（有机化学专业论文）松香基金属离子配合物的合成及对酶的固定化研究.pdf

硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 松香是一种天然可再生树脂，主要成分为枞酸、长叶松酸和新枞酸等多种树脂 酸，利用树脂酸中的两个双键和一个羧基可对松香进行改性。随着人们对松香及松 香衍生物的深入研究，松香深加工产品已在涂料、油墨、医药、化妆品、金属加工 等方面得到广泛应用。本文对松香基金属离子配合物的制备及其对酶的固定化进行 了研究，主要包括以下内容： 1 以f e c l 3 为催化剂，马来松香和乙二醇为原料，合成了聚马来松香乙二醇酯 ( m a l a y ar o s i ng r a f t e de t h y l e n eg l y c o le s t e rp o l y m e r ，m e e p ) ，探讨了反应条件对 m e e p 酸值和软化点的影响，采用i r 、u v 表征了产物的结构。将m e e p 与c a 2 + 、 c u 2 + 、n i 2 + 和m 9 2 + 金属离子反应制各了m e e p c a “、m e e p c u “、m e e p n i 2 + 和 m e e p m 9 2 + 等4 种配合物，原子吸收光谱法测定了配合物中的金属含量，分析了配 合物的热失重情况。 2 以m e e p 配合物为载体，分别对淀粉酶和漆树漆酶进行固定化，比较了固 定化酶和游离酶的性能。实验结果表明，m e e p c a 2 + 固定化淀粉酶，m e e p c u 2 + 固 定化漆树漆酶的使用性能相对较好，固定化酶的耐热性较游离酶1 0 ，最适宜p h 值与配合物的中心离子有关。 3 分别研究了聚合松香( p o l y m e r i z e dr o s i n ，p r ) 配合物p r c a 2 + 、p r n i 2 + 、p r c u 2 + 和p r m 9 2 + 的合成及其对淀粉酶和漆树漆酶的固定化，考察了固定化酶的性能。实 验结果表明，p r c a 2 + 固定化淀粉酶，p r c u 2 + 固定化漆树漆酶效果最好。 4 用分光光度法考察漆树漆酶催化单宁酸的氧化情况，探讨了p h 值、反应温 度、单宁酸浓度及有机酸和金属离子等对催化反应的影响。当反应温度为3 0 时， 漆树漆酶催化反应效果较好：在p h 为4 2 9 8 的范围内，催化反应速率随p h 增 大而增大；单宁酸浓度在1 4 7 x 1 0 4 2 9 4 x 1 0 一t o o l l - 1 时，反应速率随底物浓度的 增大呈线性增加；c u “、m 矿和n i 2 + 三种金属离子对催化反应有激活作用，其中 c u e + 影响最大；而柠檬酸和乙二胺四乙酸对酶催化反应均起抑制作用。 关键词：聚马来松香乙二醇酯：聚合松香；金属离子；酶；固定化 硕士学住论文 m a s t e r l st h e s l s a b s t r a c t r o s i ni sak i n do fn a t u r a lr e g e n e r a t e dr e s i nw h i c hi sc h i e f l yc o m p o s e do fa b o u t 9 0 r o s i na c i d s0 e v o p i m a r i ca c i d ，n e o a b i e f i ca c i da n dp u l u s t i ca c i d ) r o s i nd e r i v a t i v e s c o u l db em o d i f i e db yt h ed o u b l eb o n d sa n dc a r b o x y lg r o u p so fr o s i na c i d s r o s i na n di t s v a r i o u sd e r i v a t i v e sa r cw i d e l yu s e di np a i n t s ，p r i n t i n gi n k s ，p h a r m a c y ，p a p e r m a k i n g ， c o s m e t i c sa n ds oo n t h i st h e s i sp r e s e n t st h ep r e p a r a t i o no fr o s i n - b a s e dc o m p l e x e sa n d t h e i r a p p l i c a t i o n s f o ri m m o b i l i z i n ge n z y m e t h em a i nc o n t e n t sa r el i s t e da st h e f o l l o w i n g ： 1 m a l a y ar o s i ng r a f t e de t h y l e n eg l y c o le s t e rp o l y m e r ( m e e p ) w a ss y n