Текстът завършен

(1) UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN ФАКУЛТЕТ ПО ПРИРОДНИ И ФОРМАЛНИ НАУКИ ПРОФЕСИОНАЛНА ХИМИЧЕСКА ШКОЛА. ДЕРИВАТИЗАЦИЯ НА ХИТОЗАН ЗА ПОЛУЧАВАНЕ НА КАРБОКСИМЕТИЛХИТОЗАН (O-CMQ) И НЕГОВАТА ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ ЧРЕЗ ИНФРАЧЕРВАНА СПЕКТРОСКОПИЯ (FTIR) И ЯДРЕН МАГНИТЕН РЕЗОНАНС (NMR) Теза, представена от бакалавър: SUSANA CUSIHUAMÁN NOA За придобиване на професионалното звание на: Завършил химия. Съветник: DRA. КОРИНА ВЕРА ГОНСАЛЕС. AREQUIPA - PERU 2017.

дериватизация

(5) ИНДЕКСНИ ПРИЗНАНИЯ РЕЗЮМЕ РЕЗЮМЕ АКРОНИМИ СПИСЪК НА ФИГУРИТЕ СПИСЪК НА ТАБЛИЦИ ВЪВЕДЕНИЕ ЦЕЛИ  . ОБЩА СПЕЦИФИКА. ГЛАВА I 1. ТЕОРЕТИЧНА РАМКА 1.1 ХИТОЗАН 1 1.1.1 СТРУКТУРА НА ХИТОЗАН 2 1.1.2 ИЗТОЧНИЦИ НА ХИТОЗАН 4 1.1.3 СВОЙСТВА НА ХИТОЗАН 6 1.1.4 ПОЛУЧАВАНЕ НА ХИТОЗАН 8 1.1.5 ПРИЛОЖЕНИЯ НА ХИТОЗАН 11 1.2 КАРБОКСИМЕТИЛКИТОЗАН СТРУКТУРА НА КАРБОКСИМЕТИЛХИТОЗАНА 13 1.2.2 СВОЙСТВА НА КАРБОКСИМЕТИЛХИТОЗАНА 16 1.2.2.1 ФИЗИКОХИМИЧНИ СВОЙСТВА НА КАРБОКСИМЕТИЛХИТОЗАНА 16 1.2.2.2 БИОЛОГИЧНИ СВОЙСТВА НА КАРБОКСИМОТОМЕНТИКСИМОЛИК НАМАЛИТЕЛЕН НАЕМ 20 1.2.3.2. Пряко отдаване под наем 21 1.2.4 ПРИЛОЖЕНИЯ НА КАРБОКСИМЕТИЛХИТОЗАН 23 23.4.4.1. АДОРБАЦИЯ НА МЕТАЛНИ ЙОНИ 23 1.2.4.2. ТРАНСПОРТ НА ЛЕКАРСТВА 25 1.2.4.3. ИЗЦЕЛЕНИЕ НА РАНИ 25 1.2.4.4. АНТИБАКТЕРИАЛЕН АГЕНТ 26 1.2.4.5 КОЗМЕТИКА 27 1.2.5 ТЕХНИКИ ЗА ХАРАКТЕРИЗИРАНЕ 27 1.2.5.1. УВ-ВИДИМА СПЕКТРОСКОПИЯ 27.

