CN102276756A - 一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法。以壳聚糖为原料，1，2-环氧丁烷为醚化剂，在异丙醇水溶液分散体系中，在微波作用下，控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，成功制备出壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖，大大缩短了制备周期，提高了制备效率。反应过程中先后采用微波作用，通过控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，缩短了制备周期。其产品有更广泛的pH溶解范围，具有在弱酸性、中性和弱碱性水溶液中溶解的性能，即改善了壳聚糖只能溶于酸或者酸性溶液的局限性，其水溶液具有温度敏感性，可以通过调节温度使其在水溶液和水凝胶之间相互转化，而广泛用于生物医学、组织工程、药物载体、化工、食品、化妆品等领域。

Description

一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法

技术领域

本发明涉及了一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法。特别是涉及具有较好的水溶性、温度和pH敏感性的壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖的制备方法。属于生物技术领域。

背景技术

壳聚糖(chitosan)是广泛存在于自然界的一种氨基多糖，是甲壳素(chitin)经脱乙酰后的产物。具有生物相容性、无毒、生物可降解及抗菌性等优良性质，在生物医学领域被广泛用作药物释放载体、组织工程支架、伤口敷料等。但是由于大分子链上分布着许多氨基和羟基，能够形成分子内和分子间氢键，导致壳聚糖的结晶性较高、溶解性差，极大地限制了其开发和应用。通过化学改性制备水溶性壳聚糖衍生物是改善壳聚糖性能、拓宽其应用范围的重要途径之一。现有的改性方法包括酯化、醚化、酰基化、烷基化、羧甲基化、接枝交联化和季铵化等。研究已发现，羟丁基壳聚糖改性后产物易溶解于水，且其水溶液具有温度敏感性和溶液pH敏感性，机械强度和生物组织相容性良好，可以被生物体降解吸收，无残留，在智能生物材料研究，特别是组织工程支架、微创注射、局部药物缓释、美容技术等应用方面有巨大的潜力，将成为研究和开发的热门材料。目前虽然国际上有关于羟丁基壳聚糖作为生物材料的研究报道，也有制备方法的专利技术公开，但其制备工艺周期较长，制备效率低，难以形成规模化生产，导致至今还没有羟丁基壳聚糖商品销售，大大限制了其进一步研究和应用开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种羟丁基壳聚糖的制备方法，以克服现有技术的不足。

本发明通过以壳聚糖为原料，1，2-环氧丁烷为醚化剂，在异丙醇水溶液分散体系中，在微波作用下，控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，成功制备出壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖，大大缩短了制备周期，提高了制备效率。

本发明的步骤如下：

步骤一：称取一定量壳聚糖粗产品，溶于1％的HC1水溶液中，用量为每克壳聚糖50ml，至全部溶解，滤去不溶物，搅拌下向滤液中滴加1mol/l的NaOH溶液至溶液pH值大于7，得到絮状沉淀，蒸馏水洗涤至中性，用70％乙醇溶液脱盐，95％乙醇溶液脱水，50℃下干燥，即得到纯化的壳聚糖。

步骤二：首先称取一定量纯化后的壳聚糖粉末分散于50％的NaOH水溶液中进行碱化处理，NaOH水溶液用量为每克壳聚糖10ml，N₂保护，搅拌下用功率600W-1200W微波作用24h，滤除多余碱液，挤干除去液体，得到固形物；然后将固形物加入到异丙醇水溶液中，异丙醇水溶液的用量为每克壳聚糖20ml，随后加入一定体积的1，2-环氧丁烷，反应1小时，用功率600W-1200W微波作用，提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应，停止微波结束反应，冷却至升温前的温度；最后调节体系的pH至中性，滤去不溶物，加入乙醇，离心，真空干燥，得到羟丁基壳聚糖产品。

