技术领域
本发明公开了一种季铵化壳聚糖衍生物的均相合成方法，具体涉及一种在壳聚糖的氢氧 化锂/氢氧化钾/尿素溶液中进行季铵化反应制备季铵化壳聚糖衍生物的方法。
背景技术
季铵化壳聚糖(QCh)是一种水溶性的离子型壳聚糖衍生物。由于具有良好的抗菌性、 成膜性、阳离子吸附性、吸湿保湿性、絮凝性以及抗静电性等性能，近年来被广泛用于药物 运载、抗菌、食品等领域。(WanA.,XuQ.,SunY.,LiH.,J.Agric.FoodChem.,2013,61, 6921-6928.；BelaliaR.,GrelierS.,BenaissaM.,ComaA.V.,J.Agric.FoodChem.2008,56, 1582–1588.)目前，壳聚糖季铵化改性的方法主要有三种：(1)在碱性条件下壳聚糖分子结 构中的氨基直接与活性卤代烃作用转化为季铵基团，生成壳聚糖的季铵盐衍生物。(2)在碱 性条件下壳聚糖上的羟基与氨基直接与季铵化试剂作用，发生取代反应制得季铵化壳聚糖。 (3)在酸性条件下，首先利用壳聚糖分子结构中的氨基与含羰基的化合物形成希夫碱，随后 将希夫碱中的C＝N还原为-NH-CH-，最后再与活性卤代烃作用转化为季铵盐。(deBrittoD., AssisO.,Carbohyd.Poly.2007,69,305–310.；WanA.,XuQ.,SunY.,LiH.,J.Agric.FoodChem., 2013,61,6921-6928.)。然而，由于壳聚糖在碱性条件下难以溶解，前两种方法属于异相反应， 只有表面的产物溶解离去时，反应才能由表及里地进行。因此，得到的壳聚糖季铵盐衍生物 的取代度与均匀性都极为有限。第三种方法虽然是均相反应，但是只有氨基可以被取代，因 此取代度也较低。此外，这一方法过程繁琐，并使用较多的有毒化学试剂，无疑会增加成本 并带来严重的环境污染，不利于用于工业化大规模生产。由此，开发廉价、无污染并可制备 高取代壳聚糖季铵盐衍生物的新方法是目前壳聚糖研究的一个热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种碱/水溶液中均相合成季铵化壳聚糖衍生物的方法， 本发明在碱/水溶液中均相合成季铵化壳聚糖衍生物，制得的试样取代度高，水溶性好
本发明的技术方案具体如下：
一种季铵化壳聚糖衍生物的均相合成方法，包括以下步骤：壳聚糖粉末分散于7wt％KOH /8wt％LiOH/8wt％尿素水溶液中，然后迅速冷冻至溶液完全结冰，再在室温下搅拌解冻， 得到壳聚糖溶液；向壳聚糖溶液中逐滴加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，于0℃～50 ℃机械搅拌反应，得到季铵化壳聚糖衍生物。
所述的壳聚糖溶液中壳聚糖的浓度为0.5wt％～6wt％。
所述的壳聚糖粉末，其脱乙酰度≥90％。
3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的加入量为壳聚糖氨基葡萄糖单元摩尔量的0.5～24倍。
向均相壳聚糖溶液中逐滴加入3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液，于0℃～50℃机械 搅拌反应1小时～48小时，然后加入盐酸中和反应液至偏酸性停止反应，反应液经透析后冷 冻干燥，得到季铵化壳聚糖衍生物。此处所述的偏酸性为pH小于6。
所述的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液的浓度为69wt％。
迅速冷冻至溶液完全结冰的温度为-25℃。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)首次在碱性条件下均相合成了季铵化壳聚糖衍生物，所用试剂无毒、无污染、价格 低廉、合成方法简便且反应过程易控制。
(2)与现有技术相比，本发明制备的季铵化壳聚糖衍生物具有高取代度。
(3)与现有技术相比，本发明制备的季铵化壳聚糖衍生物具有更加优异的溶解性能(图 1)。
附图说明
图1为本发明制得的季铵化壳聚糖溶液的流变行为图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不用于限制本发明。
实施例1