(6) 1.2.5.2. ИНФРАЧЕРВАНА СПЕКТРОСКОПИЯ С ФУРИЕРНА ТРАНСФОРМИРАНА (FTIR) 28 1.2.5.3. ЯДРЕНО-МАГНИТЕН РЕЗОНАНС (ЯМР) СПЕКТРОСКОПИЯ 29 ГЛАВА II 2 ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЧАСТ 31 2.1 ОБОРУДВАНЕ, РЕАГЕНТИ И МАТЕРИАЛИ 31 2.1.1 ОБОРУДВАНЕ 31 2.1.2 РЕАГЕНТИ 31 2.1.3 МАТЕРИАЛИ 32 2.2 МЕТОДОЛОГИЯ 32 2.2.1 ДЕРИВАТИЗАЦИЯ НА ХИТОЗАН 32 2.2.1 N ° 1 33 2.2.1.2 ИЗПИТВАНЕ N ° 2 34 2.2.1.3 ИЗПИТВАНЕ N ° 3 34 2.2.1.4 РАЗТВОРИТЕЛНОСТ ВЪВ ВОДА ПРИ РАЗЛИЧНО PH 34 2.2.1.5 СТЕПЕН НА ЗАМЕНЯВАНЕ И ДИСЕТИЛИРАНЕ 35 2.3 ХАРАКТЕРИЗИРАНЕ НА О-КАРБОКСИМЕТИЛКВИТОЗАНА 38 2.3.1 ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ С инфрачервена спектроскопия С трансформирана по Фурие 38 2.3.2 охарактеризирането чрез ядрено магнитна резонансна спектроскопия (1Н NMR и 13С NMR) 38 2.3.3 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА МОЛЕКУЛНОТО ТЕГЛО ОТ VISCOSIMETRY 3 И OVERTHROUGH CARACTERIZATION 39 ГЛАВА III РЕЗУЛТАТ 3 SINEBOXIMETRIC РЕЗУЛТАТ ГЛАВА III. 3.1.1 РАЗТВОРИТЕЛНОСТ ВЪВ ВОДА ПРИ РАЗЛИЧНО PH 42 3.1.2 СТЕПЕН НА ЗАМЕСТВАНЕ И ДЕЦЕЦИТАЛИЗАЦИЯ 46 3.2 ХАРАКТЕРИСТИКА НА КАРБОКСИМЕТИЛХИТОЗАНА 52 3.2.1 ХАРАКТЕРИЗИРАНЕ ЧРЕЗ ИНФРАЧЕРНА СПЕКТРОСКОПИЯ С ФУРИЕРЕН ТРАНСФОРМАТОР 52 3.2.2 ХАРАКТЕРИЗИРАНЕ ОТ СПЕКТРОСКОПИЯ НА ЯДРЕН МАГНИТЕН РЕЗОНАНС 1H И 13C. 54 3.2.3 ОПРЕДЕЛЯНЕ НА МОЛЕКУЛАРНОТО ТЕГЛО ЧРЕЗ ВИЗКОЗИМЕТРИЯ 55 ЗАКЛЮЧЕНИЯ 58 ПРЕПОРЪКИ. 59. БИБЛИОГРАФСКА ЛИТЕРАТУРА. 60. ПРИЛОЖЕНИЯ. 64.

(8) Фигура 3.29 - Крива на кондуктометрично титруване на хитозан Фигура 3.30 - Крива на кондуктиметрично титруване (а) O-CMQ 1 Фигура 3.31 - Крива на кондуктиметрично титруване (b) CMQ 2. 47 49 50. Фигура 3.32 - Крива на кондуктиметрично титруване ( в) CMQ 3 51 Фигура 3.33 - Инфрачервен спектър на хитозан 52 Фигура 3.34 - Инфрачервен спектър на CMQ 3 53 Фигура 3.35. (A) 1H NMR, (B) 13C NMR 54 Фигура 3.36. - Крива на намален вискозитет спрямо концентрация на пробата в 0,1 mol/L разтвор на NaCl при температура 30 ° C 56.

(9) СПИСЪК НА ТАБЛИЦИ Таблица 1.1.- Проксимален химичен състав в проценти (v/v)% на суха основа на екзоскелета на ракообразните. 5 Таблица 1.2. Химични и биологични свойства на хитозана. 8 Таблица 3.3.- Номенклатура на дериватизираните проби 41 Таблица 3.4. 55 Таблица 3.7.- Стойности на вътрешния вискозитет [η] и на средната вискометрична маса ̅ v от CMQ 3 M 56.

(10) АКРОНИМИ CMQ: Карбоксиметилхитозан. DDA: Степен на ацетилиране. DD: Степен на деацетилиране. DS: Степен на заместване. MW: Молекулярна маса. N-CMQ: N-карбоксиметил хитозан N, O-CMC: N, O-карбоксиметил хитозан. O-CMC: O-карбоксиметилхитозан. QCMQ: кватернизиран карбоксиметил хитозан. 13C NMR: 13C ядрено-магнитен резонанс. 1Н ЯМР: 1Н ядрено-магнитен резонанс.