t h e s i z e db y m a l a y ar o s i na n de t h y l e n eg l y c o la sm a t e r i a l sw i t hf e e l 3 a sc a t a l y s t t h r o u g ht h es t u d y o ft h ei n f l u e n c eo fr e a c t i o nf a c t o r so na c i dv a l u ea n ds o f t e n i n gp 0 曲o ft h ep r o d u c t ，t h e s u i t a b l es y n t h e t i cc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w ：t h em o l a rr a t i oo fm a l a y ar o s i nt oe t h y l e n e g l y c o lw a s1 ：1 2 ，c a t a l y s ta m o u n tw a s8 3 b a s e do nt o t a lm a t e r i a l s ( m a s s ) ，s u i t a b l e r e a c t i o nt i m ew a s3 0hu n d e r1 8 0 1 2 t h es t r u c t u r eo fm e e pw a st e s t i f i e db yu va n di r t h ef o u rc o m p l e x e si n c l u d i n gm e e p c a 2 + ，m e e p c u 2 + ，m e e p n i 2 a n dm e e p m 9 2 + w e r e p r e p a r e dr e s p e c t i v e l y t h ec o n t e n t so fe l e m e n t sc a ，c u ，n ia n dm g i nc o m p l e x e sw e r e d e t e r m i n e db ya t o m i ca b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y ，a n dt h ec o m p l e x e sw e r ec h a r a c t e r i z e d b yt h e r m o g r a v i m e t r i ca n a l y s i s 2 t h ee n z y m e ss u c ha sa m y l a s ea n dr h u sl a c c a s ew e r ei m m o b i l i z e do nt h e c o m p l e x e so fm e e pr e s p e c t i v e l y t h e i rp r o p e r t i e sw e r ec o m p a r e dw i t ht h ei m m o b i l i z e d e n z y m ea n dt h ef r e eo n e t h er e s u l t ss h o w e dt h ei m m o b i l i z e da m y l a s eo nm e e p c a 2 + a n dt h ei m m o b i l i z e dr h u sl a c c a s eo nm e e p c u “h a db e t t e rp r o p e r t i e s ，t h eo p t i m u m t e m p e r a t u r ew a sh i g l l e rl o ct h a nt h a to ff r e eo n e ；t h es u i t a b l ep hv a l u eo fi m m o b i l i z e d e n z y m ew a sr e l a t e dt ot h ei o ni nc o m p l e x e s 3 as e r i e sc o m p l e x e so fp o l y m e r i z e dr o s i n ( p r ) w e r es y n t h e s i z e da n du s e df o r i m m o b i l i z i n ga m y l a s e a n dr h u sl a c c a s e t h e i r p r o p e r t i e s w e r e e v a l u a t e d ；t h e e x p e r i m e n t a ir e s u l t ss h o w e dt h a tt h ei m m o b i l i z e da m y l a s eo nt h ec a l c i u mc o m p l e x e s w i t