CN110028626A - 一种n-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法 - Google Patents
一种n-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种N‑乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，以过氧化氢/抗坏血酸共引发剂引发壳聚糖，再通过自由基反应将N‑乙烯基吡咯烷酮接枝共聚与壳聚糖侧链，最后经透析，得N‑乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖，本发明的N‑乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖，改善了传统壳聚糖的溶解性能，既具有壳聚糖的特性(如抗菌与生物性能)，又含有PVP的亲水性与生物相容性，同时壳聚糖分子链还含有大量的为反应活性基团，为进一步改性提供基础，在生物医药领域具有一定的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于天然高分子改性领域，主要涉及N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法。
背景技术
壳聚糖(CS)是甲壳素在碱性条件下脱乙酰得到的产物，是自然界中唯一的碱性多糖，其储量仅次于纤维素。[SRIVASTAVA G，ROY S，KAYASTHA A M.Immobilisation ofFenugreekβ-amylase on chitosan/PVP blend and chitosan coated PVC beads:Acomparative study[J].Food Chemistry，2015，172：844-851.]壳聚糖具有无毒、生物相容性、生物可降解性和广谱抗菌性等优点，广泛应用于医用材料、生物农药、保健食品、等领域。[车秋凌，李明春，辛梅华.壳聚糖及其衍生物在天然织物整理中的应用研究进展[J].化工进展，2018(11)：4330-4335.]但壳聚糖只溶于酸性水溶液中，限制了其应用。因此，如何改善壳聚糖的溶解性一直是研究的热点之一。
目前，对壳聚糖亲水性改性的主要方法是将含有亲水功能基团的小分子化合物或大分子过化学反应引入到壳聚糖分子链上，来提升壳聚糖亲水性能。聚乙烯基吡烷酮(PVP)是一种非离子型水溶性高分子化合物，聚乙烯基吡咯烷酮具有优良的溶解性能，能溶于水和多种有机溶剂。[KOCZKUR K M，MOURDIKOUDIS S，POLAVARAPU L，etal.Polyvinylpyrrolidone(PVP)in nanoparticle synthesis[J].DaltonTransactions，2015，44(41)：17883-17905.]并且PVP的分子链结构与简单蛋白质结构类似，具有良好的生理惰性和生物相容性，不参与人体代谢，对人体不产生明显刺激，无口服毒性，因此被广泛用于高分子材料改性及药物助剂等领域。[张斯，曾文娟，徐欢，等.两亲性嵌段共聚物聚乙烯吡咯烷酮-b-聚己内酯的合成及自组装行为[J].高分子材料科学与工程，2014，30(12)：11-15.]
Hattori等采用碳二亚胺做催化剂，利用乳糖酸的羧基与壳聚糖的氨基反应，制备了具有良好水溶性的乳糖化壳聚糖，作为药物吸收助剂能够显著提升胃粘膜的药物吸收[HATTORI H，TSUJIMOTO H，HASE K，et al.Characterization of a water-solublechitosan derivative and its potential for submucosal injection in endoscopictechniques[J].Carbohydr Polym，2017，175：592-600.]。
Park等采用卡托丙酸作为链转移剂，通过自由基聚合得到具有端羧基的PVP，再用碳二亚胺作催化剂，利用羧甲基壳聚糖的氨基与PVP的端羧基反应，制备了聚乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖衍生物，作为DNA运输载体[PARK I K，IHM J E，PARK Y H，etal.Galactosylated chitosan(GC)-graft-poly(vinyl pyrrolidone)(PVP)ashepatocyte-targeting DNA carrier.Preparation and physicochemicalcharacterization of GC-graft-PVP/DNA complex(1)[J].Journal of ControlledRelease，2003，86(2)：349-359.]。
Zhang等将壳聚糖与PVP的乙酸溶液混合，通过紫外灯照射使其紫外交联，制备出一种壳聚糖-聚乙烯基吡咯烷酮共混膜，作为蒸汽分离膜，结果显示其对乙醇水蒸气有明显的分离效果[ZHANG,GEN Q，HU，et al.UV-crosslinked chitosan/polyvinylpyrrolidoneblended membranes for pervaporation[D].ROYAL SOC CHEMISTRY，2013]。
目前，PVP改性壳聚糖主要存在以下问题：一是壳聚糖与PVP只进行简单的溶液共混，利用PVP的成膜能力来制备共混膜材料，进行简单的应用。二是通过化学反应将壳聚糖与PVP结合，通常反应过程长，反应条件有限制，难以工业化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的改善壳聚糖的溶解性能的N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，使得接枝共聚物既含有壳聚糖的抗菌与生物性能，同时还具有PVP的亲水性与生物相容性。
为了达成上述目的，本发明的技术方案是：
一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)以壳聚糖、乙酸溶液为原料，常温下溶解；
(2)往步骤(1)得到的溶液中加入抗坏血酸与过氧化氢在室温下引发30min，得到引发溶液；
(3)在步骤(2)的引发溶液中加入N-乙烯基吡咯烷酮，得到反应液；
(4)将步骤(3)的反应液置于60℃温度条件下，反应8-12h；
(5)将步骤(4)反应完成的溶液转移到透析袋中透析，冻干即得N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖。
进一步地，步骤(1)中的乙酸溶液为2％体积分数的乙酸水溶液。
进一步地，步骤(2)中的抗坏血酸与过氧化氢为壳聚糖摩尔量的30％。
进一步地，所述的步骤(3)中N-乙烯基吡咯烷酮用量为壳聚糖摩尔量的5-10倍。
采用上述技术方案后，本发明一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，具有以下有益效果：以过氧化氢/抗坏血酸共引发剂引发壳聚糖，再通过自由基反应将N-乙烯基吡咯烷酮接枝共聚与壳聚糖侧链，最后经透析，得N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖，本发明的N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖，改善了传统壳聚糖的溶解性能，既具有壳聚糖的特性(如抗菌与生物性能)，又含有PVP的亲水性与生物相容性，同时壳聚糖分子链还含有大量的为反应活性基团，为进一步改性提供基础，在生物医药领域具有一定的应用前景。
附图说明
图1为本发明的合成路线。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例1
本发明一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取壳聚糖0.5g，用40mL 2％体积分数的乙酸水溶液溶于100mL烧瓶中，搅拌至完全溶解；
(2)将0.1635g抗坏血酸加入步骤(1)得到的溶液中并完全溶解，而后加入0.093mL30％过氧化氢水溶液，然后在室温下引发30min，引发结束后得到引发溶液；
(3)在步骤(2)的引发溶液中加入5g N-乙烯基吡咯烷酮，得到反应液；
(4)将步骤(3)的反应液缓慢升温至60℃，然后在60℃的温度条件下反应8-12h，优选为反应12h；
(5)将步骤(4)反应所得溶液转移到透析袋中透析，透析完成后冻干，即得到目标产物，即N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖。
本发明一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，具体合成路线如图1所示，其成本合适、工艺简单，先以过氧化氢/抗坏血酸共引发剂引发壳聚糖，再通过自由基反应将N-乙烯基吡咯烷酮接枝共聚与壳聚糖侧链，最后经透析，得N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖，本发明的N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖，改善了传统壳聚糖的溶解性能，既具有壳聚糖的特性(如抗菌与生物性能)，又含有PVP的亲水性与生物相容性，同时壳聚糖分子链还含有大量的为反应活性基团，为进一步改性提供基础，在生物医药领域具有一定的应用前景。
实施例2：
本发明一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取壳聚糖0.5g，用50mL2％体积分数的乙酸水溶液溶于100mL烧瓶中，搅拌至完全溶解；
(2)将0.1635g抗坏血酸加入步骤(1)得到的溶液中并完全溶解，而后加入0.093mL30％过氧化氢水溶液，然后在室温下引发30min，引发结束后得到引发溶液；
(3)在步骤(2)的引发溶液中加入4g N-乙烯基吡咯烷酮，得到反应液；
(4)将步骤(3)的反应液缓慢升温至60℃，然后在60℃的温度条件下反应10h；
(5)将步骤(4)反应所得溶液转移到透析袋中透析，透析完成后冻干，即得到目标产物，即N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖。
实施例3：
本发明一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取壳聚糖0.5g，用40mL 2％体积分数的乙酸水溶液溶于100mL烧瓶中，搅拌至完全溶解；
(2)将0.1635g抗坏血酸加入步骤(1)得到的溶液中并完全溶解，而后加入0.093mL30％过氧化氢水溶液，然后在室温下引发30min，引发结束后得到引发溶液；
(3)在步骤(2)的引发溶液中加入6g N-乙烯基吡咯烷酮，得到反应液；
(4)将步骤(3)的反应液缓慢升温至60℃，然后在60℃的温度条件下反应8h，将反应所得溶液转移到透析袋中透析，透析完成后冻干，即得到目标产物，即N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖。
上述实施例和附图并非限定本发明的制备方法，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (4)
1.一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以壳聚糖、乙酸溶液为原料，常温下溶解；
(2)往步骤(1)得到的溶液中加入抗坏血酸与过氧化氢在室温下引发30min，得到引发溶液；
(3)在步骤(2)的引发溶液中加入N-乙烯基吡咯烷酮，得到反应液；
(4)将步骤(3)的反应液置于60℃温度条件下，反应8-12h；
(5)将步骤(4)反应完成的溶液转移到透析袋中透析，冻干即得N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖。
2.如权利要求1所述的一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的乙酸溶液为2％体积分数的乙酸水溶液。
3.如权利要求1所述的一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的抗坏血酸与过氧化氢为壳聚糖摩尔量的30％。
4.如权利要求1所述的一种N-乙烯基吡咯烷酮接枝壳聚糖的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中N-乙烯基吡咯烷酮用量为壳聚糖摩尔量的5-10倍。
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