磺基甜菜碱两性离子修饰壳聚糖
摘要：近年来，我国经济发展迅速，但是资源短缺和环境污染等方面的问题却日益加剧，可再生资源的开发利用已经刻不容缓。从蟹壳和虾壳可应用遗传基因工程提取出一种被科学界誉为“第六生命要素”的甲壳素(chitin)，它是一种动物大分子纤维素。
壳聚糖(chitosan,CTS)是甲壳素脱乙酰化的主要产物，由于其无毒性、生物可降解性、生物相容性和高化学活性等优点，一直以来被科学家认为是最有前景的重点资源之一。但是，壳聚糖在碱性中的溶解性并不是很好。由于这个原因，使得壳聚糖的研发领域有着很大的空间。因此，为了提高壳聚糖的水溶性和拓宽应用范围，为了增加壳聚糖溶解性，我们可以加入磺基甜菜碱来对壳聚糖进行分子式的改造。然后我们用红外光谱（IR）与核磁共振（1HNMR）对壳聚糖的化学结构进行表征及确证。
关键词：壳聚糖；磺基甜菜碱；甲壳素；接枝改性；
壳聚糖的概述
早在1811年，法国科学家H.Barconnet首次报道了一种与纤维素相似的化合物。他提取并纯化了这种物质。在此之后，法国科学家Odier首次发现了类似的化合物，由于这是在坚硬的甲壳上发现的，所以被命名为甲壳素。随后，一位名为Rouget法国化学家在1859年通过一系列的化学加工，纯化得到了一种独特的物质。这种物质是将甲壳素在碱性溶液中加热反应得到。1894年德国人将这种脱乙酰物质命名为壳聚糖，此后科学家们开始研究壳聚糖的提取工艺以及在各个方面的应用[1]。
甲壳素为白色固体粉末，无臭、无味。由图 1可知，甲壳素大分子是一种线性高分子聚合物，是由2-乙酰氨基-2-脱氧-beta;-D-吡喃葡萄糖通过beta;-(1-4)糖苷键连接结构组成的。分子结构中的氢原子与氧原子相互作用形成氢键，这些氢键的存在不仅会遏制糖苷键的自由旋转，还会使得甲壳素分子的结晶区域高度有序，以及还增加了甲壳素分子的刚性，使得甲壳素可以溶解于盐酸、醋酸等酸性溶液，但不溶于水、碱性溶液以及其它有机溶剂[2]。甲壳素直接使用难度极大，这一点极大地制约了甲壳素的开发和利用，因此有必要对甲壳素进行相应的改性。
图 1甲壳素的化学结构
壳聚糖是甲壳素改性的主要产物，它是在强碱作用下甲壳素脱乙酰化后得到的乙酰葡萄糖胺的部分脱乙酰聚合物（图 2），所以甲壳素又称脱乙酰甲壳素，化学名称为beta;-(1-4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖[3]。由于壳聚糖具有无毒，抗菌性，生物降解性，生物相容性等优点，因此，在生物医学，化妆品和废水处理等领域有着广阔的应用前景。然而由于壳聚糖分子结构的缺陷，只有当壳聚糖分子内和分子间的氢键被破坏时，才能溶于水，同时壳聚糖分子量越大，其粘度越大，溶解性能越差，从而限制了它的广泛应用。近年来，针对壳聚糖的化学改性、水溶性的改善及其应用越来越受到人们的关注。已经有人研究出在中性溶液中提高壳聚糖的溶解度，从而提高在生理pH条件下可溶性壳聚糖的可用性。
图2甲壳素和壳聚糖的结构
国内研究现状及研究成果
在各种方法中，接枝共聚是最有吸引力的，因为它是一种改变天然聚合物的物理和化学性质的有用技术，其优点在于它可以在温和条件下，在水溶液和有机介质中进行。壳聚糖带有两种可以接枝的反应性基团，它们的化学性质比较活泼，可以很容易的进行化学修饰。首先是脱乙酰单元上的C2-游离氨基，其次是C6-伯羟基，C3-仲羟基。壳聚糖的接枝使分子与移植物共价结合到壳聚糖骨架上形成功能性衍生物。有研究人员表示，在初步衍生化后接枝共聚，壳聚糖的水溶性和生物活性大大提高。壳聚糖接枝是改善其性能的常用方法，可以增加螯合作用、络合性能并且能增强其吸附性能[4]。通过不同基团的接枝反应，可以在壳聚糖分子中引入羟基和氨基进行修饰，不仅保留了壳聚糖原有的特性，还可以得到一些具有特殊性质的衍生物，拓展了壳聚糖的应用领域。目前对壳聚糖的改性研究较多，主要有酰化，酸化，烷基化和羟基化等。
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