纤维素基希夫碱铜（Ⅱ）配合物的制备及抗菌性能研究

发布时间：2020-11-14 19:30

　　 近年来,随着科学技术和经济的飞速发展,人们的环保意识也随之增强,同时也促进了生活环境向着更健康、绿色、安全的方向发展,因此对可生物降解材料的关注和研究也逐渐增加。纤维素作为可生物降解材料的代表具有众多优点,但是它与大多数天然高分子一样,在使用过程中不可避免地会遭受细菌的污染,从而影响其性能。因此为了有效解决细菌感染的问题,研发出具有抗菌性能的纤维素材料迫在眉睫。目前纤维素抗菌材料的制备方法都稍稍存在缺陷,因此本文将提出一种新型的方法来制备具有优异抗菌活性的纤维素材料。将针叶木纤维作为原料,首先对其进行选择性氧化得到双醛纤维素纤维作为中间体,其次通过中间体中具有高反应活性的醛基与甘氨酸中的氨基进行希夫碱改性制备纤维素基希夫碱配体,最后将所得的配体与铜离子进行配位反应,成功合成出纤维素基希夫碱铜配合物。所得到的纤维素基希夫碱配体及配合物都具有广谱抗菌作用。通过选择性氧化针叶木纤维得到双醛纤维素纤维。研究结果表明,将高碘酸钠作为氧化剂,针叶木纤维的失重率和醛基含量均随着氧化剂浓度的增加而不断增加。原料针叶木纤维的醛基含量为1570μmol/g,而当氧化剂浓度增加到0.3 mol/L时,醛基含量增加了205%,达到了4793μmol/g。醛基含量与失重率之间呈正相关关系。随着氧化浓度的增加,在氧化过程中纤维素分子结构逐渐变得松散,结晶度显著降低。经氧化作用后,纤维表面变得更加光滑。利用双醛纤维素纤维作为中间体,将其与甘氨酸进行希夫碱反应制备纤维素基希夫碱配体,然后将所得配体与铜离子发生配位反应得到纤维素基希夫碱铜配合物。研究结果表明,在得到纤维素基希夫碱配体后,纤维的醛基含量显著减少。在红外谱图中位于1732 cm~(-1)的醛羰基的特征吸收峰减弱,此外,在1631 cm-~1出现了新的吸收峰,其为亚胺基的特征吸收峰,说明希夫碱反应的成功进行。当配体与铜离子发生配位反应制备得到纤维素基希夫碱铜配合物时,红外谱图中,亚胺基的特征吸收峰出现了红移的现象,并且出现了Cu-N和Cu-O配位键的吸收峰。此外,在纤维素基希夫碱铜配合物的XRD谱图中,出现了三个新的衍射峰。纤维素基希夫碱铜配合物的紫外-可见光光谱的吸收峰相对于纤维素基希夫碱配体也出现了明显的红移现象。以上结果均表明纤维素基希夫碱配体及其铜配合物的成功制备。制备得到的纤维素基希夫碱配体及其铜配合物对于以大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌和以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌都有一定的抗菌效果,具备广谱抗菌的性能。采用激光共聚焦显微镜来观察细菌细胞的凋亡情况,发现当加入纤维素基希夫碱铜配合物纤维之后,两种细菌悬浮液中存活的细菌细胞数量均大大减少。通过扫描电镜来观察细菌细胞的表面形貌,发现当加入纤维素基希夫碱铜配合物纤维之后,两种细菌细胞都出现了明显的皱缩和破损。分别采用琼脂平皿扩散法和OD600法评价纤维素基希夫碱配体及其铜配合物纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果。研究结果表明,铜离子的加入使得纤维素基希夫碱铜配合物的抑菌圈宽度显著增加,分别为5.48 mm和7.21 mm,OD600值减小。此外,随着配位反应时间的延长,纤维素基希夫碱铜配合物的抑菌圈宽度也随之增加,OD600值随之减小,即纤维素基希夫碱铜配合物纤维的抗菌性能随着反应时间的延长而增加。所制备得到的纤维素基希夫碱配体及其铜配合物纤维对以大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌和以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌都有优异的抗菌活性,有望为研究更加绿色环保的纤维素抗菌材料提供更广阔的途径。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O641.4;TQ352.79
【部分图文】：

纤维素基希夫碱铜（II）配合物的制备及抗菌性能研究纤维素基希夫碱及其金属配合物的研究进展纤维素作为可生物降解材料中的代表，属于可再生资源。取之不尽，用之不竭由 β-D-吡喃葡萄糖环通过 1，4-β 苷键连接而成的线性高分子。纤维素大分子链基环中含有 3 个醇羟基，容易被改性，因此可以在纤维素大分子链上引入羧基功能性基团，从而赋予纤维素更多更独特的功能。纤维素大分子链的构象如图。

夫碱及其金属配合物的研究进展生物降解材料中的代表，属于可再生资源。取之不尽萄糖环通过 1，4-β 苷键连接而成的线性高分子。纤维素 个醇羟基，容易被改性，因此可以在纤维素大分子链上从而赋予纤维素更多更独特的功能。纤维素大分子链图 1-2 纤维素大分子链的构象Fig. 1-2 The constellation of cellulose macromolecule chain植物，是自然界中取之不尽、用之不竭的自然资源[45]。此纤维素可以在各个领域发挥其优势，如食品加工、医废水处理、日常化学用品、抗菌等各个方面[46]，如图

陕西科技大学硕士学位论文1.5.3 技术路线纤维素基希夫碱配体及其铜配合物的制备是研究的重难点和核心。本课题围绕纤维素基希夫碱铜配合物的制备过程，采用 SEM、FT-IR、XRD、UV-Vis、ICP-AES 等对所制备纤维素基希夫碱配体及其铜配合物的形貌、晶型等性能进行表征分析。具体技术路线如图 1-4 所示：
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本文编号：2883876