表面张力法研究6-OTs-β-CD-CTAC超分子体系

来源 :安徽理工大学学报·自然科学版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuhua1435
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要:用表面张力法研究了288 K时6-OTs-β-CD与十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)形成的超分子包络物及CTAC的表观临界胶束浓度(CMC*)与6-OTs-β-CD浓度的关系。研究发现,CTAC与6-OTs-β-CD可形成包结比为2∶1的超分子包络物,包络物表观稳定常数为2.0×103 L/mol。表面活性剂的表观临界胶束浓度(CMC*)与环糊精的浓度呈较好的线性关系。
  关键词:β-环糊精;表面活性剂;包络物;表面张力
  中图分类号:TQ423.2文献标识码:A文章编号:1672-1098(2009)01-0039-04
  收稿日期:2008-09-27
  作者简介:孙延春(1979-),女,陕西延安人,助教,硕士,主要从事超分子化学方面的研究。
  
  Study on Supramolecules of 6-OTs-β-CD-CTAC by Surface
  Tension Measurement
  SUN Yan-chun,ZHANG Ying
  (School of Chemistry and Pharmaceutical Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Zigong Sichuan 643000,China)
   Abstract:The relations of supramolecular inclusion complex of 6-OTs-β-CD with CTAC andapparent critical micelle concentrations (CMC*) of CTAC to concentrations of 6-OTs-β-CD at 288 K were studied by surface tension measurement. The results showed that supramolecular inclusion complex with stoichiomtetry of 2∶1 in aqueous solution can be formed by 6-OTs-β-CD with CTAC. Apparent formation constant of the inclusion complex is 2.0×103L/mol. CMC* of the surfactant varied linearly with CD concentrations.
  Key words:β-cyclodextrin; surfactants; inclusion compound; surface tension
  
  β-环糊精(β-CD)是由6个葡萄糖单元以1,4-糖苷键结合而成的环状低聚糖,它具有“内腔疏水,外侧亲水”的特性,可包络客体形成包络物[1]。环糊精包络物在化工、农业、医药等领域有广阔的应用前景[2-3]。表面活性剂分子具有一个长的疏水链及一个极性头,是环糊精包结物的合适客体。人们应用核磁、紫外—可见吸收光谱、荧光光谱及旋光的变化等手段研究环糊精与客体间的包结作用[4]。与上述方法相比表面张力法具有设备简单、操作方便的特点。环糊精与表面活性剂在水溶液中可形成包结物是环糊精化学研究中的一个重要内容,这对于模拟酶催化研究具有重要的理论和实际意义[5]。β-环糊精与表面活性剂相互作用的研究已有一些报道,而修饰β-环糊精与表面活性剂包结作用的研究较少。用表面张力法研究了6-OTs-β-CD与CTAC形成的超分子包络物,得到了体系的包结比、稳定常数等参数。
  
