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第２７卷第２期 广州化学 、 ２７．Ｎ０２ ２Ｏ０２年６月 Ｇｔｍａｇｚｈｏｕ ＣｈｅｍｉｓＵｚ￣ Ｊｕｎｅ．２００２ 文章编号：１００９－２２０Ｘ（２００２）０２４２０６０—０５ 甲壳素、壳聚糖的改性 肖振宇 原续波 盛京 （天津大学材料学院 天津３０００７２） 摘要：综述了壳聚糖的化学改性和物理改性 通过对壳聚糖的改性，一方面可 增进其在有机溶剂中溶解行为 为进一步应用提供反应前体；另一方面增强机械 或生化性质，扩展其应用范围。 关麓词：甲壳素；壳聚糖；改性 中图分类号：０６２９．１２ Ｑ５３９ 文献标识码：Ａ 甲壳素是地球上第二大类多糖，具有类似纤维素的结构。作为天然氨基多糖，甲壳素及 其脱乙酰衍生物壳聚糖具有良好的生物相牵性和生物可降解性，是一种引人注目的生物大分 子材料。近年来人们应用各种方法对其进行改性以开发其潜在的应用价值。甲壳素、壳聚糖 的改性按方法分为物理改性和化学改性，按应用划分为溶解性增进改性、生化性质改性等 然而各种划分并不是绝对的。 １化学改性 １．１溶解增进改性 甲壳索由于乙酰氨基的存在，分子问的氢键作用很强，因而溶解困难。而壳聚糖因为有 游离氨基存在，其反应活性比甲壳索高，但溶解性也差。为此，人们进行多种的改性以增加 甲壳索和壳聚糖的溶解性。 １．１．１酰化反应 通过导人不同相对分子质量的脂肪族或芳香族酰基，所得的产物在有机溶剂中的溶解度 可大大提高。酰化反应可在羟基上也可在氨基上进行。早期的酰化反应是在酸酐或酰氯中进 行的，其聚合物降解严重。在甲磺酸中可进行一系列的酰化反应…，甲磺酸既是溶剂又是催 化剂。反应在均相中进行，所得甲壳索的乙酰化、己酰化、对甲苯酰化衍生物的酰化度都在 １．８以上，大部分产物都溶于多种有机溶剂。 通常情况下，线形脂肪酸衍生物的酰化反应可在甲醇或吡喵氨仿中进行 ，如甲酰、葵 酰、十二酰、十四酰、支链脂肪酰基化在ＤＭＦ溶剂中进行，如Ｎ．异丁酰化、Ｎ．三甲基乙酰 化、Ｎ—异戊酰化等；而芳烃酰基化产物则通常在甲磺酸溶剂中进行，如Ｎ．苯甲酰化、Ｎ一甲 苯酰等。最近报道了壳聚糖的邻苯二甲酰化口］，其反应过程如下式所示。反应得到的产物（４） 和（５）可溶于一般的有机溶剂中，产物（５）甚至可溶于二氯甲烷和二氯乙烷等低沸点溶剂中， 更适于糖基化反应。 通过酰基化反应所得的酰化产物一般在有机溶剂中的溶解度均有改善，尤其是在甲酸二 收稿日期：２０００－１２４￣４ 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２期 肖振字等：甲壳素、壳聚糖的改性 ６１ 氯乙酸等酸性溶剂中。某些酰化度高的产物还溶于普通有机溶剂中，如高取代的苯甲酰化甲 壳素溶于苯甲醇、二甲桠枫中；高取代的乙酰化、葵酰化、十二烷酰化甲壳素可溶于苯、苯 酚四氢呋喃二氯甲烷。 ／０、 。 蹙士 ｛１） （１）ＡｃｅＯ Ｏ＝Ｃ Ｃ＝Ｏ ｛２）ＣＨＣ１２ＣＯＯＨ ｏ＝Ｃ Ｃ＝Ｏ ｏ＝Ｃ Ｃ＝Ｏ ㈣ １．１．２与环氧化合物反应 甲壳素、壳聚糖的碱性溶液与环氧乙烷或２＿氯乙醇反应可得到羟乙基化衍生物 ，如下 式所示。得到的羟乙基化衍生物可溶于水。此外，合适的环氧化合物（如缩水甘油、缩水甘 油基盐酸三甲胺）均可与壳聚糖反应生成水溶性的壳聚糖。反应为亲核取代机制，２位的氨 基是主要的亲核剂，羟基在某种程度上也参与了亲核取代反应。 ￣２Ｈ２ｔＪｌ＇ｉ 专健 懈ｒ ＣＨ．ＯｑＨ ］ ． 在碱性条件下，甲壳素与氯乙酸反应得到羧甲基化的甲壳素 。由于此反应过程中伴随 硷 １．１．４引入碳水化合物的支链反应 在还原剂氢硼氢／￣（ＮａＣＮＢＨ３）的存在下，壳聚糖可与含有羰基的糖发生反应，得到具 有梳状或树枝支链的可溶于水的产物 － ，如下式 维普资讯 http://www.cqvip.com
