季铵盐型阳离子表面活性剂的合成及其与模式蛋白的相互作用研究

摘要

表面活性剂和蛋白质都是日常生活和大自然中非常常见的两种物质，且两者都是两性分子，很容易发生相互作用。目前两者的复合物已广泛应用到食品、医药、工业、化妆品等领域，因此研究蛋白质与表面活性剂的相互作用具有重要的实际意义。
　　在本论文中，合成了不同烷基链长度以及不同羟乙基数的六种季铵盐型阳离子表面活性剂:N-十二烷基-N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基溴化铵（DHDAB）、N-十二烷基-N,N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵(DDHAB)、N-十四烷基-N-（2-羟乙基）-N,N-二甲基溴化铵(THDAB)、N-十四烷基-N，N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵（TDHAB）、N-十六烷基-N-(2-羟乙基)-N,N-二甲基溴化铵（CHDAB）、N-十六烷基-N,N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵(CDHAB)。反应温度应控制在62℃左右，原料应以醇胺稍微过量为宜，两种试剂的比例为溴代烷烃∶醇胺=1∶1.5，溶剂为丙酮，反应时间为6h左右。并通过红外光谱(IR)、核磁共振波谱(NMR)和元素分析(EA)对结构进行了表征。采用热重法分析了六种表面活性剂的分解温度。研究结果表明烷基链越长，羟乙基越多的表面活性剂，分解所需的温度也越高。
　　采用电导率法测得了六种季铵盐型阳离子表面活性剂水溶液在六个温度(298、303、308、313、318和323 K)时的临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC）。采用表面张力法测量了表面活性剂水溶液在298K中的CMC，采用等温滴定量热法(isothermaltitration calorimetry, ITC)测得了298K下六种表面活性剂在pH值为7.0的Tris-HCl缓冲溶液（内含0.10 mol/L的NaCl）中的CMC。结果表明电导率法、表面张力法和ITC都是测定表面活性剂CMC有效可行的方法，而表面活性剂在缓冲溶液中的CMC远小于水溶液中的CMC，其中THDAB、TDHAB、CHDAB和CDHAB有数量级的差别，说明缓冲溶液中的电解质能显著降低表面活性剂的CMC;六种表面活性剂CMC大小顺序为:CHDAB＞CDHAB＞THDAB＞TDHAB＞DHDAB＞DDHAB，说明表面活性剂烷基链越长、羟乙基越多，CMC就越小;通过对不同温度和盐浓度下的表面活性剂CMC的比较，可以得出表面活性剂的CMC随着温度的升高而增大，随着溶液中盐浓度升高而减小。
　　采用紫外可见光谱法、荧光光谱法、等温滴定量热法以及粒径和Zeta电位等方法，研究了六种表面活性剂与牛血清白蛋白(bovineserum albumin，BSA)的相互作用，得到了如下结论:(1)紫外可见光谱法结果表明，六种表面活性剂可以与BSA发生相互作用，可能产生了复合物。(2)在荧光光谱的研究中，通过Stern-Volmer方程探讨了低浓度区表面活性剂与BSA的相互作用，得出表面活性剂烷基链越长、羟乙基越多，与BSA的作用就越强，BSA荧光猝灭的主要原因是静态猝灭;同步荧光光谱得出随着表面活性剂浓度的增加，BSA中色氨酸残基附近的微环境的疏水性增强，推断出BSA的构象发生了一定程度的变化;此外，色氨酸残基的荧光强度下降幅度大于酪氨酸荧光强度增加幅度，说明六种表面活性剂都主要与BSA分子内的色氨酸残基发生作用。(3)等温滴定量热法结果表明低浓度的表面活性剂与BSA主要发生静电作用和疏水作用而放热;随着表面活性剂滴入量的增加，BSA表面疏水化层破坏以及二级结构的改变导致吸热量增加，最后焓变趋于稳定，说明相互作用趋于完全。(4)粒径和Zeta电位的测定结果表明高浓度的表面活性剂会使BSA结构被破坏。当BSA的结构被破坏后，表面活性剂对它的Zeta电位影响减弱。
　　采用紫外可见光谱法、荧光光谱法、等温滴定量热法以及粒径和Zeta电位等方法，研究了六种表面活性剂与溶菌酶（lysozyme，LYS）的相互作用，主要得到了如下结论:(1)紫外光谱法研究结果表明六种表面活性剂可以与LYS发生相互作用，可能产生了两者的复合物。(2)在荧光光谱法研究中，Stern-Volmer方程计算结果得出，低浓度的DHDAB、DDHAB与LYS没有发生相互作用，而THDAB、TDHAB、CHDAB和CDHAB在低浓度时就能与LYS发生相互作用。荧光增强的原因主要是形成的复合物引起了静态增强，且表面活性剂烷基链越长、羟乙基越少，对LYS的荧光增强效果就越好。同步荧光结果表明，LYS内源荧光的主要贡献来自于色氨酸残基，发射光谱的增强是六种表面活性剂与LYS分子内的色氨酸残基发生作用所引起的。(3)等温滴定量热法结果表明表面活性剂浓度低于CMC时，与LYS的相互作用较为强烈;当表面活性剂浓度高于CMC时，两者的相互作用较弱;表面活性剂的烷基链越长，有利于与LYS的相互作用。当表面活性剂烷基链相同、羟乙基数目相差一个时，对LYS相互作用的影响不大。(4)粒径和Zeta电位的测定结果表明，表面活性剂吸附并包裹了LYS，导致其粒径一直升高;当表面活性剂产生胶束后，不会对LYS的Zeta电位有影响。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 蛋白质与表面活性剂相互作用研究进展