(13) ЦЕЛИ. ОБЩА ЦЕЛ 1. Дериватизиране на хитозана за получаване на O-карбоксиметилхитозан (O-CMQ) и характеризиране чрез инфрачервена спектроскопия (FTIR) и ядрено-магнитен резонанс (NMR). СПЕЦИФИЧНИ ЦЕЛИ 1. Дериватизирайте хитозана, за да получите O-CMQ. 2. Определете степента на заместване (GS) на карбоксиметилните групи. 3. Оценете разтворимостта във водна среда на O-CMQ при различно рН. 4. Определете молекулното тегло на O O-CMQ. 5. Характеризирайте O-карбоксиметилхитозан чрез инфрачервена спектроскопия (FTIR) и ядрено-магнитен резонанс (NMR).

(14) ГЛАВА I 1 1.1. ТЕОРЕТИЧНА РАМКА. ХИТОЗАН Хитинът е вторият най-разпространен полизахарид, срещан в природата. последвано от целулоза. Той е открит от Braconnot през 1811 г., когато той изучава вещества, получени от Agaricus volvaceus и други гъби. По-късно Одие, в статия за насекомите, съобщава, че е открил в някои насекоми същото вещество, което формира структурата на растенията, наричайки го „хитин“ (от гръцката туника, плик). През 1943 г. Пайен започва противоречие, което продължава повече от сто години за разликите между хитин и целулоза, отчасти защото се смята, че присъствието на азот, съобщено в някои разследвания, се дължи на белтъчни остатъци, които не могат да бъдат напълно елиминирани. от пробите [1]. Неговата химическа структура е показана на фигура 1.1 и се състои от два мономера на 2-ацетамидо-2-дезокси-β-D-глюкопираноза, свързани заедно с β (1,4) връзки и се получава от черупки, мекотели, черупки от ракообразни, екзоскелет на насекоми, гъбична клетъчна стена, дрожди и водорасли [2,3,4]. Неговата химическа структура е показана по - долу:. 1.

(24) По-долу е показано на фигура 1.7, получаването на хитозан от хитин е описано обобщено Фигура 1.7.- Получаване на хитин и хитозан от черупкови раковини. Източник: Lárez (2006) [4]. 1.1.5. ПРИЛОЖЕНИЯ НА ХИТОЗАН Поради физичните, химичните и биологичните свойства на хитозана е това. Той има множество приложения, като: фармацевтични продукти, пречистване на вода, почви, биомедицина, селско стопанство и промишленост. По-долу са приложенията на хитозана:. а) Земеделие и животновъдство: Покриване на семена с хитозанови филми за тяхното запазване по време на съхранение, системи за освобождаване на торове и като бактерицидно и фунгицидно средство за защита на разсад (начало на насажденията) [4]. б) Аналитична химия: хроматографски приложения, йонообменници, абсорбция на йони на тежки метали и абсорбция на киселина и производство на специфични електроди за метали [1] в) Биомедицина: хемодиализна мембрана, биоразградими конци, изкуствени кожни заместители, заздравяване на агента при изгаряния, 11 освобождаване системи.

(27) Фигура 1.8. Криви на титруване на PH и проводимост за 0,05 mg/ml OCMCS, като се използва HCl като стандартен разтвор. Източник: Xi-Guang и Hyun-Jin (2003) [30] . Фигура 1.8 показва кривите на титриране на рН и проводимост за 0,1 mg/ml O-CMC, използвайки стандартен разтвор на HCl. Тази фигура илюстрира, че в диапазона на рН от 2,5 до 6,2 разтворът на O-CMC е бил метастабилен по отношение на взаимодействието между отрицателни (COO-) и положителни (NH3 +) йони; при рН по-малко от 2,5, O-CMC е разтворим поради протонирането на аминогрупите; в по-високия диапазон на рН от 6.2, O-CMC е разтворим поради COO-йони. Когато O-CMC се разтваря във водата, разтворът му е неутрален. Според фигура 1.7, O-CMC проявява слабо поведение на полианионни полиелектролити. Този резултат предполага, че аминогрупите не са протонирани и повечето карбоксилни групи не се дисоциират в неутрални водни разтвори.

