專利名稱：殼聚糖－β－環(huán)糊精樹脂的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有關(guān)具有多孔結(jié)構(gòu)的殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-CS-CD)的制備方法。更具體是指多孔結(jié)構(gòu)的乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)和多孔結(jié)構(gòu)的戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)的制備方法。
背景技術(shù)：
殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂是用于酶的親和吸附分離提純，生物堿、天然產(chǎn)物吸附分離，抗生素提純，水處理，農(nóng)藥廢水，染色廢水處理，醫(yī)用吸附材料，藥物緩釋等的生物吸附劑。
殼聚糖(chitosan)可通過氫鍵，網(wǎng)捕絮凝作用，電荷吸附作用等方式吸附有機(jī)物質(zhì)，在酶的親和吸附分離提純，生物堿、天然產(chǎn)物吸附分離，抗生素提純，水處理，農(nóng)藥廢水，染色廢水處理，醫(yī)用吸附材料，藥物緩釋等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用(1.Martin G Peter，Applications and environmental aspects of chitin and chitosan.Macromole Sci PureAppl Chem.1995，A32(4)629-640。2.蔣挺大.“甲殼素”北京中國環(huán)境科學(xué)出版社，1995)。殼聚糖做吸附劑時具有吸附量大，速度快，機(jī)械強(qiáng)度好，易加工成膜、成絲等優(yōu)點(diǎn)，但其無專一性吸附作用，因此可對殼聚糖進(jìn)行化學(xué)改性以改善其吸附物性。
環(huán)糊精(β-cyclodextrin；β-CD)具有一個均勻的疏水空腔，可利用疏水交互作用，氫鍵進(jìn)行分子識別，對客體分子專一性包結(jié)，可用于物質(zhì)的分離、提純(Jozsef Szejtli，Utilization of cyclodextrins in industrial products and processes.J Mater Chem，1997，7(4)575-587)。環(huán)糊精作吸附劑時具有專一性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但有易水溶、無成膜性等缺點(diǎn)。而環(huán)糊精與其它高分子交聯(lián)是通過雙官能團(tuán)或多官能團(tuán)交聯(lián)劑將其接到高分子上，交聯(lián)后形成的β-CD高聚物既保持了環(huán)糊精專一性識別包結(jié)作用，又具有高聚物較好的機(jī)械強(qiáng)度，較好的化學(xué)穩(wěn)定性(劉勇，章道道，環(huán)糊精高聚物研究，功能高分子學(xué)報(bào)，1995，8(1)101-109。Gaio Paradossi，F(xiàn)rancesca Cavalieri，Vittorio Crescenzi.1H NMR relaxationstudy of a chitosan-cyclodextrin network.Carbohydrate Research，1997，300，77-84)。
為發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)克服其缺點(diǎn)，目前制備殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂主要采用兩種方法。1.機(jī)械混合法將β-CD均勻分散在殼聚糖溶液中，干燥蒸發(fā)去除溶劑，將β-CD截留在殼聚糖的網(wǎng)格中。
這種制備方法簡單易行，但所得到的樹脂化學(xué)穩(wěn)定性比較差，作吸附劑時，吸附量小，專一性低。2.化學(xué)鍵合法首先對殼聚糖或β-CD進(jìn)行化學(xué)修飾，引入新的官能團(tuán)，再將β-CD固載到殼聚糖上。如將環(huán)糊精氧化，使其結(jié)構(gòu)中具有醛基，通過與殼聚糖形成席夫堿而將β-CD固載。(1.Tomoya Tojima，Hironori Katsura，Sang-mun Han，et al，Preparation of anα-cyclodextrin-linked chitosan derivative via reductive amination strategy，J PolymSci，Part APolym Chem，1998，361965-1968。2.Fusao Tanida，Tomoya Tojima，Sang-MunHan，et al，Novel synthesis of a water-soluble cyclodextrin-polymer having a chitosanskeleton，Polym 39(21)5261-5263)。殼聚糖與1，6己二異氰酸酯(OCN(CH2)6NCO)反應(yīng)生成殼聚糖的衍生物，再將β-CD固載到殼聚糖的衍生物上。(k Sreenivasan，Synthesis andpreliminary studies on a β-cyclodextrin-coupled chitosan as a novel adsorbent matrix，J Appl Polym Sci，1998，691051-1055)。殼聚糖用二羧酸酐(如甲叉丁二酸酐)進(jìn)行酰胺化，再用縮水甘油三甲基氯化氨對其季銨化，最后將β-CD固載到殼聚糖上(PCT Int Appl WO97 45,453 US Appl 654,929，29May 1996)。但化學(xué)鍵合法存在反應(yīng)復(fù)雜，樹脂收率低，成本高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服機(jī)械混合法所得到的樹脂化學(xué)穩(wěn)定性比較差，作吸附劑時，吸附量小，專一性低；克服化學(xué)鍵合法反應(yīng)復(fù)雜，樹脂收率低，成本高等問題。采用了較為簡便的和低成本的化學(xué)合成方法合成出機(jī)械強(qiáng)度大，吸附專一性強(qiáng)，生物相容性好，化學(xué)性能穩(wěn)定且具有多孔結(jié)構(gòu)的殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂。