1．1．1 作用类型和机理

1．1．2 相互作用的影响因素

1．2 表面活性剂的临界胶束浓度的测定方法

1．2．1 表面张力法

1．2．2 电导法

1．2．3 紫外光谱法

1．2．4 等温滴定量热法

1．3 表面活性剂与蛋白质相互作用的研究方法

1．3．1 紫外可见吸收光谱法

1．3．2 荧光光谱法

1．3．3 等温滴定量热法

1．3．4 动态光散射法

1．3．5 核磁共振法

1．4 本论文选题

第二章 季铵盐型阳离子表面活性剂的合成与表征

2．1 前言

2．2 主要试剂与仪器

2．2．1 主要试剂

2．2．2 主要仪器

2．3 合成及表征

2．3．1 N-十二烷基-N-(2-羟乙基)-N，N-二甲基溴化铵(DHDAB)的合成与表征

2．3．2 N-十二烷基-N，N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵(DDHAB)的合成与表征

2．3．3 N-十四烷基-N-(2-羟乙基)-N，N-二甲基溴化铵(THDAB)的合成与表征

2．3．4 N-十四烷基-N，N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵(TDHAB)的合成与表征

2．3．5 N-十六烷基-N-(2-羟乙基)-N，N-二甲基溴化铵(CHDAB)的合成与表征

2．3．6 N-十六烷基-N，N-二(2-羟乙基)-N-甲基溴化铵(CDHAB)的合成与表征

2．4 本章小结

第三章 季铵盐型阳离子表面活性剂的性质研究

3．1 前言

3．2 主要试剂与仪器

3．2．1 主要试剂

3．2．2 主要仪器

3．3 表面活性剂的热重分析

3．3．1 实验原理

3．3．2 实验操作与结果

3．4 表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)测定

3．4．1 电导率法

3．4．2 表面张力法

3．4．3 等温滴定量热法(ITC)

3．5 本章小结

第四章 牛血清白蛋白与表面活性剂相互作用研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与试剂配制

4．2．2 实验仪器

4．2．3 试验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 紫外光谱法研究

4．3．2 荧光光谱法研究

4．3．3 等温滴定量热法

4．3．4 粒径和Zeta电位的测定

4．4 本章小结

第五章 溶菌酶与表面活性剂相互作用研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂与试剂配制

5．2．2 实验仪器

5．2．3 试验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 紫外光谱法研究

5．3．2 荧光光谱法研究

5．3．3 等温滴定量热法

5．3．4 粒径和Zeta电位的测定

5．4 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

硕士期间发表论文情况

致谢

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