CN102153762A

CN102153762A - 一种大豆蛋白光化学修饰的方法

Info

Publication number: CN102153762A
Application number: CN 201110044361
Authority: CN
Inventors: 白绘宇; 徐晶; 屈海军; 刘晓亚
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: CN102153762B

Abstract

本发明公开了一种大豆蛋白光化学修饰的方法，首先通过自由基聚合合成含香豆素基团的氨基封端的聚合物，然后利用大豆蛋白中羧基与聚合物端氨基酰胺化缩合，将该香豆素型聚合物接枝到大豆蛋白上。本发明的以大豆蛋白为主链的接枝共聚物，无毒、可降解，且具有较好的光化学活性，在感光领域，高分子材料领域，生物材料领域均有良好的应用前景。本发明所述方法简便易行，且大豆来源广泛，具有很好的推广应用价值。

Description

一种大豆蛋白光化学修饰的方法

技术领域

本发明属于高分子材料与感光技术领域，具体涉及一种大豆蛋白光化学修饰的方法。

背景技术

近年来，随着石油、煤、天然气等不可再生资源的日趋枯竭以及现代化工引起的严重环境污染不断加剧，人们逐渐把目光聚焦到对环境友好的天然高分子上。大豆蛋白作为其中之一，由各种氨基酸经肽键相连而成，具有可生物降解，资源极其丰富，再生速度快，价格便宜等优点，因此人们对大豆蛋白的改性及材料化应用研究也日益增多。以大豆蛋白制备的生物降解高分子材料将潜在应用于膜材料、粘结剂绿色塑料等工业领域。

光敏聚合物是一类特殊的刺激-响应型“智能”聚合物，其结构中的光敏感基元能够对外界光刺激(如紫外、近红外等)做出快速响应，并发生相应的物理、化学性质的变化。光刺激作为一种特殊的调控手段，其优越性主要表现在可以通过对照射频率、位置、强度及时间长短进行选择，“定时、定点、定速”地实现“智能”调控。香豆素类光敏聚合物作为光敏聚合物中的一类，目前国内外的研究则基于其光诱导可逆二聚交联反应的特性，其中ZHAO YUE课题组对香豆素类聚合物的研究已逐渐从设计合成、自组装胶束等扩展到膜、纳米凝胶等。

一直以来，大豆蛋白的改性作为蛋白研究热点，但是改性后是否破坏了蛋白原有的无毒、环境友好等特性，这也是困扰着许多致力于蛋白改性研究工作者们的难题，设想如果能够在大豆蛋白这一类天然高分子上引入光敏感基团，采用光诱导大豆蛋白交联，则可避免传统的化学交联剂的使用，也同时符合低碳环保的理念。另外，交联-解交联交替进行的优良特性可以使蛋白材料的设计使用变得更加智能可控。

本专利发明了一种新型修饰大豆蛋白的方法，首先合成具有端氨基的光敏聚合物NH₂-P(VM-co-AMPS)，利用大豆蛋白结构中存在的羧基和聚合物端氨基在EDC/NHS催化下，发生酰胺化反应，从而将光敏聚合物接枝到大豆蛋白上。这种对大豆蛋白进行光化学修饰的方法，为大豆蛋白的改性研究提供了一种新型的途径，获得的产物SPI-g-P(VM-co-AMPS)在天然高分子材料、感光材料、膜材料等诸多领域有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种大豆蛋白光化学修饰的方法。

本发明所提供的光化学修饰大豆蛋白的方法，首先制备光敏聚合物NH₂-P(VM-co-AMPS)，即选用香豆素型单体VM和离子型单体AMPS，设计控制两种单体投料比，使亲水链段比例高于疏水链段，这样获得的聚合物在水相体系有较好的溶解性；并采用链转移剂AET，使合成的聚合物具有端氨基，便于进一步修饰改性。其次，以大豆蛋白SPI为起始物，EDC/NHS催化SPI与NH₂-P(VM-co-AMPS)酰胺化缩合反应，获得具有光敏感性的蛋白改性产物SPI-g-P(VM-co-AMPS)。

上述方法中，AMPS与VM的摩尔比要高于1∶1。

上述方法中，单体、引发剂及链转移剂的摩尔比为50∶1∶3。

上述方法中，聚合反应的温度至少为70℃，聚合反应的时间至少为8小时。

上述方法中，聚合产物需在四氢呋喃中沉淀，再在30℃烘箱中干燥获得纯净的NH₂-P(VM-co-AMPS)固体。

上述方法中，大豆蛋白需要用pH＝8.5的尿素缓冲溶液溶解分散。

上述方法中，大豆蛋白与NH₂-P(VM-co-AMPS)酰胺化缩合反应产物需用丙酮沉淀，再用乙醇抽提24小时后30℃烘箱干燥至恒重。

本发明的有益效果：本发明对原始的大豆蛋白进行光敏修饰，在大豆蛋白结构中引入具有可逆二聚反应性能的香豆素基团，获得的改性产物具有光化学活性，能够在紫外诱导作用下，发生交联，形成网络结构，从而改善大豆蛋白材料的性能。本发明避免了传统化学交联剂(如戊二醛等)的使用，充分利用光能，节能环保，而且香豆素基元交联-解交联的交替特性赋予了大豆蛋白的智能化，这样的蛋白材料可控性更强。

