4.1 Introducción
Actualmente, se han informado una variedad de métodos de preparación de carboximetilquitosano. Sin embargo, los medios de dispersión utilizados en estos métodos son básicamente solventes orgánicos, de los cuales el alcohol isopropílico es el más reportado [23], también el etanol y rara vez el agua. La razón principal puede ser que los disolventes orgánicos como el alcohol isopropílico y el n-butanol pueden activar el quitosano. Sin embargo, el uso de disolventes orgánicos como medios de dispersión no sólo da como resultado una gran cantidad de desperdicio de disolventes orgánicos, sino que también provoca contaminación ambiental. Con la creciente conciencia sobre la protección del medio ambiente, es de gran importancia práctica seleccionar un medio de dispersión respetuoso con el medio ambiente para la reacción de carboximetilo del quitosano y optimizar el proceso de reacción.
Este capítulo intenta utilizar agua como medio de dispersión y microondas como método de calentamiento para preparar carboximetilquitosano a partir de la reacción del ácido cloroacético y el quitosano. El producto se caracterizó mediante espectroscopía infrarroja, se determinó la estructura del producto, se estudiaron los factores que afectan el rendimiento del producto y se determinó un proceso de reacción más optimizado.
4.2 Parte experimental
4.2.1 Instrumentos y reactivos
Horno microondas mecánico Galanz 17L (Guangdong Galanz Company);
Chitosan ( Reactivo bioquímico, grado de desacetilación >90, viscosidad <100cps, Shanghai Juyuan Biotechnology Co., Ltd.);
Ácido cloroacético (analíticamente puro, Guangzhou Chemical Reagent Factory); hidróxido de sodio (analíticamente puro, Tianjin No. 1 Fábrica de Reactivos Químicos);
Ácido acético glacial (químicamente puro, Fábrica de Reactivos Químicos de Tianjin); etanol (grado analítico, Fábrica de Reactivos Químicos No. 1 de Tianjin)
4.2.2 Carboxílico ácido Preparación de metilquitosano
Pesar alrededor de 65438±0g de quitosano, colocarlo en un matraz Erlenmeyer de 250 ml, agregar una cierta concentración de solución de hidróxido de sodio para alcalinizarlo por un período de tiempo determinado. Disuelva unos 5 g de ácido cloroacético en 10 ml de agua, luego viértalo en quitosano y revuelva bien. Coloque un dispositivo de protección al baño de agua fuera del reactor, colóquelo en un horno microondas y caliéntelo durante un período de tiempo bajo la primera potencia de microondas. Después de enfriar, neutralizar con ácido acético glacial. Luego, remojar en 50 ml de agua, filtrar, agregar de 4 a 5 veces la cantidad de etanol absoluto al filtrado para precipitar completamente, luego filtrar y lavar el precipitado repetidamente con etanol absoluto para obtener carboximetilquitosano.
4.2.3 Resultados experimentales y discusión
4.2.3.1 Análisis del espectro infrarrojo del carboximetil quitosano
Figura 4-1 Espectro infrarrojo del carboximetil quitosano
Figura 4-1 Espectro infrarrojo de carboximetilquitosano
La Figura 4-1 es el espectro de carboximetilquitosano preparado con agua como medio de dispersión. En el espectro infrarrojo, 1603cm-1 muestra el estiramiento antisimétrico del COO. pico de vibración, y 1414cm-1 muestra el pico de vibración de estiramiento simétrico del COO. La banda de vibración original de —NH2 a 1550 ~ 1650 cm-1 cambia, lo que indica que la carboximetilación del quitosano se produce principalmente en —NH2 para generar N-carboximetil quitosano.
4.2.3.2 El efecto del tiempo de alcalinización en la reacción de carboximetil quitosano
A diferentes concentraciones de hidróxido de sodio, se probaron los efectos de diferentes tiempos de alcalinización en la reacción de carboximetil quitosano. rendimiento de azúcar. Los resultados experimentales son los siguientes:
Figura 4-2 El efecto del tiempo de alcalinización en la reacción (concentración de álcali: 10 mol·L-1, tiempo de calentamiento: 30 min)
Figura 4 -2 Efecto de alcalinización del tiempo en la reacción
(Concentración de NaOH: 10 mol·l-1, tiempo de calentamiento: 30 minutos)
Figura 4-3 Efecto del tiempo de alcalinización en la reacción (álcali concentración: 40, tiempo de calentamiento: 30 minutos)
Figura 4-3 El efecto del tiempo de alcalinización en la reacción
(concentración de NaOH: 40, tiempo de calentamiento: 30 minutos)
Figura 4-4 El efecto del tiempo de alcalinización en la reacción (concentración de álcali 50, tiempo de calentamiento 30 minutos)
Figura 4-4 El efecto del tiempo de alcalinización en la reacción
(Concentración de NaOH: 50, tiempo de calentamiento: 30 minutos)
Se puede ver en los datos de la figura que el tiempo de alcalinización tiene un impacto muy importante en la reacción.
