应用化工Applied Chemical IOnstp Vol.80No.7 Fed.702)
第50卷第2期
202)年2月
I分析测试I
没食子酸酶法聚合
丁若男0李楠楠0傅佳佳50，苏静5
3.江南大学江苏省功能纺织品工程技术研究中心，江苏无锡014120；21江苏阳光集团，江苏江阴214426)
摘要：基于漆酶催化小分子酚类单体聚合反应特性，建立在44C下酶法催化没食子酸聚合的微量反应体系，并对聚合产物性能进行探究和表征。通过UV半p、FTIR、H NMR、MALDYTOF等手段，及游离酚-基含量、聚合物粒径对聚合产物结构进行测试表征，通过TGA、DSC对聚合产物热性质进行测定分析。结果表明，没食子酸在漆酶催化作用下酚-基被氧化，苯环上部分氢原子也参与反应，得到的物质是含有不同聚合度的低聚物混合物，且具有较好的热稳定性。
关键词：漆酶；没食子酸；聚合；氧化
中图分类号:TQ0374；TQ07.5；Q554*.1文献标识码:A文章编号0071-3742(202))02-055)-04
Enzymatic polymerization of gallic acid
DING Ruo-nan,LI Nan-nan,FU Jia-jia9,SU Jing1
(1.Jiangsu EngineePng Technologo Rearch Center Or Func/onai Textiles,liangnan University,
Wuti2772,China；.Jiangsu SunsPinc Gmup,Jiangyin210426,China) Abstraci:The mOmwvtOu system for enzyme-catalyzed polyme/zaPon of gallic aOn a-47C was con-stpcted bad on the characters of lacchsv-catalyzed polyme/zation of small phenolic moomus.The poi-ymuizVou hwCucts oCtaiued by the reaction system were iuvestipated and chvvO/zU.TUpuph UV-Vis,FTIR,(H NMR,MALDYTOF,vd other meaus；as wel l as the content of free phenolic hyOpxyt gpnps and the paPiciv size of the polymer,the stpctura of the polymer ppPucl was tested and character-izU.The thevnai pppePias of the polyme/zaPon ppPucl were tested and analyzed tUmuph TGA and DSC-The results showed tha-gallic aOn was oxidized undvr the catalysis of Fccasa, and some of the—-dpged atoms on the Unzeue dng also paPiciyated in the wv/ou.The oCtaiued mate/ai was au o/pomar mixture with diPerenl peyrevs of polyme/zaPon and prented good thevnai300：/0.
Key worit:jacchsa;gallic aOn;polyme/zation;oxiSakon
没食子酸是一种天然多酚，又称作309-三-基苯甲酸，因其抗氧化抗炎、抑制细胞活性⑶和抗癌活性⑷而被广泛应用。漆酶作为一种多酚的氧化还原酶［5］，它可引发底物形成自由基，自由基之间聚合生成有色聚合物［2］。酶染作用条件温和、环保，在生态染整方面具有一定的优势，也为纺织品生物染色提供思路J］o
