專利名稱：羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法
技術領域：
本發明涉及羧甲基殼聚糖季銨鹽的制備技術領域，具體涉及一種羧甲基殼聚糖季
銨鹽在水相中的微波輻射制備方法。
背景技術：
殼聚糖是一種廣泛存在于自然界的堿性多糖，其分子結構中含有氨基、羥基等活 性基團，可以通過化學反應進行改性，使其具有更為理想的化學、物理性質及生理功能，在 藥物緩釋、功能食品、生物功能材料、化妝品、污水處理及生物技術等領域具有廣闊的應用 前景。 羧甲基殼聚糖季銨鹽是同時在殼聚糖分子上引入羧甲基和季銨基的一種殼聚糖 衍生物。與殼聚糖、羧甲基殼聚糖和殼聚糖季銨鹽相比，羧甲基殼聚糖季銨鹽具有更為穩定 的水溶性、抗菌性、生物相容性并且安全無毒，在功能化妝品、抗菌劑、生物醫療材料、新型 藥物等方面有著更為光明的應用前途。 目前關于羧甲基殼聚糖季銨鹽制備方法的研究比較少，僅有的關于羧甲基殼聚糖 季銨鹽制備報道是用傳統加熱法以異丙醇等有機溶劑為分散介質，先制備出羧甲基殼聚糖 成品，再以異丙醇等有機溶劑為分散介質，在羧甲基殼聚糖上季銨化制備出羧甲基殼聚糖 季銨鹽，共需十幾個小時，反應時間長，步驟繁瑣，難以控制實驗條件，并且給環境造成負 擔。微波輻射合成法具有快速、簡便、高效的特點而備受關注，但是，迄今為止，還未見利用 微波輻射法在水相中制備羧甲基殼聚糖季銨鹽的報道。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供羧甲基殼聚糖季銨鹽在水 相中的微波輻射制備方法。采用該方法在短時間內就能獲得羧甲基和季銨基的取代度分別 達到90%的羧甲基殼聚糖季銨鹽，與耗時十幾小時且制備步驟繁瑣的傳統加熱法相比，工
藝簡單、產品得率高、易控制反應條件、綠色無污染且重現性強，為羧甲基殼聚糖季銨鹽的 工業化生產提供了基礎。本發明所采用的如下技術方案 羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法，該方法以殼聚糖為原料，以
氯乙酸為羧甲基化試劑，在堿性水相環境中進行第一次微波輻射取代反應，經過分離提純
得到羧甲基殼聚糖，再以2，3_環氧丙基三甲基氯化銨為季銨化試劑，在堿性水相環境中進
行第二次微波輻射取代反應，經過分離提純，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽。 上述制備方法中，第一次微波輻射進行羧甲基化反應時，微波輸出功率為200
600W，輻射時間為5 50min，反應溫度為50 90°C ;第二次微波輻射進行季銨化反應時，
微波輸出功率為300 800W，輻射時間為30 80min，反應溫度為60 85°C。 上述制備方法具體包括如下步驟在殼聚糖中加入40 60g/mlNaOH溶液并
于-15 -251:冷凍，自然解凍后，再加入5 60g/mlNaOH溶液，攪拌至殼聚糖分散均勻，
按殼聚糖氯乙酸摩爾比為i : 3 i : 8滴加氯乙酸溶液，攪拌均勻后放入微波輻射儀中進行第一次微波輻射反應，微波輸出功率為200 600W，輻射時間為5 50min，溫度為 50 9(TC，用丙酮沉淀羧甲基殼聚糖產品；再將羧甲基殼聚糖產品溶于水中，調節pH值為 8 14，按照殼聚糖與2，3-環氧丙基三甲基氯化銨摩爾的比為l : 6 1 : 12，滴加2， 3_環氧丙基三甲基氯化銨溶液，攪拌均勻后放在微波輻射儀中進行第二次微波輻射，微波 輸出功率為300 800W，輻射時間為40 90min，溫度為60 85°C;用丙酮分離提純產品， 透析至無Cl-離子，除水，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽成品。 上述制備方法中，殼聚糖與NaOH的質量比為1 : 1. 8 1 : 13. 2。所述除水為采 用旋轉蒸發除去部分水分。 上述制備方法中，所用殼聚糖的重均分子量為15 32萬，脫乙酰度為70 95% 。 羧甲基的取代度為30 90%，季銨鹽的取代度為15 90%。
與現有技術相比，本發明具有如下優點和效果 本發明兩次微波輻射反應均在水相中進行，不使用有機溶劑，是一種環境友好的、 綠色的制備羧甲基殼聚糖季銨鹽的方法。傳統加熱法制備羧甲基殼聚糖季銨鹽反應時間 長，步驟繁瑣，反應條件難控制，不易控制羧甲基和季銨基的取代度。本發明用微波輻射法 代替傳統加熱方法，不僅簡化了制備工藝，節省了反應時間，提高了產品得率，并且反應是 在水相中進行，避免使用有機溶劑異丙醇。在微波輻射儀中，可以固定溫度，功率等參數， 不像傳統加熱法容易受外界條件的影響，因此得到的羧甲基殼聚糖季銨鹽產品穩定重復性 高，有利于羧甲基殼聚糖季銨鹽制備的工業化推廣。
具體實施例方式