(28) Фигура 1.9.- FTIR спектър на (а) хитозан и (b) OCMQS. Източник: Xi-Guang и Hyun-Jin (2003) [30]. FT-IR спектрите на хитозан и O-CMC са показани съответно на фигура 1.9 (а) и (б) и показват основните характеристики на пиковете на хитозана при 1654 cm-1 (амид I), 1598 cm-1 (NH връзка) и 1080 cm-1 (CO- удължение). В O-CMC спектъра, показан на фиг. 1.9 b), пикът при 1076 cm-1 се дължи на CO-разтягането и се появява широк и интензивен пик при 1610 cm-1. Амплитудата на пика при 1610 cm-1 може да се обясни по следния начин: Характерните пикове на -COOH и NH2 са съответно на 1710 cm-1 и 1590 cm-1 и когато -COOH стане -COONa, пикът им на усвояване ще се отклони до 1598 cm-1, както съобщават Чен и Парк [30]. Следователно този широк пик е резултат от суперпозицията на пиковете NH2, COOH и COO на молекулите O-CMC . 15.

(32) съответно) чрез контролиране на количеството глиоксилова киселина в процеса на етерификация на хитозан олигозахарида. Неговата антиоксидантна активност беше оценена чрез елиминиране на 1,1-дифенил-2-пикрилпириловия радикал (DPPH), супероксидния анион и определяне на редуциращата сила. С увеличаването на степента на заместване разрушителната активност на N-CMQ срещу радикала DPPH намалява и редуциращата сила се увеличава. Що се отнася до отстраняването на супероксидния анион, редът е NB> NC> NA. Разликата може да бъде свързана с различните механизми за елиминиране на радикалите и донорния ефект от заместването на карбоксиметиловата група Фигура 1.10.- Разрушителен ефект на N-CMQ срещу DPPH радикала. Източник: Sun et al. (2008) [40] . Фигура 1.11.- Разрушаващ ефект на N-CMQ срещу радикал DPPH. Източник: Sun et al. (2008 [40] . 19.

(36) Фигура 1.13.- Модификации на хитозана чрез карбоксиметилиране. Източник: Mourya et al. (2010) [32] 1.2.4 ПРИЛОЖЕНИЯ НА КАРБОКСИМЕТИЛХИТОЗАНЪТ 1.2.4.1. АДОРБАЦИЯ НА МЕТАЛНИ ЙОНИ O-CMQ има много реактивни функционални групи като хидроксилни, амино и карбоксилни групи. Тези многофункционални групи увеличават хелатиращия капацитет на O-CMQ с различни метални йони. Леснотата на O-CMCS да се разтваря в кисела и водна среда го прави полезен за много приложения. Различни проучвания показват, че N, O-CMQ е добър адсорбент за отстраняване на Cu (II) йона. Скоростта на адсорбция на Cu (II) йони зависи от концентрацията на йони върху повърхността на адсорбента, също така беше забелязано, че адсорбционният капацитет изглежда зависи от стойността на pH в разтвора, DS и йонната сила. Хелатирането на цинковите йони в N, O-CMQ също беше проучено и беше показано, че хелатирането се извършва върху карбоксилната група, вместо върху -OH и NH2 групите. 23.

(37) Те също потвърдиха, че неразтворимите във вода хелати, които са образувани чрез връзките Zn-O и Zn-N, имат тетраедрична форма (Фигура 1.14). Водоразтворимите комплекси, където цинковите йони са свързани с кислород от C = O и водните молекули, са се образували само поради привличането на електрони (фиг. 1.15) [29] . Фигура 1.14.- Възможен механизъм на образуване на неразтворими във вода хелати. Източник: Jayakumar (2010) [29] . Фигура 1.15.- Възможен механизъм за образуване на водоразтворими хелати. Източник: Джаякумар (2010) [29] . 24.

(43) AH2 = площ на водорода, свързан с въглерода С2 на глюпиранозидния пръстен Фигура 1.17.- Схематично представяне на молекулата на хитозана с идентифицираните му въглероди. Източник: Medeiros (2015) [65] . 30.