  1 实验
  
  1.1 试剂和仪器
  试剂:β-环糊精(天津市科密欧化学试剂开发中心,纯度99%,用二次蒸馏水重结晶三次,真空干燥后使用);十六烷基三甲基氯化铵(成都科龙化工试剂厂,分析纯)实验用水为二次蒸馏水;其它试剂均为AR级。
  仪器:集热式恒温加热磁力搅拌器(HJ-8,DF-101S,郑州长城科工贸有限公司);DF-A精密数字压力计(DP-AW,南京桑力电子设备厂)
  1.2 实验方法
  1.2.1 6-OTs-β-CD的合成 首先在圆底烧瓶中加入蒸馏水和四氢呋喃组成的混合溶剂,然后再加入β-CD和KOH,搅拌,待大部分固体溶解后,滴加溶有对甲苯磺酰氯的THF溶液,再剧烈搅拌,反应完毕后加入丙酮,放入冰箱,待固体充分析出后,过滤,晾干即得目标产物[6](见图1)。
  图1 6-OTs-β-CD的合成路线
  1.2.2 最大泡压法测定溶液表面张力 在288 K下,固定6-OTs-β-CD溶液的浓度,改变CTAC的浓度,用最大泡压法[7]测量溶液表面张力;固定CTAC的浓度,改变6-OTs-β-CD的浓度,测量溶液的表面张力。
  2 结果与讨论
  2.1 目标产物的结构表征
  6-OTs-β-CD经红外和核磁测试后确认为目标产物。 IR, v-1(cm-1)3 355,2 841,1 640,1 418,1 368,1 333,1 298,1 242,1 153,1 076,1 028,995, 947, 937, 856, 758, 709; 与β-CD的3 340 cm-1、1 028 cm-1的两个IR主峰相比,6-OTs-β-CD都还存在另外3个峰:1 176 cm-1和1 368 cm-1的磺酰基峰及1 600 cm-1的苯环特征峰。1H NMR(DMSO-d6, TMS) δH: 2.58(3H,CH3), 3.9-3.2(宽带40H,H2-H6), 4.44(2H, H6′), 4.85(1H,H1′), 4.9(6H,H1), 6.5-6.8(芳环氢)。
  2.2 6-OTs-β-CD对CTAC表面张力的影响
  溶液的表面张力的大小是由溶液中自由表面活性剂的浓度所决定。
  c(CTAC)/(mmol·L-1)
  1. 2 mmol·L-1;2. 1 mmol·L-1;3. 0 mmol·L-1
  图2 6-OTs-β-CD下CTAC的表面张力
  从图2中可以看出,在不同浓度的6-OTs-β-CD存在下,随着CTAC加入量的增加,表面张力都呈下降的趋势,当CTAC增大到一定程度时,溶液的表面张力不再下降,达最低值。当溶液中没有加入6-OTs-β-CD时,随表面活性剂浓度的增加,溶液中自由表面活性剂的浓度在增大,因此溶液的表面张力逐渐下降,当达到临界胶束浓度时,自由表面活性剂将自发聚集成胶束,不再具有降低溶液表面张力的能力,此时溶液表面张力达最低值。在6-OTs-β-CD存在下,随表面活性剂CTAC加入量的增加,溶液的表面张力也呈下降趋势。表面活性剂CTAC的十六烷基链是憎水基团,由于其憎水特性及其大小能满足被6-OTs-β-CD包结要求,因此这个憎水基团能进入6-OTs-β-CD的内腔形成超分子包络物。在溶液中包结和解离处于动态平衡中,当溶液中表面活性剂的浓度逐渐增大时,生成的超分子包络物的量也在增加,溶液中单分子表面活性剂的量在增加,因此溶液的表面张力逐渐降低。当表面活性剂的量增大到一定程度时,6-OTs-β-CD与CTAC的包结达到饱和,此时表面活性剂分子将相互聚集形成胶束,因此溶液的表面张力不再下降。
  在CTAC相同的情况下,随6-OTs-β-CD浓度的增加,溶液的表面张力增加。这是因为随6-OTs-β-CD浓度的增加导致生成包络物的量在增加,溶液中游离的单分子表面活性剂的量在减少,因此溶液的表面张力增加。
  2.3 6-OTs-β-CD对CTAC临界胶束浓度的影响
  6-OTs-β-CD能阻碍水溶液中表面活性剂胶束的形成。
  c(6-OTs-β-CD)/(mmol·L-1)
