CN109280125A - 维生素e分子印迹聚合物的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种维生素E分子印迹聚合物的制备方法及其应用，该方法以丙酮为有机溶剂，以维生素E、丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、偶氮二异丁腈为原料，在隔绝氧气的条件下于60‑70℃反应得到了分子印迹聚合物，实验表明其对维生素E具有特异性吸附性能，能够从复杂体系中精准的识别维生素E并将其分离出来。该分子印迹聚合物的成功合成，对于工业化分离提纯维生素E具有重要的意义。

Description

维生素E分子印迹聚合物的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及功能高分子材料技术领域，具体涉及一种维生素E分子印迹聚合物的制备方法及其应用。
背景技术
维生素E(又名生育酚)是肌肉进行正常代谢，维持中枢神经系统和血管系统功能完整所必需的物质。维生素E能促进性激素的分泌，预防流产，提高人体生育能力，同时还能抗自由基氧化，可用于护肤品中预防衰老，因此维生素E的市场价值潜力巨大。目前从脱臭馏出物中提取天然维生素E，往往需要综合运用萃取、酯化、转酯化、皂化等工艺，这样一来不仅溶剂成本高、资源能耗大，而且得到的维生素E纯度低。因此，制备一种对维生素E具有较好选择性的新型吸附剂，并将其用于工业生产中维生素E的分离纯化，具有重要的市场应用价值。
分子印迹技术是一种结合了高分子化学、材料化学、物理化学等学科优势而发展起来的新技术。分子印迹聚合物是一种具有高度选择性的新型吸附材料，其作用精准，能直接从复杂混合物中吸附待分离的目标物质，具有优异的特异选择吸附性，在工业分离、药物手性拆分、模拟酶催化、生物传感器等方面有很好的发展和应用。制备分子印迹聚合物的方法有本体聚合、原位聚合、悬浮聚合、沉淀聚合、溶胀聚合等，其中沉淀聚合法制得的聚合物粒径均匀，反应体系中不需要加入任何分散剂或乳化剂，操作简单、成本较低，比较适用于实际生产中分离提纯维生素E。
中国专利CN107417658A公开了一种高效提纯生育三烯酚的方法，该方法借助具有特异性识别的分子印迹聚合物对生育三烯酚进行分离提纯，但是该方法并未具体公开该分子印迹聚合物的组成和结构。中国专利CN105289532A公开了一种维生素B12分子印迹固相萃取磁性材料，并将其装填进固相萃取柱中用于对维生素B12进行分离提取。综合来看，上述方法存在步骤复杂、所需溶剂较多、反应周期长、使用设备多且复杂等问题，不利于工业生产应用。中国专利CN108283603A公开了一种劳保护肤膏的制备方法，该方法以尿囊素为模板分子合成了一种分子印迹聚合物，利用其选择性识别、吸附、分离山药皮中的活性物质。该方法首先制备二氧化硅微球再引入印迹聚合物，反应过程中经历了多次升温-降温操作，反应步骤较为复杂。
现有技术制备印迹聚合物所使用的交联剂(二甲基丙烯酸乙二醇酯)、引发剂(偶氮二异丁腈)大都相同，关键在于制备方法、溶剂、原料配比和功能单体的选择，尤其是制备方法和功能单体，前者往往决定了工艺复杂程度及能否工业化，后者对印迹聚合物的性能和用途有着决定性的影响。本申请发明人团队通过大量摸索和实践，通过沉淀聚合一步反应制得了专门用于维生素E分离提纯的分子印迹聚合物，目前还没有类似化合物及合成方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过沉淀聚合法得到的维生素E分子印迹聚合物及其在维生素E分离提纯方面的应用。该分子印迹聚合物在吸附过程中具有很强的针对性，能高效的从复杂混合物中识别出维生素E，将其应用于吸附柱操作分离过程时具有操作简单、成本较低、选择性好、吸附能力强等优点。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种维生素E分子印迹聚合物的制备方法，包括以下步骤：(a)将维生素E、聚合反应单体加入到有机溶剂中，分散均匀后静置，得到分散液；(b)向步骤(a)所得分散液中加入交联剂、引发剂，在保护气氛下保温反应，固液分离得到分子印迹聚合物半成品；(c)利用有机醇与有机酸混合液清洗分子印迹聚合物半成品，干燥后得到分子印迹聚合物成品。
进一步的，所述聚合反应单体具体为丙烯酰胺，所述有机溶剂具体为丙酮，所述交联剂具体为二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述引发剂具体为偶氮二异丁腈，所述有机醇具体为甲醇，所述有机酸具体为乙酸。
进一步的，步骤(a)中维生素E、聚合反应单体加入到有机溶剂后进行超声处理，使得原料充分混合分散均匀；超声完成后将得到的分散液置于5-10℃环境中静置10-12h。丙酮常温易挥发，低温冷藏静置能够保证模板分子与功能单体充分预聚合。
进一步的，步骤(b)中向分散液中加入交联剂、引发剂后进行超声处理，然后通入保护气体排除氧气，最后加热至60-70℃反应20-24h。
进一步的，步骤(c)中有机醇与有机酸混合液中两者的体积比(10-8):1。
