độ cao
Phản ứng đeaxetyl hóa chitin trong môi trường kiềm thực chất là phản ứng thủy phân nhóm axetamit. Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 120°c, nồng độ NaOH 50%, thời gian 12 giờ.
S ơ đồ 1.11: Phản ứng đeaxetyl hóa chitin
Hiệu suất phản úng đeaxetyl hóa tính theo công thức {2.2} phần thực nghiệm: G|%= 26g/37,5g~70%. Như vậy, hiệu suất phản ứng đeaxetyl hóa là khá cao.
Chitosan thu được từ phản úng đeaxetyl hóa chitin có dạng màu trắng, xốp, tan tốt trong m ôi trường axit loãng n h ư axit axetic 1%.
3.1.2.1. Phổ hồng ngoại
Có thể nhận thấy rằng, phổ đồ của chitosan thu được không thay đổi nhiều so với (3-chitin (hình 3.2). Các tín hiệu đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết O-H và liên kết C-H hầu như không đổi. Sự giảm cường độ pic
1654,4 cm' 1 đặc trung cho dao động hóa trị của liên kết c=0 của nhóm amit và sự xuất hiện pic tại 1632 cm' 1 đặc trung cho dao động biến dạng của liên
kết N-H (của nhóm NH2).
Wavenumbers (cm -1) Dale Sal May 02 10 00 11 2015 M2 KBr
Scans 32 Resolution 4 000
Hình 3.2:Phô hong ngoại của P-chitosan
Dựa trên phổ IR, từ công thức {2.3} phần thực nghiệm tính được:
A 0 0 7 4
DA% = 115= - 1——xl 15~ 30% ^3450 0,2 84
3.1.2.2. P hắx-R ay
Phổ X-ray của chitosan điều chế từ mai mực ống (hình 3.3) cho thấy đỉnh nhiễu xạ ở vị trí góc 20 w 8,8 và 20 A°. Ket quả này phù họp với các công bố về đặc tính kết tinh của Ị3-chitosan.
Hình 3.3: Giản đồ nhiều xạ tia X của chitosan 3.1.2.3. Khối lượng phân tử
Ket quả đo áp suất thẩm thấu của dung dịch tại các nồng độ khác nhau được trình bày ở bảng 3.2.
Bảng 3.2 : Ket quả đo ảp suất thắm thấu của chitosan tại các nằng độ
khác nhau
Tên mẫu c (g/1 0 0 ml) dn (kêt quả trung
bình 3 lần đo) n (cm) n / c Mâu 1 0,025 30 0,314 12,58 Mâu 2 0,05 98 1,027 20,547 Mâu 3 0,1 341,6 3,582 35,817 Mâu 4 0,2 1225 12,842 64,209 Mâu 5 0,4 47,05 49,327 123,317
Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ của c và n / c (hình 3.4) để tìm giá trị ngoại suy của n / c khi C—»0. Thay các giá trị vào công thức {2.5}, khối lượng phân tử trung bình của chitosan điều chế được là: 45594 g/mol tương đương với 453 KDa, khối lượng phân tử của chitin/chitosan nằm trong khoảng 50-Ỉ-2000 KDa.
3,1.3.Điều chế chitosan có DA thấp
Hình 3.5: Phó FT-IR của P-chỉtosan theo phương pháp phá kết tinh
Từ phổ hồng ngoại (hình 3.2) của chitosan thu được từ phản ứng deaxetyl hóa một lần chitosan thu được ở mục 3.1.2 trong dung dịch NaOH 50% và theo phương pháp phá kết tinh (hình 3.5) cho thấy cường độ pic hấp thụ đặc trung cho dao động hoá trị liên kết c = 0 của nhóm axetamit giảm mạnh, đồng thời xuất hiện píc hấp thụ tại 1603 cm' 1 đặc trưng cho dao động biến dạng của liên kết N-H.
Theo công thức {2.3} phần thực nghiệm, P-chitosan nhận được có DA« 0 % (hay DDA«100%), phản ứng deaxetyl hoá gần như diễn ra hoàn toàn.
3.1.3.2. Khối lượng phân tử
Ket quả đo áp suất thẩm thấu (ĨI) của chitosan điều chế theo phương pháp phá kết tinh được trình bày ở bảng 3.3. Khối lượng phân tủ’ chitosan tính được: Mn ~41326 g/mol tương đương với 410 KDa. Như vậy, phản ứng cắt mạch giảm khối lượng phân tử diễn ra song song với phản ứng deaxetyl hóa chitosan.