  图3 6-OTs-β-CD与CTAC的CMC*浓度
  由图3可知CMC*与6-OTs-β-CD的浓度呈良好的线性关系,6-OTs-β-CD浓度越大CMC*值越大。这是由于环糊精和表面活性剂间的相互作用强于胶束生成的作用[8]。当加入环糊精后,环糊精和表面活性剂的包结作用将消耗表面活性剂分子,导致胶束原有的结构被破坏,表面活性剂单体从胶束中释放出来并被包结进入环糊精的空腔直至平衡。环糊精和表面活性剂的包结行为消耗了部分表面活性剂单体,因此需要有更多的表面活性剂分子来生成束,这就使得表面活性剂的表观临界胶束浓度增加。环糊精和包结化合物都不参与生成胶束,胶束的聚集数在环糊精存在与否的情况下是基本不变的[9]。环糊精浓度越大,消耗的表面活性剂单体越多,且二者满足一定的包结比,所以表面活性剂的CMC*与6-OTs-β-CD浓度呈良好的线性关系。同时发现达到CMC*值时的表面张力与无6-OTs-β-CD时的表面张力基本相同,这表明6-OTs-β-CD和包结物均无表面活性且包结物与表面活性剂胶束没有相互作用。
  2.4 6-OTs-β-CD与CTAC包结比的测定
  从图4中可以看出增加6-OTs-β-CD的浓度,溶液的表面张力逐渐增加,最后达到最大值,此值与纯水的表面张力相当。在CTAC的固定浓度低于或接近临界胶束浓度时,随着β-CD浓度的逐渐升高,溶液的表面张力迅速上升,说CTAC与6-OTs-β-CD形成了包结物,且包结物不具有表面活性。溶液中自由表面活性剂的浓度减少,使表面张力增加。随着6-OTs-β-CD浓度的增大,形成的包结物越来越多,表面张力也越来越高,当6-OTs-β-CD的浓度远大于CTAC时,溶液的表面张力值与水接近,说明此时溶液中基本上无游离的表面活性剂存在, 几乎所有的CTAC单体均被β-CD包结。 根据表面张力达最大值时的渐近线交点分别与各自的6-OTs-β-CD浓度对比[10],可知CTAC与6-OTs-β-CD的包结比为2∶1。
  c(6-OTs-β-CD)/(mmol·L-1)
  1. 0.4 mmol·L-1;2. 0.5 mmol·L-1;3. 0.6 mmol·L-1
  图4 CTAC水溶液的表面张力随6-OTs-β-CD浓度变化图
  2.5 6-OTs-β-CD与CTAC包结常数的测定
  在包合物形成过程中由于没有发生共价键的断裂,也未生成新的共价键,因此形成的包合物不稳定,易发生解离,释放出被包合的分子,也就是说包合过程中游离的分子与被包合的分子间存在一个动态平衡,其表观稳定常数K是衡量包合物稳定性的重要参数,确定K值对了解包合物的性质及指导包合有重要意义。
  设在任一给定的表面张力r1时,所需加入的表面活性剂的浓度为0S1,对于6-OTs-β-CD浓度为C的体系,要达到表面张力r1,所需加入的表面活性剂浓度为tS1则由于被CD包结的表面活性剂浓度bS1=tS1-0S1。类似地,另一表面张力r2相应的表面活性剂的浓度为0S2,被包结的表面活性剂浓度bS2=tS1-0S2。依此类推,可得到一组0Si和bSi数据,根据Langmuir等温式,上述一组数据应有如下关系
  1ri=1n+1(n·K·0Si)
  式中:ri为每摩尔CD结合的表面活性剂摩尔数(bSi/C),K为包结常数,n为每分子CD可包结的表面活性剂的最大分子数,在不同的CD浓度下,以1/ri对1/0Si作图,可得一直线,由直线的斜率和截距可分别求出K和n[11](见图5)。
  1/Si/(mmol·L-1)
  1. 1 mmol·L-1;2. 2mmol·L-1
  图5 CTAC/6-OTs-β-CD体系的1/0Si-1/ri关系曲线
  当6-OTs-β-CD浓度为1.0 mmol·L-1时通过线性拟合求得A=0.390 4, B=0.253 51;6-OTs-β-CD浓度为2.0 mmol·L-1时通过线性拟合求得A=0.657 72, B=0.247 01; 分别求得n=2.56、 1.52,因此推测包结比n=2;由斜率可知288 K时K值为2.0×103。
  