进一步的，步骤(c)中先用有机醇与有机酸混合液洗涤20-24h，然后用有机醇洗涤2-6h，最后用超纯水洗涤2-6次并在40-60℃下干燥。
进一步的，维生素E、聚合反应单体、交联剂的摩尔比为1:(4-6):(20-25)，引发剂的用量相当于聚合反应单体、交联剂总质量的1％-3％。
进一步的，步骤(b)反应开始前，反应液中聚合反应单体、交联剂的总体积浓度为3％-5％(V/V)。
上述分子印迹聚合物作为吸附剂用于维生素E分离提纯的应用。
本发明以维生素E、丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、偶氮二异丁腈等为原料，通过沉淀法反应得到了一种新型分子印迹聚合物，并首次将其用于维生素E的分离提纯，取得了较好的效果。该分子印迹聚合物对维生素E具有较强的识别能力和吸附性，吸附柱实验表明其对维生素E的吸附量高且吸附能力持久。除此之外，该分子印迹聚合物制备及使用成本较低，使用方法简单，效率高，尤其适用于工业化分离提纯维生素E。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的分子印迹聚合物的SEM图；
图2为本发明实施例1原料二甲基丙烯酸乙二醇酯(a)、丙烯酰胺(b)及产物分子印迹聚合物(c)的红外光谱对比图；
图3为本发明实施例2制得的分子印迹聚合物与同样条件下制得的对照品吸附容量-浓度关系曲线图；
图4为本发明实施例3制得的分子印迹聚合物吸附容量-时间关系曲线图。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
本发明各实施例所使用的原料均为普通市售。
实施例1
将维生素E和丙烯酰胺加入到丙酮溶液中，其中维生素E的用量为0.11g，丙烯酰胺的用量为0.088g，丙酮的用量为20mL。以上物质混合后超声20min，接着转入恒温8℃的冰箱内静置10h。
取二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈加入到上述溶液中，其中二甲基丙烯酸乙二醇酯的用量为0.96g，偶氮二异丁腈的用量为0.03g，反应液中聚合反应单体、交联剂的总体积浓度为5％。加料完成后超声10min，接着将混合溶液倒入反应装置中，在隔绝空气的条件下升温至68℃反应20h，得到分子印迹聚合物半成品。
将分子印迹聚合物半成品置于索氏提取器中，用甲醇-乙酸混合液(体积比为9:1)洗涤24h，再用纯甲醇溶液冲洗5h，最后用超纯水冲洗3次，干燥后即得印迹聚合物成品。
该印迹聚合物成品的SEM照片如图1所示，从图1可以看出：该分子印迹聚合物呈球形，外形规则，这为后续的静态吸附实验提供了良好的基础。
图2为原料二甲基丙烯酸乙二醇酯(a)、丙烯酰胺(b)及产物分子印迹聚合物(c)的红外光谱图。图2-a中，1637cm-1处为EGDMA的碳碳双键伸缩振动峰,1720cm-1处为羰基的伸缩振动峰；1150cm-1处为碳氧键的伸缩振动峰。图2-b中，3400cm-1处为AM的氨基伸缩振动峰，1637cm-1处为碳碳双键伸缩振动峰，1718cm-1处为羰基的伸缩振动峰。图2-c中，AM和EGDMA交联聚合后，1637cm-1处碳碳双键伸缩振动峰明显减小，并且在1150cm-1处有碳氧键伸缩振动峰出现，这表示功能单体MAA和交联剂EGDMA进行了较为充分的交联聚合，只有少部分残留；3400cm-1处为氨基的伸缩振动峰，1720cm-1处为羰基的伸缩振动峰，这两个峰的出现说明该分子印迹聚合物含有可以同模板分子作用的氨基和羰基基团。
实施例2
将维生素E和丙烯酰胺加入到丙酮溶液中，其中维生素E的用量为0.11g，丙烯酰胺的用量为0.088g，丙酮的用量为30mL。以上物质混合后超声10min，接着转入10℃的冰箱内静置12h。
取二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈加入到上述溶液中，其中二甲基丙烯酸乙二醇酯的用量为0.96g，偶氮二异丁腈的用量为0.01g，反应液中聚合反应单体、交联剂的总体积浓度为3.5％。加料完成后超声10min，接着将混合溶液倒入反应装置中，在隔绝空气的条件下升温至70℃反应22h，得到分子印迹聚合物半成品。
将分子印迹聚合物半成品置于索氏提取器中，用甲醇-乙酸混合液(体积比为10:1)洗涤24h，再用纯甲醇溶液冲洗5h，最后用超纯水冲洗3次，干燥后即得印迹聚合物成品。
另外设置一组对照品，对照品的制备方法与上述印迹聚合物合成方法基本相同，不同之处在于：在合成时不加入维生素E，所得半成品没有洗脱。
实施例3
将维生素E和丙烯酰胺加入到丙酮溶液中，其中维生素E的用量为0.11g，丙烯酰胺的用量为0.07g，丙酮的用量为40mL。以上物质混合后超声30min，接着转入6℃的冰箱内静置10h。
取二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈加入到上述溶液中，其中二甲基丙烯酸乙二醇酯的用量为1.25g，偶氮二异丁腈的用量为0.02g，反应液中聚合反应单体、交联剂的总体积浓度为3％。加料完成后超声10min，接着将混合溶液倒入反应装置中，在隔绝空气的条件下升温至65℃反应20h，得到分子印迹聚合物半成品。
