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胍乙酸壳聚糖的合成及其吸湿保湿性能的测定

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第27卷第1期 《师范大学学报》(自然科学版) Journal of Xinjiang Normal University (Natural Sciences Edition) Vo1.27,No.1 Mar.2008 2008年3月 胍乙酸壳聚糖的合成及其吸湿保湿性能的测定 曾 涵, 张 雷 (师范大学生命与环境科学学院,乌鲁木齐830054;农业大学附属中学,乌鲁木齐830052) 摘 要:以自制壳聚糖和1一氯胍乙酸为原料合成胍乙酸壳聚糖,并对其进行吸湿保湿性能测定。研究结果表明,合成产 物具有一定的吸湿保湿性能,具有进一步开发价值。 关键词:壳聚糖}胍乙酸壳聚糖;合成;吸湿性}保湿性 中图分类号:0629.11 文献标识码:A 文章编号: 1008—9659一(2008)-01—0083.04 壳聚糖。英文名Chitosan,也称几丁聚糖,甲壳胺,壳聚糖等,学名为|9—1。4一氨基葡萄糖[或(1,4)一2一氨基一2一脱氧 一|9一D一葡萄糖],壳聚糖是甲壳素(Chitin)脱乙酰基后的产物,是甲壳素最基本、最重要的衍生物。甲壳素又名甲壳质、几丁 质、蟹壳素等,化学名为(1,4)一2一乙酰氨一2一脱氧一|9一D一葡萄糖。甲壳素主要存在于虾、蟹壳、蛹及昆虫外壳、真菌及藻 类植物细胞壁中,甲壳素是自然界合成量仅次于纤维素的天然高分子化合物,年产量为数十亿吨。甲壳素分子问存在强烈的 氢键作用,使甲壳素形成高度的晶体结构,因而其分子难溶或不溶于水及绝大多数有机溶剂,也不溶于稀酸,稀浓碱,只溶于 浓酸和某些特殊溶剂。 壳聚糖分子内具有氨基和羟基等活性基团,化学性质较甲壳素活泼,且壳聚糖及其衍生物具有可再生性,生物相容性等 优良的生物活性,因而在化妆品,食品。医药,农业和环保等领域中得到广泛应用。但是由于壳聚糖不能直接溶于水,制约了其 应用范围的进一步扩大,因而需要对其进行化学改性,增加其水溶性。常见化学改性有羟基化和羧甲基化,甲壳胍[1]。羧甲基 壳聚糖[ 。季铵化壳聚糖[ 等典型的壳聚糖改性后的衍生物已见国内外报道,大量吸湿保湿性能的研究引起广泛关注,其中 尤以羧甲基壳聚糖的吸湿保湿性能优良,已展现出广阔的发展前景。 胍乙酸是一种具有较好生理活性的物质,进行化学修饰后,例如在其a位取代一个氯原子,生成1一氯胍乙酸,再使其与壳 聚糖反应,生成胍乙酸壳聚糖,就有可能在获得优良的吸湿保湿性能的同时又增加生理活性(因为胍基本身具有较好生物相 容性)[ 。 文章用自制的1一氯胍乙酸和壳聚糖发生反应,合成胍乙酸壳聚糖,对其进行物理性质测定和吸湿保湿性能的初步研究。 1 实验部分 1.1 实验材料 壳聚糖,自制,采用文献[5]的处理方法,用虾壳经酸碱法处理制成,经中和法测定,脱乙酰度约为8O%;1一氯胍乙酸,自 制.首先用硫脲与溴乙烷合成s一乙基硫脲氢溴酸盐,再用合成盐与甘氨酸反应生成胍乙酸,对胍乙酸胍基进行保护,用氯取 代胍乙酸a位的氢原子,保持胍乙酸相对过量,保证为一取代。其余试剂均为分析纯。 1.2 原料制备 1.2.1壳聚糖制备[ 1.2.1.1 预处理:鲜虾,去肉,留壳,清洗; 1.2.1.2 脱蛋白:虾壳捣碎,加入2MNaOH溶液,浸泡3O分钟,加热1小时(约9OC),过滤,冲洗。 最佳方案:NaOH浓度为0.8%(质量分数);温度:9O℃ ・ [收稿日期]2007—08—29 [作者简介]曾 涵(1977--),男,乌鲁木齐人,讲师,主要从事精细化学品及物理化学的教学与研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com 84 师范大学学报(自然科学版) 2008链 时间:加热3O分钟;用量比(VNaOI ̄r镕 /w样品):10:1 1.2.1.3 脱钙:上述脱蛋白后的产物洗净,加人2M盐酸,室温浸泡12小时,中间换酸一次,直至无气泡产生,过滤,冲洗。 1.2.1.4 脱色:用2%KMnO 溶液浸泡上述脱钙后的产物1小时,过滤,洗净,再用2%草酸在5O℃下还原3O分钟,过滤,洗 涤,干燥,此步得甲壳索,灰白色,半透明。 1.2.1.5 脱乙酰基——上述洗涤后的产物,直接置人浓度约为5O%的NaOH溶液中,加热2小时,冷却,过滤,洗涤,干燥, 此步得壳聚糖,灰白色,半透明,有珠光色泽.