hp r c a “a n dt h ei m m o b i l i z e dr h u sl a c c a s eo np r c u 2 + h a db e t t e rp e r f o r m a n c e 4 t h eo x i d a t i o no ft a n n i ca c i dc a t a l y z e db yr h u sl a c c a s ew a ss t u d i e dt h r o u g h s p e c t r o p h o t o m e t e r t h ee f f e c t so f c o n d i t i o n ss u c ha sp hv a l u e ，t e m p e r a t u r e ，a n d 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s c o n c e n t r a t i o no ft a n n i ca c i d o r g a n i ca c i da n dm e t a li o n so nr e a c t i o nw e r ed i s c u s s e d 1 1 1 e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e a c t i o nr a t er o s ew h i l et h ep h v a l u ew a s r i s i n ga t t h er a n g eo f4 2 9 8 ，a n dt h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ew a s3 0 w i t ht h ei n c r e a s eo f c o n c e n t r a t i o no ft a l m i ca c i df r o m1 4 7 1 0 t o2 9 4 x l o - 4m o l - l - 1 t h er a t eo fo x i d a t i o a w e n tu pa sw d l 1 1 1 em e t a li o n sc u 2 + ，m 9 2 + a n dn i “c o u l da c t i v a t et h ec a t a l y t i cr e a c t i o n ， e s p e c i a l l yt h ec u “b u tt h ec a t a l y t i co x i d a t i o nw a s r e s t r a i n e db yc i t r i ca c i do re t h y l e r i e d i a n l i n e t e t e t r a a c e t i ca c i d k e y w o r d s ：m a l a y ar o s i ng r a f t e de t h y l e n e 班y c o le s t e rp o l y m e r ； p o l y m e r i z e dr o s i n ；m e t a li o n s ；e n z y m e ；i m m o b i l i z a t i o n 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 耽、， 作者签名：监电仍日期：泖6 年f 月；o 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 产 作者签名：毖、h 乏 目期：，聊6 _ 午f f 月；。日 导师签名：毒牛孽 日期：新r r 月如目 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。匣蕴迨塞握銮后澄卮；旦主生i 旦= 生i 旦三生蕉塑： 严 作者签名：芑搓也。七 日期：1 5 年( | 月；口日 导师签名： 日期：年月 日 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第一章文献综述 1 1 松香的来源、组成与性质 松香是从松树分泌出来的粘稠液体并加以蒸馏而得到的一种天然树脂，是一种 透明而硬脆的固态物质i l j 。按采集方法不同，可分为脂松香、木松香和浮油松香。 脂松香又叫放松香，是从生长的松树树干上采集的松脂经蒸馏而得，我国大部分松 香都是脂松香；木松香是将松树树根切成碎片经溶剂浸提而得，又称浸提松香；从 硫酸盐法松木制浆造纸中所得的浮油中提取得到的为浮油松香。 松香是一种复杂的混合物，其主要成分是多种树脂酸、少量脂肪酸和中性物质， 不同产地的松香各成分稍有些差异，如福建和江西两地生产的工业松香树脂酸含量 8 5 6 3 8 8 7 2 ，脂肪酸含量2 2 6 5 4 4 ，中性物质含量5 2 4 7 6 3 1 2 j o 树脂酸是一类分子式为c - 9 h 2 9 c o o h 的同分异构体的总称，它们具有一个三元菲骨 架、含有两个双键的一元羧酸，其中主要成分是枞酸、长叶松酸和新枞酸，最具代 表性的是枞酸，在松香中含量通常达5 0 以上。