甲壳素和壳聚糖的化学性质和应用

甲壳素和壳聚糖的化学性质和应用普拉迪普·库马尔·杜塔，乔伊迪普格杜塔和特里帕蒂阿拉哈巴德，莫逖尼赫鲁国家技术研究所，化学系211004。甲壳素和壳聚糖是相当灵活和有前途的生物材料。脱乙酰甲壳素和壳聚糖衍生物，更加有用和有趣的生物活性聚合物。尽管它的生物降解性，它有许多反应性氨基酸侧链基团，其中提供化学修饰，形成了大量的各种有用的衍生物，是市售的可能性或者可以通过接枝反应和离子相互作用。本研究着眼于当代研究甲壳素和壳聚糖对在各种工业和医学领域的应用。关键词：甲壳素，生物降解性，壳聚糖，生物材料介绍甲壳素是第二个最普遍的物质，地球上仅次于纤维素和多糖：它是由（1→4）组成的联-2-乙酰氨基-2-脱氧--glucose1（D-N-乙酰葡糖胺）（图1）。它通常被认为是纤维素衍生物，甚至不会发生在生产纤维素的生物中。它与纤维素结构上是相同的，但它在C-2位置上具有乙酰胺的组（NHCOCH3）。同样的衍生物甲壳素，壳聚糖线型聚合物（1→4）-连接的2-氨基-2-脱氧--D-吡喃葡萄糖，很容易推导出N-脱乙酰化，其特征在于，不同程度上的脱乙酰度，因此它是一个的N-乙酰葡糖胺和葡糖胺的共聚物（图2）。估计甲壳素每年待产几乎与纤维素一样多。它已成为极大的研究热点，不仅是一个可利用的资源，也可作为一个新的高功能的生物材料，潜在于各个领域中的最新进展，化学作用是相当显著的。图1-甲壳素结构图2-部分脱乙酰甲壳素甲壳素是一种白色，坚硬，无弹性，在含氮多糖中的外骨骼中发现，以及在内部结构的无脊椎动物中发现。这些天然聚合物表面的一个主要来源在沿海地区。作为食品工业中获得的甲壳类的壳进行脱乙酰壳多糖的生产，在经济上是可行的，特别是如果它包括恢复类胡萝卜素。贝壳含有相当数量的虾青素，迄今尚未合成，类胡萝卜素是作为鱼类食品添加剂销售水产养殖，特别是鲑鱼。印度的平均降落的固体废物分数贝类介乎60,000至8万吨。我们的祖国，印度三个部分，海洋和内陆也是非常丰富池塘，湖泊。合理利用（水产养殖）而言，这些水资源，甲壳素和壳聚糖的研究能带给国家经济和学术繁荣。甲壳素壳聚糖目前商业化生产，主要在印度，波兰，日本，美国，挪威和澳大利亚。大量的研究进展表明，甲壳素/壳聚糖是覆盖全世界的，包括印度，量身定制并传授所需的功能，最大限度地发挥其作用。甲壳素和壳聚糖的资源丰富，可再生的聚合物具有优异的性能如：生物降解性，生物相容性，无毒性等。该反应与脱乙酰壳多糖是相当的存在，由于比纤维素-NH2组更通用。已作出各种努力准备通过化学的功能性壳聚糖衍生物，接枝反应，离子相互作用，并将其中只有少数被发现溶于传统的有机溶剂。壳聚糖是唯一溶于酸在水溶液中的一些，以及一些选择性N-酰化的也被尝试。虽然得到一些可溶于水的或高度得到肿胀衍生物，它是很难发展中的溶解度常用的有机这些方法的溶剂。修改甲壳素和壳聚糖的化学结构改善，在常规有机溶剂中的溶解度。在另一方面，只有少数的评论已被报道，生物医学的应用的甲壳素/壳聚糖，并没有全面检讨尚未公布覆盖整个范围的应用。本检讨的范围包括文学1993〜2003年处理性能，加工和应用程序在各种工业和医学领域。甲壳素和壳聚糖处理甲壳素和壳聚糖是天然的资源等待一个市场。他们浪费的产品和虾罐头行业。美国能源部、商务部公布的，他们在1973年结束1,50,000吨甲壳素生产加工废弃物，从贝类，磷虾，蛤，牡蛎，鱿鱼，和真菌。市售甲壳素和壳聚糖是高价的，由于其相对高的比例重要性，与氮（6.89％）相比，综合取代的纤维素。主要是甲壳类的壳涉及搬迁的蛋白质和解散是存在于蟹壳的碳酸钙高浓度中。甲壳素脱乙酰化度在40％氢氧化钠，120C的1-3小时。这种治疗方法产生70％脱乙酰壳聚糖。按时间顺序排列的以下四个步骤。过程中所需要的生产壳聚糖甲壳类的壳：（一）脱蛋白，（二）Deminera-显逢（未公布的数据，作者之一，普拉迪普·库马尔·杜塔研究的新方法。甲壳类的壳，并声称除盐更好的性能比现有的进程），（三）脱色，及（四）脱乙酰。