氯霉素分子印迹聚合物的分子模拟研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sophia_yin104
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氯霉素(CAP)在食品中的残留多有报道,其检测是十分必要的,而大多数氯霉素的分析前处理复杂、灵敏度难以达到要求。分子印迹技术具有特异吸附性能的优点,可作为高选择性富集含氯霉素的实际样品的检测技术。  目前对分子印迹聚合物(MIPs)的研究与应用还处于初级阶段,缺乏系统、深入的研究及产业化的应用。由于分子印迹聚合物的制备受诸多因素的影响,如功能单体的种类及其与模板分子的比例、溶剂、交联剂和各种聚合条件等,印迹体系的筛选十分困难,其机理更难以通过目前的手段进行研究。分子动力学及量子力学等分子模拟方法利用理论方法与计算技术,可以从原子-分子水平上模拟分子体系的结构和行为,进而模拟分子体系的各种物理与化学性质,在分子印迹的研究中可以模拟得到许多实验无法得到的数据,而氯霉素分子印迹聚合物的分子模拟研究目前还鲜有报道,有必要进行深入研究。  本论文从分子模拟、光谱分析、分子印迹聚合物制备等三个方面对印迹聚合物的制备过程与印迹原理进行研究,主要研究内容及结果如下:  (1)采用分子动力学方法研究氯霉素分子印迹聚合物预组装过程中功能单体和溶剂对分子印迹聚合物合成过程的影响,并研究了预组装复合物中CAP与功能单体之间距离及其单点能构成。模拟发现:在甲醇溶剂中功能单体与氯霉素之间的结合能的顺序为MAA>AA>AM>MMA,而在乙腈中结合能顺序为AA>MAA>AM>MMA,表明MAA和AA分别能够在甲醇与乙腈溶剂中与氯霉素形成最强的相互作用;甲醇溶剂中功能单体与CAP预组装体系结合能高于乙腈溶剂,表明质子型溶剂甲醇仍然是适宜作为溶剂的;MAA与CAP形成1:2复合物,分子之间的距离在2.157~3.328A,小于MMA与CAP之间3.110~3.815A的距离,推断MAA与CAP之间形成了非共价相互作用;单点能构成分析发现CAP-功能单体复合物的单点能与其静电作用能呈正相关。  (2)在分子动力学模拟基础上采用量子力学方法更深入的对氯霉素分子印迹聚合物的溶剂化能及各分子静电势、前线轨道、Fukui函数等性质进行计算,并模拟了复合物形成过程的热力学参数。溶剂化能结果表明甲醇可能会与CAP及功能单体竞争氢键,而氯仿溶剂则与CAP及功能单体相互作用较小,与制备试验对比发现溶剂化能的结果不适宜作为选择溶剂的依据。静电势、前线轨道、Fukui函数的结果表明模板分子CAP与功能单体MAA若形成稳定复合物,最可能的作用位点是CAP中的-NH-及侧链上的-OH与MAA中的-COOH之间产生较强的静电作用或氢键力,此结果与分子动力学结果相吻合。热力学模拟结果表明形成CAP-功能单体复合物的过程是焓控制过程,此过程中焓变增加,熵值减小。  (3)采用光谱分析方法研究不同功能单体及其比例对氯霉素分子印迹聚合物的影响,并计算分子印迹预组装体系中化学配位比;采用沉淀聚合法制备氯霉素分子印迹聚合物以验证分子模拟结果。光谱分析表明:在甲醇溶剂中MAA与CAP体系最大吸收波长红移程度最大,MAA能够与CAP形成强烈的相互作用;确定氯霉素与MAA的最佳反应比为CAP:MAA=1:4,计算得到预组装体系中化学配位比n=2,即预组装体系中1个CAP分子与两个MAA分子形成了复合物,与分子动力学模拟结果吻合。  (4)采用沉淀制备法制备试验表明:采用沉淀聚合法在甲醇溶剂中制备MIPs,测得四种功能单体制备的MIPs测定其吸附量为QMAA=12.57>QAA=8.11>QAM=6.06>QMMA=5.39,印迹因子为αMAA=4.26>αAA=3.18>αAM=2.62>αMMA=1.96,证明分子模拟筛选出的功能单体效果最优,同时验证甲醇作为溶剂是可行的。  研究表明分子模拟结果与实验结果具有一致性,分子模拟方法对分子印迹聚合物合成时功能单体筛选、溶剂选择及机理研究具有很好的指导作用。  
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