分子烙印聚合物的制备、性能和识别机理研究

摘要

分子烙印技术(Molecularimprintingtechnology，MIT)是近十年才发展起来的一种新兴的分子识别技术。它针对特定的研究对象(模板分子)，选择适当的功能单体和交联剂，在模板分子存在下，聚合得到高度交联的网络聚合物，移去模板分子后，得到对模板分子具有记忆效应的分子识别材料-分子烙印聚合物(Molecularlyimprintedpolymer，MIP)。由于MIP对烙印分子具有选择性、预定性和实用性，在分离科学、有机化学、分析化学的各个领域，如色谱分离、固相萃取、化学仿生传感器、催化反应等方面都显示具有良好的应用前景。近年来对MIP的的研究在国际上己成为一个热门课题。本论文对分子烙印聚合物的制备、性能和分子识别机理进行了较深入的研究，主要包括以下内容： (1)分别以桑色素、麻黄碱、茜素，胃复安、诺氟沙星，双酚A等为模板分子，根据模板分子的结构特征，设计了用不同的方法制备相应的MIP，并对制备各种MIP的工艺条件进行了优化研究；用红外光谱、扫描电镜、热重分析、粒度分析等现代分析测试手段表征了MIP的结构和物理性能；采用平衡结合实验和底物选择性实验考察了MIP对底物的结合性能；用Scatchard模型评价了MIPs的结合位点对模板分子的识别特性。结果表明所制备的MIPs对相应模板分子有良好的识别性能。 (2)用1HNMR研究了功能单体与模板分子相互作用情况。研究发现，一个MIP的分子识别性能与由1HNMR谱显示出来的功能单体-模板分子相互作用的大小具有密切相关性。模板分子与功能单体发生作用后，相关质子的化学位移会发生改变，并且，相互作用越大，这种改变也越大。双酚A与功能单体2-乙烯基吡啶发生作用后，其质子的化学位移发生改变，在不同致孔剂中，变化的幅度不同，改变幅度越大，BPA与2-乙烯基吡啶的相互作用越强，在这种致孔剂中它们之间在聚合前生成的复合物越稳定。结合实验的结果也表明，在这种致孔剂中制备的MIP具有更好的分子识别能力。当用1HNMR实验研究模板分子胃复安和功能单体之间的相互作用时，也得到类似的结论。这样就把化学位移变化的大小，模板分子-功能单体相互作用的大小，聚合物的分子识别能力这三者之间联系起来。此研究结果表明，借助1HNMR实验可以预言用所选择的功能单体和致孔剂制备的MIP的烙印效果。1HNMR实验可以为分子识别机理提供很多有用的信息，在实验中指导我们快速选择合适的功能单体和致孔剂，从而快速地制备出高效的MIP。 (3)研究了在水溶液或极性溶剂中的进行有效分子烙印的方法。 根据配位原理，利用Cu(Ⅱ)的配位作用，设计并制备了蒽醌类化合物茜素(Mizarin)与Cu(Ac)2配合物的分子烙印聚合物。该分子烙印聚合物在甲醇溶液中对模板分子具有较好的的识别能力。 β-环糊精(β-CD)具有固定大小的空腔，并有腔内疏水，腔外亲水的特征。本研究中将(β-CD)引入分子烙印中，把β-CD或其衍生物与其它的功能单体联合使用，把β-CD本身所具有的分子识别能力与分子烙印所具有的分子识别能力结合起来，用于实现在含水介质中的分子烙印。以双甲基丙烯酰-β-CD和2-(二乙基胺基)乙基甲基丙烯酸酯为功能单体，制备了诺氟沙星的分子烙印聚合物。以β-环糊精为功能单体，用甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)做交联剂，制备了双酚A的分子烙印聚合物，这些分子烙印聚合物在含水介质中或极性溶剂中对相应的模板分子都具有优良的识别能力。 (4)把分子烙印聚合物与等质量的粘和剂(CaSO4·1/2HO)用水调和，可以把MIP制备成薄层色谱固定相，用桑色素的烙印聚合物制备的薄层板可以把模板分子从结构相似的化合物中分离出来。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩写词表

第1章前言

第2章桑色素烙印聚合物的制备、结合特性及其在薄层色谱上的应用研究

第3章HNMR实验在优化烙印双酚A功能单体和致孔剂方面的应用研究

第4章在含水介质中具有分子识别能力的MIP的制备研究

第5章用β-环糊精做功能单体的分子烙印

第6章金属配位作用烙印茜素

第7章胃复安烙印聚合物的制备及识别机理的研究

第8章麻黄碱的MIP的制备方法研究

第9章结论及展望

附录

论文原创性声明及知识产权保护声明

致谢