酚类化合物的酶催化聚合及应用性能研究

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酶作为催化剂在有机合成中已经得到了较为广泛的研究,但酶催化聚合反应的研究相对较少。酚类化合物在过氧化物酶的催化下可以发生聚合反应,这是一种不使用有毒单体甲醛、且在温和条件下得到酚聚合物的新方法,近年来吸引了众多学者的关注。本文在水相胶束体系中,以辣根过氧化物酶为催化剂,成功实现了苯酚的酶催化聚合。由于不使用有机溶剂,该反应体系中酶催化剂的高活性得以保持,酶用量少、反应速率快,表现出高效、低成本、绿色环保的特点,使酶催化苯酚聚合反应的实用性能大大提高。在表面活性剂用量由0.1g增加到0.4g的过程中,苯酚聚合物的产率逐渐增加,最终达95%左右。在水相胶束体系中,苯酚的酶催化聚合反应还可以在较宽的pH值范围内进行,具有较好的酸碱耐受性。通常情况下,在水相胶束体系中只能得到溶解性较差的聚合产物,胶束的盐效应使得在pH=8的磷酸氢二钾-柠檬酸缓冲溶液中,可以得到在丙酮、四氢呋喃、二甲亚砜、DMF等溶剂中可溶的聚苯酚。在此缓冲溶液中,十二烷基苯磺酸钠用量由0.3g增加到0.5g时,反应产率由54.5%增加到80.6%,质均分子量由3.5×10~4增加到8.0×10~4。而反应温度由20℃增加到50℃时,聚合物的分子量逐渐增加,但聚合反应产率先增加后减少。苯酚聚合物的分解温度在300℃以上,表现出较好的热稳定性。以苯酚聚合物为载体制备了一种新型结构的负载型钯配合物催化剂,用于催化芳基碘、芳基溴及活化芳基氯的Heck反应,产率在80%以上。该配合物可重复用于催化碘苯与苯乙烯的反应,重复使用5次,反应产率仍达90.8%。在水相胶束体系中,进行了4-甲基苯酚的酶催化聚合,反应产率大于90%,所得产物为平均聚合度小于10的低聚物,这是分子链末端的酚羟基易转化为醌式结构造成的。由于分子量较低且含有甲基,4-甲基苯酚聚合产物在200℃左右即开始分解。4-甲基苯酚低聚物具有与天然多酚类化合物类似的结构,表现出较好的抗自由基性能,清除DPPH自由基和ABTS阳离子自由基的Ic50分别为33.3mg/L和3.4mg/L,与性能较好的天然化合物(芦丁、松脂醇等)的抗自由基性能相当。由于合成方法简单、在空气中长期稳定,无刺激性气味,4-甲基苯酚低聚物作为抗氧化剂具有较好的应用前景。在有机溶剂和磷酸盐缓冲溶液(pH=7)的混合体系中,以辣根过氧化物酶为催化剂,得到了4-氯苯酚和4-溴苯酚聚合物(产率在60%左右)。改变有机溶剂种类对聚合反应产率影响不大,但聚合物的分子量变化较大,以甲醇为有机溶剂,4-氯苯酚和4-溴苯酚聚合产物分子量较低,质均分子量在2.0×10~4以下。有机溶剂和缓冲溶液配比改变时,聚合物的产率和分子量均受到较大的影响。4-氯苯酚和4-溴苯酚聚合物对DPPH自由基和ABTS阳离子自由基均表现出一定的抑制作用,4-氯苯酚聚合物清除DPPH自由基和ABTS阳离子自由基的Ic50分别为240mg/L和11.1mg/L。而4-溴苯酚聚合物清除两种自由基的Ic50分别为365mg/L和23.5mg/L,其抗自由基性能稍弱于4-氯苯酚聚合物,可能是由于溴原子半径较大,形成空间位阻,不利于聚合物链与自由基相互作用造成的。
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