论文总字数：22136字

摘 要

壳聚糖具有良好的生物特性，但是其分子内和分子间的强氢键作用力使得壳聚糖不易溶于普通溶剂，制约了壳聚糖的溶解加工应用和改性。离子液体具有很多特性，如难挥发、热稳定性和化学稳定性好等，是非常优秀的绿色溶剂。但是目前对离子液体作为壳聚糖溶剂的研究报告较少。

本文以氯乙酸乙酯、1-甲基咪唑、乙酸等为原料，制备得到乙酸根离子液体3-甲基-1-乙氧羰基甲基咪唑乙酸盐（EtmimAc）：研究了壳聚糖在离子液体EtmimAc的溶解性，并利用红外光谱、热重分析和X-射线衍射等研究了溶解再生前后壳聚糖的结构和性能变化。结果显示，壳聚糖在离子液体中的溶解度随温度的上升而增加。温度越低，壳聚糖越难以溶解。温度较低的情况下，离子液体中壳聚糖溶解时间较长。壳聚糖最佳溶解温度为100℃。壳聚糖再生后的热稳定性有所下降，其晶体由α型变成β型结构。

关键词：壳聚糖；离子液体；溶解性能；再生性能

Synthesis and application research of acetate ionic Liquid EtmimAc

ABSTRACT

Chitosan has good biological properties.However,strong inter- and intramolecular hydrogen bonding between the chitosan chains decreases its solubility in many organic solvents except weak acid, which delay its basic research and application. Ionic liquids, combining hardly volatile property, chemical stabilities and excellent thermal stability, have recently received much attention as green solvents as a result of the development of green chemistry and the requirement for environment protection.

The solubility properties of chitosan in 3-Methyl-1-ethoxy -carbonyl-methyl imidazolium acetate [EtmimAc] was studied. The chemical structures, thermal stabilities and crystalline forms of the pristine chitosan and chitosan sample regenerated from the ionic liquid solution was analyzed by FT-IR, TGA and XRD, at different temperatures and in different times was tested. The solubility of chitosan in [EtmimAc] is good. The thermal stability of the regenerated chitosan decrease compared with the pristine chitosan. The result shows that chitosan solubility in ionic liquid increases with increasing temperature and the lower the temperature, the more difficult to dissolve chitosan. At low temperature, the ionic liquid chitosan dissolution time is longer. Chitosan optimum dissolution temperature is 100℃.Mowever, FT-IR and X-ray diffraction measurements demonstrate that the crystal structure of chitosan is destroyed in the progress of dissolution and the crystalline form of chitosan is transformed from α to β.