广州化学 第２７卷 这些具有梳状或树枝支链的壳聚糖和甲壳素都可溶于一般的有机溶剂中。—些天然的接 枝多糖具有多种生物活性，如抗癌和免疫辅药活性，因此用人工方式制备这些多糖是非常有 意义的。 乳糖 ０ＦＨ Ｈ 雕 ０Ｈ ＿１ｃ Ｄ¨—０＿Ｈ‘ ０ ”Ｈ ： １．１．５烷基化反应 壳聚糖在ＮａＯＨ的异丙醇溶液中可与含不同碳链长度的卤代烷作用，生成乙基、丁基、 辛基和十六烷基壳聚糖，改性的壳聚糖可溶于水中，具有良好的抗凝血活性 １．２生化性质改性 甲壳素、壳聚糖具有多种生物活性，因此越来越受到人们的重视。重要的生物活性包括 抗癌、免疫辅药活性、降血脂活性、加速伤口愈合和止血活性、抗菌消炎活性、诱导植物抗 毒素活性和生物可降解性等。对甲壳素、壳聚糖进行生化性质改性．制造可实际应用的产品， 是当今广泛研究的领域之一。 １．２．１硫酸酯化及氧化 甲壳素、壳聚糖的硫酸酯化是其化学修饰中最为引人注目的领域。因为它与肝素具有相 似的分子骨架，经硫酸酯化后引入一ＮＨｓｏ３、－－ＣＯＯＨ、－－ＣＨ２ＣＯＯＨ、一ｃＨ２ｏＳＯ３基团后 得到肝素类似物．显示出抗凝血性。硫酸酯化试剂有浓硫酸、ＳＯ Ｏ３、氯磺酸，吡啶、ｓｏｄ 吡啶、ＳＯｙＤＭＦ等。反应一般是非均相进行．但壳聚糖可在ＤＭＦ中与以偶极离子存在的 ｓｏ３．ＤＭＦ的络台物进行均相反应，这种络合物的特点是稳定的，可以存在，能在低温进行 反应。对于甲壳素来说，硫酸酯化只能在羟基上进行；而对于壳聚糖，除在羟基上外还会在 氨基上进行硫酸酯化。磺化羟基化交联壳聚糖对血清中的低密度脂蛋白（ＬＤＬ）具有选择吸 附性能．是降解冠状动脉粥样硬化发病率的有效途径之一ＩｌⅢ。 甲壳素、壳聚糖的氧化同样是引人新官能团的重要方法，最典型的是壳聚糖的选择性氧 化。壳聚糖首先与高氯酸生成盐，氨基质子化而被保护，然后用三氧化铬进行氧化，可使 Ｃ 氧化成羧基，如果与硫酸酯化反应结合，可得到与肝素结构更加接近的产物。 １．２．２与杂环化合物的反应 通过还原烷基化，壳聚糖氨基和羧基化合物可在温和条件下发生Ｓｃｈｉｆ反应，其价键接 近的官能团而不影响多糖的整体性质。 壳聚糖与咪唑反应，咪唑通过亚甲基与壳聚糖氨基共价结合．增强壳聚糖的阳离子性。 咪唑基团的引入可影响壳聚糖的生物效应。实验证明咪唑改性壳聚糖对骨的形成具有刺激作 用Ⅲｊ。甲基吡咯烷壳聚糖是由天然壳聚糖改性的可吸收性聚合物．吡咯烷基团无规共价键合 在多糖上，吡咯烷亲水基团的引入，增强了壳聚糖对溶菌酶水解作用的敏感性。在兔胫骨损 伤修复实验中发现．甲基吡咯烷壳聚糖具有骨传导性。 １．３接枝反应 以过硫酸钾为引发剂，壳聚糖可与甲基丙稀酸甲酯（ＭＭＡ）发生接枝反应，壳聚糖氨 维普资讯 http://www.cqvip.com
第２期 肖振宇等：甲壳索、壳聚糖的改性 基参与了反应过程 。ＭＭＡ还能用三正丁基硼烷作引发剂在甲壳索上接枝，反应在水存在 下进行，经水溶剂化的甲壳索与三正丁基硼烷形成络合物．产生游离基，从而引发接枝反应。 ２物理改性 ２．Ｉ聚电解质复合 壳聚糖是聚阳离子聚合物，在各种生物流体中可与酸性蛋白质形成聚电解质复合物 。 壳聚糖与葡糖胺多糖如硫酸软骨素和透明质酸可形成聚电解质复合物。另外，将壳聚糖与水 杨酸衍生物聚（４－Ｎ．甲基丙烯酸氨基苯甲酸）等摩尔浓度混合，也可制得聚电解质互聚物。 卵磷脂是细胞质膜中的重要成分．具有带正电荷的极性头部和两条长的烃链，因而兼有亲水 性和疏水性。将卵磷脂与壳聚糖复合成膜，可提高膜的拉伸强度。将壳聚糖与明胶共混．同 样可提高壳聚糖的力学性能 。 ２．２小分子无机物填充 羟基磷灰石具有与人体骨组织中无机组成相同的化学组成——唾晶体结构，是一种较为 理想的骨替代材料，近年来广泛被用于生物材料的填充。