Phương trình phản ứng điều chế chitosan từ chitin :
ONHCOCH3 NHCOCH3 OH CH2OH * O * n nNaOH 50% 110-1200C O NH2 OH CH2OH * O * n + nCH3COONa
Quá trình điều chế chitosan từ chitin thực chất là quá trình deacetyl hoá (deacetylation) chitin, chuyển hoá nhóm –NHCOCH3 thành nhóm –NH2 và loại bỏ nhóm acetyl -CH3CO, chuyển hoá thành muối natri (CH3COONa). Để thực hiện được quá trình deacetyl hoá hoàn toàn, chúng tôi sử dụng NaOH đậm đặc 50%, thời gian là 4 giờ với nhiệt độ ở 110 - 1200C. Ở đây dựa vào tính chất chitosan tan được trong dung dịch axit loãng tạo thành dung dịch keo trong suốt, trong khi đó chitin không tan do đó chúng tôi sơ bộ kiểm tra mức độ chuyển hóa chitin thành chitosan bằng cách lấy một ít sản phẩm cho vào CH3COOH 1%, nếu sản phẩm tan tạo thành dung dịch keo trong suốt là được. Sau đó rửa trung tính và sấy khô, chitosan thu được có màu trắng sáng. Quá trình điều chế chitosan từ chitin cho hiệu suất tương đối cao (63,3 – 74,7%).
4.3. Điều chế glucosamin hydroclorua (glu.HCl)
Glucosamin là đơn vị cấu thành lên chitosan, các phân tử glucosamin liên kết với nhau bằng liên kết glucozit tạo nên phân tử chitosan, mặt khác chitosan lại là sản phẩm của quá trình deacetyl chitin, do đó để điều chế glu.HCl ta có thể đi theo hai con đường :
1. Từ chitin dùng axit HCl đặc 36%, ở nhiệt độ cao thực hiện thủy phân cắt mạch thu được glucosamin.
2. Thủy phân cắt mạch chitosan bằng axit HCl đặc (36%) ở nhiệt độ cao để thu được glucosamin.
4.3.1. Điều chế glu.HCl đi từ chitin
Phương trình thuỷ phân chitin bằng axit HCl:
Chitin HCl 36% acetyl glucosamin glu.HCl + CH3COOH H2O, T0cao HCl 36% H2O, T0cao O NHCOCH3 OH CH2OH O O O NHCOCH3 OH CH2OH O HCl 36% O OH OH NHCOCH3 OH CH2OH HCl 36% H2O, T0cao O OH OH NH3Cl OH CH2OH + CH3COOH H2O, T0cao
Phản ứng thủy phân cắt mạch chitin để thu glucosamin phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Qua tham khảo tài liệu chúng tôi đã khảo sát thời gian tối ưu cho phản ứng và kết quả cho thấy thời gian phản ứng 4 giờ là tốt nhất (hiệu suất 62,8%). Nếu kéo dài thêm thì hiệu suất phản ứng cũng không tăng lên. Điều này phù hợp với các kết quả đã công bố. Do đó chúng tôi chọn thời gian để khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố tiếp theo là 4 giờ.
Qua thực nghiệm chúng tôi thấy rằng khi cho HCl đặc vào trong bình cầu với chitin nếu khuấy ở nhiệt độ phòng thì chitin có tan nhưng thời gian tan kéo dài rất lâu (2 giờ) và tạo hỗn hợp có độ nhớt cao. Nếu tăng dần nhiệt độ lên thì đến 70oC chitin tan rất nhanh. Do đó chúng tôi đã khảo sát phản ứng này ở các nhiệt độ khác nhau và kết quả cho thấy:
- Ở nhiệt độ phòng sau khi chitin tan hết chúng tôi tiếp tục khuấy trong khoảng thời gian 4giờ. Lúc này thu đươc dịch keo không màu, rất khó khăn trong vấn đề lọc, chúng tôi tiến hành pha loãng với methanol rồi lọc, dịch lọc được tẩy màu bằng than hoạt tính ở nhiệt độ 55 - 60oC, cô dịch lọc để đuổi methanol và loại bớt nước, để kết tinh qua đêm nhưng không thấy glucosamin kết tinh ra.
- Ở nhiệt độ 55 - 60oC kết quả cho thấy là thời gian để chitin tan nhanh hơn nhiều (40 - 50 phút), dịch thu được có màu vàng rồi chuyển sang nâu đen, dịch thu được vẫn có độ nhớt lớn, vẫn phải pha loãng với methanol để thuận lợi cho quá trình lọc, tẩy màu, cô dịch lọc như trên, để kết tinh qua đêm và hiệu suất glu.HCl thu được tương đối thấp (36,6%).
- Nếu tăng nhiệt độ lên đến 70oC chitin tan rất nhanh (2 – 3 phút) , dịch thu được có độ nhớt vừa phải, có thể lọc được luôn mà không cần pha loãng với methanol. Tẩy màu bằng than hoạt tính, cô dịch lọc, để kết tinh qua đêm. Hiệu suất glu.HCl thu được tương đối cao (62,8%).
Trong tất cả các trường hợp chúng tôi đều cô đuổi bớt dung môi là methanol và nước vì glu.HCl tan rất tốt trong nước (độ tan 01g/ml).
Sau khi chọn được thời gian và nhiệt độ tối ưu, chúng tôi cũng đã tiến hành khảo sát nồng độ HCl tới hiệu suất phản ứng. Thực nghiệm được tiến hành trên các dung dịch HCl có nồng độ lần lượt là 10%, 20% và HCl đặc (35 - 37%) với tổng lượng mol HCl đưa vào là như nhau. Kết quả cho thấy ở các nồng độ HCl 10% và 20% gần như không thu được glu.HCl. Do đó với phản ứng này yêu cầu phải dùng HCl đặc (36 - 37%).
Qua đó chúng tôi đưa ra yêu cầu để thu được glu.HCl với hiệu suất tương đối cao thì điều kiện của phản ứng là dùng HCl đặc (35 - 37%), nhiệt độ phản ứng là 90 - 95oC, thời gian phản ứng là 4 giờ.
4.3.2. Điều chế glu.HCl từ chitosan
Phương trình phản ứng: