基本內容
中文名稱:羧甲基殼聚糖
英文名稱:Carboxymethyl chitosan
英文別名:Carboxymethylchitosan; N-Carboxymethylchitosan
CAS:83512-85-0
簡介
羧甲基殼聚糖羧甲基殼聚糖是一種水溶性殼聚糖衍生物，有許多特性，如抗菌性強，具有保鮮作用，是一種兩性聚電解質等。在化妝品、保鮮、醫藥等方面有多種套用，也是近年來研究得較多的殼聚糖衍生物之一。
羧甲基殼聚糖也可像羧甲基甲殼素的製備那樣，在鹼的存在下用氯乙酸與之反應而得到，但羧甲基甲殼素的羧甲基是在糖殘基的C6-OH上發生取代，有少量羧甲基在C3-OH上發生取代，生成的是O-羧甲基甲殼素。殼聚糖的情況則要複雜-些，羧甲基既會在-OH上發生取代，也會在-NH上發生取代，生成O-羧甲基和N-羧甲基殼聚糖，實際上有如下幾種可能的取代情況: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。由於C3上的位阻效應以及C2和C3之間的分子內氫鍵，使C3位上的羧甲基化較難發生，所以羥基上的羧甲基取代，C3-O-羧甲基較少一些，而以C6-O-羧甲基為主。對於C6-OH與C2--NH來說，在鹼性條件下羧甲基在羥基上的取代活性要高於氨基，因此，當取代度小於1時，羧甲基的取代主要是在羥基上而不是氨基上，只有取代度接近1和高於1時，才會同時在氨基上發生羧甲基取代，形成O,N-羧甲基殼聚糖。羧甲基殼聚糖的水溶性，除了因為它是一種羧酸鈉鹽而溶於水外，還有一個原因是羧甲基的導入，破壞了殼聚糖分子的二次結構，使其結晶度大大降低，幾乎成為無定形。
製備方法
(1)將殼聚糖溶於稀乙酸中，用過量的丙酮沉澱，得到殼聚糖乙酸鹽，轉入帶有攪拌的反應瓶中，加入一定量的NaOH溶液和異丙醇，邊攪拌邊滴加氯乙酸的異丙醇溶液，控制反應溫度為70℃，反應數小時，冷卻至室溫，用稀酸調pH值至中性，用85%甲醇洗滌，乾燥，即得羧甲基殼聚糖。
(2)將純化好的殼聚糖裝入帶有攪拌的反應瓶中，加入一定量的20%NaOH溶液和異丙醇，在室溫下攪拌60min，然後滴加氯乙酸的異丙醇溶液，在室溫下反應5h，然後用稀鹽酸中和至pH值為7，用丙酮沉澱產物，過濾，用85%甲醇溶液洗滌直至無氯離子，再用無水甲醇洗滌，60℃下真空乾燥，即得產品。
(3)將2鮑殼聚糖加到200mL正丁醇中，室溫攪拌溶脹20min，分6次加入lOmol/L NaOH溶液，每次50mL, 40min一次，最後一次加完後再攪拌40rnin，得到鹼性殼聚糖，然後把24g固體氯乙酸分5次加入，5min一次，在55~75℃攪拌反應3h，接著加入17mL水，用冰醋酸調pH值至7，抽濾，用70%甲醇300mL分次洗滌，抽乾後，再用300mL無水乙醇分次洗滌，於60℃真空二乾燥，得產品。羧甲基化反應溫度分別為55℃, 60℃, 65℃, 70℃和75℃，產量分別為31. 0g,33.8g, 36.58, 34.0g和33.2g, 65℃時最高。
(4)把甲殼素於一定溫度下在40%~60%NaOH溶液中浸泡0. 5~5h，然後邊攪拌邊加入氯乙酸，再在0~70℃反應0. 5~5h，鹼酸質量比控制在(1.2~1.6):1，在0-80℃保溫5~36h，然後用稀鹽酸中和，分離產物，用75%乙醇溶液洗滌，於60℃乾燥。這個方法也可製備羧甲基殼聚糖。
(5) 15g殼聚糖先在50%(w/w) NaOH溶液中鹼化，然後加150mL異丙醇攪拌，加入18g氯乙酸，在65℃反應2h，用酸中和，70%甲醇多次洗滌，然後溶於水中，再用丙酮沉澱，過濾，用無水乙醇反覆洗滌，過濾，真空乾燥，得到精製的羧甲基殼聚糖。
(6) 3g粉狀殼聚糖懸浮於100mL濃度分別為25%, 30%, 35%,40%的NaOH溶液中，加入5g氯乙酸與冰醋酸的混合液(摩爾比為1:1)，在30℃下反應，每隔1h加入5g氯乙酸與冰醋酸的混合液攪拌反應6h，最後用鹽酸中和，過濾，用甲醇反覆洗滌，乾燥，得產物。
(7) 10g殼聚糖溶於1000mL 1%乙酸溶液中，加入200mL氯乙酸鈉(氯乙酸用氫氧化鈉溶液中和)及50%氫氧化鈉溶液150mL，室溫間歇攪拌反應4h，用酸中和停止反應，離心分離沉澱，溶於鹼，過濾，濾液再中和，離心分離沉澱，用甲醇洗滌，乾燥，得產物。
