聚脲多孔材料的酶固定及其应用

发布时间：2020-02-17 11:11

【摘要】：本文以甲苯二异氰酸酯(TDI)与二乙烯三胺(DETA)为单体、以乙腈为溶剂,不使用任何致孔剂和稳定剂,采用沉淀聚合的方法,无需改性制备得到了聚脲多孔材料(PPU)。PPU的表面形貌通过扫描电子显微镜(SEM)进行观察,采用压汞法和氮气吸附-脱附法(BET)对PPU的孔结构进行了测定。结果表明,PPU产物颗粒形状不规则,大小不均一。通过压汞法测得其孔径分布在30 nm~300?m之间,比表面积为36.4 m2/g,孔体积为4.2cm3/g。利用对硝基苯甲醛(NBA)法测得PPU表面的伯胺基含量为0.631 mmol/g。PPU经戊二醛(GA)改性后引入了醛基,醛基可以与荧光假单胞菌脂肪酶(PFL)上的胺基反应生成Schiff碱实现PFL在PPU载体上的固定。实验过程探讨了GA改性过程中GA浓度对PPU固定PFL的影响,考察了固定过程中反应时间、反应温度和酶溶液浓度对PFL分子在PPU上的固定量和固定酶活性的影响。结果表明,以pH值为8.0的缓冲溶液为反应介质,利用浓度为0.66 mol/L的GA溶液对PPU进行改性得到GA-PPU,当PFL浓度为2.6 g/L时,PFL在GA-PPU上的最大固定量为108.8 mg/g,采用棕榈酸对硝基苯酯(NPP)水解法测得固定酶的活性为253 U/mg。最后比较了固定酶和游离酶在不同温度和pH值下的活性及其二者的储存稳定性。结果显示,相同的反应条件下,固定酶比游离酶具有更好的活性和储存稳定性。以制得的固定酶作为(R,S)-1-苯乙醇与乙酸乙烯酯酯交换反应的催化剂,分别考察了有机溶剂的种类、酶加入量、反应温度、底物摩尔比和酰基供体对脂肪酶催化效果的影响,并给出了固定酶在最佳拆分条件下的重复利用性。结果表明,以正己烷为溶剂,以0.2 mg脂肪酶催化苯乙醇和乙酸乙烯酯在10°C下的酯交换反应,在获得较高光学纯度(eep99.5%,E200)的前提下,反应54 h,苯乙醇的转化率可达到49.3%。固定酶重复使用5次后,转化率降低至46.3%,酶的立体选择性未发生明显变化。酶催化酯交换反应会生成副产物乙醛,乙醛对脂肪酶的催化活性和立体选择性会产生抑制作用。因此研究了乙醛浓度、在乙醛存在下反应溶剂和温度对脂肪酶活性的影响。结果表明,加入乙醛后脂肪酶的催化活性和选择性受到明显抑制。当乙醛浓度为0.025mol/L时,以正己烷为溶剂,40°C下利用固定酶催化(R,S)-1-苯乙醇与乙酸乙烯酯酯交换反应,此时酶的催化活性和选择性受到的抑制最小。
【图文】：

红外谱图,SEM图像,放大图

图 2.3 PPU 的 SEM 图像(B 是 A 的放大图).3 PPU 的化学结构表征聚脲分子链由脲基组成，其中的氮原子和羰基氧都可以与相邻分子链上的质子[83,84]。氢键是聚脲的一个典型特征。图 2.4 给出了 PPU 的红外谱图。从图中可PU 在 3416 cm-1处有一明显的强吸收峰，该峰波数位于 3200~3450 cm-1范围内宽，属于氢键化的 N-H 的伸缩振动，表明 PPU 聚合物中有大量胺基存在[85]。化合物中羰基峰出现在 1690~1630 cm-1处，随着羰基上取代基的增加，该吸收数位移[84]。因此判断 1641 cm-1处的峰为 C=O 的伸缩振动峰。2929 cm-1处的吸亚甲基 CH2的吸收峰，1559 cm-1处的吸收峰为仲胺基 N-H 的弯曲振动，，1235吸收峰来自 C-N 的伸缩振动[86]。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.4;Q814.2

【参考文献】