[发明专利]一种甲壳素/壳聚糖硫酸酯的简便合成工艺

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种甲壳素/壳聚糖硫酸酯的简便通用合成工艺，属改性及应用技术领域。

背景技术

甲壳素(chitin)是地球上仅次于纤维素的第二大可再生资源广泛存在于节肢动物、软体动物、环节动物、原生动物及真菌和藻类的细胞壁中，其中虾、螃蟹等甲壳类的甲壳富含1/4～1/3的甲壳素，每年生物合成量约为1000多亿吨。甲壳素的基本单元是乙酰葡萄糖胺，它是由1000～3000个乙酰葡萄糖胺残基通过β-(1→4)-糖苷键连接而成的聚合物。壳聚糖(chitosan)是甲壳素N-脱乙酰化的产物，是自然界唯一大量存在的含氮碱性多糖。甲壳素不能完全脱乙酰化，甲壳素和壳聚糖的区别在于乙酰化度的不同。从20世纪70年代以来，甲壳素/壳聚糖利用和研究以其独特的物理化学性质和生物活性，备受研究者的青睐，当前已成为环境友好材料领域的研究热点，其制备的膜、纤维、凝胶、微球、海绵等材料在生物医药、化工、食品、环境、农业等诸多领域取得广泛应用。

甲壳素由于分子内和分子间氢键的存在，形成了大分子的二级结构，同时由于分子结构的规整性，使甲壳素分子容易形成结晶区，这导致其在水、稀酸、稀碱以及一般的有机溶剂中难以溶解，因而限制了它的应用和发展。因此，通过甲壳素的衍生化，可使甲壳素物理、化学性质和其他性质显著变化，赋予化合物重要生理功能，这对开发丰富的甲壳素资源，解决后石油时代的原材料保障问题提供了新的方向。

甲壳素硫酸酯是指甲壳素结构中的羟基(胺基)部分或者完全被硫酸酯基取代得到硫酸酯多糖。随着磺酸基团的引入，取代度增加，母体分子水溶性增强，产物由原来的溶于浓盐酸/磷酸/硫酸/乙酸，不溶于水、稀酸、稀碱及其它有机溶剂，取代之后在较宽pH值范围可溶，这种聚电解质结构变得较为紧密，比重增大，同时颜色由原来的白色变为淡黄色或黄色。甲壳素/壳聚糖硫酸酯具有增强肌体免疫力，抑制肿瘤、抑制病毒、降糖降脂、抗凝血、防治血栓、治疗溃疡和肾衰凳面的作用，国内外对其开发十分活跃。

甲壳素糖基分子C3，C6位上的-OH和2位上-NH2的比较活泼，可进行化学修饰，其伯醇基易于硫酸酯化，氨基易于保护或活化，可选择性硫酸酯化。甲壳素硫酸酯合成工艺研究时间早，方法众多。磺化条件的确定主要是以有机硫的含量和收率为标准，其它指标如：粘度、旋光、毒性亦是重要依据。其实验室制备方法有多种，主要包括：浓硫酸法，SO₃/吡啶法，SO₃/SO₂法，SO₃/DMF法，HClO₃S/吡啶法，其中氯磺酸是最常用的磺化试剂。俄罗斯从70年代至今对多糖磺化进行了较多的研究工作，他们常用磺化方法有：H₂SO₄-异丙醇法，HClO₃S/吡啶法，HClO₃S/DMF法，HClO₃S/DMSO法。浓硫酸、浓硫酸/醇非均相酯化的方法存在酯化收率低、碳化严重、纤维易水解、副产物多、分离纯化困难等问题；用改进的DMF/DMSO/离子液体中用三氧化硫直接酯化或用吡啶做缚酸剂酯化均存在溶剂难脱尽、回收套用成本高、产品毒性大等致命问题，难过经济和环保关。因此，虽有小批量工业化产品，但至今尚无具备经济技术可行性的工业应用的技术和产品销售。因此开发质优价廉、绿色环保的甲壳素的硫酸酯化的通用工艺方法极具价值。

我们在成功开发的以SO₃作为酯化试剂，利用容易脱尽的非质子溶剂作为分散剂的酯化方法合成纤维素硫酸酯的基础上，将该体系运用于甲壳素/壳聚糖硫酸酯的制备，取得了理想的效果。该方法很好的克服了现有方法存在的问题，具有产品品质好、得率高、生产成本低、工艺简便、经济环保，既可适用于不同乙酰度的甲壳素原料，也可适用于虾壳粉等含有甲壳素及蛋白质的混合原料，可根据需要得到较高取代度的甲壳素硫酸酯产品及衍生物。可以根据农林、食品、化妆品、涂料、材料等领域的不同需要，大规模、低成本的生产。该工艺技术具有投资少、生产成本低、原料丰富、产品用途广、经济环保和生态效益显著的特点，是一项具有经济性、先进性、实用性的又一重大发明成果。

发明内容