(44) ГЛАВА II 2 ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЧАСТ Всички анализи са разработени в. Лаборатория на. Анализ. Инструментално-професионално училище по химия на Националния университет Сан Агустин. 2.1 ОБОРУДВАНЕ, РЕАКТИВИ И МАТЕРИАЛИ 2.1.1. ОБОРУДВАНЕ. Използваното оборудване беше следното:  Инфрачервен спектрофотометър с преобразуване на Фурие (FTIR). Марка афинитет SHIMADZU 1 с аксесоар за атенюирана обща отражателна способност (ATR).  Ядрено-магнитен резонансен спектрометър Bruker 500 MHz и конзола Avance III HD.  Ултравиолетов видим спектрофотометър. Gold Spectrumlab 54.  IKA® C-MAG HS7 магнитна бъркалка  Преносим многопараметър (pH/EC/TDS/Temp) с една сонда и HI 98115 ATC, марка HANNA.  Аналитична везна на марката SARTORIUS  Печка. 2.1.2. РЕАГЕНТИ. Всички използвани реагенти са с аналитично качество. Използваните реактиви са изброени по-долу. 31.

(45)  Хитозан (средно молекулно тегло, 84,1% степен на деацетилиране, 525 cps вискозитет) Sigma Aldrich (Сейнт Луис, Мисури).  Монохлороцетна киселина (ACS реагент, ≥99%) Sigma Aldrich (Сейнт Луис, Мисури).  Натриев хидроксид (приблизително ≥99%) Merck Millipore.  Абсолютен етанол (приблизително ≥99,8%) Merck Millipore.  Солна киселина p.a.  Свръхчиста вода (Milli Q клас, pH 6.01, проводимост 0.5 µS/cm) Servilab. 2.1.3. МАТЕРИАЛИ.  Чаши (100 mL, 250 mL, 1L)  Филтърна хартия  Фунии  Гравиметрични пипети  Бюрети  Микропипети (10-1000µL)  Фиоли (25, 50, 100mL)  Епруветки (10 mL, 25 mL, 50 mL, 100mL)  пръчки  5mL епруветки  стъкла на часовника  2 cm магнити  стъклени кювети (4x1cm)  цифров хронометър  ексикатор. 2.2. МЕТОДОЛОГИЯ. 2.2.1 ДЕРИВАТИЗАЦИЯ НА ХИТОЗАН О-карбоксиметилхитозанът е дериватизиран от хитозан чрез метода на директно алкилиране. използвайки. монохлороцетна киселина за. карбоксиметилиране на хитозан (DD = 84,1%, MW = среда) в силно алкална среда. Проведени са 3 теста, всеки от които се състои от два етапа: алкализиране и карбоксиметилиране (Фигура 2.18). 32.

(46) а). б). Фигура 2.18.- а) Алкализиране на хитозан b) Карбоксиметилиране на алкализиран хитозан. Източник: самостоятелно направено. Следните параметри бяха променени: а) Време на реакция на алкализиране (2, 6 и 8 часа). б) Температура на алкализация (околна среда и 50 °). Процесът на дериватизация се извършва при постоянно разбъркване в стъклен съд с водна баня за адекватен контрол на температурата. След това се оценява разтворимостта във водна среда и степента на заместване на получените продукти. 2.2.1.1 ИЗПИТВАНЕ № 1 Алкализиране: 1,0 g хитозан (MW = среда, DDA = 84,1%) се претегля и диспергира в 17 ml 37% разтвор на NaOH (6 250 g NaOH се разтварят в смес 1: 1 вода: изопропанол), споменатият алкален разтвор се поддържа при 50 ° С в продължение на 2 часа при постоянно разбъркване. Карбоксиметилиране: Сместа от монохлороцетна киселина (6,0 g, разтворена в 7,5 ml изопропанол) се добавя на капки към алкализирания хитозан в продължение на 30 минути при температура 50 ± 1 ° C. Оставя се в реакция за 6 часа при постоянно разбъркване. Реакцията беше спряна чрез добавяне на 25 ml 70% етанол, полученото твърдо вещество беше филтрувано и измито до обезсоляване и дехидратиране с етанол (90%) до постигане на неутрално рН. Продукт 33.