标题：羧甲基壳聚糖
基本信息
中文名称:羧甲基壳聚糖[1] 
英文名称:Carboxymethyl chitosan
英文别名:Carboxymethylchitosan; N-Carboxymethylchitosan
CAS:83512-85-0
简介
  羧甲基壳聚糖是一种水溶性壳聚糖衍生物，有许多特性，如抗菌性强，具有保鲜作用，是一种两性聚电解质等。在化妆品、保鲜、医药等方面有多种应用，也是近年来研究得较多的壳聚糖衍生物之一。
羧甲基壳聚糖也可像羧甲基甲壳素的制备那样，在碱的存在下用氯乙酸与之反应而得到，但羧甲基甲壳素的羧甲基是在糖残基的C6-OH上发生取代，有少量羧甲基在C3-OH上发生取代，生成的是O-羧甲基甲壳素。壳聚糖的情况则要复杂-些，羧甲基既会在-OH上发生取代，也会在-NH上发生取代，生成O-羧甲基和N-羧甲基壳聚糖，实际上有如下几种可能的取代情况:C6-O-羧甲基、C2-N_羧甲基、C3-O-羧甲基、C6-O， C2-N-羧甲基、C6-O， C3- O， C2-N-羧甲基等。由于C3上的位阻效应以及C2和C3之间的分子内氢键，使C3位上的羧甲基化较难发生，所以羟基上的羧甲基取代，C3-O-羧甲基较少一些，而以C6-O-羧甲基为主。对于C6-OH与C2--NH来说，在碱性条件下羧甲基在羟基上的取代活性要高于氨基，因此，当取代度小于1时，羧甲基的取代主要是在羟基上而不是氨基上，只有取代
度接近1和高于1时，才会同时在氨基上发生羧甲基取代，形成O,N-羧甲基壳聚糖。
羧甲基壳聚糖的水溶性，除了因为它是一种羧酸钠盐而溶于水外，还有一个原因是羧甲基的导入，破坏了壳聚糖分子的二次结构，使其结晶度大大降低，几乎成为无定形。
制备方法
(1)将壳聚糖溶于稀乙酸中，用过量的丙酮沉淀，得到壳聚糖乙酸盐，转入带有搅拌的反应瓶中，加入一定量的NaOH溶液和异丙醇，边搅拌边滴加氯乙酸的异丙醇溶液，控制反应温度为70℃，反应数小时，冷却至室温，用稀酸调pH值至中性，用85%甲醇洗涤，干燥，即得羧甲基壳聚糖。[2]
(2)将纯化好的壳聚糖装入带有搅拌的反应瓶中，加入一定量的20%NaOH溶液和异丙醇，在室温下搅拌60min，然后滴加氯乙酸的异丙醇溶液，在室温下反应5h，然后用稀盐酸中和至pH值为7，用丙酮沉淀产物，过滤，用85%甲醇溶液洗涤直至无氯离子，再用无水甲醇洗涤，60℃下真空干燥，即得产品。[2]
(3)将2鲍壳聚糖加到200mL正丁醇中，室温搅拌溶胀20min，分6次加入lOmol/L NaOH溶液，每次50mL, 40min一次，最后一次加完后再搅拌40rnin，得到碱性壳聚糖，然后把24g固体氯乙酸分5次加入，5min一次，在55~75℃搅拌反应3h，接着加入17mL水，用冰醋酸调pH值至7，抽滤，用70%甲醇300mL分次洗涤，抽干后，再用300mL无水乙醇分次洗涤，于60℃真空二干燥，得产品。羧甲基化反应温度分别为55℃, 60℃, 65℃, 70℃和75℃，产量分别为31. 0g,33.8g, 36.58, 34.0g和33.2g, 65℃时最高。[2]
(4)把甲壳素于一定温度下在40%~60%NaOH溶液中浸泡0. 5~5h，然后边搅拌边加入氯乙酸，再在0~70℃反应0. 5~5h，碱酸质量比控制在(1.2~1.6):1，在0-80℃保温5~36h，然后用稀盐酸中和，分离产物，用75%乙醇溶液洗涤，于60℃干燥。这个方法也可制备羧甲基壳聚糖。[2]
(5) 15g壳聚糖先在50%(w/w) NaOH溶液中碱化，然后加150mL异丙醇搅拌，加入18g氯乙酸，在65℃反应2h，用酸中和，70%甲醇多次洗涤，然后溶于水中，再用丙酮沉淀，过滤，用无水乙醇反复洗涤，过滤，真空干燥，得到精制的羧甲基壳聚糖。[2]
(6) 3g粉状壳聚糖悬浮于100mL浓度分别为25%, 30%, 35%,40%的NaOH溶液中，加入5g氯乙酸与冰醋酸的混合液(摩尔比为1:1)，在30℃下反应，每隔1h加入5g氯乙酸与冰醋酸的混合液搅拌反应6h，最后用盐酸中和，过滤，用甲醇反复洗涤，干燥，得产物。[2]
(7) 10g壳聚糖溶于1000mL 1%乙酸溶液中，加入200mL氯乙酸钠(氯乙酸用氢氧化钠溶液中和)及50%氢氧化钠溶液150mL，室温间歇搅拌反应4h，用酸中和停止反应，离心分离沉淀，溶于碱，过滤，滤液再中和，离心分离沉淀，用甲醇洗涤，干燥，得产物。[2]