Bảng 3.3: Kết quả đo áp suất thấm thấu của chitosan DA^O (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tên mẫu C(g/100ml) dn (trung bình 3 lân đo) n (cm) n / c
MI 0,025 25,76 0,27 10,8
M2 0,05 89,22 0,935 18,70
M3 0,1 318,6 3,050 30,5
M4 0,2 291,1 11,46 57,3
H ình 3.6: Đồ thị biếu diễn mối quan hệ giữa n/c và c
Nhân xét 1:
+ Đã tách được chitin từ mai mực ống, hàm lượng chitin khoảng 37,5% + Đã điều chế được chitosan từ chitin thông qua phản ứng đeaxetyl hóa. Độ đeaxetyl hoá đạt được khi đeaxetyl hóa một lần trong dung dịch NaOH 50%, nhiệt độ 120°c là ~30%, khối lượng phân tử 453 KDa. Sử dụng phương pháp phá kết tinh thu được chitosan có độ axetyl hóa «0%, khối lượng phân tử 410 KDa.
3.2. Khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến phản ứng điều chế chỉtosan khối lượng phân tử thấp
3.2. 1. Anh hưởng của nồng độ axít HCl đến khối lượng phân tử trung bình (M n) sản phấm phản ứng đề polyme hoá chitosan
Đe nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit tới khả năng phản ứng đề polyme hóa chitosan (sử dụng hai loại chitosan có độ đề axetyl hóa ~ 30% và độ đề axetyl h ó a ~ 0 % th u đ ư ợ c ở trên), tiến h àn h th ự c hiện p h ản ứ n g cắt mạch sử dụng các dung dịch axit có nồng độ khác nhau: 0,1; 0,5; 1,0 ; 1,5 và
2,0 N ở 80°c, thời gian 12 giờ. Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ axit thông qua khối lượng phân tủ’ trung bình số (xác định theo phương pháp đo áp suất thẩm thấu, sử dụng thiết bị OSMOMAT 090). Ket quả được trình bày ở bảng 3.4 sau:
Bảng 3.4: Kết quả xác định khối lượng phân tử khỉ sử dụng nồng độ axit khác nhau
Chitosan (DA~30%) Chitosan (DA~0%)
CM HC1 (N) Mn (Da) CM HC1 (N) Mn (Da) 0,1 45213 0,1 40563 0,5 17541 0,5 16859 1,0 8237 1,0 7542 1,5 7963 1,5 7489 2,0 7859 2,0 7425
Ket quả thu được ở trên cho thấy, khi tăng nồng độ axit thì khả năng phản ứng đề polyme hóa đối với cả hai loại chitosan đều tăng lên (thể hiện ở sự giảm mạnh khối lượng phân tử của chitosan). Ket quả trên cũng cho thấy nếu nồng độ axít HC1 cao thì sản phẩm phản ứng đề polyme hoá có khối lượng phân tử trung bình nhỏ, khả năng tan trong nước dễ hơn chitosan. Nhung phản úng có nhược điểm khó khăn trong việc thu hồi sản phẩm, lượng hoá chất dư thừa lớn gây ô nhiễm môi trường, chi phí hoá chất cao. Neu nồng độ axít HC1 thấp thì sản phẩm thu được có (Mn ) lớn, khả năng tan trong nước kém, khó úng dụng trong nông nghiệp. Vậy nồng độ HC1 thích họp nhất là IN, sản phẩm thu được có n>20 (M n <10.000 Da) ở điều kiện phản úng này có thể khắc phục những hạn chế trên.
