Hóa học 11 - Những đặc điểm của chitin, chitosan và dẫn xuất

Cloral và DDT
Sự clo hoá rượu etylic (ethanol) để điều chế cloral hay triclorandehyd axetic (trichloroacetladehyde), CCl3CHO, lần đầu tiên được khám phá bởi Justus von Liebig vào năm 1832: Cl2 + C2H5OH → C2HCl3O + 5HCl
Đó là một chất lỏng không màu, linh động, có mùi hắc và độc. Trong nước nó phản ứng tạo thành dạng hiđrat (2,2,2-tricloro-1-ethanediol – C2H3O2Cl3), một thuốc ngủ/giảm đau mạnh với tên gọi khác là thuốc “nốc ao” (knockout drops). Đồng thời, đó cũng là một chất phản ứng quan trọng trong quá trình điều chế thuốc trừ sâu DDT (viết tắt của từ Dichloro-Diphenyl-Trichloroethane) trong công nghiệp. 
Sử dụng DDT trong việc kiểm soát các bệnh lây từ côn trùng đã cứu sống hàng triệu người trong nửa thế kỷ vừa qua, chủ yếu là qua việc giết hàng loạt muỗi Anophen, một nơi trú ngụ chính cho sinh vật ký sinh gây bệnh sốt rét. Mặc dù mức độ độc hại của nó đối với động vật có vú không cao nhưng DDT có khả năng gây thối rữa. Sự tích luỹ của nó trong lưới thức ăn làm nó trở nên một mối nguy hiểm cho các loài chim cá và do đó nó đã bị cấm bởi Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ từ năm 1972.
Vỏ trứng bị tấn công bởi thuốc trừ sâu dư thừa do quá lạm dụng
Đặng Ngọc Huy
hoahocvietnam.com 
 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA CHITIN, CHITOSAN VÀ DẪN XUẤT
1. Cấu trúc hóa học của chitin
Chitin là polisaccarit mạch thẳng, có thể xem như là dẫn xuất của xenlulozơ, trong đó nhóm (-OH) ở nguyên tử C(2) được thay thế bằng nhóm axetyl amino (-NHCOCH3) (cấu trúc I). Như vậy chitin là poli (N-axety-2-amino-2-deoxi-b-D-glucopyranozơ) liên kết với nhau bởi các liên kết b-(C-1-4) glicozit. Trong đó các mắt xích của chitin cũng được đánh số như của glucozơ:
2. Cấu trúc hoá học của chitosan và một vài dẫn xuất.
Chitosan là dẫn xuất đề axetyl hoá của chitin, trong đó nhóm (–NH2) thay thế nhóm (-COCH3) ở vị trí C(2). Chitosan được cấu tạo từ các mắt xích D-glucozamin liên kết với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit, do vậy chitosan có thể gọi là poly b-(1-4)-2-amino-2-deoxi-D-glucozơ hoặc là poly b-(1-4)-D- glucozamin (cấu trúc III).
Dưới đây là công thức cấu tạo của các dẫn xuất:
3. Tính chất vật lý của chitin/chitosan.
Chúng tôi nghiên cứu về trạng thái, màu sắc, mùi vị, tính tan của chitin/chitosan trong nước và trong một vài dung môi khác như: axit, bazơ hoặc trong các dung môi hữu cơ.
4. Tính chất hoá học của chitin/chitosan.
- Trong phân tử chitin/chitosan có chứa các nhóm chức -OH, -NHCOCH3 trong các mắt xích N-axetyl-D-glucozamin và nhóm –OH, nhóm -NH2 trong các mắt xích D-glucozamin có nghĩa chúng vừa là ancol vừa là amin, vừa là amit. Phản ứng hoá học có thể xảy ra ở vị trí nhóm chức tạo ra dẫn xuất thế O-, dẫn xuất thế N-, hoặc dẫn xuất thế O-, N.
- Mặt khác chitin/chitosan là những polime mà các monome được nối với nhau bởi các liên kết b-(1-4)-glicozit; các liên kết này rất dễ bị cắt đứt bởi các chất hoá học như: axit, bazơ, tác nhân oxy-hóa và các enzim thuỷ phân
    4.1.Các phản ứng của nhóm -OH
        -Dẫn xuất sunfat.
        -Dẫn xuất O-axyl cuả chitin/chitosan.
        -Dẫn xuất O–tosyl hoá chitin/chitosan.
    4.2. Phản ứng ở vị trí N.
        -Phản ứng N-axetyl hoá chitosan.
        -Dẫn xuất N-sunfat chitosan.
        -Dẫn xuất N-glycochitosan (N-hidrroxy-etylchitosan).
        -Dẫn xuất acroleylen chitossan.
        -Dẫn xuất acroleylchitosan 
    4.3. Phản ứng xảy ra tại vị trí O, N.
        -Dẫn xuất O,N–cacboxymetylchitosan.
        -Dẫn xuất N,O-cacboxychitosan.
        -Phản ứng cắt đứt liên kết õ-(1-4) glicozit
5. Khả năng hấp phụ tạo phức với các ion kim loại chuyển tiếp của chitin/chitosan và một vài dẫn xuất.
- Trong phân tử chitin/chitosan và một số dẫn xuất của chitin có chứa các nhóm chức mà trong đó các nguyên tử Oxi và Nitơ của nhóm chức còn cặp electron chưa sử dụng, do đó chúng có khả năng tạo phức, phối trí với hầu hết các kim loại nặng và các kim loại chuyển tiếp như: Hg2+, Cd2+, Zn2+, Cu2+,Ni2+,Co2+.... Tuỳ nhóm chức trên mạch polime mà thành phần và cấu trúc của phức khác nhau.
- Ví dụ: với phức Ni(II) với chitin có cấu trúc bát diện với số phối trí bằng 6, còn phức Ni(II) với chitosan có cấu trúc tứ diện với số phối trí bằng 4.
trong đó   là mạng polime.
6. Một số ứng dụng của chitin /chitosan và các dẫn xuất.
- Chitin/chitosan và các dẫn xuất của chúng có nhiều đặc tính quý báu như: có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, có khả năng tự phân huỷ sinh học cao, không gây dị ứng, không gây độc hại cho người và gia súc, có khả năng tạo phức với một số kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II)... Do vậy chitin và một số dẫn xuất của chúng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: Trong lĩnh vực xử lí nước thải và bảo vê môi trường, dược học và y học, nông nghiệp, công nghiệp, công nghệ sinh học
- Các polisaccarit tự nhiên mà điển hình là chitosan, nhận được bằng cách đề axetyl một phần của chitin. Chitosan và các dẫn xuất với đặc điểm có cấu trúc đặc biệt với các nhóm amin trong mạng lưới phân tử có khả năng hấp phụ tạo phức với kim loại chuyển tiếp như: Cu(II), Ni(II), Co(II) trong môi trường nước. Vì vậy, việc nghiên cứu những đặc điểm về tính chất hóa học, khả năng hấp phụ kim loại đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm, và từng bước được áp dụng vào giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trên Trái Đất 
 Vũ Công Phong
(Sưu tầm và biên soạn)
hoahocvietnam.com