[发明专利]一种酸性离子液体低温快速溶解壳聚糖的方法

说明书

本发明公开了一种酸性离子液体低温快速溶解壳聚糖的方法；本发明制备含磺酸根酸性离子液体，应用含磺酸根酸性离子液体的水溶液为溶剂，低温快速溶解不同分子量的壳聚糖；所述酸性离子液体为：烷基咪唑或烷基吡啶化合物衍生的含磺酸根酸性离子液体；该酸性离子液体只是溶解壳聚糖，不会导致壳聚糖的水解；本发明操作简单、无污染，且溶解温度低、溶解速度快，壳聚糖的溶解度较常见离子液体显著提高。本发明为几丁质、甲壳素、壳聚糖的预处理提供了一种新方案。

技术领域

本发明属于几丁质、甲壳素、壳聚糖的预处理工艺领域，具体涉及一种酸性离子液体低温快速溶解壳聚糖的方法及酸性离子液体的制备。

背景技术

在矿物资源日益短缺、环境污染日益严峻的今天，人们逐渐把目光转向了自然界中可再生的绿色资源。全球的水产养殖业以及虾蟹处理等会产生许多的壳类固废。而这些壳类废料是制备甲壳素(Chitin)的重要资源。壳聚糖(Chitosan)是由甲壳素经过脱乙酰作用得到的，化学名称为(1-4)-2-乙酰氨基-B-D葡萄糖。由于壳聚糖在自然界中含量丰富，原料易得，安全无毒，并具有良好的生物相容性、抗菌性和生物可降解性等优良特性，现已广泛应用到医药、生物技术、化工、化妆品、饲料、农业、环保、生物医学与遗传病治疗等领域。但是，壳聚糖分子中存在大量的氢键作用，导致壳聚糖抗润胀、溶解性差，在常规有机溶剂中的溶解性差，极大地限制了壳聚糖的广泛应用。

壳聚糖的溶解是实现其工业应用的重要前提，若不对其进行溶解处理使之成为均相液体，则会极大地限制壳聚糖的广泛应用。因此壳聚糖的高效溶解是目前最需要解决的问题。溶解壳聚糖的传统方法大多使用壳聚糖的直接溶剂，包括锂盐-强极性非质子极性溶剂体系、碱-冰混合物溶剂体系、强极性含氟溶剂(六氟异丙醇)、碱/尿素或硫脲/水溶剂体系、强极性质子溶剂体系、氯化钙-甲醇溶剂体系、稀酸溶剂体系(乙酸、三氟乙酸等)，但这些直接溶剂存在毒性大、腐蚀性强、后处理麻烦且溶解效率不高、溶解条件苛刻等缺点。

离子液体(lonic Liquids，ILs)是一类极具应用前景的优良溶剂，广泛应用于有机合成及催化、分析化学、电化学、化工分离等领域。自从2002年，Swatloski首次报道了离子液体对纤维素的溶解性后，对于离子液体在生物大分子(纤维素，淀粉，壳聚糖)的溶解改性研究非常热烈(Journal of the American Chemical Society，2002，124：4974-4975；Chemical Reviews，2015，115：6357-6426)。

2006年，Xie et al.首次应用[Bmim]Cl溶解壳聚糖，[Bmim]Cl在110℃下，5h可完全溶解10％壳聚糖，并提出了离子液体破坏壳聚糖分子内的氢键导致壳聚糖溶解的机理(Green Chemistry，2006，8：630-633)。此后，许多常规离子液体，如[Amim]Cl，[Bmim]Cl，[Etmim]Cl，[Emim]Ac和[Bmim]Ac被应用壳聚糖的溶解研究(Carbohydrate Polymers，2011，83：233-238；Green Chemistry，2011，13：3446-3452；RSC Advances，2014，4：30282-30291；Fibers and Polymers，2015，16：2704-2708；Fibers and Polymers，2016，17：1741-1748；Green Chemistry，2017，19：1208-1220；Carbohydrate Polymers，2018，195：288-297)。但存在溶解效率低，溶解温度高(≥80℃)、溶解时间长，易引起壳聚糖水解等问题。因此，寻找一种新型的、高效的环境友好型溶剂体系来溶解壳聚糖，将极大地推动壳聚糖的产业化、工业化。