按双键位置不同树脂酸主要可以分 为枞酸型和海松酸型两类。已知结构的树脂酸主要有1 3 种，如图1 1 所示。 ( i ) 枞酸( i i ) 左旋海松酸 ( i i i ) 新枞酸 ( ) 海松酸 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s ( v ) 长叶松酸( ) 脱氢枞酸 。扩h3c3 矿 ( ) 二氢枞酸( ) 四氢枞酸 = 2 啦 = a b ( ) 异海松酸( x ) 8 ( 9 ) 一异海松酸 ( x i ) 山达海松酸( ) 湿地松酸 h o o c 0 b ( x ) 南亚松酸 图1 1 树脂酸结构 2 胀 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 松香中中性物质含量很少，但成分复杂。气相色谱分析表明，中性物质含有组 分7 0 多种，主要成分2 0 多种1 2 0 l ，包括单萜、倍半萜、二萜烃、二萜醛和二萜醇 等。中性物含量多少对松香的物理特性有一定影响，中性物质含量越高，结晶趋势 越小，但是软化点、酸价都下降，电绝缘性能减弱。 松香性脆、易氧化、酸值较高、热稳定性差，妨碍了它的应用，因此根据松香 的特点进行改性可得到各种功能基化合物。松香化学反应主要在枞酸型树脂酸分子 的两个活性基团羧基和共轭双键的双键上进行，主要反应1 0 个：异构化反应、 加成反应、氢化反应、歧化反应、聚合反应、氨解反应、酯化反应、还原反应、成 盐反应、氧化反应。其中酯化是松香改性合成的重要反应之一，目前各种松香酯产 品占松香改性产品的6 0 以上1 “。 1 2 松香酯和改性松香酯及其应用 天然松香树脂酸中的羧基，与其他一元羧酸一样，具有典型的羧基反应，可与 多种醇类反应生成相应的酯类。从松香酯化催化剂的选择与优化、到松香酯及改性 松香酯的应用，已有诸多综述和报道 6 - 9 1 。松香酯化后，不但降低了酸值，提高了热 稳定性，而且增强了松香耐酸、耐碱的能力。 松香的一元酯包括甲酯和乙酯。是不干性液体，可作橡胶、合成树脂漆的溶剂， 也可作多种树脂的增塑剂，如硝基漆的增塑剂和聚酰胺涂料的增塑剂等。此外，甲 酯也用作显微镜的浸渍油，乙酯也常用作多种食品如口香糖、果汁、冰淇淋等的添 加剂。 松香乙二醇酯是松香与二元醇反应产物的代表，它是一种具有一定塑性的树 脂，可作粘合剂和增塑剂：与环氧化物( 可视为二醇的缩水产物，如环氧乙烷或环 氧丙烷) 反应生成的枞酸羟烷基酯可作为聚酯树脂的原料、非离子型乳化剂。 松香的三元醇酯为松香甘油酯，俗称脂胶，主要用于制造油漆。与煤焦系脂类、 石油系溶剂、植物油和松节油全溶，也可制造油墨、蜡纸、电工器材等用。精制的 松香甘油酯和氢化松香甘油酯可用作乳化香精中的增香剂和口香糖的柔软剂、保香 剂等。 松香四元醇酯以松香季戊四醇为代表，主要用于油漆、油墨等。此外，松香还 可与山梨醇、卫茅醇及芳基衍生物的羟基起酯化反应。 改性松香( 氢化松香、聚合松香、马来松香等) 与天然松香一样，与醇反应生 成相应的酯。王百军等【1 0 】用马来松香和聚甘油反应合成了一种性能优良的非离子表 面活性剂，可作为乳化剂、破乳剂和缓蚀剂等使用；马来海松酸甘油酯聚氧乙烯醚 3 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 在低温低酸度条件下对q 2 3 5 钢的缓蚀性能优于松香基咪唑啉、松香胺聚醚、新洁 而灭和乌洛托品等市售产品l l l j ；由松香及二甘醇等合成醇酸树脂多元醇，再与t d i 反应可制备预聚型聚氨酯涂料i l “。 松香被誉为“长在树上的石油”，随着石油第一次性资源的渐渐枯竭，如何利 用松香这种可再生的天然资源来替代部分一次性资源已成为日益重要的研究课题。 除松香酯及改性松香酯的合成与应用已成为开发松香深加工产品研究的热点外，近 年来，如何充分利用松香中的活性基团对松香再进行其它改性仍受到人们的普遍关 注，合成的松香改性产品作为农药1 6 1 、生物降解材料【1 3 - “l 、药物控制释放用高分子 载体【1 6 ”、表面活性剂【1 8 - 2 2 等广泛应用于油墨工业、造纸工业、涂料工业、医药、 化妆品、金属加工等技术领域。 1 3 固定化酶的特点及固定化方法 酶是具有生物催化功能的生物大分子，生物体内的各种生化反应，几乎都是在 酶的催化作用下进行的，因此，酶是生命活动的产物，又是生命活动必不可缺的条 件之一。 酶的催化作用具有催化效率高、专一性强、作用条件温和、无污染等诸多特点， 在医药、食品、轻工、化工、环保、能源、农肥、饲料、分析检测和生物工程等领 域得到广泛应用【纠。然而，游离酶由于不稳定和易变性等缺点，使它们难以在工业 中得到更为广泛的应用，此外，分离和提纯酶以及它们的一次性使用也大大增加了 其作为催化剂的成本。而二十世纪五十年代开始兴起的固定化酶技术正好克服了游 离酶在使用中存在的缺点例。 固定化酶是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后 的酶可以回收重复使用。