(8)超声波法制备羧甲基壳聚糖，可显著缩短反应时间，提高羧甲基的取代度。将0. 5g壳聚糖与5mL异丙醇、10ml 30 %NaOH溶液混合，再加入溶于10rnl异丙醇的氯乙酸(壳聚糖与氯乙酸的质量比为1：4~5)，在三角瓶中摇荡几分钟后，置于超声波清洗器中，用水作振荡介质，调节输出功率40W，升温到60℃反应3h，之后倾去上层清液，向粘状物中加入40rnL水，充分搅拌溶解，用1000盐酸中和到pH值为7,滤去不溶物，滤液中加入适量甲醇沉淀，过滤，无水乙醇洗涤，100℃烘干，即得产物。[2]
以上8种方法，各不相同，各有利弊，可以选择使用。
主要药理作用
1.抗菌抗感染羧甲基壳聚糖及其多种衍生物均具有不同程度的抗感染作用，以壳聚糖六聚糖为最强。小分子的脱乙酰壳聚糖具有质子化铵，质子化铵与细菌带负电荷的细胞膜作用，吸附和聚沉细菌，同时穿透细胞壁进入细胞内，扰乱细菌的新陈代谢及合成而具有抗菌作用。夏文水、吴焱楠研究认为，相对分子量为1500的脱乙酰壳聚糖对大肠杆菌的抑制效果最强，随着分子量增大，则抑菌作用下降。正光华发现，脱乙酰壳聚糖对金黄葡萄球菌、大肠杆菌、小肠结尖耶尔氏菌、鼠伤寒沙门氏菌和李斯特单核增生菌，均有较强的抑制作用。中国纺织大学吴清基教授已成功地将羧甲基壳聚糖制成无纺布、流延膜、涂层纱布等多种医用敷料用于临床，其中羧甲基壳聚糖与醋酸制成的无纺布透气透水性能极佳，用于大面积烧伤烫伤，抗感染和促进伤口愈合效果很好。目前上海市每年可生产羧甲基壳聚糖医用材料约100吨。2.降脂和防治动脉硬化魏涛等采用含胆固醇1%和脱氧胆酸钠0.2%的合成饲料喂大鼠28天，在诱发高血脂症的同时，经口服脱乙酰壳聚糖观察其对高血脂症的影响。实验设高脂对照组和低、中、高三个剂量实验组。结果表明，脱乙酰羧甲基壳聚糖中、高剂量组的总胆固醇及总甘油三酯含量与高脂对照组比较，前者降低了10.5%、14.2%，后者降低了18.8%和26.1%，低、中、高剂量三实验组的高密度脂蛋白胆固醇与高脂对照组比较，分别升高了16.5%、32.7%和50.4%。顾云等对31例高血脂成人患者进行口服脱乙酰壳聚糖降脂试验，30日后检查，胆固醇、甘油三酯下降，低密度脂蛋白胆固醇下降，高密度脂蛋白胆固醇、脂蛋白均无明显变化。3.抗病毒许多科学家已从多方面证实了壳聚糖硫酸酯的抗病毒活性。Derek Horton等证明氨基上含有SO42-的壳聚糖衍生物对血液病毒有显著抑制作用。1992年Vorcellotti等发现壳聚糖磺化衍生物能抑制哺乳动物的病毒感染，特别是能抑制和治疗艾滋病病毒感染，抑制其复制的IC50为7微克/毫升，同时也能抑制劳舍氏白血病病毒和单纯疱疹病毒。4.抗肿瘤小分子壳聚糖具有优良的抗肿瘤活性，特别是壳聚糖六聚糖具有很强的抑制肿瘤的作用。日本爱媛大学奥田教授经实验确认，壳聚糖在64微克/毫升的浓度时就能增强淋巴球细胞杀死癌细胞的作用。铃木茂生报道，脱乙酰壳聚糖能直接抑制艾氏腹水癌细胞的作用，在含有1×105的癌细胞溶液中，加入0.5毫克/毫升的脱乙酰壳聚糖，24小时后癌细胞完全死亡。Saiki I报道，硫酸壳聚糖和硫酸羧甲基壳聚糖对黑色素瘤肿瘤细胞有明显的抑制作用，且作用呈量效关系。福建师范大学刘艳如等对小白鼠接种S180肿瘤细胞，设对照组和羧甲基壳聚糖实验组，实验表明脱乙酰壳聚糖对S180小鼠癌细胞有明显的抑制作用。目前国内外研究者对其抗肿瘤作用十分关注。5.抗凝血Muzzarelli等在五六十年代就充分认识到壳聚糖硫酸酯的化学结构与肝素相似，预示此类化合物有抗凝血活性。1985年Hirano报道，分子量26000,O-位双硫酸酯羧甲基壳聚糖的抗凝血活性是肝素（174单位/毫克）的1.9～2.2倍。6.降血糖陕西科技大学来水利、王克玲 在其文献中，列举了大量的实例及有关科研人员的报道。甲壳胺的衍生物水溶性壳聚糖，对降血糖、胰岛细胞增殖、胰岛素分泌作用显著。7.其他张桂英等证明，脱乙酰壳聚糖具有良好的抗辐射性能。蒋莉等研究表明，脱乙酰壳聚糖能保护肝脏，提高肝脏抗氧化能力。沈阳铁路总医院高风兰应用脱乙酰羧甲基壳聚糖口服治疗心绞痛5人、心律失常4人、顽固性心衰4人，均收到满意疗效。此外，某些羧甲基壳聚糖衍生物能结合Fe2+，增强胃肠道的吸收功能，用于治疗铁缺乏症。