微带红色为脱色不完全.不影响合成。 1.2.2 氯胍乙酸制备 1.2.2.1 合成S一乙基硫脲氢溴酸盐L6] 化学反应方程式1: s NH I l无水乙醇 I lNH2J ̄-NH2+CH3CH2-Br———————・NH2- ̄-S- ̄HsMBr 1.2.2.2 合成胍乙酸 ] 化学反应方程式2: Nil Nil II o}rfa,o lj NH2 .S-C2I-IvHBr+NH2. 。 I-——+NH2 } I2 0D壬I+C2 j姆 1.2.2.3 合成1一氯胍乙酸[8] I II s∞( №NH2-C-NH-CH2-COOH+H 至 s __. sofNH-c—NH-c o0H N_s∞<: 一Ⅻo>-NH2 M  删 一N—SO2<_ 0C ̄H-cNI。。-HI2  N_so2_(o)州2 NH N如]]<(亘> s-S0 N2一NHH 一-c—N删 一H H-cc。0o。 oH—— m s_+NH。 s。0 删州H—伽+N哦- Hc-NH 咖  -co伽 l1 0H-/H,0 II 称取约3.8克干燥壳聚糖固体.加人10毫升质量分数为50%的NaOH溶液碱化,再依次加入约20毫升异丙醇及上述所 得1一氯胍乙酸约3克,室温反应2小时,并不时搅拌,壳聚糖固体缓慢溶解,然后加热(60~70℃)反应2小时,继续搅拌,冷 却至室温(约30分钟),加无水冰醋酸词至中性,有白色粘稠状固体生成,充分搅拌,加无水乙醚搅拌,抽滤,于80U烘箱干燥, 研碎,得胍乙酸壳聚糖,白色或灰白色粉末(若用盐酸保护胍基,所得胍乙酸壳聚糖呈白色或灰白色,发亮,片状,晶体)。 2 结果与讨论 2.1 熔点测定 利用X丁一4双目显微熔点测定仪(国产),测定所得样品熔点。见表1: 表1 胍乙酸壳聚糖样品的熔点 2.2溶解性测定 测定样品在水,无水乙醇,乙醚中的溶解性(定性)。见表2 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期 曾 涵等 胍乙酸壳聚糖的合成及其吸湿保湿性能的测定 85 表2 胍乙酸壳聚糖样品在不同溶剂中的溶解情况 2.3 红外光谱测定 用工R一408型红外分光光度计测定所得胍乙酸壳聚糖的红外谱图,验证其相应特征官能团,判断其是否为目标产物。 3 吸湿性和保湿性测定 参照文献[1]所给吸湿保湿性的测定方法,测定所得胍乙酸壳聚糖的吸湿性和保湿性,并与透明质酸,羧甲基壳聚糖,乳 酸钠,甲壳胍等进行吸湿性和保湿性的性能比较。见表3: 表3 胍乙酸壳聚糖及对照物的吸湿率和保湿率 4 结果与讨论 4.1 胍乙酸壳聚糖的熔点 对所得胍乙酸壳聚糖的样品进行熔点测定,结果见表1。由表1可发现这5个样品的熔点有较大差别,参照文献[9],可知, 壳聚糖的分子量,脱乙酰度,以及反应中壳聚糖的取代度,及取代位置的不同,导致所得胍乙酸壳聚糖分子有所差异,因而引 起其熔点的差异,观察到的熔点各不相同,有很大差别。根据文献[2]所述,可推知,熔点较高的样品应为壳聚糖取代度较低的, 反之,熔点较低的样品应为壳聚糖取代度较高的(因为取代度越高,壳聚糖的二级结构破坏程度越大)。由于所用壳聚糖均为 同一自制的,脱乙酰度,分子量基本一致,因而影响熔点的主要因素是壳聚糖的取代度和取代位置,其中取代度为最主要因 素。 4.2 胍乙酸壳聚糖的溶解性(定性) 由于所得胍乙酸壳聚糖并未提纯(因未找到相应的提纯方法,提纯比较困难),其溶解度无法定量测定,只能用目视法观 察其在水,无水乙醇,乙醚中的溶解性,进行定性比较。由表2可看出,胍乙酸壳聚糖易溶于水,溶于乙醇等多数极性溶剂,不溶 于乙醚等非极性溶剂。由于作为吸湿保湿材料,水溶性是应用在日化用品中的重要指标,上表结果显示,胍乙酸壳聚糖有良好 的水溶性,说明其应用范围将会很宽广,尤其是应用在化妆品领域中。样品4的水溶性较其他几个样品要稍差一些,分析原因 可能是因为样品含杂质较多,或反应中副反应发生较多,目标产物含量较少,壳聚糖的二级结构仍存在I-lo3。综合分析,胍乙酸 壳聚糖的水溶性良好,有进一步研究其吸湿保湿性的可能。 4.3 胍乙酸壳聚糖的红外谱图 所得产物是否为目标产物,需要将样品产物进行红外光谱测定,验证其特征官能团是否存在,从而初步确定其是否发生 预期反应,合成目标产物。 与胍乙酸,壳聚糖的红外谱图进行比较。见壳聚糖的红外谱图图1: 维普资讯 http://www.cqvip.com