實施例1 :在lg殼聚糖(重均分子量為32萬，脫乙酰度為90% )中加入2mL40g/ mlNaOH溶液并于-15t:冷凍。自然解凍后，再加入20mL 5g/mlNaOH溶液，攪拌至殼聚糖分散 均勻。按殼聚糖氯乙酸摩爾比為1 : 3緩慢滴加氯乙酸溶液(純度大于97% )，攪拌均 勻后放入微波輻射儀中進行第一次微波輻射反應，其輸出功率為200W，輻射時間為50min， 溫度為50°C。用丙酮沉淀羧甲基殼聚糖產品，再將羧甲基殼聚糖產品溶于水中，調節pH值 為14。按照殼聚糖與2，3-環氧丙基三甲基氯化銨摩爾的比為l : 10，緩慢滴加2，3-環氧 丙基三甲基氯化銨溶液(純度大于95% )，攪拌均勻后放在微波輻射儀中第二次微波輻射， 微波輸出功率為300W，輻射時間為90min，溫度為60°C 。用丙酮分離提純羧甲基殼聚糖季銨 鹽產品，透析至無Cl—離子，旋轉蒸發除去部分水分，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽成 品。羧甲基殼聚糖季銨鹽的產率為88%，羧甲基取代度30%，季銨基取代度78%。傳統加 熱法得到的產率只有78%。 實施例2 :在lg殼聚糖(重均分子量為28萬，脫乙酰度為95%)中加入2mL 50g/ mlNaOH溶液并于-25t:冷凍。自然解凍后，再加入10mL 20g/mlNaOH溶液，攪拌至殼聚糖分 散均勻。按殼聚糖氯乙酸摩爾比為1 : 5緩慢滴加氯乙酸溶液(純度大于97%)，攪拌均 勻后放入微波輻射儀中進行第一次微波輻射反應，其輸出功率為600W，輻射時間為30min， 溫度為9(TC。用丙酮沉淀羧甲基殼聚糖產品，再將羧甲基殼聚糖產品溶于水中，調節pH值 為8。按照殼聚糖與2，3-環氧丙基三甲基氯化銨摩爾的比為1 : 12，緩慢滴加2，3-環氧 丙基三甲基氯化銨溶液(純度大于95% )，攪拌均勻后放在微波輻射儀中第二次微波輻射， 微波輸出功率為700W，輻射時間為70min，溫度為85°C 。用丙酮分離提純羧甲基殼聚糖季銨鹽產品，透析至無cr離子，旋轉蒸發除去部分水分，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽成
品。羧甲基殼聚糖季銨鹽的產率為92%，羧甲基取代度56%，季銨基取代度90%。傳統加 熱法得到的產率只有81%。 實施例3 :在lg殼聚糖(重均分子量為22萬，脫乙酰度為80%)中加入3mL 50g/ mlNaOH溶液并于-18t:冷凍。自然解凍后，再加入15mL 60g/mlNaOH溶液，攪拌至殼聚糖分 散均勻。按殼聚糖氯乙酸摩爾比為1 : 8緩慢滴加氯乙酸溶液(純度大于97%)，攪拌均 勻后放入微波輻射儀中進行第一次微波輻射反應，其輸出功率為500W，輻射時間為5min， 溫度為70°C。用丙酮沉淀羧甲基殼聚糖產品，再將羧甲基殼聚糖產品溶于水中，調節pH值 為9。按照殼聚糖與2，3-環氧丙基三甲基氯化銨摩爾的比為1 : 6，緩慢滴加2，3-環氧丙 基三甲基氯化銨溶液(純度大于95%)，攪拌均勻后放在微波輻射儀中第二次微波輻射，微 波輸出功率為800W，輻射時間為40min，溫度為65°C 。用丙酮分離提純羧甲基殼聚糖季銨鹽 產品，透析至無C1—離子，旋轉蒸發除去部分水分，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽成品。 羧甲基殼聚糖季銨鹽的產率為84%，羧甲基取代度90%，季銨基取代度15%。傳統加熱法 得到的產率只有72%。 實施例4:在lg殼聚糖(重均分子量為18萬，脫乙酰度為75%)中加入4mL 60g/ mlNaOH溶液并于-25t:冷凍。自然解凍后，再加入25mL 60g/mlNaOH溶液，攪拌至殼聚糖分 散均勻。按殼聚糖氯乙酸摩爾比為1 : 6緩慢滴加氯乙酸溶液(純度大于97%)，攪拌均 勻后放入微波輻射儀中進行第一次微波輻射反應，其輸出功率為200W，輻射時間為35min， 溫度為75°C。用丙酮沉淀羧甲基殼聚糖產品，再將羧甲基殼聚糖產品溶于水中，調節pH值 為IO。按照殼聚糖與2，3-環氧丙基三甲基氯化銨摩爾的比為1 : 8，緩慢滴加2，3-環氧 丙基三甲基氯化銨溶液(純度大于95% )，攪拌均勻后放在微波輻射儀中第二次微波輻射， 微波輸出功率為500W，輻射時間為50min，溫度為75°C 。用丙酮分離提純羧甲基殼聚糖季銨 鹽產品，透析至無Cl—離子，旋轉蒸發除去部分水分，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽成 品。羧甲基殼聚糖季銨鹽的產率為86%，羧甲基取代度73%，季銨基取代度58%。傳統加 熱法得到的產率只有78%。 實施例5:在lg殼聚糖(重均分子量為15萬，脫乙酰度為85%)中加入2mL 50g/ mlNaOH溶液并于-25t:冷凍。自然解凍后，再加入20mL 60g/mlNaOH溶液，攪拌至殼聚糖分 散均勻。