红外光谱与核磁共振波谱在甲壳素结构研究中的应用

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1、第!"卷第#期分析科学学报$%%#年&月’()*!"+(*#,-./+01-20+013456017658+68,9:;$%%#<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<文章编号=!%%&>&!??@$%%#A%#>%$B$>%&红外光谱与核磁共振波谱在甲壳素结构研究中的应用杨建红C杜予民C覃彩芹@武汉大学环境科学系C武汉?#%%D$A摘要=本文综述了红外光谱和核磁共振波谱在甲壳素和壳聚糖的乙酰度E衍生物的取代位置和取代度E晶体结构和结晶度以及构型和构象E与离子和其他分子间的相互作用等研究领域的应用状况C引用

2、文献&!篇F关键词=红外光谱G核磁共振G甲壳素G壳聚糖中图分类号=-&$"*!$G-&HD*&!文献标识码=0!引言多糖是组成生命有机体生物高分子成分之一F近年来C它越来越成为化学E生物化学和医学界关注的热点C而多糖结构和功能的关系更是当今科学研究的重点I!C$JF自$%世纪H%年代以来C红外光谱@5/A就是多糖研究中最常用的工具之一C而核磁共振@+K/A方法直到$%世纪D%年代才引入到多糖结构的研究中F发展至今C采用5/和+K/两种研究工具C设计特定的测试方法和程序C研究多糖链更深入更复杂的结构信息C从简单的测试样品的化学组成发展到探索多糖残基在分子链中的排列序列G从静止的样品测试发展到瞬间

3、分子运动G从一级结构发展到高级结构的研究F目前C红外光谱和核磁共振波谱已成为获取多糖结构信息最有力的工具F甲壳素在自然界中是仅次于纤维素的第二大多糖C其年生物合成量约!%%亿吨F甲壳素及其部分脱乙酰基衍生物LL壳聚糖作为生物高分子化合物具有许多优异的特性如生物相容性E生物可降解性E无毒和吸附性质等适于用作功能材料I#C?JF此外C壳聚糖还有抗菌E降胆固醇和血脂E增强免疫作用及抑瘤活性F壳聚糖在农药领域的研究也有较多报道F由于多糖的功能强烈依赖其结构如糖残基组成C链连结C取代基与位置C固体和溶液中构象等C而结构剖析也是设计新材料和探索生命之谜必不可少的基础C因此甲壳素及壳聚糖结构一直是广为研究的

4、主题F本文对红外光谱特别是24>5/光谱以及核磁共振两种研究工具在甲壳素及其衍生物结构研究中的应用进行综述C无疑具有重要意义F$甲壳素与壳聚糖5/和+K/波谱的一般特征化合物的红外光谱常被称之为分子的M指纹NF利用红外光谱可以推断分子中的功能团FO;PQR(:等人IHJ较为全面地研究了甲壳素的红外光谱F#?B%STU!左右是-UV伸缩振动的吸收峰C#$&?STU!左右属于+UV的伸缩振动的吸收峰C这两个带受氢键影响较大F$"&%W$B?%STU!属于6UV伸缩振动的吸收峰C!&H%STU!左右是酰胺X谱带@YU!左右是酰胺[谱带@U!左右是6Z-AC!HHHST+>VAC!#!%ST酰胺]谱

5、带@YU!左右是6U-伸缩振动的吸收峰CB"BSTU!左右属于环伸缩振动6>+AC!%$%W!!&%ST的吸收峰F红外光谱受到脱乙酰度和结晶度的影响F随着脱乙酰度的增加C!&H%STU!U!和!E!HHHSTU!处的峰逐渐消失C而在!H""STU!处出现+V的弯曲振动峰F壳聚糖和乙酸作用后在$$?!#!%ST$收稿日期=$%%$>%&>%?通讯联系人=杜予民基金项目=国家自然科学基金@+(*$""DD%!?A万方数据$B$第)期杨建红等o红外光谱与核磁共振波谱在甲壳素结构研究中的应用第$>卷#$出现吸收峰%属于&’(的吸收带%该带随阴离子不同而变化*+,*.,研究了以螯虾壳/河!")-赵国骏等

6、人虾壳/对虾壳/海蟹壳和蚕蛹壳制备的壳聚糖%它们的红外光谱基本相似%只存在个别峰值/峰位的差异-甲壳素和壳聚糖的$’&012见表$3%除异头质子2’4$3和567899"左右的&:!甲基氢的共振吸收峰外%其余氢谱峰严重重叠%解析较为困难-此外%$$)’&01谱图还受到温度/溶剂等的影响2表$3-;$)&01光谱有较大的化学位移%谱峰重叠少%易于分辨-甲壳素和壳聚糖的;信号大致为$7<=>?99"2;$3%?8=..99"2;83%.?=.899"2;<3%.+=.799"2;)3%+)=+799"2;+3%<>=<<99"2;53%$.8$)99"及5)99"的吸收峰分别为乙酰基;@A和;’)

7、碳的共振吸收峰-各;信号随着来源结晶态/乙酰度和溶剂的不同而有所不同*$$#$8,$<-此外%甲壳素和壳聚糖中含有&原子2B@$C5%自然丰度为$<$<7D).3%因此可以利用&;EF0:G&01光谱来研究-在甲壳素和壳聚糖的&;EF0:G&01光谱中%$<$<$<&共振峰少且分得很开%极易识别-酰胺&共振信号位于$5799"%而自由氨基的&共振信号则位于5799"*$<,-MHIJKLMNOOP