在兔体中进行壳聚糖羟基磷灰石白 体硬化粥实验，证实复合物具有骨诱导特性 。相似的效应在兔骨膜内损伤也有报道 。 但壳聚糖使骨细胞增殖的机理还有待于进一步确认。 海藻酸钠是一种阴离子聚电解质，与ｃａＣｌ２交联形成微囊，微囊外表面与聚－Ｉ－赖氨酸离 子键合构成选择渗透膜，包埋同体或异体细胞（如胰岛和Ｉ￣３１２细胞）可治疗糖尿病等疾病。 另一项研究表明，壳聚糖与ＰＡＮ／ＰＶＣ复合时可支持成纤维细胞的粘附和扩散。海藻酸钠一 壳聚糖一海藻酸钠作肝细胞包囊可治疗大鼠急性肝功能衰竭 。 参１ ２ ＭｏｏｒＧ 考文献 （１１）：９１９—９２３ Ｎｉｓｈｉ Ｎ．ＳｔｕｄｉｅｓｏｉｌｃｈｉｔｉｎＶＩＩ．Ｐ－ｓｕｂｓｉｔｉｔｕｅｄ ｂｅｎｚｏｙｌｃｈｉｆｉｎｓ．Ｐｏｌｙｍ Ｊ，１９８２，１４ＲｏｂｅｒｔｓＧＡＥｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆｔｈｅ ｌｓ［ｉａｔｅ￣ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｉｌ ｃｈｉｉｔｎ／ｃｈｉｔｏｓａｎ，Ｍｕｚｚａｒｅｌｌｉ ＲＡＡ， ＰａｒｉｓｅＥＲ．Ｅｄｓ．Ｍ１ＴＳｅａＧｒａｎｔＲｅｐｏｒｔ，７８．７，１９８７，４２１－４２５ ３ Ｋｅｉｓａｋｅ ｋｕｌｄｔａ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｔｉｎ ａｎｄ ｃｈｉｔｓｏａｎ．Ｐｏｌｙｍ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ， １９９８，５９：１ １７－１２１ ４ Ｙａｍａｓａ Ｈ，Ｉｍｏｔｏ ９２：１６０～１６２ Ａ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｙｃｏｌｃｈｉｆｉｎ，ａ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｏｆ ｌｙｓｏｚｙｍｅ，Ｃａｒｂｏｈｙｄｒ．Ｒｅｓ，１９８１， ５ Ｈａｙｅｓ Ｅｍｃｓｔ Ｒ ＥＰ，０２６５ ５６１（ＡＬ）．１９８６ ６ Ｍｕｚｚａｒｅｌｉｌ Ｒ Ａ Ａ，Ｔａｎｆａｎｉ Ｅ Ｚｍａｎｕ￣ｌｉｉ Ｍ，ｅ【ａ１．Ｎ一（ｃａｒｂｏｘｙｍｅｉｉｙｌｆｉｄｅｎｅ）ｃｈｉｔｓｏａｎｓ ｎｄ ａＮ一（ｃａｒｂｏｘｙａｍｔｈｙ１） ｃｈｉｔｏｓａｎａ：Ｎｏｖｅｌ ｃｈｅｃａｔｉｎｇ ｐｏｌｙａｍｐｈｏｌｙｔｅｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｏｒｍ ｃｈｉｔｏｓａｎｇｌｙｏｘｙｌａｔｅ．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒ．Ｒｅｓ，１９８２．１０７：１９９ ７ Ｙａｌｐａｎｉ Ｍ，Ｈａｌｌ ＬＤ．Ｓｏｍｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ａｎａｌｙ ｃａ１ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆｐｏｌｙｓａｃｈａｒｉｄｅ ｍｏｄｉｉｃａｔｆｉｏｎｓ ３ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｄｅｒｉｒａｔｉｖｅ．ｓ．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ．１９８４．１７：２７２－２８１ ８ ＨａＵ Ｌ Ｄ，Ｈｏｌｍｅ Ｋ Ｒ．