本发明以1，2-环氧丁烷为醚化剂，采用异丙醇水溶液为分散体系，分散效果更均匀，提高了反应效率。反应过程中先后采用微波作用，通过控制反应温度和时间进行壳聚糖的羟丁基化改性，缩短了制备周期。本发明所得产品更广泛的pH溶解范围，具有在弱酸性、中性和弱碱性水溶液中溶解的性能，即改善了壳聚糖只能溶于酸或者酸性溶液的局限性，其水溶液具有温度敏感性，可以通过调节温度使其在水溶液和水凝胶之间相互转化。本发明对拓展壳聚糖类产品应用价值的开发具有重要意义，而可广泛应用于生物医学、组织工程、药物载体、化工、食品、化妆品等领域。

以下结合附表、附图和实施例对本发明做出进一步说明。

附图说明

图1、壳聚糖(CS)和羟丁基壳聚糖(HBC)的红外光谱图。

图2、壳聚糖(CS)和羟丁基壳聚糖(HBC)固体¹³C共振波谱图。

图3、壳聚糖(CS)和羟丁基壳聚糖(HBC)在不同pH条件下的光吸收图。

具体实施方式

步骤一：称取一定量壳聚糖粗产品，溶于1％的HC1水溶液中，HC1水溶液用量为每克壳聚糖50ml，至全部溶解，滤去不溶物，搅拌下向滤液中滴加1mol/l的NaOH溶液至溶液pH值大于7，得到絮状沉淀，蒸馏水洗涤至中性，用70％乙醇溶液脱盐，95％乙醇溶液脱水，50℃下干燥，即得到纯化的壳聚糖。

步骤二：首先称取一定量纯化的壳聚糖粉末分散于50％的NaOH水溶液中进行碱化处理，NaOH水溶液用量为每克壳聚糖10ml，N₂保护，搅拌下功率600W-1200W微波作用24h，滤除多余碱液，挤干除去液体，得到固形物；然后将固形物加入到异丙醇水溶液中，异丙醇水溶液的用量为每克壳聚糖20ml，异丙醇与水的比例按照附表1中配置(19∶1至1∶19)。随后加入一定体积的1，2-环氧丁烷，具体的体积范围按附表2中制备(每克纯化的壳聚糖用量为5-25ml)，反应1小时，同时用功率600W-1200W微波作用，提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应，具体的温度和时间按附表3中的范围控制，其中提升温度的范围是25℃-80℃，反应时间的范围是24h-72h，停止微波结束反应，冷却至升温前的温度；最后调节体系的pH至中性，滤去不溶物，加入乙醇，离心，真空干燥，得到羟丁基壳聚糖产品。

实施例1

称取20g壳聚糖，溶于1000ml 1％的HC1水溶液中，过滤，向滤液中滴加1mol/l的NaOH溶液，得沉淀，蒸馏水多次洗涤至中性，70％乙醇脱盐，95％乙醇脱水，50℃干燥得纯化壳聚糖样品。称取1g纯化后的壳聚糖分散于10ml 50％的NaOH水溶液中，N₂保护，搅拌下功率600W微波作用24h，过滤，挤出多余碱液得固形物。将所得固形物加入到20ml异丙醇水溶液(异丙醇∶水(V∶V)＝19∶1)搅拌24h，滴加25ml的1，2-环氧丁烷，反应1h，然后在功率1200W微波下，升温60℃反应48h。冷却至室温，向反应液中滴加10％HC1水溶液调节体系pH至中性。滤去不溶物，3倍体积乙醇沉淀，离心(12000rpm，10min)，沉淀干燥，即得羟丁基壳聚糖产物。

实施例2

称取20g壳聚糖，溶于1000ml 1％的HC1水溶液中，过滤，向滤液中滴加1mol/l的NaOH溶液，得沉淀，蒸馏水洗涤至中性，70％乙醇脱盐，95％乙醇脱水，50℃干燥得纯化壳聚糖样品。取1g纯化后的壳聚糖分散于10ml 50％的NaOH水溶液中，N₂保护，搅拌下功率1200W微波作用24h，过滤，挤出多余碱液得固形物。将所得固形物加入到20ml异丙醇水溶液(异丙醇∶水(V∶V)＝10∶10)搅拌24h，滴加20ml的1，2-环氧丁烷，反应1h，功率1000W微波，升温至25℃反应72h。冷却至室温，向反应液中滴加10％HC1水溶液调节体系pH至中性。滤去不溶物，3倍体积乙醇沉淀，离心(12000rpm，10min)，沉淀干燥，得羟丁基壳聚糖产物。

