基于酸性离子液体溶解/催化双重作用的壳聚糖可控性降解规律研究

Low molecular weight chitosan has great application value in the field of health food, pharmaceutical and cosmetics. The present chitosan degradation system exists many problems, such as environment pollution, separation difficulty, uncontrollable process of degradation, and so on.The application of ionic liquids opens up new avenues for controllable degradation of chitosan in homogeneous solution.However, the degradation of chitosan promoted by ionic liquid is proceeded in inorganic acid system.The degradation mechanism should be further studied. The research of ionic liquids, both as solvents and catalysts, for the degradation of chitosan to prepare low molecular weight chitosan has rarely been reported in literature. But according to the degradation characteristics of chitosan in acidic solution, firstly we plan to synthesize new environmental friendly, biodegradable, low-cost acidic ionic liquids using renewable resources as raw materials. With the acidic ionic liquid as solvent and catalyst, we research the rules of green degradation of chitosan and explore the impact of ionic liquids structure and reaction conditions on the degradation efficiency, so as to reveal the degradation mechanism. Finally we establish a new chitosan degradation system to achieve controllable degradation of efficient green reaction. This provides a scientific basis for the application and development of ionic liquids in the field of the chitosan degradation.

低分子量壳聚糖在保健食品、医药及化妆品等方面具有很大的应用价值。现有制备低分子量壳聚糖的体系仍受环境污染、生产成本高、降解过程难于控制等问题的制约。离子液体的应用为壳聚糖在均相溶液中进行可控性降解开辟了新途径。然而目前离子液体对壳聚糖的降解多是在无机酸体系中进行的，离子液体对壳聚糖的降解机制尚待研究，且以离子液体既作溶剂又作为催化剂降解壳聚糖制备低分子量壳聚糖的研究还鲜有报道。鉴于此，本项目根据壳聚糖能在酸性溶液中降解的特点，拟以可再生资源为原料，首先合成新型环境友好、可降解、成本低的酸性离子液体，进而以该离子液体为溶剂和催化剂进行壳聚糖的绿色降解反应规律研究，探索离子液体结构及反应条件对壳聚糖降解效率的影响，揭示其降解机理；建立新的壳聚糖降解体系，实现其可控性降解的高效绿色反应。冀望为低分子量壳聚糖的制备提供一条新的绿色工艺路线，为丰富和发展离子液体在壳聚糖降解领域的应用提供科学依据。

本项目根据壳聚糖能在酸性溶液中降解以及离子液体的结构可设计性等特点，首先合成了功能化酸性离子液体，并且合成了一系列新型的噻唑类离子液体，并对噻唑离子液体进行1H NMR、IR结构表征，同时测定噻唑离子液体的TG和DSC热重分析及溶解性能。 结果表明烷基侧链上引入磺酸基大大降低了溶解性，用烷基和烯丙基修饰对溶解性产生好的影响，引入羟基、羧酸基、酯基似乎对溶解性没有太大的影响，该研究成果为离子液体的合成及应用提供了科学依据。并研究了该类离子液体对壳聚糖的溶解和降解性能，探索离子液体结构及反应条件对壳聚糖降解效率的影响，研究发现1-羧甲基-3-甲基咪唑氯盐离子液体 ([IMIM-COOH]Cl)水溶液可作为溶剂溶解壳聚糖，此离子液体可在低温和短时间内溶解壳聚糖，而不使壳聚糖分子量、晶格结构发生太大的变化，与传统的醋酸、盐酸等无机酸溶解壳聚糖不同，这种离子液体可回收，腐蚀性低，不污染环境，符合绿色化学的概念。磺酸型离子液体N-（4-磺酸基）丁基咪唑硫酸氢盐[(CH2)4SO3HMIM][HSO4]即能溶解也能降解壳聚糖，并对其降解反应规律进行了研究，探索出最佳降解反应条件，并采用助氧化剂H2O2, 在此溶液中，氧化降解壳聚糖，研究了离子液体用量、H2O2 与壳聚糖单元摩尔比、反应温度和反应时间对该氧化降解反应的影响。利用黏度法测定壳聚糖的相对分子质量, 采用X 射线衍射和红外光谱对原料和再生壳聚糖的结构进行表征。确定了最佳反应条件，较好的得到了低分子量的甲壳低聚糖。该方法为低分子量壳聚糖的制备提供一条新的绿色工艺路线，以上研究成果为丰富和发展离子液体在壳聚糖领域的应用提供了科学依据。