基于磺酸基酸性离子液体的壳聚糖协同溶解作用机制研究文献综述
2020-05-07 20:44:49
壳聚糖(Chitosan,CS),是一种线性多糖,当中由氨基葡萄糖(脱乙酰单位)和N-乙酰葡糖胺(乙酰单位)随机分布,并透过β-(1-4)糖苷键组合而成,又称壳多糖、几聚糖、脱乙酰甲壳素,是甲壳素中的主要成分,化学名称为: β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧 D-葡萄糖, 化学结构和纤维素相似,具体结构见图1-1,其分子式和分子量为 (C6H11NO4)N、161.2,对壳聚糖提纯后为无味白色粉末, 略带光泽,由甲壳素经过脱乙酰 处理后生成,可在在弱酸环境在中溶解,只有在特定的条件下,会水解、烷基化、酰基化、羧甲基化等,从而会具有新性能来满足不同的实际应用。
壳聚糖中有许多羟基和酰胺基团,这些基团可以在壳聚糖的分子间链和非分子链之间形成氢键。由于壳聚糖具有复杂的聚集性和高的结晶性,在许多溶剂中仍未得到解决,因此壳聚糖膜的应用受到了极大的限制。壳聚糖的结晶形式通常不溶于pH7以上的水溶液,然而,在稀酸中,质子化的游离氨基有助于分子的溶解度,近年来人们通过对壳聚糖化学改性以提高其溶解度,但改性后的抗菌活性往往有所下降。如磺化和磺化也能有效提高壳聚糖的溶解度,改性后的壳聚糖具有良好的水溶性:磺化和硫酸化壳聚糖的化学结构与肝素类似。因此,它们有望具有肝素样抗凝作用。已知壳聚糖结构中的氨基在应用中诱发血栓栓塞;这主要是接触血液材料的问题。而磺化壳聚糖和硫酸壳聚糖均具有良好的抗凝性能。因此,它们有望具有肝素样抗凝作用。已知壳聚糖结构中的氨基在应用中诱发血栓栓塞;这主要是血液接触材料的问题,而磺化和硫酸化的壳聚糖具有良好的抗凝性能,因此,对其进行了研究,磺化壳聚糖和硫酸酯壳聚糖的合成及其性质引起了人们的广泛关注。硫酸壳聚糖已广泛应用于抗凝药物、23种抗糖尿病药物、24种血管生成促进药物、25种成骨增强、26甘油诱导的大鼠肾脏急性肾功能衰竭保护,27和脂肪肝治疗。遗憾的是,据报道,硫酸壳聚糖无抗菌活性。
离子液体( Ionic liquids,ILs) ,是一种完全接近室温下呈液态的离子化合物,是指在室温或室温附近温度下由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的液态盐。离子液体可作为壳聚糖的良好溶剂,对壳聚糖的功能改性衍生化反应提供了一种均相的反应环境。离子液体具有不可比拟的物化特性 (l)蒸汽压低,在常温下不容易挥发,环保且易回收,不会对环境造成污染;(2)离子液体由阴阳离子组成,不存在呈电中性的分子,在-100℃~200℃均呈液态,热稳定性以及化学稳定性良好;(3)有很强的溶解能力而且容易分离;(4)电化学窗口宽,有很好的导电性;(5)可以通过对阴阳离子的合理设计,对离子液体中的有机离子进行调整和修饰,以获得特殊功能的离子液体从而满足不同的应用需要;(6)稳定性好,安全性高,不易燃易爆。离子液体的种类繁多,其中阳离子结构影响离子液体的性质与热稳定性,阴离子结构影响离子液体的功能性以及化学稳定性。
1914年发现了第一种离子液体,此后,离子液体的研究花了80多年的时间才出现了蓬勃发展的局面,开始于1992年Wilkes发现的一类新的空气和水稳定离子液体,也许还需要80年的时间才能充分发挥这些物质的潜力,或者,正如Uwe Vagt (BASF)在2007年10月布拉格举行的国际理工学院(Intertech)离子液体会议上所说,”我们仍处于起步阶段。”许多贡献增加了我们对离子液体的基本性质的理解,并预测了离子液体的物理或毒理学性质。特别是在绿色和可持续化学的背景下,有一种离子液体分子设计的愿景,它将结合技术优势和一系列有利的特性,如现成的可用性和对健康和环境的低风险。
研究表明,对于同种有机溶剂,磺酸功能化离子液体的溶解度远远小于季铵盐类质子酸离子液体,而基于吡啶阳离子的N-丙基磺酸吡啶硫酸氢盐的溶解度比基于咪唑阳离子的1-丙基磺酸-3-甲基咪唑硫酸氢盐溶解度更小。对于不同溶剂,溶解度大小顺序为:水>乙醇>乙酸乙酯>正己烷>正庚烷,磺酸功能化离子液体的溶解度随着有机溶剂的极性增加而升高。