DTAB的合成及其与DNA作用的研究.doc

DTAB的合成及其与DNA作用的研究一、实验目的1.了解表面活性剂，特别是阳离子表面活性剂的主要性质和用途；2.掌握十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）的合成原理和方法；3.测定DTAB的CMC值，并掌握电导法测定离子型表面活性剂的CMC的方法；4.学会分析DTAB/DNA混合溶液的透射光谱。二、实验原理表面活性剂是一种有双亲结构的有机化合物，至少含有两种极性、亲液性迥然不同的基团部分。它能使表面张力显著下降，改变体系界面状态，从而产生润湿、乳化、起泡以及增溶等一系列作用，可用来改进工艺、提高质量，增产节约收效显著，有“工业味精”之美称，广泛应用于洗涤剂、纺织、皮革、造纸、塑料、选矿、食品、化工、建筑、化妆品、农药等行业。阳离子表面活性剂的化学结构中至少含有一个长链亲油基和一个带正电荷的亲水基。正电荷一般都是有氮原子携带，也可由硫原子及磷原子携带，脂肪胺与季铵盐是主要的阳离子表面活性剂，他们的氨基与季铵基带有正电荷具有抗静电。乳化、润湿等主要性能。由于阳离子表面活性剂和基质间具有强烈形成的静电引力，亲油基朝向水相，使基质疏水，因此不适用于洗涤。但当其吸附在纤维表面形成一定向吸附膜后，中和了纤维表面带有的电荷，减少了因摩擦产生的自由电子，因而具有较好的抗静电性能。此外，阳离子表面活性剂的杀菌作用是很显著的，常用于外科消毒、伤口洗涤和餐具消毒等方面。阳离子表面活性剂的主要类型有胺盐型和季铵盐型，本实验合成的目标产物就是季铵盐阳离子表面活性剂。季铵盐是阳离子表面活性剂中最重要的一类，在工业上有着重要的应用价值。常用的议案眼合成方法有两种：（1）从伯、仲、叔胺制取季铵盐；（2）低级叔胺与卤代烷反应制取季铵盐。本实验中DTAB采用第二种方法合成。其反应方程式为：这是一个卤代烃的亲核取代反应，它是从无电荷的反应物转变为有分散电荷的过渡状态，最后形成离子型表面活性剂的过程。副反应主要有脱HBr的消除反应，及较高温度下的氧化反应等。在表面活性剂溶液中，当溶液浓度增大到一定值时，表面活性离子或分子将会发生缔合，形成胶束。表面活性剂溶液开始形成胶束的最小浓度称为该表面活性剂的临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC）。表面活性剂的许多物理化学性质随着胶束的行成而发生突变。表面活性剂溶液只有在浓度高于CMC时才能充分发挥其作用（如润湿作用、乳化作用、洗涤作用、发泡作用等），故CMC值是表面活性剂溶液表面活性的一种量度。对于离子型表面活性剂来说，电导率法最合适，此方法受外界干扰小、准确度高。利用离子型表面活性剂水溶液电导率随浓度的变化关系，作-c曲线，由曲线上的转折点求出CMC值。研究表面活性剂与DNA相互作用的方法有很多，比如稳态荧光法、动态光散射法、Zeta电势法等，但紫外可见吸收光谱法(UV-vis)是研究表面活性剂与DNA相互作用机理的最常用最方便的方法，由于DNA分子中含有嘌呤碱基等具有光活性物质，DNA分子中的碱基在260nm附近有最大紫外吸收，许多小分子与它结合后，对DNA或小分子的吸收光谱会引起变化，这就有利于我们应用紫外可见吸收光谱法来研究分子与DNA的相互作用机理。而且DNA分子在260nm附近有最大紫外吸收，所以也可以选择远离DNA吸收带的波长(450nm)处，测得其透射值(T450)以研究DTAB浓度的变化对DTAB/DNA混合体系的影响。三、仪器和试剂仪器：三口烧瓶100mL 1个，球形冷凝管1支，250mL梨形烧瓶1个，100温度计1支，电热套1台，旋转蒸发仪1台，抽滤装置1台，DDS-11A型电导率仪1台，DJS-10型铂黑电导电极1支，100mL干燥烧杯2只，10mL移液管1支，25mL碱式滴定管1支，UV757CRT型紫外-可见分光光度计。试剂：溴代十二烷，33%三甲胺水溶液，甲醇，乙醚，丙酮，0.01mol/L溴化钠溶液，小牛胸腺DNA。四、实验内容1合成并纯化DTAB将5mL溴代十二烷、4mL三甲胺水溶液和35mL甲醇混合加入烧瓶中，加入沸石后安装好回流装置。用电热套加热至沸腾后保持在约67回流2小时，回流结束后滤去沸石得滤液，将滤液在旋转蒸发仪中蒸发掉溶剂后得到白色或淡黄色粘稠胶状物质。