对苯二胺分子印迹聚合物的分子识别特性.pdf

第38卷
分析化学( FENXI HIAXUE)研究报告
第1期
2010年]月
Chinese Journal of Analytical Chemistry
对苯二胺分子印迹聚合物的分子识别特性
张铁莉”孟祥军贾俊芳韩利玲
(唐山师范学院化学系,唐山063000
摘要以对苯二胺(p-PD)为模板分子,分別以甲基丙烯酸(MA)和丙烯酰胺(A)为功能单体,制备了
p-PD的印迹聚合物P(MAA)和P(AA),采用色谱法考察了其分子识别特性。结果表明,P(AA)对p-FPD无明
显的印迹效应;而甲醇为流动相时,P(MA)能够选择性结合p-PD分子(k'=3.57),对P-PD有显著的印迹效
应(印迹因子IF=2.95),P(MA)柱可以实现p-PD与邻苯二胺(o-PD)和对氨基苯甲酸(P-ABA)的色谱分
离。通过光谱实验及HF/6-31G“量化理论计算方法,对比研究了p-PD与MA和AA之间的相互作用。MAA
与p-PD能够形成更稳定的复合物,P(MAA)对p-PD具有更好的分子识別能力。研究表明紫外吸收光谱法和
荧光光谱法以及量子化学理论计算法可作为功能单体筛选的有效手段;对于荧光模板分子,荧光光谱法具有
简便、灵敏等特点
关键词对苯二胺;分子印迹聚合物;分子识别;分子光谱法;量子化学计算法
1引言
分子印迹聚合物(MIP)是具有分子识别能力的高分子材料,对目标分子具有“预定的选择性"”。分
子印迹技术是一种通过化学手段合成对小分子化合物具有抗体结合性质仿生材料的有效方法2。
MIP的制备一般包括3个步骤:(1)在预聚合混合物溶液中,模板分子(T)与功能单体(M)通过共价键
或非共价键结合形成M-T复合物;(2)在大量交联剂存在下,通过光或者热引发进行共聚反应,M-T复
合物被固定在高度交联的高分子母体中;(3)通过物理或化学方法,将模板分子从聚合物中洗脱,得到
MIP。MIP中留有形状、大小以及功能单体作用基团排列与模板分子的空间结构相匹配的空穴,这种印
迹空穴是MIP对模板分子具有分子识别能力的根源。与生物抗体相比,MIP具有化学性质稳定、对环境
耐受性强、容易制备、能够反复使用及在有机溶剂中具有高选择性等优点。目前,MIP在各种基于选择性
配体结合的应用中,如手性物质的色谱分离、传感器、固相萃取等方面,已显示出了广泛的应用前景-6。
对苯二胺(p-PD)是苯胺类染发剂的主要成分,长期使用苯胺类化学染发剂染发会导致体内蓄积毒
素,当蓄积毒素超过1%时,就会导致各种癌症的发生”。因此,研究对p-PD有特异亲和力的分子识别
材料具有实际意义。此外,针对目标化合物,如何选择适宜的功能单体,以制备对其具有高选择性和高
亲和力的MIP,是MIP研究中最受关注的问题之一「8。。本研究以p-PD为目标化合物,分别以甲基丙
烯酸(MAA)和丙烯酰胺(AA)为功能单体,制备了对应的-PD印迹聚合物。用色谱法对其分子识别特
性进行了表征,并通过光谱实验及HF/6-31G'量化理论计算方法,研究了p-PD与MA和AA之
间的相互作用,阐明了其印迹和识别机理。研究表明,UV光谱法、荧光光谱法和量子化学理论计算法
可作为筛选功能单体的有效手段。
2实验部分
2.1仪器与试剂
UV2600分光光度计(上海天美科学仪器有限公司);F4500荧光分光光度计(日本日立公司)
Pl200高效液相色谱仪(美国 Agilent公司),包括四元泵、紫外检测器和20pL进样阀。对苯二胺
(P-PD)、邻苯二胺(o-PD)、对氨基苯甲酸(p-ABA)、1-萘胺(1-NA)和丙烯酰胺(A)(分析纯,北京化学