  3 结论
  
  研究表明CTAC与6-OTs-β-CD可形成超分子包络物,超分子包络物无表面活性,且包络物与胶束间无相互作用;CMC*与6-OTs-β-CD的浓度呈良好线性关系;CTAC和6-OTs-β-CD的包结比为2∶1,稳定常数为2.0×103L/mol。
  
  参考文献:
  [1] LIU Y,YOU C C ,CHEN Y. Molecular recognition studies on supramolecular systems inclusion complexation by organoselenium-bridgde bis(β-cyclodextrin)s and their platinum(IV) complexes[J].J.Org.Chem.,1999,64:7 781-7 787.
  [2] MARTIN DEL VALLE EM.Cyclodextrins and the-
  ir uses: a review[J]. Process Biochem.,2004,39(9):1 033-1 046.
  [3] 荣立新, 孙晖, 王克君. 环糊精在药剂学上的应用[J].中国药学杂志, 2000, 35(10): 709-710.
  [4] 魏西莲, 桑青, 尹宝霖, 等. β-环糊精与十四烷基羟丙基三甲基氯化铵的包结作用[J].日用化学工业, 2003, 33(3):139-142.
  [5] 刘俊秋, 宁云刚, 时成波. 硒代β-环糊精模拟谷胱甘肽过氧化物酶的研究[J].高等学校化学学报, 1998, 19(9):1 446-1 448.
  [6] 刘育,张毅民,孙世新,等.一种简便、有效的合成6-OTs-β-CD的新方法[J].高等学校化学学报,1995, 16(10):1 567-1 568.
  [7] 尹东霞, 马沛生, 夏淑倩. 液体表面张力测定方法的研究进展[J].科技通报, 2007, 23(3): 424-429.
  [8] 尹宝霖,桑青,魏西莲,等.β-环糊精与阴离子表面活性剂的相互作用[J].日用化学工业,2001,31(4):1-3.
  [9] 蒋炳英,苑乃香,曾宪诚,等.环糊精对表面活性剂临界胶束浓度的影响[J]. 四川大学学报,2002,39(5):909-912.
  [10] 石硕,鲁润华,汪汗卿.环糊精-表面活性剂包结作用的研究[J].化学物理学报,1998,11(4):363-367.
  [11] 续浩, 陈亮, 马丽花. 水溶液中环糊精包结物的包结常数的测定方法[J].分析测试技术与仪器, 2002,8(2):72-80.
  (责任编辑:李 丽,范 君)
其他文献
摘 要:相应于凸规划的凸集和凸函数的性质已有很多结论,并且在凸规划的研究中得到了充分应用。相应于广义凸规划—E凸规划的E凸集和E凸函数的性质目前的研究结果还不多。在凸集、凸函数的已有结论以及E凸集和E凸函数的现有研究结果的基础上,结合Rockafeller的基本思想对E凸函数的次微分进行了探讨,给出了次微分的共轭性,连续性,以及单调性等一些结论。这些结果对广义凸规划—E凸规划的研究可能会起到一定的
期刊
摘 要:针对衰落信道,提出了一种新的MC-CDMA下行链路多用户检测方案。该方案基于最小误比特率(Minimum bit error rate,MBER)准则,并利用梯度下降法实现。通过采用内核密度估计的方法来估计误码率函数,可将该方案推广到自适应的最小误比特率(Least bit error rate,LBER)多用户检测算法。仿真结果表明,与传统归一化自适应最小均方误差(Normalized
期刊
摘 要:针对开发“煤矿安全隐患识别、预警与整改控制信息平台”的需要, 设计了一个在 .NET环境下基于角色的权限管理方案。通过分析传统权限控制设计中存在的问题和不足,结合基于角色的访问控制的原理,提出的权限控制系统利用模块编码、页面编码、功能编码和数据库的灵活设计来实现权限的控制。该方案实现了页面级别和页面内功能级别的权限控制,很好的解决了传统权限控制设计的不足,大大的提高了系统的灵活性和可扩展性
期刊
摘 要:以活性炭纤维(ACF)作为去除废水中四氯化碳(CCl4)的吸附剂。 分析了震荡时间、温度、pH、活性炭纤维用量等对吸附效果的影响。 结果表明,处理含CCl4废水的理想条件为:pH=1、t=25 ℃、t=30 min,最大的去除率能达到90%。CCl4在活性炭纤维上的吸附规律可用Freundlich模式描述。活性炭纤维脱附效果很好,可以重复再生使用。  关键词:活性炭纤维;四氯
期刊
摘 要:杯[4]芳烃经醚化、氨解得到了含酰肼基团的中间体3,在PEG-400存在下,肉桂酰氯与3反应获得了含肉桂酰基的杯[4]芳烃衍生物4;4-羟基肉桂酸与氯甲酸乙酯形成的混合酐与3反应,得到了相应的化合物5。用1 H NMR,13C NMR及IR对4,5进行了结构表征,用MS对4进行了结构确证。DPPH·法测定4,5清除有机自由基活性的结果表明,4,5的自由基清除率约为19%,比杯[4]芳烃母体
期刊
(安徽理工大学土木建筑学院 ,安徽 淮南 232001)  摘 要:多圈管冻结方案设计与优化是深井冻结法凿井的一项关 键技术,现今的理论和实践尚未成熟和完善,为此提出了基于遗传算法优化BP网络结构进行 多圈管冻结方案的优化设计算法,将该算法求解的多圈管冻结设计方案与原方案进行了比较 分析,表明了这种算法达到了较好的优化设计效果,为多圈管冻结方案设计及其优化提供了 重要参考。  关键词:遗传算法;B
期刊
摘 要:对具有半对称结构的6/6-SPS 型Stewart并联机构的运动学正解进行了研究。建立了一类具有半对称结构的6/6-SPS 型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组。基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件编制了基于Mathematica语言的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算
期刊
(1. 安徽理工大学地球与环境学院,安徽 淮南 232001;2. 中国地质大 学海洋学院,北京 100083)  摘 要:通过对东北印度洋MD77181和MD81349岩芯近260 Ka以来浮游有孔虫Globigerinoides sacculifer壳体Sr/Ca值的波动分析,讨论了 冰川旋回中古气候和环境的变化对海水中Sr/Ca值的影响。结果表明,冰期内海平面下降带 来的诸多因素是促进东
期刊
(安徽理工大学理学院,安徽淮南232001)  摘要: 联系现实中保险公司的经营行为,建立一类理赔额受限的带干扰Poisson风险模型, 运用鞅论的方法,分析再保险方式对该风险模型资金盈余首次到达0时刻的影响,得到它的 矩母函数和数学期望,并通过与不采用再保险方式的带Poisson风险模型资金盈余首次到达0 的期望时间的比较,发现再保险方式是分散保险公司经营风险的非常有效的一种途径。  关键词:鞅
期刊
(淮北煤炭师范学院物理与电子信息学院,安徽 淮北 235000)  摘 要: 采用第一性原理的平面波赝势方法和广义梯度近似,研究了闪锌矿ZnS掺杂Cu前后的 电子结构和光学性质。通过对掺杂前后电子能带结构,态密度以及分态密度的计算和比较,发 现引入杂质Cu后,在价带顶Cu3d态与S3p态发生p-d排斥,造成价带顶向高能端移动;在导 带 底Zn4s与Cu3p相互重叠,发生杂化,引起导带向低能端偏移,
期刊