酶固定化后，其抗性增强，可重复使用，产物易分离纯化， 在化学分析、亲和层析、环境保护、能源开发等方面得到更为广泛应用。 传统的固定化酶方法可分为吸附法、包埋法、交联法和共价结合法4 种。 1 3 1 吸附法( a d s o r p t i o n ) 吸附法是最早的酶固定化方法，利用物理吸附、氢键、疏水键、p 一电子亲和力、 离子键合力等方法，将酶固定在纤维素、琼脂糖等多糖类或多孔玻璃、离子交换树 脂等载体上的固定方式陋2 6 1 。此法操作简便、固定化过程温和、酶活力回收率高、 载体选择范围很大，涉及天然或合成的无机、有机高分子材料，吸附过程同时达到 纯化和固定化，酶失活后可重新活化，载体可以再生，但酶和载体的结合力较弱， 4 硕士学侄论文 m a s t e r st h e s i s 酶易受外界因素的影响而脱落。 1 3 2 包埋法( e n t r a p m e n t ) 包埋法是指用物理作用将酶分子限定在载体的一定空问内，从而实现酶固定化 的方法。包埋法又分为网格型和微囊型两种【2 7 】。 将酶或微生物包埋在高分子凝胶细微网格中的称为网格型。载体材料有聚丙烯 酰胺、聚乙烯醇和光敏树脂等合成高分子化合物以及淀粉、明胶、胶原、海藻酸和 角叉菜胶等天然高分子化合物。该法是固定化微生物中用得最多、最有效的方法。 将酶或微生物包埋在高分子半透膜中的称为微囊型。微囊型固定化酶通常是直 径为几微米到几百微米的球状体，颗粒比网格型要小得多，比较有利于底物和产物 扩散，但是反应条件要求高。此法包埋的酶量很多，在医学上具有很大的应用可能 性，因此越来越受到人们的注意。一般反应条件温和，对酶自身的结构改变很少， 因此酶活性损失较小，固定化效率较高。 1 3 3 交联法( c r o s s - n h n 曲 交联法是指利用双或多官能试剂作为交联剂，使吸附于膜材料表面或包埋于膜 材料多孔层内的酶分子之间发生交联，从而实现酶固定化的方法。戊二醛是最常用 的交联剂，此外还有己撑二异氰酸酯、双重氮联苯胺、己二酰亚胺酸二甲酯、顺丁 烯二酸酐等。这一方法固定的酶在载体上附着牢固，不易漏失，但由于固定化过程 中涉及酶分子的化学反应，因而酶失活较为严重。 1 3 4 共价结合法( c o v a l e n t - b i n d i n g ) 共价结合法是指酶分子上的官能团与载体上的活化基团反应，形成稳定的化学 共价键的方法。这时酶与载体结合非常牢固，不易发生酶的脱落，有良好的稳定性 和可重复使用性，是目前酶固定化研究中最为活跃的领域【“。但其缺点也较明显： 反应一般较剧烈，容易使酶失活，此外载体不通用，必须根据酶的特性选择适当的 载体材料。 酶分子上用于偶联的官能团有氨基、羧基、酚基、咪唑基、吲哚基等；载体上 的官能团有芳香氨基、羟基、羧基、羟甲基和氨基等。一般而言，载体上的官能团 和酶分子的侧链基团之间不能直接发生反应，因而需要先利用接枝共聚等手段对材 料表面进行活化，引入反应活性基团，使之与酶分子作用。其常用载体包括天然高 分子( 纤维素、琼脂糖、淀粉、葡萄糖凝胶、胶原及衍生物等) ，合成高聚物( 尼龙、 多聚氨基酸、乙烯一顺丁烯二酸酐共聚物等) 和无机支持物( 多孔玻璃、金属氧化物 5 硕士举住论文 m a s t e r st h e s i s 等) 。 根据载体的反应活性基团与酶的侧链基团共价结合反应的性质，可将共价结合 法分为以下几类： 重氮法重氮法适用于表面带芳香氨基的膜材料。膜表面经稀盐酸和亚硝酸 钠处理，成为重氮盐化合物，再与酶分子中的酚基、咪唑基等发生偶联反应，制成 固定化酶膜。 叠氮法叠氮法适用于表面带羧基或羧甲基的膜材料。如羧甲基纤维素经酯 化后，用水合肼处理得到酰基肼，再用亚硝酸处理制成叠氮衍生物，可与酶分子上 的氨基、羟基等基团反应制成固定化酶膜。 戊二醛法戊二醛与膜材料上的氨基反应，生成具有醛功能的模板，再与酶 蛋白上的氨基作用实现酶的固定化。 共价固定法除了以上提到的几种方法以外，还有其它一些共价固定法也常 被使用。如利用载体上的缩醛结构与酶分子上的氨基缩合；利用载体活化后形成的 异氰酸或异硫氰酸衍生物与酶分子共价结合；利用溴化氰法、烷化法、碳二亚胺活 化法固定化酶等。共价结合法固定的酶稳定性高，但由于固定化过程反应激烈，酶 失活较严重，且载体不易再生。 1 4 本课题的方案设计及创新性 松香是一种可利用的天然再生资源，目前松香及其改性物在涂料、肥皂、医药、 农药和油墨等方面的应用已得到广泛认同，但作为固定化酶载体的应用还在起步阶 段。本课题首先以松香、马来酸和乙二醇为原料，f e c l 3 为催化剂，合成了聚马来 松香乙二醇酯( m e e p ) ，重点探讨了反应条件对m e e p 酸值和软化点的影响；再将 m e e p 分别与c u “、n i “、c a 2 + 和m 9 2 + 等4 种金属离子络合制备配合物。 第二部分内容研究了m e e p 配合物固定化淀粉酶和漆树漆酶的情况，考察了固 定化酶和游离酶的耐酸碱性、热稳定性等性能。 课题的第三部分制各了聚合松香金属离子配合物，并作为固定化淀粉酶和漆树 漆酶的载体，着重考察了聚合松香钙固定化淀粉酶，聚合松香铜固定化漆树漆酶的 效果。 