NaNO2에 의한 chitosan의 저분자화

Abstract

Chitosan is polyglucosamin prepared by treating chitin with strong alkali medium. Chitin is insoluble in any solvents, however, chitosan is soluble in acidic aqueous medium(lower than pH 4). Amino groups(-NH_(2)) in chitosan changed into cationic ammonium ions(-NH_(3)^(+)) in acidic solution. Therefore, the increase of acid amouts in medium would increase the amount of ammonium ions in chitosan and the solubility of chitosan. In my study, weight average molecular weight(Mw), degree of deacetylation(DA), solubility parameter(a) of prepared low molecular weight chitosan were investgated by changing Mw of initial chitosan, the proportion of NaNO-(2)/chitosan amounts, reaction time, and reaction temperature. As a result, Mw of initial chitosan did not affect on Mw of prepared low Mw chitosan. In case of Mw 37,100, depolymerization of polymer chain did not occur. The proportion between NaNO_(2)/chitosan affected on the depolymerization reaction of chitosan. As the proportion of NaNO-(2)/chitosan increased, the depolymerization reaction were enhanced. The proportion of NaNO_(2)/chitosan affected more on the decrease of DA than on the depolymerization of chitosan. As the Proportion of NaNO_(2)/chitosan increased, the DA of resulting chitosan were decreased. As the reaction time increased, the depolymerization occurred slowly. However, as the reaction time increased, the DA of resulting chitosan decreased significantly and the gap between actual DA and calculated DA became large. As the reaction temperature decreased, the depolymerization reaction was decreased without affecting DA significantly(DA>90%). Therefore, chitosan with high solubility(with high amount of amino groups) can be acquired by controlling reaction condition, especially by lowering reaction temperature;Chitosan은 chitin을 강알칼리로 처리하여 얻어진다. 그러나 chitosan은 산성 용액에만 용해되며 용해된 후에도 고점도의 용액이 되므로 사용에서 제한을 받을 수 밖에 없다. 따라서 chitosan을 저분자화시켜 새로운 기능성 발현을 유도하기 위하여 많은 연구가 이루어져왔다. Chitosan의 분자량을 저하시키기 위해서는 화학적인 저분자화 방법이 간단하고 재현성이 우수하다는 장점이 제시되고 있다. 반면 분자량 조절과정에서 특별한 기술이 요구되며 저분자화된 chitosan의 탈아세틸화도가 낮아지는 우려가 제기되고 있다 NaN0_(2)를 사용하여 chitosan을 저분자화시킬 때 NaN0_(2)는 chitosan 내부의 -NH_(2)기와 1:1로 반응하여 glycoside 결합을 절단시켜 저분자화 chitosan의 수득을 가능케 하는 것으로 알려져 있다. 이 경우도 DA의 저하가 필연적으로 유발되지만 이론적 측면에서 볼 매 DA의 저하가 크지 않다는 점이 장점으로 지적되고 있다. 본 연구에서는 NaN0_(2)를 저분자화에 사용하였다. NaN0_(2)/Chitosan의 비율, 반응시간, 반응온도 등을 변화시켜 저분자화 chitosan을 얻었고 이들의 제반 특성을 조사하였다. 각각 분자량이 상이한 3종류의 출발 chitosan을 사용하였을 때 수득되는 저분자화 chitosan의 분자량 변화를 살펴보았다. 출발 chitosan과 저분자화 chitosan의 DA를 서로 비교함으로써 NaN0_(2)가 분자쇄의 절단과 Chitosan의 -NH_(2)기에 미치는 영향을 정량적으로 조사하였다. 저분자화 chitosan의 DA 저하를 최소화하기 위해 고탈아세틸화도의 출발 chitosan을 사용하였다. 분자량이 521,500과 186,200인 출발 chitosan을 저분자화시켰을 때 수득되는 저분자화 chitosan의 분자량의 크기는 거의 유사하였다. 반면 분자량이 37,100으로 극히 낮게 유지되는 출발 chitosan이 사용되었을 때는 분자쇄의 절단이 거의 유발되지 않았으며 오히려 NaN0_(2)는 -NH_(2)기의 변성에 주로 관여하고 있음이 증명된다. 출발 chitosan의 분자량보다는 NaN0_(2)/chitosan의 비율이 분자량의 저하에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. NaN0_(2)/ChitOSan의 비율이 커질수록 분자쇄의 절단이 원활해진다. NaN02/ChitOSan의 비율은 분자쇄의 절단 뿐만 아니라 DA 저하에도 큰 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. NaN0_(2)/ChitOSan의 비율이 커지면 수득되는 저분자화 chitosan의 DA 저하율이 급격히 상승되고 있다. 반응온도가 낮아지면 분자쇄의 절단능은 저하되지만 저분자화 chitosan의 DA는 높게 유지되고 있어 용해성이 큰 저분자화 chitosan의 수득 측면에서 바람직하다.