝海洋生物有限公司，脱乙酰度90%），一氯乙酸（上海国药集团），异丙醇（上海国药集团），其它试剂均为分析纯。
仪器：傅立叶红外光谱仪（Nicolet 380），85-1型恒温磁力搅拌器（国华电器有限公司）。
2.schiff碱的合成
称取2.00g壳聚糖溶于1%乙酸水溶液中，呈白色粘稠溶液，边搅拌边往溶液中滴加1mol/L 的氢氧化钠溶液至体系pH=8~9，得到大量的呈短纤维状壳聚糖沉淀，加入少量乙醇稀释，加入苯甲醛和乙醇的混合液缓慢滴入壳聚糖中，搅拌3~4小时，停止反应，用乙醇洗涤3~4次。60℃下真空干燥5小时，得到白色粉末状物质。
3.O-羧甲基壳聚糖的制备
将上一步的产物装入反应瓶中，加入一定量的20%NaOH溶液和异丙醇，在室温下搅拌60min，然后边搅拌边滴加一氯乙酸的异丙醇溶液，在室温下反应5h，然后用稀盐酸将溶液调至中性，用丙酮沉淀产物，过滤，用85%甲醇和无水乙醇分别洗涤产物，至无氯离子为止，60℃下真空干燥，得到白色粉末状物质。
将上述制得的白色粉末于一定浓度的盐酸溶液中搅拌浸泡6小时，之后用95%乙醇洗涤4~5次，再用无水乙醇洗涤3~4次。60℃下真空干燥6小时，得到白色粉末状O-羧甲基壳聚糖。
三、结果与讨论
1.schiff碱的氨基保护合成
通过对比图1和图2可以发现，图1中尖锐的几个峰值都发生了右移现象。亚胺的N=C伸缩振动吸收位于1690-1640cm-1区，是亚氨基的特征吸收，虽与酰胺的羟基吸收峰位置有所重叠，但是其吸收峰形较酰胺羟基更为尖锐，且吸收较弱。观察图谱可发现，位于1644.24 cm-1的峰与叙述吻合，可断定其为N=C键，说明壳聚糖中的氨基与苯甲醛成功反应。在3600-3500 cm-1 左右出现的峰是羟基伸缩振动吸收峰，3400cm cm-1 处出现的强吸收峰是N-H伸缩振动重叠而成的多重吸收峰。以上现象都说明壳聚糖中的氨基与苯甲醛反应形成了schiff碱。
2.O-羧甲基壳聚糖的制备
由图3可以看出，在1596cm-1和 1411 cm-1 处出现较强的吸收峰，它们分别是羧甲基壳聚糖的羧基基团的不对称和对称伸缩振动特征吸收峰，这说明产物分子中存在羧基，且NH2的N-H弯曲振动也位于1595cm-1附近。在图3中，1154 cm-1处的C-0-C伸缩振动消失，说明羧甲基反应主要发生在醇羟基上，且图中N=C键的特征峰消失，说明得到了较为纯净的O-羧甲基壳聚糖。2923cm-1左右甲基和亚甲基伸缩振动吸收峰较弱，是由于羧甲基化后，甲基和亚甲基的相对含量减少所致。
四、结论
1.通过苯甲醛与壳聚糖形成schiff碱的方法，可以有效地保护壳聚糖中的氨基位点，且方法简单，产物易提取；
2.氨基保护后，羧甲基的引入主要位于了醇羟基上；
3.氨基脱保护的方法简单易操作，且效果较好，产物易提取，得到了纯净的O-羧甲基壳聚糖。
参考文献：
[1]杨辉，张剑.酶载体壳聚糖制备的研究[J].化学工程师，2008，149（2）:13-14.
[2]陈思全，徐纯，肖微，等.O-羧甲基壳聚糖的改良制备工艺[J].广西职业技术学院学报，2009，2（6）:6-7.
[3]王周玉，孙仲，蒋珍菊.两种不同溶解性N 酰化壳聚糖衍生物的合成与表征[J].西华大学学报，2008，27（4）:91-104.
[4]袁文，尹学琼，冯玉红，等.羧甲基壳聚糖的制备及其抗菌性能研究进展[J].食品研究与开发，2007，128（11）:185-189.
[5]张宝忠，杜予民，樊李红，等.羧甲基壳聚糖／明胶共混膜的结构表征与吸湿保湿性[J]．分析科学学报，2005，21（3）：245-248.
[6]吴刚.羧甲基壳聚糖的应用[J].滁州学院学报，2007，9（6）：65-67.
[7] SUN Li-ping，DU Yu min，SHI Xiao-wen.A new approach tochemically m odified carboxym ethyl chitosan and study of itsmoisture absorption and moisture-retention abilities[J].Journal of Applied Polymer Science，2006，102（2）：1303-1309.