附图说明：

图1 大豆蛋白SPI及光化学修饰后的大豆蛋白衍生物SPI-g-P(VM-co-AMPS)红外谱图

图2 SPI-g-P(VM-co-AMPS)对紫外光的响应性结果

具体实施方式

以下利用实施例进一步详细说明本发明，但不能认为是限定发明的范围。

实施例1 香豆素型光敏单体VM的制备

将37.0g7-羟基-4-甲基香豆素、14.14g KOH、2g聚乙烯醇(PEG2000)、适量碘化钾溶于100mL去离子水中，搅拌下加热至40℃。10min后加入对氯亚甲基苯乙烯(经碱性氧化铝柱层析处理)30.4g，40℃下反应48小时。体系冷却后产物在水中沉淀，得乳黄色固体。产物用四氢呋喃溶解，在甲醇与水3∶1的混合溶液中沉淀，重复3次，得到白色固体。最后纯化产物经40℃真空干燥12小时，得到香豆素型光敏单体VM。

实施例2 氨基封端光敏聚合物NH₂-P(VM-co-AMPS)的制备

称取实施例1中的光敏单体VM 3.6g及2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸AMPS 7.8g，溶于15ml DMF中，搅拌并通氮气，15分钟后加入0.34g巯基乙胺(AET)和0.16g偶氮二异丁腈(AIBN)，再通氮气15分钟，然后密封瓶口，转入60℃油浴中，反应8小时后取出用100ml四氢呋喃(THF)中沉淀，取杯底物，用5ml N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶解，再在100ml THF中沉淀，然后再取杯底物，最后在30℃烘箱中干燥至恒重，得到光敏聚合物NH₂-P(VM-co-AMPS)。

实施例3 pH＝8.5的尿素缓冲溶液的配制

用8mol/L的尿素溶液分别配制0.1mol/L的NaOH溶液、0.4mol/L的硼酸溶液和0.4mol/L的KCl溶液，再分别移取10.1ml NaOH溶液、12.5ml硼酸溶液和12.5ml KCl溶液于100mL的容量瓶中，用8mol/L的尿素溶液定容，得pH＝8.5的尿素缓冲溶液。

实施例4 大豆蛋白光敏改性产物SPI-g-P(VM-co-AMPS)的制备

分别用5mL，30mL，3mL，2mL的pH＝8.5的缓冲溶液溶解0.5gNH₂-P(VM-co-AMPS)、0.5g SPI，0.02g EDC、0.006g NHS，搅拌使其充分溶解，然后将各溶液先后加入100ml单口瓶中，搅拌，30℃下反应24小时。反应产物用400ml丙酮沉淀，然后用乙醇抽提24小时，取出在30℃烘箱中干燥至恒重，得到大豆蛋白改性产物SPI-g-P(VM-co-AMPS)。

实施例5 SPI-g-P(VM-co-AMPS)光化学活性追踪

配制0.2mg/ml的SPI-g-P(VM-co-AMPS)水溶液5ml，以波长为365nm，功率为100W的紫外灯光照射溶液不同时间，用紫外-可见光谱观察不同光照时间下溶液的紫外光谱，见附图2。

Claims

1.一种大豆蛋白光化学修饰的方法，其特征是工艺为：

(1)制备香豆素型光敏聚合物NH₂-P(VM-co-AMPS)：

以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，巯基乙胺(AET)为链转移剂，选用4-甲基-7-对乙烯基苯亚甲氧基香豆素(VM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)两种单体，控制投料比，在溶剂A中自由基聚合反应8小时制得氨基封端的光敏性无规共聚物NH₂-P(VM-co-AMPS)。

(2)大豆蛋白与NH₂-P(VM-co-AMPS)酰胺化：

将大豆蛋白(SPI)及(1)中制得的聚合物NH₂-P(VM-co-AMPS)溶于pH＝8.5的缓冲溶液中，选用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)/N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)复合催化剂，催化SPI与NH₂-P(VM-co-AMPS)酰胺化反应，得到产物SPI-g-P(VM-co-AMPS)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是采用普通自由基聚合，通过分子设计控制两种单体投料比例，调节聚合物链段亲疏水性能，从而控制聚合物在水相中的溶解性。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是以AET为链转移剂，使合成的聚合物具有端氨基，为下一步能够接枝到大豆蛋白上提供修饰点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述溶剂A为N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二乙基甲酰胺或二甲亚砜中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是以pH＝8.5的尿素缓冲溶液溶解分散大豆蛋白。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是以EDC/NHS复合催化剂催化SPI与NH₂-P(VM-co-AMPS)酰胺化缩合反应。