本文最后研究了漆树漆酶催化单宁酸的氧化反应情况。 本课题采用的原料松香来源丰富，合成的产物无毒，具有较好的生态性能，符 合原料及产物绿色化的要求。本课题的研究为丰富松香精深加工产品和固定化酶载 体种类、拓展松香应用领域及生物酶的应用提供新的思路和方法。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第二章聚马来松香乙二醇酯及其配合物的合成 2 1 引言 松香是一种来源丰富、价格便宜的天然资源。全世界松香年总产量约1 1 0 1 2 0 万t ，其中脂松香约8 0 万t ，中国是世界上第一脂松香生产大国，松香年产量约5 0 万 t ，占世界总产量的4 0 以上【“。松香的利用实际上指其中树脂酸的利用。它是 一种具有优良特性而又尚未得到充分有效利用的资源，因而至今仍有“尚未开发的 宝库”之称吼除松香及其衍生物在涂料、造纸、合成树脂、电气工业等方面有重 要用途外，已有研究i 卅报道利用松香合成新型手性季铵盐类相转移催化剂用于催化 不对称查尔酮环氧化反应，环氧化产物最高达2 0 ，松香类新产品的研发及应用 正进一步开拓中。 雷福厚p l j 以松香为原料，f e c l 3 为催化剂合成了马来松香7 - - 醇酯，再以z e 0 为催化剂二步合成了m e e p ，测定了聚合物的微孔结构和分子量等性能特征，确定 聚合物为高分子大孔树脂。本文在此基础上以f e c l 3 为催化剂一步合成m e e p ，详 细探讨了反应时间、反应温度、原料摩尔比、催化剂用量等反应条件对产物酸值和 软化点的影响。 松香中的主要成分枞酸、新枞酸和长叶松酸共轭双键位置不一，且不在同一平 面内，与马来酸亲电加成的能力较左旋海松酸难【”i 。但在温度高于1 0 0 1 2 时，易异 构为双键同环的左旋海松酸，在适宜条件下，与马来酸发生d i e l s a l d e r 反应【3 3 l 。 马来松香的反应式为： 7 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 马来松香酯化反应式为 睡+ 一孚妊 r = c h 2 c h 2 _ 一 m e e p 的分子结构如下： 2 2 实验部分 f o c 2 2 1 主要仪器和试剂 b s l l 0 s 电子天平( 北京赛多利斯仪器系统有限公司) ；电子调温电热套9 8 1 一b 型( 天津市泰斯特仪器有限公司) ；n i c o e tm a g n af t i r5 5 0 ( i i ) 红外光谱仪( 美 国) ；g b cu v v i s9 1 6 紫外可见光光度计( 澳大利亚) ；x t 一4 型双目熔点测定仪( 北 京泰克仪器有限公司) ；z r y - i p 型综合热分析仪( 江苏化工仪器厂) ；w f x 一1 型原子 吸收分光光度计( 北京第二光学仪器厂) 。 松香：特级，广西梧州松脂厂；马来酸：c p ，含量9 9 0 1 0 1 0 9 6 ，国药集团 化学试剂有限公司；乙二醇：a r ，沸点1 9 6 1 9 8 c ，广东新宁化工厂：无水乙醇： a r ，含量 9 9 7 ，北京化工厂；六水合氯化铁：a r ，含量 9 9 o ，广东汕头市 西陇化工厂；浓硫酸：a r ，含量9 5 9 8 ，广西师范学院化学试剂厂：溶剂汽油： 工业级：二水合氯化铜，六水合氯化镁，六水台氯化镍，无水氯化钙等均为分析纯 试剂。 2 2 2 马来松香的制备 将1 0 0g 松香粉末置于反应瓶中，安装分水器、温度计、电子恒速搅拌器，用 电热套加热至1 4 0 熔融时，加入4 6 2g 马来酸，以溶剂汽油为溶剂，在约1 9 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 条件下搅拌反应8h 。回收溶剂，将粗产物碾细，用8 0 的蒸馏水多次洗涤至p h 接近中性，然后放入8 0 烘箱内干燥，得马来松香。 2 2 3m e e p 的合成 将马来松香与乙二醇按一定比例置于反应瓶中，马来松香分三次加入，确保乙 二醇过量，加入催化剂，以5 0 l l 汽油为溶剂。装上分水器、温度计、搅拌器，加 热反应一定时间后，过滤，得粗产品，研细，用6 0 的蒸馏水反复洗涤，直到滤 液变清且加硝酸银溶液至无白色沉淀，干燥，得m e e p 。 2 2 4m e e p 金属离子配合物的合成 将一定质量颗粒均匀的m e e p 分别与0 1m o l lc 铲+ 、n i 2 + 、m f + 和c u 2 + 溶液 浸泡1 2h ，抽滤，蒸馏水洗涤，干燥，得m e e p c a 2 + 、m e e p n i “、m e e p m 9 2 + 和 m e e p c u “配合物。 2 2 5 性能测试 酸值的测定：准确称取0 6g 马来松香、m e e p ，以无水乙醇作溶剂，百里 酚酞为指示剂，用0 1m o l l 的氢氧化钾溶液标定。计算得1 9 产品消耗氢氧化钾的 毫克数。酸值按下式计算： 酸值= ( v x m x 5 6 1 1 ) w ( m g k o h g ) 式中：v 为滴定时消耗氢氧化钾标液的体积( m l ) ：m 为氢氧化钾标液的摩尔浓 度；w 为试样重( g ) ；5 6 1 1 为氢氧化钾分子量。 