本發(fā)明的化學(xué)反應(yīng)式如下 乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD) 戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)和戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)
本發(fā)明制備方法如下本發(fā)明采取乙二醛、戊二醛為交聯(lián)劑，合成了乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)和戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)。在β-環(huán)糊精與殼聚糖的重量比為1∶1～6∶1，β-環(huán)糊精與交聯(lián)劑乙二醛(glyoxal)或戊二醛(glutaraldehyde)摩爾比為0.1～0.5，反應(yīng)溶劑體系為0.2摩爾～6摩爾鹽酸水溶液，或0.5％～3％乙酸水溶液，或水溶液中。反應(yīng)時間為0.5小時～5小時，反應(yīng)溫度為40℃～120℃，用濃度范圍為20％～40％的乙二醛或戊二醛直接將β-環(huán)糊精與殼聚糖交聯(lián)，得具有多孔結(jié)構(gòu)的乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)和戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)。
本發(fā)明的多孔狀乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)和戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)對小分子化合物如膽紅素，尼古丁具有優(yōu)良的吸附能力，對DL氨基酸有手性吸附分離作用。由于它們形成機(jī)械強(qiáng)度大的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。有很好的抗酸、堿性能。
本發(fā)明制備方法克服了樹脂化學(xué)穩(wěn)定性比較差，吸附量小，專一性低，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，樹脂收率低，成本高等問題。合成出了機(jī)械強(qiáng)度大，吸附專一性強(qiáng)，生物相容性好，化學(xué)性能穩(wěn)定且具有多孔結(jié)構(gòu)的殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本專利發(fā)明采用殼聚糖(chitosan)經(jīng)精制后使用。精制方法如下；殼聚糖溶解于0.2～2％的乙酸溶液中，去除雜質(zhì)，用30-50％的NaOH中和直到不再出現(xiàn)沉淀，用蒸餾水洗滌沉淀1～2次，調(diào)節(jié)pH值為中性，再用蒸餾水多次洗滌沉淀，用丙酮浸泡24～48小時，過濾，低于40～60℃干燥，得精制殼聚糖。測定殼聚糖脫乙酰度為75％～98％，分子量為1500～45000。β-環(huán)糊精使用前用蒸餾水重結(jié)晶精制。
乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)合成方法如下；將β-環(huán)糊精/殼聚糖(β-CD/chitosan)重量投料比為6∶1～3的β-環(huán)糊精溶于水后加入三頸瓶中，再將β-環(huán)糊精/殼聚糖(β-CD/chitosan)重量投料比為1～3∶6的殼聚糖(殼聚糖脫乙酰度為94.3％，分子量為23000或45000)溶于1～6MHCl中，也加入三頸瓶中。開動攪拌機(jī)，待二者混合均勻后，在0-80℃的溫度下，滴加40％的乙二醛交聯(lián)劑，反應(yīng)0.5～6.0小時后用0.5～2MNaOH調(diào)pH值至pH＝7～8，繼續(xù)攪拌反應(yīng)0.5～2.0小時后停止反應(yīng)，冷卻，將析出的沉淀用水洗滌至中性，再用丙酮洗滌2～3次，40-60℃真空干燥，得到乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)。
乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)的合成受到各種反應(yīng)條件的影響；一般情況下，乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)制備反應(yīng)溫度為60℃，一般情況下1～2％乙酸或0.5～1MHCl的水溶液中，β-CD的固載量達(dá)到最大。
乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)的β-CD固載量測定按如下方法；準(zhǔn)確稱取25.00mg殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂，置于15mL具塞試管中，加入15mL0.5mol/L硫酸溶液，100℃水解8h，將水解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用蒸餾水定容，準(zhǔn)確量取1ml定容后的水解液置于15mL試管中，依次加入1mL蒸餾水，1mL8％苯酚和5mL濃硫酸，混勻后于25℃靜置30min。在490nm處進(jìn)行比色分析，根據(jù)工作曲線計(jì)算葡萄糖含量，由此計(jì)算β-CD含量。
準(zhǔn)確稱取殼聚糖25.00mg，按上述方法做對照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明殼聚糖與苯酚和濃硫酸形成的體系經(jīng)上述方法處理后在490nm處無吸收，因此對該方法測定β-CD固載量不干擾。
分子量為1500～45000，脫乙酰度為75％～98％的殼聚糖，亦可同上方法，制備不同分子量和脫乙酰度的乙二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLY-CD)。
實(shí)施例2殼聚糖(chitosan)精制方法，殼聚糖脫乙酰度，殼聚糖分子量范圍，β-環(huán)糊精精制方法，戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)的β-CD固載量測定方法同實(shí)施例1。
戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)合成方法如下；將β-環(huán)糊精/殼聚糖(β-CD/chitosan)重量投料比為6∶1～3的β-環(huán)糊精溶于水后加入三頸瓶中，再將β-環(huán)糊精/殼聚糖(β-CD/chitosan)重量投料比為1～3∶6的殼聚糖(殼聚糖脫乙酰度為94.3％，分子量為23000或45000)溶于1～6MHCl中，也加入三頸瓶中。開動攪拌機(jī)，待二者混合均勻后，在0～80℃的溫度下，滴加25％的戊二醛交聯(lián)劑，反應(yīng)0.5～6.0小時后用0.5～2MNaOH調(diào)pH值至pH＝7～8，繼續(xù)攪拌反應(yīng)0.5～2.0小時后停止反應(yīng)，冷卻，將析出的沉淀用水洗滌至中性，再用丙酮洗滌2～3次，40～60℃真空干燥，得到戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)。
戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)的合成受到各種反應(yīng)條件的影響；一般情況下，戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)制備反應(yīng)溫度為80℃。一般情況下1～2％乙酸或0.5～1MHCl的水溶液中，β-CD的固載量達(dá)到最大。
分子量為1500～45000，脫乙酰度為75％～98％的殼聚糖，亦可同上方法，制備不同分子量和脫乙酰度的戊二醛交聯(lián)殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-GLU-CD)。
權(quán)利要求
1.一種殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂的制備方法，化學(xué)反應(yīng)式如下 殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂(CTS-CS-CD)n＝0，3其特征是所述交聯(lián)劑為乙二醛或戊二醛，所述β-環(huán)糊精與殼聚糖的重量比為1∶1～6∶1，β-環(huán)糊精與交聯(lián)劑的摩爾比為0.1～0.5，反應(yīng)溶劑體系為0.2摩爾～6摩爾鹽酸水溶液，或0.5％～3％乙酸水溶液，或水溶液中，反應(yīng)時間為0.5小時～5小時，反應(yīng)溫度為40℃～120℃，用濃度范圍為20％～40％的乙二醛或25％～50％的戊二醛直接將β-環(huán)糊精與殼聚糖交聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂的制備方法，其特征是所述的殼聚糖精制方法如下；殼聚糖溶解于0.2～2％的乙酸溶液中，去除雜質(zhì)，用30-50％的NaOH中和，用蒸餾水洗滌沉淀，調(diào)節(jié)pH值為中性，用丙酮浸泡24～48小時，過濾，低于40～60℃干燥，得精制殼聚糖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂的制備方法，其特征是所述的殼聚糖脫乙酰度為75％～98％，分子量為1500～45000。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂制備方法，其特征是所述的β-環(huán)糊精固載量測定方法為以5％～8％的苯酚硫酸水溶液，在紫外光譜490nm處進(jìn)行比色分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼聚糖-β-環(huán)糊精樹脂制備方法，其特征是所述的提純處理方法為用樹脂重量5倍～10倍的蒸餾水洗滌3～6次，用樹脂重量2倍～4倍的丙酮洗滌2～4次。濕樹脂在30℃～70℃真空干燥。
全文摘要
本發(fā)明涉及有關(guān)具有多孔結(jié)構(gòu)的殼聚糖－β－環(huán)糊精樹脂(CTS－CS－CD)的制備方法。該合成方法簡單、β－CD固載量高、適合用作生物吸附劑。
文檔編號C08L5/00GK1490349SQ02137499
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者徐偉亮 申請人:浙江大學(xué)