Ｔａｉｌｏｒｅｄ－Ｒｈｅｄｏｇｙ：ｃｈｉｔｏｓａｎ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｗｉｔｈ ｂｒａｎｃｈｅｄ ｐｅｎｄａｎｔ ｓｕｇａｒ ｃｈａｉｎｓ Ｊ Ｃｈｅｍ Ｃｏｍｍｕｎ。１９８ ６＇５：２１７￣２１８ ９ 王爱勤，俞贤达．烷基化壳聚糖衍生物的制备与性能研究．功能高分子学报，１９９８，１ １（１）：８３－８６ ｌＯ余艺华，顾汉卿，何炳林．磺化羟乙基胶联壳聚糖对血清中低密度脂蛋白的吸跗性研究．高分子学报， ｌ９９７（５）：６０６－６０９ 维普资讯 http://www.cqvip.com
广州化学 第２７卷 １ １ Ｍｕｚｚａｒｅｌｌｉ Ｒ Ａ Ａ，Ｍｏｔｔｉｏｉｌ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｐｉｃｉｌｌｉｎ １ｏａｄｅｄ ｍｅｔｈｙｐｙｗｏｌｉｄｉｎｏｎｅ ｃｈｉｔｏｓａｎ ａｎｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｎｔｉｃｒｏ：ｓｐｈｅｒｅｓ．Ｂｉｏｍａｔｅｆｉｌａｓ，１９９８，１９：１５７～１６１ １２汪艺 杨靖先．丘坤元．甲壳胺接枝聚合反应的研究．高分子学报 １９９４（２）：１８８－１９５ １３ Ａｆｌｌｌｅ Ｄｅｍｌｚｉｅｖｅ，ｅｔ ａｌ Ｃｈｉｔｏｓａｎ－ｃｈｏｎｄｒｏｉｉｆｎ ｓｕｌｆａｔｅ ａｎｄ ｃｈｉｔｏｓａｎ－ｈｙａｌｕｒｏｎａｔｅ ｐｏｌｙｅｌｅｃｔｒｄｙｔｅ．ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ： ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９８，１９：１２７５～１２８５ ｌ４奠秀梅．甲壳胺一明胶共混物的研究．高分子学报，１９９７，２：２２２～２２６ ｌ５ Ｋａｗａｋａｍｉ Ａｎｔｏｈ Ｍ ｅｔ ａｌ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｏｓｔｅｅｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ａ ｃｈｉｔｏｓａｎ—ｂｏｎｄｅｄ ｈｙｄｏｘｙａｐａｔｉｔｅ ｓｅｒｆ－ｈａｒｄｉｎｇ ｐｅｓｔｅｒ，Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９２，ｌ３：７５９～７６３ １６ Ｂｏｒａｈ Ｇ，Ｓｃｏｔｔ Ｇ，Ｗｏｒｔｌａａｍ Ｋ Ｉｎ：Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｋｉｔｉｎ ａｎｄ Ｃｈｉｔｏｓａｎ Ｅｌｓｅｖｉｅｒ．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ： ｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ． １９９２：４７—５３ １７宋继昌．李诗，杜智用微囊肝细胞治疗大鼠急性肝功能衰竭中国生物医学工程学报，１９９４，１３（３］： ２ｌ８－２２１ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｔｉｎ ａｎｄ Ｃｈｉｔｏｓａｎ ＸＩＡＯ Ｚｈｅｎ－ｙｕ，ＹＵＡＮ Ｘｕ—ｂｏ，ＳＨＥＮＧ Ｊｉｎｇ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ・＇ＶｔａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉｎａｊｉａ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｂｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔ０ ｉｎｆｆｏｄｕｃｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｔｏｓａｉｌ Ｔｈｅ ａｃｈｉｅｖｅ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｉｉｆｒｄｃｈｉｔｏｓａｎ ｂｙ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｈｉｔｉｎ；ｃｈｉｔｏｓａｎ；ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ （上接５３页） Ｒｅｃｅｎｔ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ Ｔｈｅ Ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ Ｄｒｕｇｓ－＿＿Ｂｉｓｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅｓ ＨＥ Ｑｉｎａ ，ＬＩ Ｙｏｎｇ．ｇａｎｇ （１．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｈｏｏｌ ｏｆ１ｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｉｉｎ ３０００７２） （ＩｎｓｆｉｔｕｔｅｏｆＰｅｓｔｉｃｉｄｅｓ＆ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ ｏｆＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３７） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｓｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅｓ ａ ｎｅｗ ｎａｔｉｃａｎｃｅｒ ｄｒｕｇｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎｅｄ ａｓ ＤＮＡ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｏｒｓ Ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｖｉｅｗ，ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄｓ．ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｎａｄ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｗｉ血ＤＮＡ ａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄ： ａｎｆｉｃａｎｃｅｒ ｄｒｕｇｓ；ＤＮＡ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｏｒｓ；ｂｉｓｎａｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅｓ； ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ； ＳｌｌｌｌＣｔｕｒｅ ａｎｄ ｃａｔｉｖｉｔｙ 。
