壳聚糖分子水平热解机理的DFT研究及其在水果绿色包装材料开发中的协同效应与应用前景

本文采用密度泛函理论（DFT）系统揭示了壳聚糖（chitosan）在500–950?K温度区间的八类初始热解路径（包括糖苷键断裂、侧链分解及开环反应），阐明其热不稳定性与温度正相关特性，为水果保鲜包装中多糖基材料（如壳聚糖-纤维素复合材料）的可持续设计及协同热解机制提供分子层面理论支撑。

　　

亮点（Highlights）

• 通过密度泛函理论（DFT）计算揭示了壳聚糖在分子水平上的八类初始热解路径

• 热解主要产物为小分子挥发物和芳香杂环化合物

• 动力学分析表明壳聚糖在500–950?K范围内呈现独特的热不稳定性

• 为实际热解过程中壳聚糖与其他组分的协同效应提供理论依据

密度泛函理论（DFT）

所有电子结构计算均通过Gaussian16软件包完成，采用密度泛函理论（DFT）方法。M06–2X泛函被选用因其在主族热化学计算中的高效性（Zhao & Truhlar, 2008）。在平衡计算精度与效率的基础上，所有反应物（Rs）、过渡态（TSs）、中间体（IMs）和产物（Ps）的几何优化和振动频率分析均在M06–2X/6–31?+?G(d,p)级别下进行。

壳聚糖结构（Structure of chitosan）

壳聚糖的结构复杂性及当前计算资源的限制，促使研究采用由D-葡萄糖胺（GlcN）和N-乙酰基-D-葡萄糖胺（GlcNAc）组成的二糖单元作为壳聚糖的代表性模型。该建模方法具有显著优势：二糖单元保留了壳聚糖的关键结构特征，特别是特征性糖苷键连接和官能团变化。所选二糖单元的适中分子尺寸...

结论（Conclusion）

本文利用密度泛函理论（DFT）在分子水平上研究了壳聚糖的热解反应机理及动力学。研究结果为深入探索绿色水果保鲜包装复合材料提供了理论支持，并为未来可持续水果包装材料的开发与工艺设计提供了新思路。主要结论如下：

（1）壳聚糖的热解反应主要包括八类初始路径...