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新型烷基苯磺酸盐和烷基硫酸盐Gemini表面活性剂的合成、性质及其与牛血清蛋白相互作用研究

作　者: 邰书信
导　师: 高志农
学　校: 武汉大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 阴离子表面活性剂 gemini表面活性剂 预胶束 牛血清蛋白 相互作用
分类号: O647.2
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


Gemini表面活性剂是一类新型的表面活性剂,可看做是传统的单亲水头基单疏水尾链表面活性剂的二聚体或寡聚体。与传统的表面活性剂相比,Gemini表面活性剂具有更高的表面活性以及更丰富的自组织行为,其分子结构也具有更大的可调控性。Gemini表面活性剂的优良性质使得它在近二十年来成为胶体界面领域内的研究热点。阴离子表面活性剂,尤其是烷基苯磺酸盐和烷基硫酸盐类表面活性剂,在工农业生产以及科研领域有着极为广泛的应用。设计和合成新型的烷基苯磺酸盐和烷基硫酸盐类阴离子Gemini表面活性剂,研究其结构与性能的关系,已成为表面活性剂科学一个重要的方向。在实际应用时,表面活性剂经常要和高分子一起使用。蛋白质是一类重要的生物大分子,蛋白质-表面活性剂复配体系在洗涤剂、化妆品、生物、医药和食品等诸多领域有着广泛的应用。因此,研究表面活性剂和蛋白质的相互作用具有重要的理论意义和实用价值。本文合成了一类烷基苯磺酸盐以及一类烷基硫酸盐类的阴离子表面活性剂,并研究了它们的表面活性以及与牛血清蛋白(BSA)的相互作用。论文主要研究内容和结果如下：1.对Gemini表面活性剂,尤其是阴离子型Gemini表面活性剂的合成、性质以及与BSA的相互作用进行了系统的文献综述。2.以长链烷基羧酸、苯胺以及1,6-己二异氰酸酯等为原料合成了四种疏水尾链长度不同的烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂,产物的结构用红外(FT-IR)核磁共振氢谱(1H NMR)和电喷雾电离质谱(ESI-MS)进行了表征。3.以溴癸烷、丙二酸二乙酯以及二溴代烷烃等为原料合成了四种连接基团长度不同的烷基硫酸盐Gemini表面活性剂,产物的结构用FT-IR、1H NMR和ESI-MS进行了表征。4.用表面张力法、电导法以及稳态荧光法研究了烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂的表面活性和胶束化性质。此类Gemini表面活性剂的临界胶束浓度(cmc)比相应的单链表面活性剂低1～2个数量级,随着疏水尾链长度的增加,四种Gemini表面活性剂的cmc先减小后增大,摩尔电导率实验证实了GeminiⅣ溶液中存在预胶束。芘荧光探针实验表明,烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂胶束的微极性随疏水尾链长度的增加变化不大。此类表面活性剂的发泡性和泡沫稳定性以及润湿性较差,但具有优良的钙皂分散性,其乳化力也优于十二烷基苯磺酸钠。5.用表面张力法、电导法以及稳态荧光法研究了烷基硫酸盐Gemini表面活性剂的表面活性和胶束化性质。由电导法测得的cmc比表面张力法测得的cmc要高很多,而和荧光探针法估算得到的cmc比较接近。摩尔电导实验揭示了此类表面活性剂溶液中存在预胶团现象。预胶团的存在是导致不同方法测得的cmc产生差异的原因,在这种情况下,传统的cmc是指由电导法测得的结果。四种表面活性剂的cmc随着连接基团疏水碳原子数的增加有下降的趋势。四种Gemini的发泡性和润湿性比十二烷基硫酸钠(SDS)差,且发泡性随着连接基团疏水碳原子数的增加而降低,但是泡沫稳定性比SDS要高很多,乳化力和钙皂分散性都优于SDS。6.采用荧光光谱法、紫外光谱法和圆二色谱法研究了烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂与BSA的相互作用。芘荧光探针实验表明,四种Gemini表面活性剂与BSA形成的复合物的微极性相差不大,而且在高浓度时与不加BSA的表面活性剂自由胶束的微极性相近。同步荧光结果证实,Gemini主要和BSA上的色氨酸残基发生相互作用。BSA内源荧光光谱变化表明,Gemini的加入导致BSA荧光的猝灭,猝灭过程同时包含了静态猝灭和动态猝灭。在低浓度时,四种Gemini使BSA荧光猝灭的速率随疏水尾链长度先增强后减弱,这是由两种相反的因素造成的：疏水尾链短的Gemini更容易接近BSA的疏水空穴与其中的色氨酸残基作用,而疏水尾链长的Gemini更容易和BSA发生疏水相互作用。圆二色谱结果表明,表面活性剂加入后导致BSA的二级结构发生变化,a-螺旋含量降低,p-折叠含量增加。7.采用荧光光谱法、圆二色谱法以及动态光散射法研究了烷基硫酸盐Gemini表面活性剂与BSA的相互作用。芘荧光探针实验表明,Gemini表面活性剂与BSA形成的复合物的微极性随着连接基团疏水链长的增加而降低,并且比相应的表面活性剂自由胶束的微极性要低。BSA内源荧光和同步荧光分析结果表明,BSA在变性过程经历了一个中间态,中间态相对于BSA以及部分变性的BSA具有更强的形成聚集体的倾向。圆二色谱实验表明,烷基硫酸盐Gemini表面活性剂对BSA的二级结构起两种相反的作用：在浓度较低时,表面活性剂对BSA的二级结构起稳定作用,在高表面活性剂浓度时,以变性作用为主。动态光散射实验表明,Gemini表面活性剂与BSA的复合物在饱和结合时的流体力学半径随着连接基团碳原子数的增加而减小。本论文的主要创新点如下：1.合成了四种疏水尾链长度不同的烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂,并研究了它们的表面活性和应用性能,为此类表面活性剂的理论研究以及应用开发提供重要的基础数据。2.合成了四种连接基团长度不同的烷基硫酸盐Gemini表面活性剂,并研究了它们的表面活性和应用性能,丰富了阴离子Gemini表面活性剂结构-性能关系的研究内容,为其应用奠定基础。3.首次研究了硫酸盐类Gemini表面活性剂与BSA的相互作用,探讨了连接基团长度对它们的相互作用的影响。通过多种实验方法分析测试和相互验证,提出了可能的作用机理。

全文目录


摘要  8-11
Abstract  11-14
第一章 绪论  14-47
  1.1 Gemini表面活性剂概述  14-16
  1.2 Gemini表面活性剂的合成  16-27
    1.2.1 阳离子Gemini表面活性剂的合成  17-18
    1.2.2 阴离子Gemini表面活性剂的合成  18-24
    1.2.3 非离子Gemini表面活性剂的合成  24-25
    1.2.4 两性Gemini表面活性剂的合成  25
    1.2.5 一些特殊结构的Gemini表面活性剂  25-27
  1.3 Gemini表面活性剂的性质  27-32
    1.3.1 Gemini表面活性剂在气/液界面的吸附  27-29
    1.3.2 Gemini表面活性剂的临界胶束浓度  29
    1.3.3 Gemini表面活性剂的胶团聚集数  29-30
    1.3.4 Gemini表面活性剂在水中的聚集行为  30-31
    1.3.5 Gemini表面活性剂的应用性能研究  31-32
  1.4 Gemini表面活性剂和蛋白质相互作用研究  32-34
    1.4.1 Gemini表面活性剂和蛋白质相互作用的体相性质研究  32-33
    1.4.2 Gemini表面活性剂和蛋白质相互作用的界面相性质研究  33-34
  1.5 论文的研究背景和研究内容  34-35
  参考文献  35-47
第二章 新型烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂的合成  47-57
  2.1 引言  47
  2.2 实验部分  47-49
    2.2.1 试剂与仪器  47
    2.2.2 合成  47-49
  2.3 结果与讨论  49-55
    2.3.1 合成方法  49
    2.3.2 产物的FT-IR图谱  49-52
    2.3.3 产物的~1H NMR图谱  52-55
    2.3.4 产物的ESI-MS图谱  55
  2.4 本章小结  55
  参考文献  55-57
第三章 新型烷基硫酸盐Gemini表面活性剂的合成  57-71
  3.1 引言  57
  3.2 实验部分  57-61
    3.2.1 试剂与仪器  57-58
    3.2.2 合成  58-61
  3.3 结果与讨论  61-70
    3.3.1 合成方法  61-62
    3.3.2 产物的FT-IR图谱  62-65
    3.3.3 产物的~1H NMR图谱  65-69
    3.3.4 产物的ESI-MS图谱  69-70
  3.4 本章小结  70
  参考文献  70-71
第四章 烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂的性质研究  71-87
  4.1 引言  71
  4.2 实验部分  71-73
    4.2.1 试剂与仪器  71-72
    4.2.2 实验方法  72-73
  4.3 结果与讨论  73-82
    4.3.1 表面张力法  73-77
    4.3.2 电导法  77-79
    4.3.3 稳态荧光法  79-81
    4.3.4 泡沫性能  81
    4.3.5 乳化性能  81
    4.3.6 钙皂分散性  81-82
    4.3.7 润湿性  82
  4.4 本章小结  82-83
  参考文献  83-87
第五章 烷基硫酸盐Gemini表面活性剂的性质研究  87-97
  5.1 引言  87
  5.2 实验部分  87-88
    5.2.1 试剂与仪器  87
    5.2.2 实验方法  87-88
  5.3 结果与讨论  88-94
    5.3.1 表面张力法  88-90
    5.3.2 电导法  90-92
    5.3.3 稳态荧光法  92-93
    5.3.4 泡沫性能  93
    5.3.5 乳化性能  93-94
    5.3.6 钙皂分散性  94
    5.3.7 润湿性  94
  5.4 本章小结  94-95
  参考文献  95-97
第六章 烷基苯磺酸盐Gemini表面活性剂和牛血清蛋白相互作用研究  97-113
  6.1 引言  97
  6.2 实验部分  97-99
    6.2.1 试剂与仪器  97-98
    6.2.2 实验方法  98-99
  6.3 结果与讨论  99-109
    6.3.1 微极性  99-100
    6.3.2 同步荧光  100-101
    6.3.3 BSA内源荧光  101-105
    6.3.4 圆二色谱  105-109
  6.4 本章小结  109
  参考文献  109-113
第七章 烷基硫酸盐Gemini表面活性剂和牛血清蛋白相互作用研究  113-129
  7.1 引言  113
  7.2 实验部分  113-114
    7.2.1 试剂与仪器  113-114
    7.2.2 实验方法  114
  7.3 结果与讨论  114-126
    7.3.1 微极性  114-115
    7.3.2 BSA内源荧光  115-118
    7.3.3 同步荧光  118-121
    7.3.4 圆二色谱  121-124
    7.3.5 动态光散射  124-126
  7.4 本章小结  126-127
  参考文献  127-129
结论  129-131
攻读博士学位期间论文发表情况  131-132
致谢  132

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 表面现象的物理化学 > 表面活性物质的化学
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