实施例3

称取20g壳聚糖，溶于1000ml 1％的HC1水溶液中，过滤，向滤液中滴加1mol/l的NaOH溶液，得沉淀，蒸馏水洗涤至中性，70％乙醇脱盐，95％乙醇脱水，50℃干燥得纯化壳聚糖样品。取1g纯化后的壳聚糖分散于10ml 50％的NaOH水溶液中，N₂保护，搅拌下功率1000W微波作用24h，过滤，挤出多余碱液得固形物。将所得固形物加入到20ml异丙醇水溶液(异丙醇∶水(V∶V)＝1∶19)搅拌24h，滴加5ml的1，2-环氧丁烷，反应1h，功率600W微波作用，升温至80℃反应24h。冷却至室温，向反应液中滴加10％HC1水溶液调节体系pH至中性。滤去不溶物，3倍体积乙醇沉淀，离心(12000rpm，10min)，沉淀干燥，即锝羟丁基壳聚糖产物。

本发明制备出的壳聚糖衍生物-羟丁基壳聚糖。其红外光谱(附图1)和固体¹³C共振波谱(附图2)分析产物结构的结果表明，羟丁基化发生在C₆-OH和C₂-NH₂上。溶解性及pH敏感性测试表明，显然本发明的产物比原料壳聚糖具有更好的溶解性及更广泛的pH溶解范围(附图3)。

附表说明

表1、反应介质对羟丁基壳聚糖性质的影响。

表2、1，2-环氧丁烷用量对羟丁基壳聚糖性质的影响。

表3、反应温度和时间对羟丁基壳聚糖性质的影响。

表4、羟丁基取代度与溶解性的关系。

表1反应介质对羟丁基壳聚糖性质的影响

表21，2-环氧丁烷用量对羟丁基壳聚糖性质的影响

表3反应温度和反应时间对羟丁基壳聚糖性质的影响

表4羟丁基取代度与溶解性的关系

20℃时，溶解于10ml蒸馏水中，易溶+++，可溶++，微溶+，难溶-。

Claims (4)

1.一种壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于其步骤为：

步骤一：称取一定量壳聚糖粗产品，溶于1％的HC1水溶液中，用量为每克壳聚糖50ml，至全部溶解，滤去不溶物，搅拌下向滤液中滴加1mol/l的NaOH溶液至溶液pH值大于7，得到絮状沉淀，蒸馏水洗涤至中性，用70％乙醇溶液脱盐，95％乙醇溶液脱水，50℃下干燥，即得到纯化的壳聚糖。

步骤二：首先称取一定量纯化后的壳聚糖粉末分散于50％的NaOH水溶液中进行碱化处理，NaOH水溶液用量为每克壳聚糖10ml，N₂保护，搅拌下用功率600W-1200W微波作用24h，滤除多余碱液，挤干除去液体，得到固形物；然后将固形物加入到异丙醇水溶液中，异丙醇水溶液的用量为每克壳聚糖20ml，随后加入一定体积的1，2-环氧丁烷，反应1小时，用功率600W-1200W微波作用，提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应，停止微波结束反应，冷却至升温前的温度；最后调节体系的pH至中性，滤去不溶物，加入乙醇，离心，真空干燥，得到羟丁基壳聚糖产品。

2.如权利要求1所述的壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于步骤二中异丙醇水溶液中异丙醇∶水的体积比为19∶1至1∶19。

3.如权利要求1所述的壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于步骤二中1，2-环氧丁烷的用量为每克纯化的壳聚糖用5-25ml。

4.如权利要求1所述的壳聚糖羟丁基衍生物的制备方法，其特征在于步骤二中“提升至一定的反应温度，继续保温搅拌一定时间进行反应”，其中提升温度的范围是25℃-80℃，反应时间的范围是24h-72h。

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