(8)超音波法製備羧甲基殼聚糖，可顯著縮短反應時間，提高羧甲基的取代度。將0. 5g殼聚糖與5mL異丙醇、10ml 30 %NaOH溶液混合，再加入溶於10rnl異丙醇的氯乙酸(殼聚糖與氯乙酸的質量比為1：4~5)，在三角瓶中搖盪幾分鐘後，置於超音波清洗器中，用水作振盪介質，調節輸出功率40W，升溫到60℃反應3h，之後傾去上層清液，向粘狀物中加入40rnL水，充分攪拌溶解，用1000鹽酸中和到pH值為7,濾去不溶物，濾液中加入適量甲醇沉澱，過濾，無水乙醇洗滌，100℃烘乾，即得產物。
以上8種方法，各不相同，各有利弊，可以選擇使用。
主要藥理作用
抗菌抗感染
羧甲基殼聚糖及其多種 衍生物均具有不同程度的抗感染作用，以殼聚糖六聚糖為最強。小分子的脫乙醯殼聚糖具有質子化銨，質子化銨與細菌帶負電荷的細胞膜作用，吸附和聚沉細菌，同時穿透細胞壁進入細胞內，擾亂細菌的新陳代謝及合成而具有抗菌作用。夏文水、吳焱楠研究認為，相對分子量為1500的脫乙醯殼聚糖對大腸桿菌的抑制效果最強，隨著分子量增大，則抑菌作用下降。正光華發現，脫乙醯殼聚糖對金黃葡萄球菌、大腸桿菌、小腸結尖耶爾氏菌、鼠傷寒沙門氏菌和李斯特單核增生菌，均有較強的抑制作用。中國紡織大學吳清基教授已成功地將羧甲基殼聚糖製成無紡布、流延膜、塗層紗布等多種醫用敷料用於臨床，其中羧甲基殼聚糖與醋酸製成的無紡布透氣透水性能極佳，用於大面積燒傷燙傷，抗感染和促進傷口癒合效果很好。目前上海市每年可生產羧甲基殼聚糖醫用材料約100噸。
降脂和防治動脈硬化
魏濤等採用含膽固醇1%和脫氧膽酸鈉0.2%的合成飼料餵大鼠28天，在誘發高血脂症的同時，經口服脫乙醯殼聚糖觀察其對高血脂症的影響。實驗設高脂對照組和低、中、高三個劑量實驗組。結果表明，脫乙醯羧甲基殼聚糖中、高劑量組的總膽固醇及總甘油三酯含量與高脂對照組比較，前者降低了10.5%、14.2%，後者降低了18.8%和26.1%，低、中、高劑量三實驗組的高密度脂蛋白膽固醇與高脂對照組比較，分別升高了16.5%、32.7%和50.4%。顧雲等對31例高血脂成人患者進行口服脫乙醯殼聚糖降脂試驗，30日後檢查，膽固醇、甘油三酯下降，低密度脂蛋白膽固醇下降，高密度脂蛋白膽固醇、脂蛋白均無明顯變化。
抗病毒
許多科學家已從多方面證實了殼聚糖硫酸酯的抗病毒活性。Derek Horton等證明氨基上含有SO42-的殼聚糖衍生物對血液病毒有顯著抑制作用。1992年Vorcellotti等發現殼聚糖磺化衍生物能抑制哺乳動物的病毒感染，特別是能抑制和治療愛滋病病毒感染，抑制其複製的IC50為7微克/毫升，同時也能抑制勞舍氏白血病病毒和單純皰疹病毒。
抗腫瘤
小分子殼聚糖具有優良的抗腫瘤活性，特別是殼聚糖六聚糖具有很強的抑制腫瘤的作用。日本愛媛大學奧田教授經實驗確認，殼聚糖在64微克/毫升的濃度時就能增強淋巴球細胞殺死癌細胞的作用。鈴木茂生報導，脫乙醯殼聚糖能直接抑制艾氏腹水癌細胞的作用，在含有1×105的癌細胞溶液中，加入0.5毫克/毫升的脫乙醯殼聚糖，24小時後癌細胞完全死亡。Saiki I報導，硫酸殼聚糖和硫酸羧甲基殼聚糖對黑色素瘤腫瘤細胞有明顯的抑制作用，且作用呈量效關係。福建師範大學劉艷如等對小白鼠接種S180腫瘤細胞，設對照組和羧甲基殼聚糖實驗組，實驗表明脫乙醯殼聚糖對S180小鼠癌細胞有明顯的抑制作用。目前國內外研究者對其抗腫瘤作用十分關注。
抗凝血
Muzzarelli等在五六十年代就充分認識到殼聚糖硫酸酯的化學結構與肝素相似，預示此類化合物有抗凝血活性。1985年Hirano報導，分子量26000,O-位雙硫酸酯羧甲基殼聚糖的抗凝血活性是肝素（174單位/毫克）的1.9～2.2倍。
降血糖
陝西科技大學來水利、王克玲 在其文獻中，列舉了大量的實例及有關科研人員的報導。甲殼胺的衍生物水溶性殼聚糖，對降血糖、胰島細胞增殖、胰島素分泌作用顯著。
其他
張桂英等證明，脫乙醯殼聚糖具有良好的抗輻射性能。蔣莉等研究表明，脫乙醯殼聚糖能保護肝臟，提高肝臟抗氧化能力。瀋陽鐵路總醫院高風蘭套用脫乙醯羧甲基殼聚糖口服治療心絞痛5人、心律失常4人、頑固性心衰4人，均收到滿意療效。此外，某些羧甲基殼聚糖衍生物能結合Fe2+，增強胃腸道的吸收功能，用於治療鐵缺乏症。