本文选用没食子酸单体作为漆酶作用的底物，催化合成低聚物或高分子化合物。基于漆酶催化酚体生自基进合生成色，
过不同的测试方法，对聚合产物的结构和性能进行表征。因聚合产物显示有色，后续可能会用于纺织
收稿日期：2020己022修改稿日期：2020W4X5
基金项目：国家自然科学基金(52403108)；中国博士后科学基金资助项目(207T70390)；江苏省博士后科研资助计划(2418K018A)；江苏省政策引导类计划(国际科技合作/港澳台科技合作-——“一带一路”创新合作项目(BZ2420010)；科技部政府间国际科技创新合作重点专项(2419YFE0115740)；江苏省功能纺织品工程技术研究中心面上培育项目(JUSRP21934)
作者简介：丁若男(762-)，女，安徽马鞍山人，在读硕士研究生，师从傅佳佳教授，主要研究方向为
功能化纺织技术。电话0732*******,E-mail:
通讯联系人：傅佳佳(1983--，女擞授，博士，主要研究方向为纤维及其制品功能改性。电话;153********,E-mV;kFdyfjj@
<
552应用化工第50卷
品的染色和功能整理20］。
1实验部分长大后我就成了你作文
16试剂与仪器
漆酶(Trametes hirsuta-，实验室自制；没食子酸(GA)、2,2-联氮二(3-乙基苯并嗟卩坐)二胺盐(ABTS)、醋酸钠、醋酸、2,5-二-基苯甲酸、KBr粉末、二甲基亚^(DMSO)均为分析纯。
CPU电子天平；移液枪;Theono Mixer微型反应器；Syeeyy H2酶标仪；SK2517HP超声水浴锅；Q502热重分析仪；Q202差示扫描量热仪；美国LaPcodco Free/oua2.5L台式冻干机；MO/fex LT 飞行时间质谱仪;NOvl e f P1傅里叶变换红外光谱仪；BmUef Aduapcv皿全数字化核磁共振波谱仪。
16酶活测试
称取ABTS固体(2.2mg)溶解在去离子水(1mL)中，通过检测在422nm处ABTS+自由基所变化的吸光度值来确定漆酶酶活。首先，选用2.2mo/L醋酸盐缓冲液(pH=5.2)分别制得2.5mmo/L的ABTS溶液和浓度适宜的待测酶溶液，然后从以上两种配制好的溶液中分别取用12pL充分混合，迅速用酶标仪读取混合液吸光度值，其中参数设置022an处每间隔2mix测试2次，总计1mix o2个漆酶活性单位(U)指的是：室温条件下在、mix内氧化能够得到2pmoi ABTS+自由基所需的酶的总量24］o
16聚合实验
称取(1m/mL)没食子酸单体适量，将其溶解于17mL醋酸盐缓冲溶液(2.2moOL,pH=5)中，完全溶解后，加入漆酶(302pL,12U/mL)、羊毛织物(5on x5cm)，在47C的微型反应器中以302OmO振荡，引发聚合反应。反应过程中确保反应液与空气充分接触。反应24h后，取出织物，水洗后置于烘箱中47C烘干。剩余反应溶液需离心、过滤，再将剩余液体经冻干机冷冻干燥处理，最后获得聚合产物粉末，保存备用。
16表征测试
2.6.2紫外-可见分光光谱分析利用酶标仪对聚合反应过程中不同反应时间的反应溶液进行紫外-可见吸收光谱扫描，绘制出不同时刻反应液在237 -722an吸光度的变化曲线。
2.6.0FTIR红外-吸收光谱称取适量待测样品与198mg KBr粉末混合，研磨时间2~2min，然后压片。利用傅里叶变换红外光谱仪对没食子酸单体反应获得的合进行测试。数包括扫描范围-002~502cm分辨率7cnT1，次数32次。
2.2.5核磁共振氢谱分析将没食子酸单体及其聚合产物两个测试样品均以22m/mL的浓度溶解于DMSO溶剂并置于核磁管中标记，然后利用核磁共振波谱仪对每个样品进行：H NMR测试，内标为
四甲基硅烷(TMS-o
2.4.4MALDDNOF飞行时间质谱分析将2mg 没食子酸及其聚合反应产物分别溶解在2.2mL TA37或者2.2%TFA中，取2pL溶解后溶液与2pL基质混合，取、pL混合液点到样品靶上，空气中自然晾干，再利用飞行时间质谱仪(MALDNNOF)在正离子反射模式下对样品进行测试。
