在特定的条件下，壳聚糖能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应，可生成各种具有不同性能的壳聚糖衍生物，从而扩大了壳聚糖的应用范围。

壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，它们具有较强的化学反应能力。在碱性条件下，C6上的羟基可以发生如下反应：羟乙基化--壳聚糖与环氧乙烷进行反应，可得羟乙基化的衍生物。羧甲基化--壳聚糖与氯乙酸反应便得羧甲基化的衍生物。磺酸酯化--甲壳素和壳聚糖与纤维素一样，用碱处理后可与二硫化碳反应生成磺酸酯。氰乙基化--丙烯腈和壳聚糖可发生加成反应，生成氰乙基化的衍生物。

壳聚糖分子中具有活性的-NH2侧基，可以通过化学方法被酸化成盐、导入羟基，得到具有水溶性、醇溶性、表面活性等各种功能的壳聚糖衍生物材料。活性的-NH2.，侧基还可以先与过渡金属离子形成配合物，然后交联制备具有模板剂记忆力和选择吸附性能的壳聚糖衍生物材料，这类材料具有良好的血液相容性、生物相容性、生物官能性，在医学领域对细胞组织不产生毒性。

可以利用壳聚糖分子上的OH和-NH2：发生化学反应制备具有抑菌活性的N，O-羟甲基化壳聚糖，其中相对分子质量对抑菌活性有显著影响，如随相对分子质量的降低抑菌活性显著增强，相对分子质量低于5000时，材料对金黄色葡萄球菌抑制杀灭作用明显。壳聚糖溶于酸后，糖链上的-NH2与H+、结合成强大的正电荷阳离子基团，非常有利于改善酸性体质。

甲壳素和壳聚糖的溶解性较差，在水、普通的有机溶剂中溶解性均不好，这大大制约了这类材料的应用，然而甲壳素和壳聚糖分子链上具有多种官能团，可以对其重复单元进行化学改性，引入不同基团，得到溶解性能改善的衍生物材料，同时因为引入了不同的取代基而使甲壳素和壳聚糖衍生物材料具有各异的功能。利用壳聚糖可溶于稀酸溶液的性质可以对壳聚糖进行均相溶液反应，在不同的反应条件下，可以对重复单元中的羟基和氨基及分子链进行硅烷基化、酰化、羟基化、接枝共聚、烷基化、羧基化、主链水解等化学反应。

以下主要介绍酰化、羟基化和主链水解。

主链水解

单糖

甲壳素和壳聚糖主链水解制备单糖的主要途径是化学法。对甲壳素和壳聚糖进行水解得到的最终产物是D-氨基葡萄糖单糖，D氨基葡萄糖单糖具有刺激蛋白多糖合成、辅助治疗关节炎等功能。N-乙酰氨基葡萄糖具有免疫调节、促进双歧杆菌生长、改善肠道微生态环境、治疗和预防肠道疾病等功能。甲壳素用热的浓盐酸水解可得到D-氨基葡萄糖盐酸盐，用乙酸水解可得到N-乙酰基-D-氨基葡萄糖。

低聚寡糖

甲壳素和壳聚糖的部分水解产物是低聚寡糖。化学法中通常用酸和过氧化物进行降解。如用盐酸控制条件可得到5至7糖。在适宜条件下用亚硝酸钠进行降解可得到3糖。相对分子质量分布较窄的低聚物可以采用首先将壳聚糖与铜进行配位反应，然后用过氧化氢降解的方法制备。 

酶水解法是以甲壳素和壳聚糖为原材料制备低聚寡糖的一种主要方法，因为酶水解法具有专一性的特点，可以用来制备确定聚合度的低聚寡糖，尤其是高效制备二聚体以上的寡糖，如采用壳糖酶降解壳聚糖，可得到不含单糖的壳二糖到壳五糖的系列产物，这些产物再进行乙酰化可得N乙酰化甲壳寡糖。

低聚寡糖有显著的生理活性，在医药、食品、农业和化妆品领域已显示出潜在实用价值。用纤维素酶来降解壳聚糖，得到的是六糖至十糖。用排阻色谱可将壳聚糖低聚混合物中聚合度为15的低聚糖分离出来。对低聚寡糖也可进行衍生化，如将壳三糖与三甲基缩水甘油氯化铵反应，所得目标化合物有非常强的抗菌活性。

羧基化反应

氯代烷酸或乙醛酸可以与壳聚糖上的羟基或氨基进行反应，得到相应的羧基化壳聚糖衍生物，羧甲基壳聚糖因其良好的水溶性和绿色环保性，在环保水处理、医药和化妆品等领域得到越来越广泛的应用。如N，N-二羧甲基壳聚糖磷酸钙在促进损伤骨头的修复、再生中有重要应用。氯代烷酸与壳聚糖的化学反应可以在壳聚糖的羟基和氨基上发生，得到水溶性较高的N，O-羧甲基壳聚糖，羧甲基的取代度随着壳聚糖相对分子质量的降低而增大，N，O-羧甲基壳聚糖在防止心脏手术后心包粘连、蛋白质合成与积累、玉米氮代谢等方面效果显著。

