[发明专利]一种从甲壳素制备高取代度高分子量羧甲基壳聚糖的方法

说明书

本发明涉及一种从甲壳素制备高取代度高分子量羧甲基壳聚糖的方法，制备方法为：首先将甲壳素在强碱溶液中溶解得到甲壳素‑强碱溶液，然后通过在温度为0～10℃的条件下补加强碱溶液的方式将甲壳素‑强碱溶液中的强碱含量提升至35～45wt％，接着在温度为70～100℃的条件下进行脱乙酰反应，最后加入氯乙酸进行羧甲基取代反应制得高取代度高分子量羧甲基壳聚糖，该制备方法工艺简单且条件温和；制得的高取代度高分子量羧甲基壳聚糖的取代度为1.0～1.8，粘均分子量为7.9×10⁵～9.0×10⁵g/mol，脱乙酰度为85～95％，由其制得的材料力学性能好。

技术领域

本发明属壳聚糖制备技术领域，涉及一种从甲壳素制备高取代度高分子量羧甲基壳聚糖的方法。

背景技术

壳聚糖虽然有较好的生物活性，生物相容性，止血性，抑菌性并能促进伤口愈合等优异的性能，但壳聚糖难溶于水和常用的有机溶剂，只能溶于微酸性溶液，壳聚糖这种难溶性，很大地限制了壳聚糖的应用。壳聚糖的衍生物——羧甲基壳聚糖不仅维持了壳聚糖本身的优良性能，而且由于引入了亲水性基团-COOH，羧甲基壳聚糖的水溶性得到了极大的改善，在医用领域的应用和价值得到了拓展和提升。

目前，羧甲基壳聚糖主要是溶胀状态下的壳聚糖在碱性环境下通过氯乙酸发生羧甲基取代反应制得的，壳聚糖的羧甲基取代发生的位置理论上为壳聚糖分子上的羟基和氨基，根据取代的位置的不同，羧甲基壳聚糖通常分为三类：羧甲基取代位置为羟基上的氢得到的是O-CMC(羧甲基壳聚糖)，羧甲基取代位置为氨基上的氢得到的是N-CMC，羧甲基同时取代羟基的氢和氨基的氢得到的是O,N-CMC。而壳聚糖的脱乙酰度越高，分子链上的游离氨基就越多，因此，壳聚糖脱乙酰度的大小会影响其在氨基上发生羧甲基取代的程度。

壳聚糖由甲壳素在浓碱条件下经过脱乙酰化反应制备得到，碱的浓度进一步影响了其脱乙酰化的程度。由于两次反应加入的大量碱，会导致环境污染和资源的浪费，所以从甲壳素直接制备得到羧甲基壳聚糖很有必要。但甲壳素的分子内与分子间氢键相互作用使甲壳素形成微纤维网状的高度结晶有序结构，由排列有序的结晶区和排列无序的无定形区交错排列，从而使甲壳素结晶区在三维空间上是规则的、伸直的、紧密的有序排列，无定形区则是由疏松的分子链无规则卷曲和相互缠结而成的，在脱乙酰化和羧甲基化过程中，由于甲壳素的这种半结晶结构，严重阻碍了OH^-进入甲壳素分子中，使之不能很好地脱乙酰化并形成碱化中心，这极大地影响了最后羧甲基壳聚糖的取代度。

因此，开发一种能够在均相状态下直接从甲壳素制得高取代度和高分子量的羧甲基壳聚糖的制备方法极具现实意义。

发明内容

本发明提供一种从甲壳素制备高取代度高分子量羧甲基壳聚糖的方法，目的是解决现有技术中制备的羧甲基壳聚糖的取代度、分子量和脱乙酰度较低的问题。

为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

从甲壳素制备高取代度高分子量羧甲基壳聚糖的方法，首先将甲壳素在低浓度强碱溶液中溶解得到甲壳素-强碱溶液，然后通过在温度为0～10℃的条件下补加高浓度强碱溶液的方式将甲壳素-强碱溶液中的强碱含量提升至35～45wt％，接着在温度为70～100℃的条件下进行脱乙酰反应，最后加入氯乙酸进行羧甲基取代反应制得高取代度高分子量羧甲基壳聚糖。

本发明是通过补加强碱溶液来提升甲壳素-强碱溶液中的强碱含量的，如直接在甲壳素-强碱溶液加入强碱固体，强碱固体溶解放热，会使得甲壳素-强碱溶液快速凝胶化，快速凝胶化会使甲壳素-强碱溶液变为固体，不具有流动性，不利于脱乙酰反应和羧甲基取代反应，此外本发明特意控制了补加强碱溶液的温度为0～10℃，目的是为了避免体系凝胶化，流动性减弱，进而对脱乙酰反应和羧甲基取代反应产生不良的影响。

本发明将甲壳素溶于低浓度强碱溶液中，此时体系为均相体系(溶液状态)，微纤状结构和晶区被破坏，分子链排列变得混乱，间距变大；