[发明专利]一种磷酸化壳聚糖衍生物及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种磷酸化壳聚糖衍生物及其制备方法与应用。本发明采用PBTCA(2‑磷酸基‑1,2,4‑三羧酸丁烷)作为磷源，在适宜的pH条件下与EDC(1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐)反应，生成不稳定的酯，再与咪唑反应形成稳定的化合物，最后与壳聚糖反应生成磷酸化壳聚糖衍生物。本发明所述方法安全、环保，能够避免传统方法在生产过程中对人体健康的损害，以及引起的环保问题，为壳聚糖的磷酸化改性提供了一条新思路和途径。

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种磷酸化壳聚糖衍生物及其制备方法与应用。

背景技术

壳聚糖由甲壳素脱乙酰化而来，在自然界中含量丰富。它天然无毒，可生物降解且具有生物相容性，具有良好的应用前景。然而，壳聚糖在中性和碱性条件下溶解性能很差，这在一定程度上限制了它的应用。因此，通过对壳聚糖进行化学改性可以拓宽其应用领域。其中，壳聚糖的衍生物—磷酸化壳聚糖具有良好的水溶性，在生物医学、环境保护(如：吸附废水重金属离子、降解废水中染料)等领域备受关注。据文献报道，目前对磷酸化壳聚糖的研究不仅应用于组织再生与修复方面(郑波.磷酸化壳聚糖促进1型胶原仿生矿化影响的研究[D].浙江大学,2017.)；还可用于去除水中的重金属离子，如Cd(II)等(罗珊,陈前林,敖先权,谢燕,刘境,李宸.磷酸化壳聚糖对镉离子的吸附研究[J].环境科学与技术,2019,42(06):101-105.)；也可对氧化石墨烯纳米片改性制备纳滤膜，作为催化剂来降解阴离子染料，如二甲苯酚橙等(Song,Y.,et al.,J WATER PROCESS ENG.,34(2020),101086)。然而目前制备磷酸化壳聚糖的方法十分繁琐，对实验条件要求较高，且使用危险化学品，易对环境造成污染，有害人体健康。因此，采用一种新的方法来合成磷酸化壳聚糖十分有必要。

目前，合成磷酸化壳聚糖的方法主要有下面几种。

1.将壳聚糖与磷酸在70℃反应，随后向体系中缓慢滴加甲醛溶液反应三小时即可制得N-亚甲基磷酸壳聚糖(K.Moedritzer,M.IraniJ.Org.Chem.,31(1966),pp.1603-1607)。其反应方程式为：

这种方法操作简单，反应活性较高。但甲醛是一类致癌物，人体长期、低浓度接触甲醛会引起头晕、乏力、免疫力降低，并可出现瞌睡、记忆力减退或神经衰弱、精神抑郁等症状。因此采用这种合成方法具有高风险性，对人体十分有害，且高温反应造成壳聚糖分子量降解厉害。

2.在N₂保护条件下，壳聚糖与甲磺酸反应使其溶解，在不断搅拌的条件下加入P₂O₅反应。之后加入乙醚沉淀，离心分离后用乙醚洗涤5次，丙酮洗涤3次，甲醇洗涤3次，最后乙醚洗涤1次，由真空常温干燥得到磷酸化壳聚糖(莫虎明.磷酸化壳聚糖改性PCC工艺及其在造纸中的应用研究.广西大学,2013.)。其反应方程式如下：

这种方法需要N₂保护，隔绝氧气，装置的气密性必须良好，否则会氧化，对实验条件要求较高。产品洗涤阶段多次重复操作，步骤繁琐，需要消耗大量的试剂，增加了实验成本，且甲磺酸是强酸，造成壳聚糖分子量下降。

3.将壳聚糖，尿素和磷酸添加到N,N-二甲基甲酰胺中，混合物在150℃下反应1小时可得磷酸化壳聚糖(T.Sakaguchi,T.Hirokoshi,A.Nakajima Agric.Biol.Chem.,45(1981),pp.2191-2195)。其反应方程式如下：

这种方法制得的磷酸化壳聚糖磷含量不高，磷含量较低不利于实际应用。消耗大量的二甲基甲酰胺，经济性不高；有机溶剂排放到环境中，造成环境污染。

由于上述方法存在着甲醛毒性高、对装置气密性要求高，反应条件严苛，成本高，过程不环保等问题，因此寻找一种简便、安全、环保的磷酸化壳聚糖的制备方法尤为重要。