沈少飞，叶盛权，，*，吴 晖，钟 超，郭祀远，章超桦，黄 和

(1.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江524005; 2.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)

羟丙基壳聚糖亚铁配合物的合成

沈少飞1，叶盛权1，2，*，吴 晖2，钟 超2，郭祀远2，章超桦1，黄 和1

(1.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江524005; 2.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640)

采用壳聚糖先与Fe2+配合，再用环氧丙烷改性，研究了羟丙基壳聚糖-Fe2+的合成工艺，并用紫外和红外光谱对衍生物结构进行了表征。结果表明，在壳聚糖用量为0.1g、Fe2+起始浓度为16mg/mL、溶液pH为2的条件下，制得壳聚糖亚铁配合物。接着在壳聚糖-Fe2+∶环氧丙烷∶25%四甲基氢氧化铵为1mg∶10mL∶0.8mL条件下，制得羟丙基壳聚糖-Fe2+(HPCS-Fe2+)。位于1160～1030cm-1处有特征吸收峰，说明衍生化后得到的HPCS和HPCS-Fe2+上两个羟基上都发生了反应。

壳聚糖，衍生物，改性，结构表征

1 材料与方法

1.1 材料与设备

壳聚糖 脱乙酰度≥90.0%，国药集团化学试剂有限责任公司;冰乙酸、盐酸羟胺、硫酸亚铁铵、环氧丙烷、异丙醇、四甲基氢氧化铵、丙酮、乙醇等 均为分析纯。

原子吸收分光光度计 Thermo M6，美国赛默飞世尔科技有限公司;紫外分光光度计Uv2550 岛津仪器(苏州)有限公司;傅里叶红外分析仪 PK-6000及Origin 6.0数据处理系统 美国 Mattson公司;离心机CR22GⅡ 日本日立ATTACHI;pH计雷磁PHS-25型酸度计。

1.2 实验方法

1.2.1 壳聚糖脱乙酰度测定 采用线性电位滴定法［6］。样品平行测定3次，取平均值得到原料壳聚糖脱乙酰度为91.3%。

1.2.2 壳聚糖亚铁离子配合物制备条件的优化 于50mL反应体系中，以5%乙酸、1%盐酸羟胺混合溶液为溶剂(以氨水调pH)［7］，做壳聚糖用量、Fe2+起始浓度、溶液pH三因素三水平正交实验(因素水平见表1)，在不同的反应开始后12h取样，过滤后产物在60℃烘干，用原子分光光度法检测壳聚糖配合的Fe2+量。

表1 壳聚糖亚铁离子配合反应正交实验的因素水平表

1.2.3 壳聚糖亚铁离子配合物的表征 于50mL反应体系中，以5%乙酸、1%盐酸羟胺混合溶液为溶剂(以氨水调pH为2)，加入0.1g壳聚糖和4.212g硫酸亚铁铵，搅拌均匀使之反应。12h后用丙酮乙醇溶液(1∶1，V∶V)将产物沉淀出来，用含水乙醇洗涤沉淀至洗涤液中检不出硫酸根，将沉淀烘干至恒重。将一定量的壳聚糖亚铁离子配合物以及壳聚糖，分别溶于0.1mol/L的HCl溶液中，进行紫外吸收光谱扫描。

1.2.4 羟丙基壳聚糖配合物的制备 在平底烧瓶中将2g制备的壳聚糖亚铁离子配合物溶于33%NaOH溶液中，搅拌均匀，在室温下充分溶胀后放入冰箱中冷冻24h以上，制成碱化壳聚糖。碱化壳聚糖解冻后，挤压除去过剩碱液，加入25mL异丙醇，室温下搅拌30min。再加入25%四甲基氢氧化铵溶液1.6mL，室温下边搅拌边加入20mL的环氧丙烷，室温下再搅拌1h。然后把反应容器置于60℃水浴锅中恒温回流加热反应6h，冷却，过滤，滤饼用异丙醇洗涤数次后烘干。在60℃下干燥即得黑褐色粉末状羟丙基壳聚糖亚铁配合物。

1.2.5 产物的结构表征 采用KBr压片法，在4000～400cm-1范围内进行红外光谱扫描。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖-Fe2+配合物的正交实验结果

CTS对Fe(Ⅱ)的配合量受反应体系的pH、CTS用量和Fe(Ⅱ)起始浓度的影响最大。由表2可知，各因素对壳聚糖配合量效果影响的大小顺序为:pH＞壳聚糖用量＞Fe2+起始浓度。CTS对Fe(Ⅱ)的配合最佳组合为CTS用量为0.1g、Fe(Ⅱ)起始浓度为16mg/mL、溶液pH为2。CTS对Fe(Ⅱ)的最佳配合量为404.9mg/g。

2.2 壳聚糖-Fe2+配合物的紫外吸收光谱分析

对CTS和壳聚糖-Fe2+配合物进行紫外吸收光谱分析，结果如图1所示。与CTS相比，CTS-Fe (Ⅱ)的光谱较CTS出现了两个明显的吸收峰。除在220.0nm处有1个宽而强的吸收峰外，还在324.0nm处产生新的吸收峰。这是因为配合物中氮、氧的孤对电子发生n→σ*跃迁，从而导致电子光谱发生变化。由此可确证Fe(Ⅱ)与CTS发生了配位，且由于-NH2与Fe(Ⅱ)的结合，使C-N键在一定程度上有所削弱，从而可推断-NH2是CTS分子中的主要吸附部位。