酰化反应

壳聚糖分子中由于含有较多的氨基，氢键作用力相对减弱，酰化反应较甲壳素容易进行。壳聚糖分子链的糖残基同时携带有羟基和氨基，可通过与一些有机酸的衍生物（酸酐、酰卤等），实现酰化改性，导入脂肪族或芳香族酰基基团，酰化反应既可在羟基上发生（O-酰化），生成酯，也可在氨基上发生（N-酰化），生成酰胺。壳聚糖具有C6-OH（一级羟基），C3-OH（二级羟基）和氨基三种基团，一般情况下，酰化反应活性是氨基的活性>一级羟基的活性>二级羟基的活性。官能团活性、反应溶剂、酰化试剂的结构、反应温度等因素均影响酰化反应的进行。氨基的反应活性比羟基大，酰化反应首先在氨基上发生，通常要想得到O-酰化的壳聚糖衍生物，需要先将壳聚糖上的氨基用醛保护起来，再进行酰化反应，反应结束后脱掉保护基。

壳聚糖的酰化反应通过引入不同相对分子质量的脂肪族或芳香族酰基进行，所得产物溶解度得到改善，性能也发生变化。如没有酰化修饰的壳聚糖分子有序度较差且抗碎强度较低，用碳链较短（如C6）的酰氯对壳聚糖分子进行N-酰化修饰，产物表现出较显著的溶胀性能，使用碳链较长（如C6-C16）的酰氯对壳聚糖分子进行N酰化修饰，产物表现出较差的溶胀性能，分子有序度以及抗碎强度得到一定的提高。在乙酸和酸酐或酰氯中进行的酰化反应，反应条件温和、反应速率较快、试剂消耗多、分子链断裂较严重。

二氯乙烷-三氯乙酸、氯化锂-二甲基乙酰胺、甲醇-乙酸等混合溶剂可以作为壳聚糖的均相反应溶剂。在使用过量酰氯的条件下，通常可以得到高取代度且分布均一的酰基化壳聚糖衍生物。甲磺酸在，一定条件下可以替代乙酸作为均相酰化反应的溶剂，它本身又有催化剂的作用，得到的酰基化壳聚糖衍生物具有较高的酰化度。取代基碳链过长将会产生显著的空间位阻效应，影响酰基化壳聚糖衍生物的取代度。

壳聚糖的酰化反应不仅发生在氨基上，也会发生在羟基上，得到具有O-酰基化结构的衍生物。通过控制反应条件可以调节酰化位置及酰化衍生物的含量，如50%N-乙酰化壳聚糖可以通过在乙酸水溶液中或在高溶胀的吡啶凝胶中得到。将水溶性甲壳素的水溶液加入到二甲基甲酰胺、吡啶等有机溶剂中，可以得到高溶胀性凝胶，这类在有机溶剂中形成的凝胶具有反应活性好、二次修饰便捷等特点。酸酐（如邻苯二甲酸酐、均苯四甲酸酐等）可以与这类高溶胀性凝胶中的壳聚糖氨基发生N-酰基化反应。

完全脱乙酰化壳聚糖经过充分溶胀后，加入到邻苯二甲酸酐的吡啶溶液中，可以得到总取代度在0.25 -1. 81之间的N，O-邻苯二甲酰化壳聚糖，这一壳聚糖衍生物溶于甲酸、二氯乙酸和二甲亚砜中，可以形成溶致液晶。

制备有确定结构的壳聚糖衍生物对于材料制备来说是至关重要的，可以得到性能更好的功能材料，如N-邻苯二甲酰化壳聚糖的选择性反应，将壳聚糖DMF悬浮液与过量的邻苯二甲酸酐加热反应，生成O，N二种邻苯二甲酰化产物，但是邻苯二甲酰胺在甲醇和钠作用下活性较高，易发生酯交换反应，O位置上的酰基离去，从而反应体系中只剩下N邻苯二甲酰壳聚糖。N-邻苯二甲酰基可用于保护壳聚糖的氨基，在壳聚糖的选择性取代反应中有重要应用。

N邻苯二甲酰壳聚糖在均相反应条件下，可进行较多的选择性修饰反应。例如，在吡啶溶剂中，将N邻苯二甲酰壳聚糖C6羟基先进行三苯甲基化保护反应，之后，C3发生乙酰化反应，最后脱去保护基得到C6的自由羟基。此反应可以在溶剂中定量进行。 

用肼脱去三苯甲基化产物的邻苯二甲酰基可得到三苯甲基壳聚糖，溶解性良好，可作为反应原料进一步改性，如控制反应条件，可得到双取代和三取代的十六酰壳聚糖衍生物，产物还可以进一步磺酸化，得到一种可形成Langmuir层的两性分子。

酰化甲壳素和壳聚糖可吸附金属离子，且取代度、取代基体积对金属离子的吸附有影响，如乙酰化或壬酰化壳聚糖的取代度越低，对Cu（Ⅱ）的吸附量越大，少量酰基会破坏壳聚糖的晶体结构，占据功能基团氨基的位置较少，因而对金属的吸附量增加。辛酰基、苯酰基和月桂酰基壳聚糖衍生物对L型氨基酸比D型吸附量大，利用这一性质可以有效拆分氨基酸的旋光异构体，并且取代度越低，拆分效果越好。苯甲酰化壳聚糖薄膜，可用来分离苯-环己胺的混合物。3，4，6-三甲氧基苯甲酰甲壳素在化妆品工业中，可用于吸收紫外线、防晒护肤。磺酸化的壳聚糖衍生物在医药领域有重要用途，如C3位O-磺酸化的甲壳素衍生物，有较强的抗病毒活性，对HIV病毒有很好的抑制作用，C6位的O-磺酸基甲壳素有抗凝血功能。

因其分子中带有游离氨基，在酸性溶液中易成盐，呈阳离子性质。壳聚糖随其分子中含氨基组分数量的增多，其氨基特性更显著，这正是其独特性质所在，由此奠定了壳聚糖的许多生物学特性及加工特性的基础。