2.6.5游离酚轻基含量测定使用FoPyA/cal-tex22分光光度法测定聚合前后的游离0H基团总量。将溶解在DMSO(172pL)中的单体和聚合产物溶液添加到Foho-POc/Ps试剂(502pL)和蒸憎水(6mL)的混合物中，并将混合物振摇2mO o之后，将No CO-溶液(17%0mL)加入到混合溶液中摇动2mid。通过添加蒸憎水将溶液补足至17mL。
-h后，在720nm(25C)下测量吸光度。
2.6.0热重分析称量5mg待测试样品放入铝制E蝎中，利用热重分析仪，设置其升温速度1C/mO，由25C升至662C，整个测试将置于流速为62mL/mio的N0环境中。
2.6.5差示扫描测试分析称取5ms的待测样品，将其放入DSC固体E蝎中，利用差示扫描量热仪将法兰温度降至-86C，进行测试。设置其升温速率为12C/mO，从49C升温至402C，于流速为50mL/mio的N-氛围中进行测试。
2.6.5聚合产物粒径测定将聚合产物溶解于合适的介质中，在环境温度下利用Zetasizor nauo ZS分析仪对反应所得产物胶束的平均粒径大小及多分散指数进行测试，并观察粒径的分布状况。
2结果与分析
26紫外-吸收光谱
由图、可知，没食子酸单体溶解在醋酸盐缓冲溶液中呈无色透明状，在226an紫外区由于苯环振动存在n—n*电子跃迁，可见光区没有吸收峰。随着时间的变化，反应29h的反应液在336an左右出现了新的吸收峰,B带红移，但是漆酶的加入并没有对反应液紫外区吸收光谱产生影响，这也说明没食子酸单体间的聚合对苯环结构没有影响2］，但是反应过后产物的共m体系变大，从而产生了有色合。
第2期丁若男等：没食子酸酶法聚合553
300400500600700
波长/nm
图5反应24h后反应液的紫外吸收光谱
Fig.1UV aXsop/on spectrum of the
reaction solution aVos24U of wac/on
24红外光谱分析
对没食子酸单体和没食子酸聚合物的FTIR分析2o 气的还原；8〜2是苯环上氢键的，但是单体和合以看出，聚合在58.85O9.21处的失0环上部分氢被取代，显示出较弱或；2.5-8是苯环-基的氢的电化学，同上发生取代，为了进测定，通过Fo/n-Biocalteau方法对聚合游离酚—基的含量进行测。4，将没食子酸底的酚-
基含量作为标准，发现漆酶催化得聚合’溶游离酚-基含量显著，从而进
食子酸酶法聚合过程-基参与到氧化聚合反应，与核磁中酚-基化学信号减弱结果相符合。
4000300020001000
波数/cm1
图2没食子酸单体及其聚合产物红外吸收光谱图
Fig.2Infrawb aXsop/on spectrum of gallic acid
monomos and Ps polyme/zation pwOncts
2可知，没食子酸和没食子酸聚合的红光谱存在显差异。没食子酸单体在3498-289oT1存在明显的-基（一OH）辰动峰，但聚合该波段的峰明显0殳食子酸单体在漆酶催化作用下发生了氧化，部
-基被氧化失去了氢。没食子酸单体在1609,）535,1421cm-处环的峰，同聚合产物对比可得，聚合产物在（600~ 200cm'1苯环的骨架峰发生显变化，由此也表明没食子酸单体发生了氧化聚合反应。179,102cm-为C—C峰，可推测合元是以的形式的。单体825-34cm'1：环上的氢，从框选部以看到，聚合谱不存在，说明环上的部分氢参与合反应。
24核磁共振氢谱分析
磁表明，与没食子酸单体，聚合产物的-基含量明显，即没食子酸在漆酶催化氧化作用过程中，酚-基被氧化33）o化学位移5 10.5〜7是一COOH的化学，在聚合过程中，于空气氧气，通过漆酶4个铜离催化作用，与气的氧气催化底氧化和对氧
131211109876543210
<5
图3(H NMR图谱没食子酸(A)，聚没食子酸(B) Fig.85H NMR spectrum gallic acid(A-,-olyyal/c ccib(B)
(A)
~9~8~1~
(B)
1.0
0.8
£
0.6血
0.4诩