甲壳类动物的壳→大小减少→蛋白质分离→（氢氧化钠）→洗涤脱矿（HCL）→洗涤和脱水→脱色→甲壳素→脱乙酰氢氧化钠（NaOH）→洗涤和脱水→壳聚糖。甲壳素和壳聚糖的属性大多数天然存在的多糖。例如，纤维素，糊精，果胶，藻酸，琼脂琼脂糖，是自然和酸性性质，而几丁质和脱乙酰壳多糖的例子，高碱性多糖。他们的属性包括：在各种介质中的溶解度，溶液粘度，聚电解质行为，形成聚氧盐，形成薄膜，金属螯合，光，结构特性。虽然（1→4）脱水糖苷键，甲壳素也是目前在纤维素的特点，甲壳素/壳聚糖的特性不共享纤维素。甲壳素是疏水性极强，不溶于水和大多数有机溶剂。但它溶于六氟异丙醇，六氟丙酮，和结合用含水氯醇中，矿产酸和二甲基乙酰胺的解决方案（DMAC）含5％氯化锂（氯化锂）19。最近壳聚糖溶解在N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）/水，报道杜塔等。几丁质的水解在激烈的条件下用浓酸产生相对纯净的氨基糖，D-葡萄糖。根据，几丁质脱乙酰的程度，包含5％至8％（W/V）氮，这是大部分的脂肪族伯氨基基团的形式，如发现壳聚糖。壳聚糖进行反应典型的胺，其中的N-酰化和席夫反应是最重要的。壳聚糖葡聚糖在温和的条件下容易地获得，但很难获得纤维素葡聚糖。N-酰化酸酐或酰卤，引入酰胺基在壳聚糖氮。醋酸酐给予充分乙酰甲壳素。直链脂肪族高于丙酰基的N-酰基允许快速乙酰化中的羟基壳聚糖。高苯甲酰甲壳素可溶于苯甲醇，二甲亚砜（DMSO），甲酸，二氯乙酸。的N，N-己一直癸N-十二烷衍生物中获得甲ACID1。壳聚糖形成醛亚胺和亚胺醛和酮，分别在室温的温度。其次与酮酸反应，硼氢化钠还原产生的葡聚糖，普罗特和非普罗特的氨基酸基团。N-羧甲基脱乙酰壳多糖是从二羟酸。的实例的非普罗特氨基酸葡聚糖，从脱乙酰壳多糖衍生的N-羧基苄基，从o-和p-酞醛中获得的脱乙酰壳多糖酸。壳聚糖和简单的醛生产N-烷基加氢后的脱乙酰壳多糖的存在下，更多或更少的体积大的取代削弱了氢壳聚糖的债券，因此，N-烷基壳聚糖膨胀在水中，尽管烷基链的疏水性。它们保留成膜属性壳聚糖。壳聚糖是更灵活的，由于C-2位的氨基的存在。壳聚糖的性质壳聚糖的化学性质如下：•线性聚乙烯亚胺，反应的氨，•无功羟基•螯合物许多过渡金属离子壳聚糖生物特性生物学性质壳聚糖：生物相容性-天然高分子-生物降解正常的身体成分-安全无毒，（值得注意的是，在这几丁质酶的研究）。绑定到哺乳动物和微生物细胞聚集体-结缔组织牙龈组织再生的效果，-Acclerates形成的成骨细胞，负责骨形成，止血药，抑菌，杀精抗肿瘤，加速骨形成，中枢神经系统抑制剂，免疫佐剂。甲壳素和壳聚糖的衍生工具壳聚糖可能很容易地利用衍生伯氨基的反应性和小学和中学的羟基。乙二醇甲壳素，部分O-羟乙基甲壳素第一衍生实用重要性。几丁质的衍生物的可被分为两种类别;在每一种情况下，N-乙酰基的基团是除去，暴露的氨基官能反应，无论是与酰氯或酸酐得到组NHCOR或修改还原胺化最大的潜在重要性NHCH2COOH这两种类型的衍生物反应形成双向或多官能试剂，从而进一步化学反应。在实践中，这样的反应是天然甲壳素或不完全脱乙酰化几丁质，脱乙酰壳多糖，从而使得到的聚合物含有三种类型的单体。这些聚电解质是特别有效的，从稀溶液中去除金属离子。脱乙酰壳多糖本身的螯合物的金属离子，特别是那些过渡金属，还发现应用程序作为一个矩阵固定酶。特别是已经受到关注的化学修饰甲壳素，因为它有最大的潜力得到充分剥削。一直用纯甲壳素的反应大多在固态由于缺乏开展。在普通溶剂中的溶解度。50％脱乙酰化几丁质已经发现，可溶于水。此几丁质的水溶性的形式是一个有用的起始原料，它的光滑的修改，通过在解决方案阶段的各种反应。一些非常最近报道的壳聚糖衍生物列举，如下所示：（一）N-邻苯二甲酰壳聚糖由于其在某些有限的溶解度差有机溶剂时，需要一些化学的修改。N-邻苯二甲酰壳聚糖料，因为它是有效的增溶打上笨重的刚性骨干，并打破氨基上的氢原子，以防止氢键。