Optimizing N,N,N-trimethyl chitosan synthesis: A design of experiments (DoE) approach

析因实验 分式析因设计 试剂 壳聚糖 基础(拓扑) 化学 甲基化 实验设计 数学 有机化学 统计 数学分析 生物化学 基因
作者
Vivien Nagy,Bergthóra S. Snorradóttir,Hélène L. Lauzon,Már Másson
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier]
卷期号:335: 122065-122065 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2024.122065
摘要

This study aimed to optimize the synthesis of trimethyl chitosan (TMC) with a high degree of N,N,N-trimethylation (DTM) through a one-step procedure, minimizing reagent use, reaction time, and avoiding O-methylation, using the Design of Experiments (DoE) approach. Initially, sequential designs were done. Following the determination of the initial conditions a Fractional Factorial Design was used, investigating methyl iodide (MeI) and NaHCO3 molar ratios, temperature, and reaction time on DTM. MeI and NaHCO3 molar ratios were found to be significant (p-values equal to 0.02 and 0.02, respectively), the reaction temperature (p = 0.04) displayed a non-linear effect, while the reaction time was found to be non-significant (p = 0.93). Finally, a Full Factorial Design was done to optimize temperature and base addition methods. Incremental addition of the base was determined to be feasible without affecting the DTM, thereby preventing any viscosity-related problems. DTM was achieved up to 72 % in a one-step procedure, with no O-methylation. These optimized conditions offer a cost-effective, one-step synthesis method for TMC production, holding significant promise for industrial applications by avoiding multistep reactions, ensuring minimal reagent use, and preventing O-methylation. The findings mark a substantial advancement in TMC synthesis, presenting a streamlined and efficient approach with substantial practical implications for process development.
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