配位催化氧化方法降解壳聚糖的GFC研究

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将壳聚糖先与金属离子形成配合物,再催化氧化降解以得到窄分子量分布寡糖是所在课题组提出的一种新型壳聚糖降解方法。其原理是向壳聚糖的醋酸稀溶液中加入适量金属盐溶液,利用壳聚糖中部分氨基及羟基与加入的适宜金属离子发生配位反应形成壳聚糖—金属离子配合物,通过控制壳聚糖与金属离子摩尔数的比例来控制配位点的个数,使配位结点在壳聚糖高分子链中均匀分布,以保证配位结点之间未配位糖苷链中糖数的均一性。再采用氧化剂对配合物进行氧化,壳聚糖中的葡糖胺从配位结点或结点附近处断键,控制反应条件,得到不同窄分子量分布的低聚壳聚糖。这种方法的特点是利用壳聚糖与某种金属离子形成配位中间体,人为制造特异性降解,使得反应条件温和、降解产物分子量易于控制。 本人首次采用凝胶色谱探索了金属盐用量、氧化剂用量、温度及反应时间等条件下所得降解产物的数均分子量、分子量分布结果,为这种方法用于未来工业化生产提供了原始参数。同时对部分产物的抗活性氧活性进行了研究。 具体工作包括:分别向壳聚糖稀溶液中加入不同的金属盐,控制反应条件,降解制备了不同窄分子量分布的壳聚糖,考察了各种降解条件对降解产物分子量及分子量分布的影响,使用不同金属配位催化氧化降解制备不同分子量壳聚糖的条件及降解效果的对比,以及不同分子量壳聚糖的抗氧化活性。 从降解产物的GFC(凝胶过滤色谱)谱图中可以看出:降解条件对降解产物的分子量和分子量分布影响大小顺序为:H2O2用量>降解时间>金属用量,H2O2用量在降解中起到了重要的作用。采用该法,降解迅速,降解首先从大分子量的壳聚糖开始,且随着反应条件的加剧,降解产物的分子量变小,分子量分布变窄;通过控制条件,可得到不同分子量及分子量分布的壳聚糖;当聚糖数(DP)高于10个时,DP越小,分子量分布指数越小。由降解效果可以得到不同金属的催化活性:过渡金属的催化活性顺序为:Cu2+>Mn2+>Co2+>Ni2+>Zn2+;稀土金属的催化活性为:Sm3+>Gd3+,La3+>Sc3+;过渡金属与稀土金属的催化活性存在交叉性,稀土金属介于Mn2+、Co2+与Ni2+、Zn2+之间。将所有金属的降解结果及纯过氧化氢降解的进行比较可得:Pb(Ⅱ)-CTS体系的降解速度最慢,还不如纯过氧化氢体系的;在较短时间内(240min之前)过渡金属Ni(Ⅱ)-CTS体系和Zn(Ⅱ)-CTS体系的降解速度慢于纯过氧化氢体系,当降解时间超过240min时,纯过氧化氢体系的降解速度趋于平缓,当降解时间超过320min时,过渡金属Ni(Ⅱ)-CTS体系和Zn(n)-CTS体系降解所得的壳聚糖的DP数小于纯过氧化氢体系的。同时,考察了壳聚糖Ca(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)配合物对O2-的清除效果。结果显示:两者均对O2*-有一定的清除作用,且清除率随降解产物DP数的减小而增大;当降至单糖时清除率几乎为零;当DP>15时,相当分子量的壳聚糖与Zn(Ⅱ)的配合物对O2*-的清除率明显高于与Ca(Ⅱ)配合物的;当DP≤15时,清除率超过90.48%,控制因素主要在于壳聚寡糖的分子量。
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