生物催化合成手性导电聚苯胺的研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xixiangreng
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本文研究了生物催化条件下水溶性手性导电聚苯胺的模板导向合成。主要做了三个体系:(1)使用血红蛋白(Hb)为催化剂,以过氧化氢(H2O2)为引发剂在十二烷基苯磺酸(DBSA)正相胶束体系中,利用大分子环糊精作手性诱导剂合成手性导电聚苯胺;(2)以十二烷基苯磺酸(DBS A)为模板剂和掺杂剂,使用血红蛋白(Hb)做手性诱导剂兼生物催化剂,过氧化氢(H2O2)做引发剂合成水溶性的手性导电聚苯胺;(3)在DBSA/CTAB阴阳离子表面活性剂复配体系中,以Hb为手性诱导剂兼催化剂,以过氧化氢为引发剂生物催化合成高导电率的手性聚苯胺。本文考察了在不同反应体系,不同手性诱导剂条件下,各反应条件对产物的影响。
  在第一个体系中,主要研究了在β-环糊精以及不同取代基修饰的β-环糊精大分子下合成手性聚苯胺的过程。即在DBSA胶束体系中加入环糊精作为手性诱导剂,经过血红蛋白(Hb)生物催化,可以产生具有手性的聚苯胺并尝试推测了其形成机制。通过优化反应条件可知,环糊精浓度对聚合反应产生影响。通过圆二色谱(CD)测试可知,不同浓度的环糊精对手性强度也有影响,且环糊精浓度越小,手性强度越大。傅立叶红外(FTIR)测试显示环糊精掺杂到了聚苯胺链中。通过场发射扫描电镜(FESEM)可知,合成的手性聚苯胺复合物呈球团状,而在羟丙基-β-环糊精存在下,合成的手性聚苯胺呈特殊形貌,类似大麦粒,颇具代表性。而通过透射电镜(TEM)却发现,产生的复合物中明显存在具有一定螺旋结构的纤维,推测是由于环糊精形成了锥形管道,而聚苯胺在其上形成并缠绕在上面,故产生了螺旋的手性聚苯胺,且聚苯胺链之间相互缠绕形成大小不均一的球团状结构。通过聚苯胺复合物分散性实验可知,加入β-环糊精以及不同取代基修饰的β-环糊精后,聚苯胺在水中呈现出不同的溶解度和分散性,且在β-环糊精存在下产生了较好的分散性和溶解性,说明β-环糊精增大了聚苯胺在水中的溶解度和分散性,增强了其可加工性能。除此之外,还对合成的产物进行了紫外可见吸收光谱(UV-Vis),热重分析(TG A),小角散射(SAXS)的粒径分析的表征,说明合成了环糊精掺杂状态的导电形式的手性聚苯胺,且热稳定性优于化学法合成的产物,形成的球团尺寸粒径为纳米级的。
  第二个体系,是以蛋白(Hb)为手性诱导剂合成手性导电聚苯胺纳米球的体系,且这个体系也是在模板十二烷基苯磺酸(DBSA)的存在下合成的。实验结果证明了蛋白质比如常见的血红蛋白和牛血清白蛋白都有诱导聚苯胺产生专一手性的能力,这可能是由于在蛋白质中含有大量的α螺旋结构,导致聚合物也被感应出了单一的右螺旋结构,从而产生了单一手性。通过对体系优化,发现pH对反应影响显著,不仅影响反应速率和产率,手性信号强度也有随之不同的改变。研究还发现在体系中加入盐NaCl后,使得体系的离子强度发生变化,尤其高浓度下手性信号强度将会降低。除此之外,本文对合成的产物进行了包括紫外可见吸收光谱(UV-Vis),圆二色谱(CD),傅里叶变换红外(FTIR),热重分析(TGA),元素分析,X射线衍射分析(XRD),以及场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM),电导率测试的一系列表征。通过对产物的表征得知,在此体系中合成的产物是DBSA掺杂的导电状态的,且体系中加入蛋白后产物有较好的晶型,具有更高的掺杂水平,更好的热稳定性。从形貌来看,合成的产物是纳米球状的,且在不同PH溶液下,形貌特征不同。产物还具有较好的导电性。
  在第三个体系中,对DBSA/CTAB阴阳离子表面活性剂复配体系中血红蛋白(Hb)生物催化合成手性导电聚苯胺进行了研究。研究结果显示反应pH,复配表面活性剂的浓度,阴阳离子表面活性剂的配比对手性导电聚苯胺的形成都有影响。研究发现反应的最适pH为2.0,表面活性剂浓度为17mM时,产率最高,最适宜产物的形成。当阴阳离子表面活性剂配比为3∶1时,电导率高达39.71S/cm。通过圆二色谱(CD)表征可知,当阴阳离子表面活性剂配比为3∶1时,产物手性信号最强。对产物还进行了FESEM,TEM,FTIR,XRD,TGA表征以及电导率和溶解度的测试。通过FESEM的表征可知,合成的手性聚苯胺是多种形貌的,且随着表面活性剂复配比例的不同而不同。从XRD图可知,随着复配的表面活性剂浓度的降低,晶型越好。TGA结果说明在该复配体系下血红蛋白生物催化合成的聚苯胺复合物热稳定性高于化学法合成。而溶解度测试结果则显示当阴阳离子表面活性剂复配比例为3∶1时的聚苯胺复合物在有机溶剂中的溶解度也最大,尤其在氯仿中。因此,在DBSA-CTAB复配体系中用Hb生物催化合成了具有潜在应用价值的手性导电聚苯胺,并且为研究其他手性导电聚合物的合成体系提供了新思路。
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