将分子印迹聚合物半成品置于索氏提取器中，用甲醇-乙酸混合液(体积比为8:1)洗涤24h，再用纯甲醇溶液冲洗5h，最后用超纯水冲洗3次，干燥后即得印迹聚合物成品。按照同样的方法另外设置一组对照品。
分别对实施例2和3制得的印迹聚合物成品和对照品进行了吸附性能测试，具体方法如下：
1.吸附容量随时间变化的测定。
配制一定浓度的维生素E溶液，向加入50mg分子印迹聚合物，密封后置于25℃恒温振荡箱中振荡吸附2h以上。吸附结束后，取适量混合物用0.45μm微膜过滤并干燥，用甲醇定容，用高效液相色谱仪检测确定滤液中的维生素E含量。分子印迹聚合物的吸附量按照下式计算：
式中，C0、Qt分别表示吸附前、吸附后溶液中维生素E的浓度，μmol/g；V表示原溶液的体积，mL；m表示加入的分子印迹聚合物的质量，g。作为对照，在测定分子印迹聚合物吸附容量的同时也对相应的对照品的吸附容量进行了测定，其方法与上述相同。
2.吸附容量随浓度变化的测定。
配制2mmol/L的维生素E溶液，分别取10mL维生素E溶液置于若干组50mL锥形瓶中，分别加入50mg分子印迹聚合物，密封后置于25℃恒温振荡箱中振荡吸附。每隔20min，按顺序依次对各个锥形瓶中的溶液取样，以0.45μm微膜过滤干燥，用甲醇定容，用高效液相色谱仪测定其中维生素E的含量。采用下式计算不同时刻的吸附量：
式中，C0、Qt分别表示吸附前以及各个时间点溶液中维生素E的浓度，μmol/g；V表示原溶液的体积，mL；m表示加入的分子印迹聚合物的质量，g。
图3为实施例2中制得的分子印迹聚合物及对照品的吸附容量-浓度关系曲线。从图3可以看出，当维生素E初始浓度逐渐增大时，印迹聚合物(MIPs)对维生素E的吸附量持续增加，而对照品(NIPs)对维生素E的吸附量很低且迅速达到平衡，两者间的差距在高浓度下尤为显著。这说明在分子印迹聚合物的合成过程中，由于模板分子与维生素E的相互作用，聚合物中形成了与其空间结构相匹配的孔穴及功能基团相对应的结合位点，因此印迹聚合物对维生素E具有较高的吸附能力；而对照品则不拥有这种对维生素E具有特异识别能力的结构，对维生素E的吸附是非特异性的，所以它对维生素E的吸附量低于分子印迹聚合物。
图4为实施例3中制得的分子印迹聚合物对维生素E的吸附量-时间关系曲线。从图4可以看出，随着吸附时间的增加，分子印迹聚合物对维生素E的吸附量持续增大，并在120min之后达到吸附平衡。这说明印迹聚合物能在较短的时间内迅速吸附维生素E。

Claims (9)

1.一种维生素E分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)将维生素E、聚合反应单体加入到有机溶剂中，分散均匀后静置，得到分散液；
(b)向步骤(a)所得分散液中加入交联剂、引发剂，在保护气氛下保温反应，固液分离得到分子印迹聚合物半成品；
(c)利用有机醇与有机酸混合液清洗分子印迹聚合物半成品，干燥后得到分子印迹聚合物成品。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合反应单体具体为丙烯酰胺，所述有机溶剂具体为丙酮，所述交联剂具体为二甲基丙烯酸乙二醇酯，所述引发剂具体为偶氮二异丁腈，所述有机醇具体为甲醇，所述有机酸具体为乙酸。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(a)中维生素E、聚合反应单体加入到有机溶剂后进行超声处理，超声完成后将得到的分散液置于5-10℃环境中静置10-12h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(b)中向分散液中加入交联剂、引发剂后进行超声处理，然后通入保护气体排除氧气，最后加热至60-70℃反应20-24h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(c)中有机醇与有机酸混合液中两者的体积比(10-8):1。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(c)中先用有机醇与有机酸混合液洗涤20-24h，然后用有机醇洗涤2-6h，最后用超纯水洗涤2-6次并在40-60℃下干燥。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：维生素E、聚合反应单体、交联剂的摩尔比为1:(4-6):(20-25)，引发剂的用量相当于聚合反应单体、交联剂总质量的1％-3％。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(b)反应开始前，反应液中聚合反应单体、交联剂的总体积浓度为3％-5％。
9.权利要求1-8任一项制得的维生素E分子印迹聚合物作为吸附剂用于维生素E分离提纯的应用。
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