sản phẩm phản ủng đề polyme hoá chitosan
Nhiệt độ phản ứng là yếu tố rất quan trọng đặc biệt khi phản ứng thực hiện trên quy mô lớn. Đe nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, tiến hành khảo sát phản ứng cắt mạch ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau trong khoảng từ 30 -r 100°c, sử dụng axit có nồng độ IN, thời gian phản ứng 12 giờ. Ánh hưởng của nhiệt độ đến phản ứng đề polyme hóa chitosan được đánh giá thông qua khối lượng phân từ của sản phấm chitosan thu được. Ket quả được trình bày ở b ản g 3.5 sau:
Bảng 3.5 : Kết quả xác định khối lượng phân tử khi phản ứng thực hiện ở 3.2,2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khối lượng phân tử trung bình ( Mn)
nhiệt độ khác nhau
Chitosan (DA~30%) Chitosan (DA~0%)
Nhiệt độ (°C) Mn (Da) Nhiệt độ (°C) Mn (Da)
30 38421 30 36526 40 33126 40 31265 50 24125 50 23541 60 16128 60 15643 70 13264 70 13106 80 8237 80 7542 90 7456 90 7312 100 7122 100 7015
Kết quả thu được ở trên cho thấy, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến phản ứng đề polyme hóa chitosan. Khi nhiệt độ tăng thì khả năng đề polyme hóa cũng tăng. Nhiệt độ thích họp cho phản ứng đề polyme hóa chitosan trong môi trường HC1 IN là 80°c.
3.2.3. Đánh giá độ tan trong nước của các mẫu chitosan trọng lượng phân tử thấp
Bảng 3 .6: Mối quan hệ giữa độ tan và khối ỉượng phân tử trung bình của các mẫu L wc
Mầu p2 p4 p6 p8
T(%) 2,3 5,2 25,2 26,5
Mn 33126 16128 8237 7122
Qua đó có thể kết luận: Chitosan có Mn càng nhỏ thì càng dễ tan trong nước. Nguyên nhân là do cấu trúc tinh thể giảm, phân tử ít cồng kềnh, vì vậy yếu tố không gian ít ảnh hưởng tới việc hình thành liên kết hydro giữa phân tử nước và phân tử LWC. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhân xét 2:
+ Khi tăng nồng độ axit thì khả năng phản ứng đề polyme hóa chitosan khối lượng phân tử thấp tăng lên. Nồng độ thích hợp là HC1 IN, sản phẩm có n>20(Ã ^< 10.000 Da).
+ Khi nhiệt độ tăng thì khả năng đề polyme hóa cũng tăng. Nhiệt độ thích hợp cho phản úng đề polyme hóa chitosan trong môi trường HC1 IN là 80°c.
+ Chitosan có Mtt càng nhỏ thì càng dễ tan trong nước.
3.3. Xác định cấu trúc cũa chỉtosan khối lượng phân tử thấp
*Pho hồng ngoại
Chitosan khối lượng phân tử thấp được điều chế thông qua phản ứng cắt mạch (đề polyme hóa) bằng tác nhân HC1 nồng độ IN, phản ứng thực hiện ở 80°c, thời gian 12 giờ, chitosan DA~30%. Phổ hồng ngoại của chitosan khối lượng phân tử thấp được trình bày ở hình 3.7
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumbers (cm-1)
Dale Sun May 03 05 05 29 2015 M3 KBr Scans 32
Resolution 4 000
Hình 3.7: Pho FT-IR của chỉtosan khối lượng phần tử thấp
Các pic đặc trang được quy kết như sau: 3390cm'1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm hydroxyl (-OH); 2959cm"1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết CH (vC-h), 1665 cm' 1 đặc trung cho dao động hóa trị của nhóm cacbonyl c = 0 (của amit I), 1588 cm' 1 đặc trưng cho dao động biến dạng của N-H (Ỗ n-h); 1085 cm' 1 đặc trung cho dao động hóa trị C-O-C trong liên kết P( 1 —>4)glucozit. Tuy nhiên ta nhận thấy rằng cường độ pic 1665-1588 era' 1 giảm rất nhiều so với chitosan ban đầu. Nguyên nhân là ngoài sự thủy phân liên kết (3(1—>4)glucozit, còn có sự thủy phân liên kết N-axetyl làm giảm số nhóm N-axetyl và am in ở vị trí c 2.
* Phổ nhiễu xạ tia X của chitosan khối lượng phân tử thấp
Hình 3.8: Phổ nhiễu xạ tia X của Chitosan khối lượng phân tử thâp
Ta thấy phổ nhiễu xạ tia X của chitosan có 01 píc ở 20 =20° với d = 4,468 cường độ 614, còn phổ của LWC có 2 píc chính trong vùng tại 20 = 20° với d = 4,459 cường độ 705. Các mẫu LWC đều có píc chính với cường độ dao động từ 649 đến 740 cao hon chitosan. Nguyên nhân phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu LWC có nhiều hơn 01 píc là do mạch bị cắt ngắn nên chitosan trọng lượng phân tử thấp dễ bị hydrat hoá hơn chitosan.
