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n,nN,N-双十二烷基化壳聚糖的制备 n-烷基化地壳聚糖是一种重要的地壳聚糖衍生物，能够改变地壳聚糖的亲水和亲水。因而在化妆品、环保、纺织、医药等众多领域都有应用价值。有关N-烷基化壳聚糖合成的报道,多集中于短链烷基和低取代度长链烷基,现尚无有关较大相对分子质量的完全N,N–双十二烷基化壳聚糖的报道。本课题组曾首次报道用五聚体壳聚糖直接合成可溶于氯仿的完全N,N–双十二烷基化壳聚糖五聚体,并进行其LB膜的制备和研究;也曾直接用较大相对分子质量的壳聚糖制备N–十二烷基化壳聚糖,但其取代度较低。脱乙酰度为100%的五聚体壳聚糖价格昂贵,若能采用相对分子质量几千至1万的价廉工业化壳聚糖合成所需的烷基化改性产物,不仅在经济上有意义,而且在学术上还可以研究不同壳聚糖主链相对分子质量对改性产物性能的影响。为提高壳聚糖的烷基化取代度,本文首次提出在醛与壳聚糖反应体系中,加入十二烷基磺酸钠,有利长链脂肪醛与壳聚糖的反应,以期获得一种可溶于氯仿的N,N–双十二烷基化壳聚糖,扩展其材料在生物医用及其他领域的应用。 N,N–双烷基壳聚糖的合成路线如图1所示。 1 实验部分 1.1 实验试剂及试剂 壳聚糖(相对分子质量为1×104,脱乙酰度为80%,山东海得贝海洋生物工程有限公司);月桂醛(Aldrich);十二烷基磺酸钠(上海化学试剂公司);硼氢化钠(上海化学试剂公司)。其他试剂均为市售产品。 1.2 月桂醛、na使用、纯化 称取1.0 g壳聚糖于30 mL 5%的乙酸溶液中,搅拌溶解。在实验控制的温度下,加入月桂醛(理论量的4倍)和一定量的十二烷基磺酸钠。加热搅拌反应数小时后,用Na OH溶液调节p H值至4.5,缓慢滴加过量1.5倍的10%Na BH4溶液,继续加热搅拌2～3 h。用冰乙酸调节pH值至弱酸性,再二次加入月桂醛和Na BH4,步骤同上。当二次还原完毕后,用Na OH溶液调节pH值至9～10,沉淀出来的产物用蒸馏水洗至中性,用丙酮除去过量的月桂醛和还原产物月桂醇,再用索式提取器纯化48 h。之后产物于真空干燥箱中烘至恒重。 1.3 滴柠檬酸–乙酸酐试剂的显色实验 在一小试管中,将少量溶于氯仿的烷基化壳聚糖样品与2滴柠檬酸–乙酸酐试剂(由2 g柠檬酸溶于100 mL乙酸酐中配成)混合,加热混合物并观察是否发生显色反应。若有紫红色显现,表明有酸性结果。 1.4 元素分析 产物经烘至恒重后,用VARIO EL III元素分析仪测定。 1.5 红外光谱法 原料壳聚糖及溶于氯仿的烷基化壳聚糖产物,采用KBr压片,用NEXUS-470傅里叶变换红外光谱仪测定。 1.6 磁共振谱测定 溶于氯仿的烷基化壳聚糖产物的样品,以CDCl3为溶剂,2%(质量分数)样品浓度,用UNITY-500核磁共振谱仪测定。 2 结果与讨论 2.1 壳聚糖的合成 实验考察十二烷基磺酸钠用量对壳聚糖烷基化平均取代度的影响。由于反应初产物是各种烷基化取代度壳聚糖的混合物,无法计算其平均取代度。所以在本文中直接用元素分析测得产物中C/N比,进行产物取代度大小的比较。 表1的实验结果是采用相对分子质量为10 000的壳聚糖为原料,在反应温度为100℃,反应时间为8 h的条件下获得的。由表1可知,随着十二烷基磺酸钠(SDS)/月桂醛(物质的量比)的增加,反应产物的C/N增大。说明烷基化的程度随之增加。但过分增大十二烷基磺酸钠的用量,并不能显著提高烷基化取代度,反而会给分离提纯带来不便。 壳聚糖在本实验体系时溶于稀乙酸水溶液,而月桂醛不溶于水,这样反应在完全非均相下进行就比较困难。十二烷基磺酸钠(SDS)的作用在反应体系中起增溶作用,增加油溶性长链脂肪醛与水溶性壳聚糖的接触机会,有利反应的进行。实验结果表明:当反应体系未加十二烷基磺酸钠时,反应也可得到烷基化产物,但取代度较低,不能获得溶于氯仿的N,N–双十二烷基化壳聚糖。 2.2 来自29位酰胺的乙酸酸试验 溶于氯仿的提纯物,经柠檬酸–乙酸酐试验显示紫红色,这–定性实验表明该样品具有叔胺的结构。 2.3 壳聚糖的红外光谱 实验获得的烷基化壳聚糖初产物,用氯仿进一步分离提纯,可获得氯仿溶解物和不溶解物两种组分。其中氯仿溶解物的得率仅为合成初产物的5.52%(质量分数)。溶于氯仿的N,N-双十二烷基壳聚糖的红外光谱和核磁共振谱分别见图2和图3。 图2(a)是壳聚糖的红外光谱图,图2(b)为溶于氯仿的N,N–双十二烷基壳聚糖的红外光谱图。比较原料壳聚糖和溶于氯仿的N,N–双十二烷基壳聚糖的红外光谱图,可以看出,两者的区别主要表现在长链脂肪烷基。图2(b)中,在2 927 cm-1和2 852 cm-1附近表征饱和C—H伸缩振动的谱带比壳聚糖有明显的增强,且1 470 cm-1和721 cm-1附近出现新峰,其中1 467 cm-1为