86 师范大学学报(自然科学版) 2008钲 吕 f— 口 。 昌 一点 ∞ 昌 磊 量昌 卜_ 口 2500 2000 1 500 1 0口0 500 Wa ̄enumber cm一1 图1 生化试剂级壳聚糖红外光谱图 4.4 胍乙酸壳聚糖的吸湿性和保湿性测定 参照文献[1].[3]的吸湿保湿测定方法。用饱和硫酸铵水溶液维持相对湿度为8O%左右,饱和碳酸钠水溶液维持相对湿 度为4O%左右,在干燥器内吸湿,24小时,48小时各称量一次,平行做两份取平均值。吸湿率计算公式为: 吸湿率(%)一[(w 一W。)・loo]/wo 式中w。为吸湿前质量,w 为吸湿后质量。 用相同手段将样品吸湿,保证吸湿度大约为lO%(此步可采取向已知样品中滴加相当于样品质量lO%的蒸馏水).然后. 将其置于相对湿度为4O%和8O%及吸湿硅胶的干燥器中,放置24小时,48小时.各称一次.平行做两份取平均值。保湿率计 算公式为: 保湿率(%)一(H ・lOO)/Ho 式中H 为放置前水分量,此为固定值,Ho:10%W。;H 为放置后水分量,H 一W’ 一wo,w’ 为在硅胶干燥器中 放置一段时间后的样品质量。 根据测定结果的数据和部分文献数据列表(见表3): 从表3数据知,胍乙酸壳聚糖的吸湿率随放置时间延长而增大.除样品3外,样品1.2在放置48小时后,吸湿率有一个突 然增大,与对照物比较后发现,当相对湿度为8O%,放置24小时后,胍乙酸壳聚糖的吸湿率低于透明质酸和壳聚糖羟丙基三 甲基氯化铵;放置48小时后,除样品3外,其余样品1,2的吸湿率高于透明质酸,甲壳胍.羧甲基壳聚糖和壳聚糖羟丙基三甲 基氯化铵,略低于乳酸钠。分析样品3吸湿率较低的原因,可能是样品3副反应较多。 在硅胶干燥器内,放置24小时和48小时的胍乙酸壳聚糖的保湿率与透明质酸相近,高于甲壳胍,低于壳聚糖羟丙基三甲 基氯化铵;放置48小时后,胍乙酸壳聚糖的保湿率与羧甲基壳聚糖相近.远低于乳酸钠。 实验现象及数据结果显示,前面所做推理符合实验结果,可分析归结为:壳聚糖分子引入胍基和羧基后,改变了壳聚糖分 子的二级结构,并且由于胍基和羧基均为强亲水性基团,增加了原壳聚糖分子的水合能力从而使壳聚糖的衍生物的吸水性和 保湿性大大增强。 由此表明,胍乙酸壳聚糖的吸湿率和保湿率与透明质酸相近。尤其是长时间吸湿率还优于透明质酸,可望在进一步研究, 改性后能够取代价格昂贵,材料来源困难,成本较高的透明质酸,成为来源丰富,性能优良的化妆品及保湿材料。 参考文献: [1]潘志信.高分子吸水剂的研究进展[J].应用化学,2003,20(4):376. [2]陈凌云,等.一种高效羧甲基壳聚糖吸水剂的制备[J].应用化学,2001,18(I);5. [3]许晨,卢灿辉.季铵化法制备生物降解型高分子[J].应用化学,1996,I3(5):94. [4]严瑞宣.水溶性高分子[M].北京:化学工业出版社,I998:534. [5]蒋挺大.甲壳质[M].北京:中国环境出版社,I996:30. [6]曹玉娟,高海翔.胍类化合物的合成进展[J].合成化学,2003,3:193. [7]沈宗旋.胍类化合物的制备及在有机合成中的应用[J].有机化学,2002,6(22):388. [83 Miller AE,Bischoff JJ.Synthesis[]],1986,9:777.  ‘(下转第89页) 维普资讯 http://www.cqvip.com

第1期 陈 碰等 五种提取草珊瑚叶片总DNA方法的比较研究 89 3 讨论 由于多年生植物组织富含多酚和其它杂质,分离多年生植物组织总DNA难以满足相关的核酸研究需求。在DNA提取方 法应用于提取多年生植物材料时,难于去除多酚杂质和多糖 ],常出现获得的DNA产量低,质量差,产品DNA易降解等问 题,有时甚至不能用作相关的DNA的植物分子生物学研究。该实验运用五种提取草珊瑚叶片总DNA的方法。结果显示改良 CTAB大量提取法方法简易,减少了提取DNA的步骤,提取的总DNA产率最高,质量显著好。在提取缓冲液中加入适量的 PVP(聚乙烯吡咯烷酮),可以有效的抑制酚类物质的氧化,并且减少产物中酚类物质的含量。因为PVP是一种酚的络合物.刷 时含有亲水基团和亲油基团,较易溶解于极性较强的有机溶剂,较难溶解于极性较弱或非极性有机溶剂,PVP可与多种物质, 特别是含羟基、羧基、氨基及其他含活性氢的化合物或单质形成络合物。 通过五种提取草珊瑚叶片总DNA的方法重复实验至少三次,证实改良CTAB大量提取法提取草珊瑚叶片总DNA的效果最 佳,并且可以避免由于复杂的操作而造成DNA的断裂等一系列的问题。为草珊瑚植物的起源、分类、亲缘关系分析及品种特征图 谱的建立提供可借鉴的分子生物水平研究的实验数据和技术依据。 