Key Worlds: Chitosan; Ionic Liquid; Solubility; Regeneration

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 前 言 1

1.1背景介绍 1

1.1.1绿色化学 1

1.1.2天然高分子壳聚糖的开发 1

1.1.3新兴的绿色溶剂 2

1.2壳聚糖 2

1.2.1壳聚糖概述 2

1.2.2壳聚糖的分子结构 3

1.2.3壳聚糖及其衍生物的制备 3

1.2.4壳聚糖的溶解 4

1.2.5壳聚糖的再生 4

1.2.6壳聚糖及其衍生物的应用 5

1.3离子液体 5

1.3.1离子液体概述 5

1.3.2离子液体的分类 6

1.3.3离子液体的优点 8

1.3.4离子液体的应用 8

1.3.5离子液体的合成（两步法） 9

1.3.6离子液体的纯化 9

1.3.7离子液体的溶解性 10

1.3.8离子液体溶解壳聚糖的研究现状 10

1.4本文思路 10

第二章 实验部分 12

2.1化学试剂和仪器 12

2.2实验过程 13

2.2.1乙酸酯氯盐离子液体的合成 13

2.2.2乙酸根离子液体的合成 13

2.2.3壳聚糖的溶解性能 13

2.2.4壳聚糖的再生 14

2.2.5 离子液体的回收 14

2.3结果与讨论 14

2.3.1 壳聚糖在离子液体中的溶解性能 14

2.3.2 不同再生剂的再生效果 16

2.3.3 红外光谱图 16

第三章 结束语 18

3.1结论 18

3.2展望 18

参考文献 19

致 谢 21

第一章 前 言

1.1背景介绍

1.1.1绿色化学

化学工业的快速发展在很大程度上极大地提高了人们的生活水平。但同时也给地球的生态环境造成了很大的破坏。有害化学品的过度地使用，给环境造成了的污染，严重的影响了人类的可持续发展^[1]。如今，人们已经意识到以环境污染为代价的经济发展是不可取的。发展社会经济的同时应该关注环境的可持续发展。“绿色化学”是可持续发展的焦点，在化学与化工等相关领域有着非常重要的地位。由于石油、煤等不可再生资源的快速消减以及可持续发展观不断深入人心，寻找更有效的新型清洁能源和材料已成化工界广泛关注的焦点。生物质资源作为煤炭、石油等化石燃料的理想替代品，具有可再生性、低污染性以及分布广泛价格低廉等优点，引起了各国科学家们的深入研究。通过物理、化学以及生物等方式，生物质能够转变成我们生产过程中常规的固体、液体以及气体可燃物，成为清洁能源的重要组成部分^[2]。一些通过生物质生产的新型清洁燃料和化工产品不仅有效地减少了对煤、石油、天然气等化石能源的过度依赖，而且也改善了传统能源过度使用所引起环境污染问题，对于解决当前的经济和环境矛盾具有重要意义。

1.1.2天然高分子壳聚糖的开发

海洋资源中的甲壳素来源广含量丰富，其生物兼容性好、对环境无污染、可再生利用、安全性高，这些独有的特点，符合能源开发的可持续发展原则，因此甲壳素在工业生产中的地位越来越重要。甲壳素经过脱乙酰基的生成物主要形式即为壳聚糖，壳聚糖具有清洁安全、可降解等物理化学性质，已被广泛应用于生物制药、食品工业、环境治理纺织印染等诸多领域^[3]，如作为药物缓控释载体、水处理的应用、组织工程材料和医用敷料等。壳聚糖的分子结构中存在着较强的分子内和分子间氢键，使得水等常规溶剂不易溶解壳聚糖，严重制约了壳聚糖在各领域的开发和使用。

1.1.3新兴的绿色溶剂

当今壳聚糖应用领域面临的矛盾是寻找到清洁、高效的壳聚糖溶剂。离子液体——一种新兴的溶剂，未来可能将取代大部分有机溶剂，具有不挥发、较宽的电化学窗口、较高的化学稳定性等优点，已经广泛地应用于很多领域。最突出的是离子液体具有分子规划性，即通过分子规划和改变正负离子的组合来调整离子液体的性质，得到具备指定的目的和用途离子液体。从目前研究结果来看，离子液能够很好地溶解生物质，这促进了生物质的研究和开发，特别是在溶解壳聚糖上有着优异的表现，主要是由于溶解的时候离子液体可以切断壳聚糖分子内和分子间的氢键，阴离子在此溶解过程中会作为氢键受体^[4]。

1.2壳聚糖

1.2.1壳聚糖概述

壳聚糖是海洋中储量非常多的天然聚合物，绿色无污染，可重复利用，是绿色化学的研究热点。壳聚糖具有许多突出的特性，在农业、医疗等生产生活方面都有很多的开发，但是由于壳聚糖分子存在着强烈的分子内和分子间氢键作用力，导致可用于壳聚糖溶解加工的常规型溶剂种类很少，这在很多领域内制约了对壳聚糖的探索和开发^[5]。

从海洋中的蟹、虾等甲壳类生物外壳中提取出的甲壳素，其脱乙酰化的产物为壳聚糖，壳聚糖是一种天然的生物质材料，地球上含量十分巨大^[6]。和通过人工方法合成的高分子材料相比，壳聚糖具有原料丰富易得、价格低、无毒无害、吸附性好、生物兼容性、可降解性、抗菌活性、抗氧化性强等独特的物理化学性质^[7],这些优越的特性决定了壳聚糖在很多领域具有相当重要的应用价值。溶解是实现壳聚糖工业化应用的重要前提。由于壳聚糖内部存在非常多的分子内或分子间氢键，因此在大部分的有机溶剂或水中都无法充分地溶解，此为壳聚糖生产与应用的最大难点。

1.2.2壳聚糖的分子结构

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物，可由碱液水解制得，如图1-1，甲壳素转化成壳聚糖的结构变化。甲壳素经脱乙酰化得到的壳聚糖含有-NH₂，化学反应活性非常好，使得壳聚糖能够进行多种反应，其通过反应得到的衍生物的性能更显著。

请支付后下载全文，论文总字数：22136字