表2 壳聚糖-Fe2+配合物优化条件实验结果

图1 CTS和CTS-Fe2+的紫外吸收图谱

2.3 羟丙基壳聚糖-Fe2+的红外吸收光谱分析

由图2可见，壳聚糖经羟丙基化后，位于1160～1030cm-1范围内的羟基吸收峰都有不同程度的减弱，说明衍生化后得到的HPCS和HPCS-Fe2+上两个羟基上都发生了反应。

图2 CTS(a)、HPCS-Fe2+(b)和HPCS(c)的红外光谱

壳聚糖上-CONH-基团的N-H弯曲振动峰1654.8(Ⅰ)、1598.9(Ⅱ)、1325.0(Ⅲ)cm-1在改性之后发生了变化，C-N的1380.9cm-1吸收峰亦发生了变化，说明在壳聚糖-NH2活性基团上发生了反应。通过上面的分析，结合壳聚糖-Fe2+配合物紫外吸收光谱分析，可以知道Fe2+首先与壳聚糖上的-NH2活性基团发生反应，羟丙基化主要发生在壳聚糖的C6-OH和C3-OH上。

3 结论

在壳聚糖用量为 0.1g、Fe2+起始浓度为16mg/mL、溶液pH为2的条件下，壳聚糖与亚铁离子配合。接着，在壳聚糖-Fe2+∶环氧丙烷∶25%四甲基氢氧化铵为1∶10∶0.8(m/V/V)条件下，制得羟丙基壳聚糖-Fe2+。通过紫外和红外光谱鉴定，用这种方法制备羟丙基壳聚糖-Fe2+是可行的。通过预实验已经显示出羟丙基壳聚糖-Fe2+较壳聚糖具有更好的吸附铜、铅离子特性，显示出这种产物有较好的应用前景。

表3 CTS、HPCS和HPCS-Fe2+的IR谱

［1］Yannic B.Schuetz，Robert Gurny，Olivier Jordan.A novel thermoresponsive hydrogel based on chitosan［J］.European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics，2008，68:19-25.

［2］In-Yong Kim，Seog-Jin Seo，Hyun-Seuk Moon，et al. Chitosan and its derivatives for tissue engineering applications［J］.Biotechnology Advances，2008，26:1-21.

［3］高怀生，黄是是.壳聚糖的结构分析［J］.天津化工，1996 (24):21-23.

［4］蒋挺大.壳聚糖［M］.北京:化学工业出版社，2001:3-8.

［5］王爱勤，俞贤达.烷基化壳聚糖衍生物的制备与性能研究［J］.功能高分子学报，1998，11(1):83-86

［6］柯火仲，陈庆绸.线性法电位滴定壳聚糖［J］.化学通报，1990(10):44.

［7］蒋寅，王兆梅，叶盛权，等.外加物理场对壳聚糖亚铁配合反应的影响［J］.华南理工大学学报，2008，36(7):62-66.

Synthesis of complex of O-(hydroxyl isopropyl)chitosan-Fe(II)

SHEN Shao-fei1，YE Sheng-quan1，2，*，WU Hui2，ZHONG Chao2，GUO Si-yuan2，ZHANG Chao-hua1，HUANG He1
(1.College of Food Science and Technology，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524005，China; 2.College of Light Industry and Food Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China)

O-(hydroxyl isopropyl)Chitosan-Fe(II)was synthesized via 1，2-epoxypropane derived reaction of Fe2+with chitosan.The structure of the product was identified by fourier infrared spectrum UV spectrum.The experiment revealed that the product was made with the most superior process condition of 0.1g chitosan amount，16mg/mL initial concentration of Fe2+，pH2.The chitosan-Fe2+∶epoxypropane∶25% tetramethylammonium hydroxide were 1mg∶10mL∶0.8mL.The characteristic absorption peak was 1160～1030cm-1，it showed that reaction had been taken place on the two hydroxyl groups of HPCS and HPCS-Fe2+.

chitosan;derivant;modify;structure identify

TS201.1

B

1002-0306(2011)03-0242-03

壳聚糖(Chitosan，CTS)为甲壳素脱乙酰基产物，是自然界存在的唯一碱性多糖。壳聚糖具有生物相容性和对过渡金属及稀土金属具有良好的配位作用等特性，已在食品、化工、医用材料等方面得到了广泛应用［1-2］。但其紧密的晶态结构使得它不溶于水和大多数有机溶剂，这就限制了它的推广应用［3］。因此，对壳聚糖进行改性，解决它在水中或有机溶剂中的溶解性，获得性能很好甚至是独特性能的产品成为当前研究和开发壳聚糖的重要课题。壳聚糖的羟基可与羟基化试剂反应生成醚，如甲基醚、乙基醚、苄基醚、羟乙基醚、羟丙基醚等。近年来对这类反应比较重视，可以开发出一些新型材料［4］。由于壳聚糖分子中具有氨基和羟基活性基团，如果壳聚糖的氨基不加以保护的话，在醚化反应中首先发生的是N-烷基化［5］。因此为了保护氨基，本研究通过亚铁离子先与壳聚糖发生配合，制得壳聚糖亚铁配合物，再在配合物分子上引入了羟丙基基团，从而改变分子的空间结构，削弱壳聚糖分子间和分子内的氢键作用，为进一步深入开发和应用提供一定的理论基础。

2009-12-29 *通讯联系人

沈少飞(1985-)，男，硕士研究生，从事水产品深加工方面的研究。

粤港招标项目(2007A0209002);广东省教育部产学研结合项目(2007B090400068;2007B090400113)资助;广东海洋大学科学基金项目(0612184)资助。