Trên diễn đàn đã có topic về chitosan, nhưng thiên về mảng ứng dụng hơn, hôm nay mình sẽ viết một bài overview nhỏ về mảng chitin - chitosan, dưới góc nhìn của dân polymer & material science !
.gif "Matcuoi (37)")
Tổng quan chitin & chitosan
Chitin được xem là polymer tự nhiên quan trọng thứ hai của thế giới, được khai thác từ các loại vỏ sinh vật gần biển, giáp xác như tôm, cua … Chitin có cấu trúc thuộc họ polysaccharide, hình thái tự nhiên ở dạng rắn. Do đó, các phương pháp nhận dạng chitin, xác định tính chất, và dùng phương pháp hoá học để biến tính chitin cũng như việc sử dụng và lựa chọn các ứng dụng của chitin gặp nhiều khó khăn.
Chitosan được xem là polymer tự nhiên quan trọng nhất, là dẫn xuất của chitin. Với đặc tính có thể hoà tan tốt trong môi trường acid, chitosan được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực (như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm …)
Anh em có thể tham khảo thêm ở topic sau:
http://www.compchem.hcmuns.edu.vn/ch...9&page=1&pp=10
I. Chitin:
1. Các lọai cấu trúc chitin ở trạng thái rắn:
Chitin hay con gọi là poly (β-(14)-N-acetyl-D-glucosamine), là một polysaccharide tự nhiên quan trọng, được tìm ra vào năm 1884.
(a) cấu trúc của chitin poly(N-acetyl-β-D-blucosamine) và (b) cấu trúc chitosan poly(D-glucosamine). (c) là cấu trúc acetyl hoá một phần mạch chitosan.
Phụ thuộc vào nguồn gốc đặc điểm từng vùng, chitin xuất hiện với hai loại cấu trúc đặc trưng, gọi là dạng α và dạng β. Sự khác nhau giữa hai dạng này được nhận biết bằng các phương pháp phổ nghiệm như phổ hồng ngoại, phổ NMR chụp trạng thái rắn kết hợp với XRD. Một dạng thứ ba kém phổ biến hơn là γ-chitin, nhưng xuất phát từ các số liệu phân tích, người ta vẫn cho rằng dạng thứ ba chỉ là một loại khác trong cấu trúc của α-chitin.
α-chitin phổ biến nhất trong tự nhiên, nó có mặt trong vỏ tôm, trong các loài nhuyễn thể thức ăn của cá voi, trong dây chằng (tendon) và vỏ của tôm hùm và cua cũng như trong biểu bì của ccác loại côn trùng …
Hiếm hơn là dạng β-chitin, được tìm ra trong protein của mực ống
2. Tinh thể học của chitin:
Nhìn vào giản đồ XRD của hai dạng chitin α-chitin (lấy từ vỏ tôm) với β-chitin (lấy từ mực ống), ta thấy gần như hai phổ đồ giống nhau, nhưng phân tích một cách kĩ hơn, chúng khác nhau ở hai điểm:
Giản đồ XRD mẫu dạng bột của (a) α-chitin từ biểu bì tôm đã qua xử lí với (b) β-chitin từ mực ống đã qua xử lí và làm khô
+ α-chitin có vòng tròn nhiễu xạ mạnh hơn, rõ nét hơn dạng β-chitin.
+ Khi có sự hiện diện của nước trong cấu trúc của dạng β, vòng tròn nhiễu xạ ở phía bên trong rất nhạy và dễ bị thay đổi, trong khi điều đó không xảy ra ở dạng α..
--> điều đó chứng tỏ cấu trúc β rất dễ thay đổi với sự hiện diện của nước.
Những thông tin thu được thêm về cấu trúc của hai dạng α-chitin và β-chitin bằng phân tích phổ nhiễu xạ electron của mẫu có độ kết tinh cao.
Mẫu chitin kết tinh cao phân tích bằng phổ nhiễu xạ electron. (a) hướng chiếu b*c* của α-chitin. (b) hướng chiếu b*c* của β-chitin.
So sánh hai kết quả phổ trên, ta thấy độ lan tỏa electron trong α-chitin lớn hơn trong β-chitin, điều này cho thấy trong cấu trúc α-chitin có nhiều tâm định vị, và xuất hiện nhiều liên kết chuyển electron hơn, chẳng hạn như liên kết hydrogen.
Từ hai kết quả phổ trên, các nhà nghiên cứu đưa ra hai mô hình liên kết của hai dạng thù hình như sau:
Cấu trúc của α-chitin theo (a) hướng chiếu ac; (b) hướng chiếu bc; (c) hướng chiếu ab
Nhìn vào cấu trúc trên, ta thấy trong nội bộ các lớp, có nhiều liên kết hydrogen giữa C-O với -NH, điều này làm cho cấu trúc trong nội bộ lớp chặt khít hơn, cấu trúc lớp bền vững hơn.
Ngòai ra, ở hướng b* là hướng liên kết giữa các lớp với nhau, làm cấu trúc của tòan bộ α-chitin bền chặt, cứng nhắc. Mô hình này phản ánh đúng kết quả của hai phổ trên.
Cấu trúc của β-chitin có một vài khác biệt:
Cấu trúc của β-chitin theo (a) hướng chiếu ac; (b) hướng chiếu bc; (c) hướng chiếu ab.
Những đặc trưng của α-chitin không xuất hiện của β-chitin, trong cấu trúc β-chitin không có sự xuất hiện của liên kết hydrogen liên phân tử giữa các lớp. Điều này dẫn tới hệ quả dạng β-chitin có khả năng nông rộng cấu trúc từ bên trong giữa các lớp.
(còn tiếp)