按殼聚糖氯乙酸摩爾比為1 : 4緩慢滴加氯乙酸溶液(純度大于97%)，攪拌均 勻后放入微波輻射儀中進行第一次微波輻射反應，其輸出功率為400W，輻射時間為10min， 溫度為55t:。用丙酮沉淀羧甲基殼聚糖產品，再將羧甲基殼聚糖產品溶于水中，調節pH值 為12。按照殼聚糖與2，3-環氧丙基三甲基氯化銨摩爾的比為l : 12，緩慢滴加2，3-環氧 丙基三甲基氯化銨溶液(純度大于95% )，攪拌均勻后放在微波輻射儀中第二次微波輻射， 微波輸出功率為400W，輻射時間為60min，溫度為70°C 。用丙酮分離提純羧甲基殼聚糖季銨 鹽產品，透析至無Cl—離子，旋轉蒸發除去部分水分，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽成 品。羧甲基殼聚糖季銨鹽的產率為82%，羧甲基取代度45%，季銨基取代度84%。傳統加 熱法得到的產率只有68%。
權利要求
羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法，其特征在于以殼聚糖為原料，以氯乙酸為羧甲基化試劑，在堿性水相環境中進行第一次微波輻射取代反應，經過分離提純得到羧甲基殼聚糖，再以2，3-環氧丙基三甲基氯化銨為季銨化試劑，在堿性水相環境中進行第二次微波輻射取代反應，經過分離提純，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽。
2. 根據權利要求1所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法，其特征 在于第一次微波輻射進行羧甲基化反應時，微波輸出功率為200 600W，輻射時間為5 50min，反應溫度為50 90°C ;第二次微波輻射進行季銨化反應時，微波輸出功率為300 800W，輻射時間為40 90min，反應溫度為60 85°C 。
3. 根據權利要求1所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法，其特征 在于包括的具體步驟如下在殼聚糖中加入40 60g/mlNaOH溶液并于-15 -25t:冷凍， 自然解凍后，再加入5 60g/mlNaOH溶液，攪拌至殼聚糖分散均勻，按殼聚糖氯乙酸摩爾 比為l : 3 1 : 8滴加氯乙酸溶液，攪拌均勻后放入微波輻射儀中進行第一次微波輻射 反應，微波輸出功率為200 600W，輻射時間為5 50min，溫度為50 9(TC，用丙酮沉淀 羧甲基殼聚糖產品；再將羧甲基殼聚糖產品溶于水中，調節PH值為8 14，按照殼聚糖與 2，3-環氧丙基三甲基氯化銨摩爾的比為1 : 6 1 : 12，滴加2，3-環氧丙基三甲基氯化 銨溶液，攪拌均勻后放在微波輻射儀中進行第二次微波輻射，微波輸出功率為300 800W， 輻射時間為40 90min，溫度為60 85°C ;用丙酮分離提純產品，透析至無C1—離子，除水， 冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽成品。
4. 根據權利要求3所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法，其特征 在于殼聚糖與NaOH的質量比為1 : 1.8 1 : 13.2。
5. 根據權利要求3所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法，其特征 在于所說除水為采用旋轉蒸發除去部分水分。
6. 根據權利要求1 5任一項所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方 法，其特征在于所用殼聚糖的重均分子量為15 32萬，脫乙酰度為70 95%。
7. 根據權利要求1 5任一項所述的羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方 法，其特征在于羧甲基的取代度為30 90%，季銨鹽的取代度為15 90%。
全文摘要
本發明涉及羧甲基殼聚糖季銨鹽在水相中的微波輻射制備方法。該方法以殼聚糖為原料，以氯乙酸為羧甲基化試劑，以2，3-環氧丙基三甲基氯化銨為季銨化試劑，在堿性水相環境中，經過兩次微波輻射，先后發生取代反應，經過分離提純，冷凍干燥得到羧甲基殼聚糖季銨鹽。該羧甲基殼聚糖季銨鹽產品的羧甲基取代度為30～90％，季銨基的取代度為15～90％。采用本發明的方法制備殼羧甲基聚糖季銨鹽，具有工藝簡單、反應時間短、產品得率高、反應條件容易控制、不添加有機溶劑并且重復性好等特點，具有廣泛的應用前景。
文檔編號C08B37/00GK101724095SQ20091021389
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者劉博 , 孫潤倉, 王小英 申請人:華南理工大學