KẾT LUẬN CHUNG
Kết quả của luận văn được tóm tắt qua các nội dung chính sau:
1. Đã tách được chitin từ mai mực ống, hàm lượng chitin khoảng 37,5%. Sản phẩm thu được ở dạng rắn, màu trắng, xốp, không tan trong nước.
2. Điều chế được chitosan từ chitin thông qua phản ứng đeaxetyl hóa. Độ axetyl hóa đạt được khi đeaxetyl hóa một lần trong dung dịch NaOH 50%, nhiệt độ 120°c là 30%, khối lượng phân tử là 453 KDa. Sản phẩm thu được ở dạng rắn, màu trắng, xốp, tan tốt trong môi trường axit axetic 1%. Sử dụng phương pháp phá kết tinh thu được chitosan có độ axetyl hóa »0%, khối lượng phân tử 41 OKDa.
3. Đã nghiên cứu phản úng điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp.
- Từ các kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới phản ứng điều chế chitosan khối lượng phân tử thấp đã tìm ra điều kiện thích họp cho phản ứng thủy phân chitosan là: Tpư: 80°c, nồng độ HC1 là [HC1] = IN, trong thời gian 12giờ. LWC nhận được có khối lượng phân tử là 8237 Da (khi sử dụng chitosan DA~30%) và 7542 Da (khi sử dụng chitosan DA~0%). Chitosan có
Mn càng nhỏ thì càng dễ tan trong nước
- Đã nghiên cứu cấu trúc của chitosan khối lượng phân tử thấp bằng phương pháp phổ hồng ngoại IR và nhiễu xạ tia X-Ray. Ket quả nghiên cứu cho thấy rằng ngoài sự thủy phân liên kết (3(1—>4)glucozit, còn có sự thủy phân liên kết N-axetyl làm giảm số nhóm (-N H C O C H 3) và (-NH2) ở vị trí c 2 trong mạch đại phân tử chitosan.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
_ _ _ Ị __
m i • 1 • _ rwi* Ạ TTf Ai
Tài liệu Tiêng Việt
1. Nguyễn Thị Đông (2003), “ Tách chitin từ phế thải thúy sản bằn phương pháp lên men vi khuẩn axit lactic và tổng họp một số dẫn xuất N- Cacboxychitosan” , Luận án Tiến sỹ Hóa Học, Viện Hóa Học - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và công nghệ Quốc Gia.
2. Phạm Thị Bích Hạnh (2003), “ Nghiên cứu phản úng đồng trùng hợp ghép một so vinyl monomer với Chitin và thăm dò khả năng hấp phụ ion kim loại nặng ” , Luận án Tiến sỹ Hóa Học, Viện Hóa Học - Trung tâm Khoa học Tự nhiên và công nghệ Quốc Gia.
3. Phan Tống Sơn, Trần Quốc Sơn, Đặng Như tại (1980), “ Cơ sở hóa học hữu cơ” , tập II, nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 4. Trần Thị Ý Nhi ( 2010 ), “Nghiên cứu một số phản ứng biến tính hóa học (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
chitin/ chitosan và khả năng hấp phụ ion kim loại nặng, thuốc nhuộm c ủ a sản p h ẩm ch itin /ch ito san đ ã b iến tính ” , Luận án Tiến sỹ Hóa Học, Viện Hóa Học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
___ __ __ ___ Ị
m i • l i ^ _ _ r r i* Ạ A 1
Tài liệu Tiêng Anh
5. Chen, Rong Huei; Chen, Jiahn Sheng (2000) “Changes of polydispersity and limiting molecular weight of ultrasound-treated chitosan”, Advance in Chitin Science, Vol.4 (EUCHIS'99), p. 361-366.
6. Crini G., G. Toni, M. Guerrini, M. Morcellet, M. Weltrowski and B. Martel (1997), “NMR characterization of N-benzyl sulfonated derivatives of chitosan”, Carbohydrate Polymer, Vol.33, p .145-151. 7. Domard A. (1996), “Some physicochemical and structural basis for
applicability of chitin and chitosan”, Chitin and chitosan - Environmental friendly and versatile biomaterials, Proceedings o f the
Second Asia Pacific Symposium, Bangkok, Thailand, p. 1-12.