将2.5g壳聚糖粉末分散在500克7wt％KOH/8wt％LiOH/8wt％尿素水溶液中搅拌10 min，随后放入-40℃的冰箱中速冻。待溶液完全结冰后取出并在室温下搅拌解冻得到透亮的 壳聚糖溶液(0.5wt％)。向壳聚糖溶液中逐滴加入2.1克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液 (3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与壳聚糖氨基葡萄糖单元的摩尔比为1:2)，于15℃下机械搅 拌反应24h，随后加入盐酸调节反应液的pH值至偏酸性。最后用大量蒸馏水透析7天，冷 冻干燥即得到白色泡沫状季铵化壳聚糖(QCh-1)，取代度为0.2。
实施例2
将5g壳聚糖粉末分散在500克7wt％KOH/8wt％LiOH/8wt％尿素水溶液中搅拌10min， 随后放入-40℃的冰箱中速冻。待溶液完全结冰后取出并在室温下搅拌解冻得到透亮的壳聚 糖溶液(1wt％)。向壳聚糖溶液中逐滴加入16.9克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液(3- 氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与壳聚糖氨基葡萄糖单元的摩尔比为2:1)，于0℃下机械搅拌反应 6h，随后加入盐酸调节反应液的pH值至偏酸性。最后用大量蒸馏水透析7天，冷冻干燥即 得到白色泡沫状季铵化壳聚糖(QCh-2)，取代度为0.5。
实施例3
将10g壳聚糖粉末分散在500克7wt％KOH/8wt％LiOH/8wt％尿素水溶液中搅拌10 min，随后放入-40℃的冰箱中速冻。待溶液完全结冰后取出并在室温下搅拌解冻得到透亮的 壳聚糖溶液(2wt％)。向壳聚糖溶液中逐滴加入101.6克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液 (3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与壳聚糖氨基葡萄糖单元的摩尔比为6:1)，于20℃下机械搅 拌反应12h，随后加入盐酸调节反应液的pH值至偏酸性。最后用大量蒸馏水透析7天，冷 冻干燥即得到白色泡沫状季铵化壳聚糖(QCh-3)，取代度为0.7。
实施例4
将20g壳聚糖粉末分散在500克7wt％KOH/8wt％LiOH/8wt％尿素水溶液中搅拌10 min，随后放入-40℃的冰箱中速冻。待溶液完全结冰后取出并在室温下搅拌解冻得到透亮的 壳聚糖溶液(4wt％)。向壳聚糖溶液中逐滴加入270.7克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液 (3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与壳聚糖氨基葡萄糖单元的摩尔比为8:1)，于30℃下机械搅 拌反应36h，随后加入盐酸调节反应液的pH值至偏酸性。最后用大量蒸馏水透析7天，冷 冻干燥即得到白色泡沫状季铵化壳聚糖(QCh-4)，取代度为0.9。
实施例5
将30g壳聚糖粉末分散在500克7wt％KOH/8wt％LiOH/8wt％尿素水溶液中搅拌10 min，随后放入-40℃的冰箱中速冻。待溶液完全结冰后取出并在室温下搅拌解冻得到透亮的 壳聚糖溶液(6wt％)。向壳聚糖溶液中逐滴加入609.1克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液 (3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与壳聚糖氨基葡萄糖单元的摩尔比为12:1)，于50℃下机械搅 拌反应48h，随后加入盐酸调节反应液的pH值至偏酸性。最后用大量蒸馏水透析7天，冷 冻干燥即得到白色泡沫状季铵化壳聚糖(QCh-5)，取代度为1.2。
实施例6
将20g壳聚糖粉末分散在500克7wt％KOH/8wt％LiOH/8wt％尿素水溶液中搅拌10 min，随后放入-40℃的冰箱中速冻。待溶液完全结冰后取出并在室温下搅拌解冻得到透亮的 壳聚糖溶液(4wt％)。向壳聚糖溶液中逐滴加入821.3克3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液 (3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵与壳聚糖氨基葡萄糖单元的摩尔比为24:1)，于25℃下机械搅 拌反应48h，随后加入盐酸调节反应液的pH值至偏酸性。最后用大量蒸馏水透析7天，冷 冻干燥即得到白色泡沫状季铵化壳聚糖(QCh-6)，取代度为1.4。