N-羟基邻苯二甲酰亚胺介导的壳聚糖电化学解聚：绿色高效制备盐酸氨基葡萄糖新策略

本研究针对传统壳聚糖解聚工艺污染重、效率低的瓶颈，首次开发了以N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)为氧化还原介质的电化学解聚体系，在温和条件下实现壳聚糖向盐酸氨基葡萄糖(GlcN·HCl)的高效转化（产率67%），通过钛电极/醋酸钠缓冲体系(pH 4.5)和PINO自由基介导机制，为生物质高值化利用提供了绿色新途径。

　　

壳聚糖作为自然界储量第二大的天然多糖，其解聚产物氨基葡萄糖(GlcN)在医药、化妆品和生物材料领域具有重要应用价值。然而传统酸解法需要强腐蚀性试剂且副产物多，酶解法则面临成本高、效率低的困境。尽管电化学方法因其绿色特性备受关注，但现有技术仅能获得低聚糖混合物，难以实现单糖单元的高选择性解聚。这一技术瓶颈严重制约了壳聚糖资源的高值化利用。

针对这一挑战，卡尚大学的研究团队在《Carbohydrate Polymers》发表创新成果，首次报道了以N-羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)为氧化还原介质的电化学解聚体系。该研究通过钛网电极/醋酸钠缓冲液(pH 4.5)反应系统，在40℃温和条件下成功将壳聚糖直接转化为结晶性盐酸氨基葡萄糖(GlcN·HCl)，分离收率达67%。机理研究表明，NHPI在电极表面形成的邻苯二甲酰亚胺-N-氧自由基(PINO)可选择性断裂β(1→4)糖苷键，且未检测到过度氧化副产物。

关键技术方法包括：采用循环伏安法(CV)监测NHPI/PINO氧化还原循环；通过FTIR、¹H/¹³C NMR等多维表征确认产物结构；建立HPLC定量分析方法；使用自由基抑制剂(BHT、TEMPO)验证反应机制。实验原料采用虾壳经脱矿/脱蛋白两步法提取的壳聚糖。

【结构分析】FTIR显示原料在3357 cm^-1(O-H/N-H)、1655 cm^-1(酰胺I)等特征峰证实成功制备部分脱乙酰化壳聚糖。

【结论】该研究开创性地实现了壳聚糖到GlcN·HCl的直接电化学转化，相比传统Ti基电氧化系统具有三大优势：1)突破性地获得结晶性单糖而非寡糖混合物；2)反应条件温和(pH 4.5, 40℃)；3)介质可循环利用。这项工作为生物质资源绿色转化提供了新范式，其揭示的PINO自由基介导机制可拓展至其他多糖解聚领域。

讨论部分强调，该技术解决了长期存在的选择性控制难题，通过精准调控电极电位和NHPI浓度可避免糖环开环等副反应。作者指出未来可通过流动电解槽设计强化传质，进一步提高反应效率。这项基础性突破为开发环境友好的生物精炼工艺奠定了重要理论基础。