8. Domard A., Rinaudo M. & Terrassin C., (1986), Intl.J.Biol.Macromol, (8), p .105-180.
9. Duarte M. L., Ferreira M. C., Marvao M. R., Rocha J. (2001), “Determination of the degree of acetylation of chitin and chitosan: an optimised methodology by FTIR spectroscopy”, Chitin and chitosan in life science, Kodansha Scientific Ltd., Tokyo, p.86-89.
10. Hadwiger L.A., Klosterman S.J., Choi J.J. (2002) “The mode of action of chitosan and its oligomerss in inducing plant promoters and developing disease resistance in plant”, Advance in chitin science, vol. V, p.452-457, Bangkok, Thailand 2002.
11. Harry S. (1989), “The theory of coloration of textiles”, in: A. Johnson (Ed.), Thermodynamics of dye sorption, 2nd Edition, Society o f Dyers and Colorists, West Yorkshire, UK, p. 255.
12. Hayes E. R., Davies D. H. (1978), “Characterization of chitosan. II: The determination of the degree of acetylation of chitosan and chitin”,
Proceedings o f the First International Conference on Chitin/Chitosan,
Eds. by Muzzarelli R.A.A, Pariser E.R., MIT Sea Grant Program, Cambride, Massachusetts, p.406-419.
13. Hirai A., Hisashi Odani, and Akio Nakajima. (1991), “Determination of degree of deacetylation of chitosan by 'H-NMR spectroscopy”, Polymer Bulletin, Vol. 26, p.87-94.
14. Hirano S. (1996), “Economic perspectives of chitin and chitosan”, The Proceedings o f the Second Asia Pacific Chitin Symposium, Bangkok, Nov. 1996, p.22-25.
15. Hitoshi Sashiwa, Sei-ichi Aiba. (2004), “Chemically modified chitin and chitosan as biomaterials”, Prog. Polym. S c i., Vol.29, p.887-908.
16. Hong kyoon No-Na young park, Shin Ho lee, Samuel P. Meyers. (2002), “Antibacterial activity of chitosans and chitosan oligomers with diffrent molecular weights”, International Journal of Food Microbiology, p. 65-72. 17. Kasaai M. R., Joseph Arul, Gérard Charlet. (2000), “Intrinsic viscosity -
molecular weight relationship for chitosan”, J. o f Polym. Sci, Part B: Polymer Physics, Vol. 38, p.2591-2598.
18. Kurita K. (2001), “Controlled functionalization of the polysaccharide chitin”, Progress in Polymer Science, Vol. 26, p .1921-1971.
19. Kurita K., Koji Tomita, Tomoyoshi Tada, Shigeru Ishii, Shin-ichiro Nishimura, and Kayo Shimoda (1993), “Squid Chitin as a Potential Alternative Chitin Source: Deacetylation Behavior and Characteristic Properties”, Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry,
Vol. 31, p.485-491.
20. Kumar M. N. V. R., T. Rajakala Sridhari, K. Durga Bhavani, PP. K. Dutta. (1998), “Trends in color removal from textile mill effuents”, Colorage Aug., p. 25.
21. Kurita K. (2001), “Controlled functionalization of the polysaccharide chitin”, Progress in Polymer Science, Vol. 26, p. 1921-1971.
22. M. Rinaudo, P. Le Dung, M. Milas. (1992) “NMR investigation of chitosan derivatives formed by the reaction of chitosan with levulinic acid”, Inter. J. Biol. Macromol., Vol. 14, pp. 122.
23. Niola F., Nuria Basora, Esteban Chomet and Pierre Franôois Vidal. (1993), “A rapid method for the determination of the degree of
N-acetylation of chitin-chitosan samples by acid hydrolysis and HPLC”, Carbohydrate Research, Vol. 238, pp. 1-9.
24. No. H. K., Meyers. S. PP., Prinyawiwatkul and Xu. X. (2007), “Applications of chitosan for Improvement of quality and Shelf Life of
Foods: A Review”, Journal o f Food Science, Vol.72, No.5. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
25. Ravi Kumar. M. N. V., Muzzarelli. R.A.A., Muzzarelli. C., Sashiwa. H. (2004), “Chitosan Chemistry and Pharmaceutical Perspectives”, Chem.