软化点测定：采用熔点测定仪测定。 溶解度测定：称取适量的样品，加入一定量溶剂充分搅拌后，静置至溶液澄 清，过滤，不溶物干燥，称重，计算溶解度。 热重分析：采用综合热分析仪，氮气保护，升温速度1 5 m i n ，升温范围 4 2 8 0 0 ，样品用量6 8m g 。 ) m e e p 金属离子配合物中金属含量的测定：准确称取0 5g 样品于坩埚中， 先在电炉上灼烧至不冒烟止，稍冷却，转移至8 0 0 马弗炉中继续灼烧2h 。冷至 室温后，分别往m e e p n i 2 + 和m e e p c u 2 + 样品中加入2 h n 0 3 溶液，m e e p c a 2 + 和 m e e p m 9 2 + 加入2 h c i 溶液，定容。原子吸收光度法测定金属离子含量，同时做 m e e p 空白。 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 2 3 结果与讨论 2 3 1 不同催化剂对产物性能的影响 以马来松香与乙二醇的摩尔比为1 ：1 2 ，5 0m l 汽油为溶剂，分别以l gf e c l 3 和0 1 8g 浓n 2 s 0 4 作催化剂，加热搅拌反应。当反应温度达1 4 0 时，浓h 2 s 0 4 作催化剂的反应体系立即变碳黑，f e c l 3 的反应中有水生成，本实验选用f e 0 3 作催 化剂。 2 3 2 不同反应时间对产物性能的影响 马来松香与7 , - - 醇的摩尔比为1 ：1 2 ，加入5 01 i l l 汽油和0 5gf e a 3 ，反应 一定时间后，取出样品，洗涤，干燥，测定产物的酸值和软化点，结果见表2 1 。 表2 1不同反应时间对产物性能的影响 由表2 1 可以看出，随着反应时间的延长，酸值逐渐降低，软化点有所增大， 综合产物的性能，本实验较适宜的反应时间为3 0h 。 2 3 3 不同反应温度对产物性能的影响 马来松香与乙二醇的摩尔比为1 ：1 2 ，用0 5g f e c l 。做催化剂，加5 0n l l 汽 油，在不同的温度下反应3 0h ，结果见表2 2 。 表2 2不同反应温度对产物性能的影响 由表2 2 可知，在考察的温度范围内，合成m e e p 较好的反应温度约为1 8 0 ， 温度过低，不利于酯化与聚合；温度过高，一方面l - - 醇易蒸发出来，造成原料损 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 失，另一方面，易发生副反应。 2 3 4 乙二醇的用量对产物性能的影响 马来松香与7 , - - 醇的用量采用不同的摩尔比，用0 5g f e c 。做催化剂，加5 0 m l 汽油作溶剂，反应3 0h ，结果见表2 3 。 表2 3乙二醇用量对产物性能的影响 由表2 3 可看出，综合比较酸值和软化点的数据结果，马来松香与乙二醇的摩 尔比为1 ：1 2 或1 ：1 5 的效果较好，本实验选择l ：1 2 。 2 3 5 催化剂用量对产物性能的影响 马来松香与7 , - - 醇的摩尔比为h1 2 ，加5 0 】i l l 汽油，改变催化剂用量，以占 反应物总质量的百分比表示，反应3 0h ，结果见表2 4 。 表2 4催化剂用量对产物性能的影响 从表2 4 可以看出，催化剂的用量对产物的软化点和酸值有较大影响，催化剂 用量为反应物总质量的8 3 时效果较好。反应体系中固相催化剂量太大易导致原 料分散不均匀，不利于聚合反应。 2 3 6m e e p 的紫外光谱分析 将少量松香、马来松香和m e e p 溶于无水乙醇中，进行紫外光谱测试，结果如 图2 1 至图2 3 。 1 1 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 栽一 # 吲! ：= i i ifi - l 三 ll i i i h 一争持il ! i 、 ；i； # # i ：= = i e 斟孥斟蝌t 日+ 卜 曩嗣9 罩竿挚料斗一争 图2 1 松香紫外光谱 ：f 、 ! ：j l ：j 鞘 i ： 1；! ；f ；：1 i ! ；l 。i 一丁j ： ! ii 。l ，! ；ij !i ：| l ! lj ， li ； ：； i 。l ，ij k ；：； - ； r? 叫h 瓿k 勘 。ki 止一l l 图2 2 马来松香紫外光谱 f 、 、ili | i i 上l i 阻土上一 f i ；丁 | 譬! jz i 。i 图2 3m e e p 的紫外光谱 从紫外光谱图可见，松香的紫外吸收光谱在 = 2 4 1nm 有强吸收峰为共轭 二烯的特征吸收峰， = 2 0 3 1 2m 处的吸收峰为松香羧基和酯基的特征吸收峰【”。 马来松香和m e e p 的紫外光谱中，k 。，= 2 4 11 2i t i 的强吸收峰基本消失，表明其中双 键减少，马来酸和松香发生了加成反应。 2 3 7m e e p 的红外光谱分析 红外光谱测试采用漫反射法，图谱如图2 4 。 