No importa cuán alta sea la concentración de NaOH, cuando el tiempo de alcalinización es de solo 1,5 horas, la reacción apenas avanza. Para que la reacción se desarrolle de forma evidente, el tiempo de alcalinización es generalmente superior a 3 horas. Esto puede deberse a que el agua, a diferencia de los disolventes orgánicos, no tiene ningún efecto de hinchamiento sobre el quitosano, por lo que generalmente es difícil provocar una reacción de carboximetilo en el quitosano. Bajo la acción del álcali, los grupos hidroxilo de la molécula de quitosano se pueden convertir en alcóxido de sodio, es decir, se generan aniones que pueden reaccionar con el ácido cloroacético. Para que la reacción del quitosano sea obvia, el quitosano debe convertirse completamente en quitosano sódico, es decir, el tiempo de alcalinización debe ser lo suficientemente largo. Por tanto, bajo las condiciones de este experimento, el tiempo óptimo de alcalinización es de 3h.
4.2.3.3 Efecto de la concentración de álcali en la reacción de carboximetilo del quitosano
Dado que el tiempo de alcalinización es mayor a 3 horas, la reacción puede continuar obviamente, por lo que esta parte del experimento determinará la El tiempo de alcalinización fue de 3 h, el tiempo de calentamiento se ajustó a 30 min y se examinó la influencia de la concentración de álcali en la reacción cambiando la concentración de la solución de álcali. Los resultados experimentales son los siguientes:
Figura 4-5 Gráfico de tendencia del efecto de la concentración de álcali en la reacción
Figura 4-5 Efecto de la concentración de álcali en la reacción
Desde arriba Se puede ver en la figura que la concentración de la base debe ser lo suficientemente grande para que la reacción se desarrolle sin problemas. Esto se debe a que cuanto mayor es la concentración de álcali, mayor es el grado de conversión del quitosano en quitosano sódico y más fácil es carboximetilarlo. Sin embargo, la tasa de conversión general de esta reacción no es alta, lo que puede deberse a que el quitosano no se puede activar en agua y la reacción es difícil de desarrollar. Además, a medida que aumenta la concentración de álcali, el quitosano se degrada fácilmente en pequeñas cadenas moleculares, lo que produce una disminución de la viscosidad. Al mismo tiempo,
4.2.3.4 Efecto del tiempo de calentamiento sobre la reacción de carboximetilo del quitosano
La concentración de álcali se fija en 50 y el tiempo de alcalinización es de 3 h. Se investigó el efecto del tiempo de calentamiento con microondas sobre la reacción. Los resultados son los siguientes:
Figura 4-6 Gráfico de tendencia del efecto del tiempo de calentamiento en las condiciones de reacción
Figura 4-6 Efecto del tiempo de calentamiento en la reacción
En la tabla anterior se puede ver que si la reacción puede continuar de manera obvia, el tiempo de calentamiento será mayor, generalmente unos 30 minutos. Sin embargo, si el tiempo de calentamiento es demasiado largo, el quitosano se degradará y el color del carboximetilquitosano resultante se intensificará. Por lo tanto, el autor cree que calentar durante 30 minutos es más apropiado en las condiciones de este experimento.
4.2.3.5 La influencia del estado inicial del quitosano en la reacción del carboximetilo del quitosano
Para determinar mejor el proceso de reacción, el autor realizó una serie de experimentos para comparar el Estado inicial del glicano. Primero, disuelva el quitosano en un cierto volumen de solución de ácido 5-acético y luego agregue una cierta concentración de solución concentrada de NaOH hasta que la concentración de la solución de NaOH en el sistema de reacción alcance 40. Después de la alcalinización durante un cierto período de tiempo, se preparó carboximetilquitosano usando el método anterior. La reacción fue estudiada y comparada con la alcalinización directa del quitosano. Los resultados son los siguientes:
Figura 4-7 Gráfico de tendencia del efecto del tiempo de alcalinización en las condiciones de reacción
Figura 4-7 Efecto del tiempo de alcalinización en la reacción
Como se puede ver en la figura anterior, el rendimiento de carboximetilquitosano después de disolverlo con ácido acético es mucho menor que el del quitosano sin disolución ácida. La razón puede ser que después de disolverse con ácido acético y luego precipitar con NaOH, las cadenas moleculares se entrelazan, lo que hace que la estructura sea compacta y compleja. La superficie del quitosano se reduce considerablemente y el número y tamaño de los espacios también se reducen. , lo que dificulta la alcalinización del quitosano, es difícil llevar a cabo la siguiente reacción de carboximetilo.
4.3 Descripción general de este capítulo
(1) En este capítulo, se utiliza agua como medio de dispersión. Después de alcalinizar el quitosano, reacciona directamente con una solución acuosa de ácido cloroacético para la reacción de carboximetilo. El análisis del espectro infrarrojo del producto confirmó la presencia de carboximetilquitosano.
(2) A través del estudio de los factores que afectan la reacción, se determinó inicialmente el proceso óptimo para la reacción. El autor cree que las condiciones apropiadas para la reacción son: concentración de álcali 50; tiempo de alcalinización: 3 h; tiempo de calentamiento: 30 minutos.
(3) La carboximetilación del quitosano utilizando agua como medio de dispersión rompe el marco tradicional del uso de disolventes orgánicos como medio de dispersión y es de gran importancia en la protección del medio ambiente. Este es un método ecológico de modificación química del quitosano, que proporciona nuevas ideas para estudiar la modificación química del quitosano respetuosa con el medio ambiente.
Tesis de licenciatura de la Universidad Tecnológica del Sur de China
El capítulo 4 es la preparación de carboximetilquitosano utilizando agua como medio de dispersión.