参考文献 Eli程用谦,陈德昭,吴国芳等.中国植物志(第二十卷)[M].北京:科学出版社,1982:77—83. [z]周浙昆.金粟兰科的起源、演化及其分布[J].云南植物研究,1993,15(4):321—331. [3]王关林,方宏筠(主编).植物基因]二程[M].北京:科学出版社,2002,8:742—744. [4]陈昆松等.改良CTAB法用于多年生植物组织基因组DNA的大量提取[J].遗传,2004,26(4):529—531. Is]郝朝运,郭卫东等.忍冬科部分植物DNA提取方法的研究[J].浙江师范大学学报(自然科学版),2006,29(1):92—98. [6]马明,杨克强,郭起荣.改良CTAB法提取林木树种基因组DNA的研究[J].生物技术,2007,17(3):36—38. A Comparative Study of Five Methods of the Genomic DNA Isolation from Sarcandra Glabra(Thunb.)Nakai Leaves CHEN Jin ,Dilbar TOHTY , GUO Weidong (1.School of Life Science and Chemistry,Xinjiang Normal University,Urumqi Xinjiang 830054; 2.College of Chemistry and life Science,Zhe iang Normal University,Jinhua Zhe{iang 321000) Abstract:The methods of CTAB procedure,SDS procedure and High salt procedure were used to find the best effective way for the genomic DNA isolation from Sarcandra Glabra(Thunb.)Nakai leaves in this paper.The result shows that CTAB procedure is the effective way for the genomic DNA isolation from Sarcandra Glabra(Thunb.)Nakai leaves. Key words:Sarcandra Glabra(Thunb.)Nakai;the Genomic DNA isolation;PVP;CTAB procedure (上接第86页) Synthesis of Guanidyl Acetic Acid Chitosan and Measurement Of Its Hydroscopic and Moisture retention ZENG Han 。 ZHANG Lei (1.School of Life and Environmental Science I Xinjiang Normal University,Urumuqi Xinjiang 830054 2.Accessory Middle School of Xinjiang Agricultural University,Urumuqi Xinjiang 830052;) Abstract:Guanidyl acetic acid chitosan has been synthesized with self--made chitosan and 1一chloro— glycocyamine,and its hydroscopicity and moisture retentive ability have been measured consequently.This paper is an elementary research on synthesized compound,and indicates that this compound has hydroscop— icity and moisture retentive ability to some extent for potential development. Key words:Guanidyl acetic acid;Chitosan;synthesis;hydroscopic;moisture retention 

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