硕士学位论文 m a s t e r st l i e s i s 卜松香；2 一马来松香；3 - m e e p 图2 4 松香、马来松香和加巨e p 的红外光谱 图2 4 中，松香、马来松香和m e e p 在2 8 0 0 3 5 0 0c m - 1 都有松香基典型的漏 斗吸收峰【3 5 j ，其中2 8 0 0 2 9 0 0c m - 1 为c h 的伸缩振动，3 0 0 0 3 5 0 0c m 1 为羧基中 缔合一o h 的伸缩振动。马来松香和m e e p 在1 7 8 0 1 7 1 0c m - 1 具有较松香1 7 1 0c m - 1 宽的较强吸收峰，为羧基或酯基中c = o 的伸缩振动，且在1 6 0 0 、9 3 0c f f l 具有较松 香明显的中等强度吸收峰，表明三元菲环上双键的取代类型发生了改变0 6 1 。2 6 5 7c m - 1 处为一c 0 0 h 中缔合羟基的吸收，与松香和马来松香比较，m e e p 在该处的吸收峰几 乎消失，表明m e e p 发生了聚合反应。 2 3 8m e e p 的溶解性能 分别测定m e e p 在有机溶剂中的溶解度，结果显示，m e e p 在1 0 0 m l 甲苯、 二氧六环、环己烷和无水乙醇中的溶解量分别为0 3 0 1 ，0 5 5 9 ，0 0 5 5 和0 1 2 7 9 。 2 3 9m e e p 及其配合物的热重分析 由m e e p 及其配合物的t g 图可知，m e e p 及其配合物在3 5 0 以下的差热曲 线为一平坦直线，没有放热和吸热峰，起始氧化分解温度均为3 5 0 、3 8 0 ， m e e p 在5 0 0 有一个明显的失重速率，可能为部分基团开始氧化分解，而配合物 则没有；4 种配合物的t g 图相似，升温至5 0 0 后，没有明显的失重，原因可能 是m e e p 与不同金属离子络合后，热稳定性相对较好，但配合物之间的热稳定性没 有明显差别。 硕士学住论文 m a s t e r s t h e s i s 图2 5m e e p 图2 6m e e p c a 1 4 硕士学位论文 m a s t e r st h e s l s 图2 8 m e e p m g 图2 9m e e p n i 2 3 1 0m e e p 及其配合物中的金属含量 表2 5 是m e e p 及其配合物中吸附或配位的金属离子含量数据。单位质量的 m e e p 配位的金属离子的量大小顺序是m 9 2 + c a 2 + n i 2 + c u “，这可能是由 于m 9 2 + 的离子半径最小，更容易进入树脂的空腔内部，但从理论上由于n i 2 + 和 c u 2 + 为过渡元素离子，有空轨道和羧基配位，键合力应该更大，有关的机理有待进 一步研究。 硕士学位论文 m a s t e st h e s i s 表2 5m e e p 及其配合物中配位的金属离子含量 m e e p0 0 1 20 0 0 70 4 5 0 0 6 m e e p c u 2 + m e e p n i 2 + m e e p c a 2 + m e e p m 9 2 + 1 _ 0 7 一 一 1 2 7 一 2 2 5 4 5 2 4 本章小结 以f c c l 3 为催化剂，合成了m e e p ，较好的反应条件为：马来松香与乙二醇的 摩尔比为1 ：1 2 ，反应温度1 8 0 ，反应时间3 0 h ，产物的酸值为6 6 7 m g k o h g ， 软化点在2 2 0 2 5 0 问，在1 0 0 m l 甲苯、二氧六环、环己烷和无水乙醇中的溶解 量分别为0 3 0 1 ，0 5 5 9 ，0 0 5 5 和0 1 2 7g 。 制各了m e e p c a 2 + 、m e e p n i 2 + 、m e e p m 9 2 + 和m e e p c u 2 + 配合物，热重分析表 明配合物在3 5 0 5 0 0 问热失重速率明显，但配合物之间的热性能无明显差别。 原子吸收光谱法测定配合物中金属含量，m e e p c d + 、m e e p n i “、m e e p 撕一和 加匝p 电奸+ 配合物中相应的金属含量依次为1 0 7 、1 2 7 、2 2 5 和4 5m m o v g 。 3 1 引言 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第三章m e e p 金属离子配合物对淀粉酶和 漆树漆酶的固定化研究 淀粉酶是广泛存在于自然界的一种含钙金属酶，主要应用于食品加工、生物工 程、医药、纺织等领域，可分为n 一( 液化) 淀粉酶和1 3 一( 糖化) 淀粉酶。前一种 酶存在于唾液、胰腺、大麦和许多微生物体内，a 一淀粉酶是一种c a 2 + 依赖性的蛋白 酶，二聚体分子量为4 8 0 0 0 ，含有4 5 个c a 2 + ；0 一淀粉酶主要存在于植物和微生物 体内【3 7 】。目前，已有利用分子筛【3 8 l 、磁性聚乙二醇f 3 9 l 、含环碳酸酯基聚合物【加i 、 硅藻土1 4 l 】等载体固定化淀粉酶的报道。 漆酶最早是从漆树分泌物中发现的一种含铜的多酚氧化酶( l