完全脱乙酰壳聚糖用邻苯二甲酸酐在二甲基甲酰胺，得到N-苯二甲酰-壳聚糖。这是很容易溶于极性有机溶剂。已进行进一步的反应，使用这个新的衍生物，以改善溶解度壳聚糖。这些下面给出更好的了解。所有这些衍生物能溶于一般极性有机溶剂。（二）柱状树枝壳聚糖杂交唾液酸成功改善，座椅的溶解度壳聚糖-唾液酸合成树枝，使用联络点和没食子酸的酸杂交（乙二醇），作为间隔臂。这些新的衍生物的溶解度进一步为其它的胺进行N-琥珀酰化改善功能。（三）甲硫基氨基甲酰基和苯氨基甲酰硫基壳聚糖近日，巴巴等合成甲基硫代氨基甲酰和苯氨基甲酰硫基壳聚糖的衍生工具，以检查对金属的选择性离子的硝酸铵水溶液。（4）乳酸/羟基乙酸共聚物，脱乙酰壳多糖凝胶壳聚糖水凝胶的合成进行曲等al.29直接嫁接的D，L-乳酸和/或到脱乙酰壳多糖在没有乙醇酸催化剂。他们证明，一个更强大水和脱乙酰壳多糖链之间存在的相互作用移植后，乳酸和/或乙醇酸。侧面链可以聚集和形成物理交联，这会导致在对pH值敏感的脱乙酰壳多糖水凝胶。这些水凝胶被认为是可能有用的生物医学应用，例如，伤口敷料和药物输送系统中，由于两个聚酯侧链和脱乙酰壳多糖是生物相容性和可生物降解。（五）硫化镉量子点（量子点）壳聚糖生物复合材料衍生物硫化镉量子点提高水的脱乙酰壳多糖的溶解性和稳定性。他们还影响壳聚糖的热分解。在这种热分解的存在下壳聚糖被转移到50℃。一个高效的程序硫化镉量子点制备壳聚糖生物复合材料是通过混合壳聚糖与Cd（徒）2和随后溶解在1％的醋酸水溶液溶液中，然后通过与CdS的治疗，从而光滑，平整，黄硫化镉量子点壳聚糖复合得到薄膜。（六）壳聚糖的酸复合纳米微粒癌症治疗潜在的钆神经转录的捕捉。据报道，在最近的治疗。在1999年，德光等报道，壳聚糖酸复合纳米粒子可以用于钆神经转录的俘获疗法（GD-NCT）。它是一种癌症的治疗方法，利用质子和的神经转录和发射的电子在体内作为结果的神经清晰、神经转录捕获反应给药，非无线电e元素光等已经证明的Gd-NCT使用新颖的钆纳米粒瘤内注射可能非常适合进入实体瘤。（七）纳米复合材料的天然多糖（甲壳素/壳聚糖）虽然甲壳素和壳聚糖是有用的生物聚合物，其应用受到限制。一个卓越的概念将带来一场革命混合与人的天然聚合物制成的聚合物（合成聚合物）。海洋资源研究所和日本环境下一种新型的复合材料研究机械化学制剂干燥和固态。它们合成了一种新型的多糖复合球磨一个合成高分子的多糖。热行为和合成的分子运动在复合材料中的聚合物是完全不同的。这些结果表明，糖和合成聚合物的相互作用，从而增容多糖和合成聚合物。实验室合成的脱乙酰壳多糖，聚乳酸在温和条件下的智能药物的纳米复合材料释放（未公布的结果）。甲壳素和壳聚糖的应用在几丁质的利益来源于研究的行为和化学特性溶菌酶，这种酶存在于人体内流体。溶解某些细菌裂解几丁质的细胞壁材料。各种各样几丁质和几丁质的医疗应用在过去三年已报告衍生工具数十年。曾有人建议，脱乙酰壳多糖可用于抑制纤维组织形成，伤口愈合和在组织，促进组织生长和分化文化。甲壳素的溶解性差是主要的限制因素，其利用率和调查其特性和结构。尽管有这些限制，甲壳素改性甲壳素的各种应用为原料，例如，在文献中已报道人造纤维材料。纤维制成的甲壳素和壳聚糖是有用的可吸收缝合线伤口包扎材料。这些甲壳素缝合胆汁，尿液和胰液抵御攻击，这是很难与其他的可吸收缝合线。它一直声称，伤口敷料甲壳素壳聚糖fibres44加速伤口愈合约75％。除了从他们的应用程序中，医疗领域，几丁质和脱乙酰壳多糖纤维具有在废水处理，其中潜在的应用壳聚糖通过去除重金属离子螯合作用已引起广泛关注。它们使用在服装行业，一个更大的范围，可能是一个长期的可能性。壳聚糖的工业应用由于其物理和化学特性，壳聚糖浩大的广泛被用在不同的产品和应用，从药品和化妆品的产品，水治疗和植物保护。在不同的应用领域，不同属性的脱乙酰壳多糖是必需的。这些属性的变化，例如，乙酰化和分子量。化妆品一般有机酸作为良溶剂制造化妆品。自然氨基的聚糖类，脱乙酰壳多糖可以包含在类胶体。然而，不像大多数其它胶