用30mL丙酮溶解粘稠胶状物质，再加入约5mL乙醚，有微量晶体析出，冰水浴15min后抽滤得DTAB晶体。如要进一步纯化，可将一次结晶产品用40mL丙酮回流，使晶体完全溶解后冷却至室温，加入少量乙醚，冷冻，结晶后抽滤得纯度较高产品。最后在6080下真空干燥1h后称重，计算产率。测熔点表征。2测定DTAB的CMC值调节电导率仪，用0.010 mol/L KCl标准溶液标定电导池常数。DTAB经60烘干3小时后，用双蒸水准确配制浓度为0.026mol/L的溶液。将双蒸水和DTAB溶液在25充分恒温后，先测定双蒸水电导率3次，再取20mL DTAB溶液于烧杯中，重复测3次电导率，取平均值，减去双蒸水的电导率后得25时DTAB溶液的电导率。然后依次向烧杯中加入一定量双蒸水（参见表1），按以上步骤测量溶液的电导率。注意，不用再淋洗电极。以DTAB溶液的电导率为纵坐标，浓度c为横坐标作图，-c曲线的转折点对应的浓度即为25时DTAB的临界胶束浓度。表1 CMC值测定计划表浓度/ molL-1实际体积/mL实际浓度/ molL-1加水量/mL0.006860.006047210.008650.008000130.01520.01000090.012430.0120960.014370.014054.50.01632.50.016003.50.018290.0179330.02260.020002.40.02223.60.0220320.02421.60.024071.60.026200.0260003紫外-可见分光光度法研究DTAB与DNA的相互作用（1）根据实验条件，将UV757CRT型仪器按操作步骤进行调节，若仪器状态正常，即可测定各试液的紫外吸收光谱。（2）参数设置 波长扫描范围是230400nm，别的参数不用改变。（3）以溶剂为参比进行“基线校准”，校准完毕后点击“开始扫描”，扫描曲线应是吸光度约为零的一条平坦的直线。（4）以从低浓度到高浓度的顺序换上待溶液a，测绘各溶液在230500 nm的吸收光谱。每次扫描完成后，从“图谱处理”下拉菜单中选择“传送数据到Excel”保存数据。a待测液：向1.010-4 mol/L DNA盐溶液中滴加DTAB盐溶液（溶剂均为0.01mol/L NaBr溶液），具体滴加量参见表2。表2 在450nm时DTAB/DNA混合溶液的透射率理想浓度/ molL-1加入G总体积/L实际浓度/ molL-1浓度对数备注0.0072100.006542-2.184往3mLDNA溶液中加入0.1 molL-1 DTAB0.0051500.004762-2.3220.0041200.003846-2.4150.003900.002913-2.5360.002600.001961-2.70760.001300.0009901-3.0040.00051500.0004762-3.322往3mLDNA溶液中加入0.01 molL-1 DTAB0.0002600.0001961-3.7080.0001309.901E-05-4.0040.00005154.975E-05-4.3030.0000139.990E-06-5.000五、注意事项（1）合成反应时温度不宜过高，防止烯烃等副产物生成；（2）熟悉电导率仪的正确操作步骤；（3）为了防止光电管疲劳，不测定时透射率时将试样室盖打开，使光路切断，以延长光电管的使用寿命。（4）取拿比色皿时，手指只能捏住比色皿的毛玻璃面，而不能碰比色皿的光学表面。（5）比色皿不能用碱溶液或氧化性强的洗涤液洗涤，也不能用毛刷清洗。比色皿外壁附着的水或溶液应用擦镜纸或细而软的吸水纸吸干，不要擦拭，以免损伤它的光学表面。六、实验结果处理1 查阅文献，找出DTAB的熔点，与实验值比较。2作-cs曲线，如图1求出CMC值。图1 DTAB的-cs曲线3 查阅文献，根据不同DTAB浓度下DTAB/DNA混合溶液的吸收曲线的吸收峰值变化说明DTAB与DNA之间的相互作用。图2 不同DTAB浓度下DTAB/DNA混合溶液的吸收曲线4 根据450 nm处不同DTAB/DNA混合体系的透射率值T450作T450-lgcs 的关系曲线，查阅文献，说明DTAB对DNA的影响。图3 在450nm处透射率与表面活性剂浓度(cs)变化的关系实验说明：1、 该实验分三部分：DTAB合成、DTAB的CM