试剂公司);甲氧氯普胺(MP,分析纯,Acos公司);甲基丙烯酸(MAA,天津市化学试剂厂)和乙二醇二
2009-06-16收槁;200907-31接受
本文系唐山市重点实验室基金(No.04360701B6)和唐山师范学院博士基金(No.04D2)资助项目
E-mail: 3306160@ tste. edu. en
分析化学
第38卷
甲基丙烯酸陷( EGDMA,分析纯, Acros公司)使用前减压蒸馏除去阻聚剂;甲醇(色谱纯,天津市光复精
细化工研究所);乙腈(MeCN,色谱纯, Acros公司);偶氮二异丁腈(AIBN,化学纯,上海试剂四厂)使用
前用乙醇重结晶。
2.2印迹聚合物的制备
将1mmol(108mg)P-PD和4mml功能单体(0.34mLMA或284mgAA)加入到180mmx
l8mm硬质玻璃管中,溶于10 ml MECN。然后,加人20ml(3.78mL) EGDMA和20 mg AIBN,混匀,
通氮气10min,液氮条件下真空封管,60℃水浴中反应24h。将聚合物研磨、过筛,得到粒径小于
50Wm的颗粒。用丙酮反复沉降并弃掉过细颗粒后,60℃真空干燥,得到印迹聚合物P(MAA)和
P(AA)。空白聚合物BP(MAA)和BP(AA)的制备和处理,除聚合时不加入p-PD外,其余步骤同上。
3色谱法评价印迹聚合物的分子识别性能
将印迹聚合物装填于100mx4.6m不锈钢色谱柱中,以HAc-CH13OH(2:8,ツ)溶液为洗脱
液,将其中的p-PD等洗出;然后用CH3OH洗去聚合物上残留的HAe。BP的洗脱与之相同。然后,改变
流动相,测定P-PD及各类似物在色谱柱中的保留时间a,并用丙酮测定死时间o。组分浓度
0.1mol/L,进样量20以L。容量因子按公式ん'=(ュo)/o计算,相对保留值a按a=k'/k,计算,
其中ん和ん分别为p-PD和各结构类似物的ん。
2.4紫外光谱法研究模板分子与功能单体的作用
取一系列10mL比色管,分别加入1.00mL1.0mmol/Lp-PD乙腈溶液,然后再加人适量MAA或
AA的乙腈溶液,用乙腈稀释至刻度,摇匀。以相应浓度的MAA或AA的乙腈溶液为参比,在190~
400nm波长范围内担描其UV光谱。
2.5荧光光谱法研究模板分子与功能单体的作用
取一系列10mL比色管,各加入1.00mL1.0mmol/Lp-PD溶液,配制MAA和AA与p-PD的摩尔
比均为4:1的p-PD-MAA和p-PD-AA的乙腈混合溶液。固定激发波长为258nm,在260~400nm之间
分別扫描混合物溶液及相应的p-PD、MAA和AA乙腈溶液的荧光光谱。
2.6计算法研究模板分子与功能单体的作用
采用HF/6-31G计算方法,研究p-PD与MA及AA之间的相互作用。寻找p-PD、MAA和AA各
分子的最稳定构象;然后,选取pPD的最稳定构象,分別与1~2个功能单体分子的最稳定构象形成
可能的复合物,优化各复合物的稳定构型,找出最稳定构型;计算复合物的结合能:△E
上复合物
E板分子一どE功能单体。根据结合能的大小,判断复合物的稳定性。
3结果与讨论
3.1色谱法表征印迹聚合物的分子识别特性
分别以P(MAA)和P(AA)为固定相填料,用色谱法考察其分子识别性能。结果表明,以乙腈为流
动相时,P(MAA)和P(AA)对p-PD均未产生明显的印迹效应。当以甲醇为流动相时,
P(AA)对p-PD的结合很弱(k'=0.22),而P(MAA)对PPD有较强的结合能力('=3.S7),表现出了印
迹效应。
3.1.1P(MAA)的分子识别性质选择邻苯二胺(o-PD)、对氨基苯甲酸(p-ABA)、1-萘胺(1-INA)和甲
氧氯普胺(MP)为p-PD的结构类似物,分别进行了