0.2觀
0.0
图4游离-基含量测定
Fig.4Determina/on of free pPeno/c dybroxyt gwups 2.4飞行时间质谱分析
通过MALDYTOF测试聚合物的分子量大小及其分布，不同聚合度聚合物分子量见表（o
表1聚合产物MALDI-TOF测定相对分子量Tablr1Relative moleculaa weight:of MALDI-TOF梦见给别人理发
聚合度（a）测定相对分子质量/Da—2412.514
3
4
594.725
776.752
5
2
959.865
114(.120
7
8
1318.713
1500.726
食子酸酶法聚合所得的量大小
于300〜（500Da,J代表了不合程度的没食子酸的寡聚物（即从二聚体体），主要峰的间距为）32Da082
春节节目表演
表示失去两个-基并携
554
应用化工第54卷
个Na +。41 Da 是没食子酸二聚体0 个单体的
对-基、竣基上的氢均被Na +取代[1]；质荷比594, 22,959,1 142,1 -13,1 500附近的质谱峰分别对应的 食子酸的 体、四聚体、五聚体、六聚体、七聚体和八聚体，呈 性变化，表 合反应形成低的多样性。推测在自由基聚合的整个过程中，没 食子酸 反应 个酚-基，且对 -基和竣基均被取代，从而致 谱峰间的 比差22 Da,MALDATOF MS 检测为正离子反射模式, 食子酸 冲溶剂中钠离子(No * )加和，因此对应没食子酸中的 元[C 7H 2O-]g 4Na+。
2・5热性能分析5(A )，没食子酸TG 显示在0〜
224 C，没食子酸质量基 恒定O
256 C 时质量损失率达到最高，约33.26%，结合
DSC 曲线在264 C 显吸热峰，可知，没食子酸的分解 为264 C [/] 0 至348 C 时损失 显超过50% 0 至600 C 量损失率甚至 73% ；由图5(B )可知，聚没食子酸的DSC 曲线显示，在10 C 合余试剂挥发导致失重，结合TG ，当温
至353 C 时，聚没食子酸失重速 显 ，可
合 发生解0 的继
高，聚合度高的聚合物开始 解0 孟度
至600 C 时，质量损失 56%，此外，聚没食子酸的分解峰稍高于没食子酸的分解峰，由此可 以推 合 的热 性。60
-o
40
200 100 200 300 400 500 600
温度/°c
图5没食子酸(A)和聚没食子 酸(B)的DSC 和TG 曲线
Fig. 5 DSC anh TG cuoes of gallic ccid (A - and
popyaOic acid ( B -
2.6粒径大小分析过Zeta 电位仪可对聚合物溶液中粒子的大 小 情况进行了测试 析。不同浓度的聚合测试 析如下：漆酶催化所获得的聚合产物以不同浓 解在
0 在200〜300 an 范围。低浓合 高浓 合 显 小的 ，匀 性 程度下降。 ，可以看，对于 合 以不同浓 在时，浓 大的分散体系就会表 大，相反浓度小的体系则呈现较小的 0 匀性 所
变化24 ] O 会根据应用要求来选用合适溶解浓度。
表2 的 分析Table 2 Particle size analysis of polymee produces ah differeni ccncentrctions 样品
浓1
(mg • mL _2 -粒径/an 粒径均一度(PDI )
聚没食子酸4473.62 4.55525222.34 4.0671417.72 4.0724.5
242 32 4.2233结论漆酶催化没食子酸聚合，得 色聚合 ，通过UV 联0、红外、核磁 氢谱、飞行 谱对没食子酸酶法聚合 的 进行测试、表征和分析，发 合 实是不 合程度的没食子酸寡(即从二聚体至 体)，从而推测 合产
的 元0 体的 式需进 研 究。其热性能表 以看 食子酸具
的热 性0 推测该聚合 在酶染和 改性 的应用。漆酶催化
体生成聚合物O 颖、先进的聚合合成方法0 于漆 在 利用 、成本高等缺点，研究 会考虑利用高能反应 高
漆酶的利用率，以 的应用效果，并且会对聚合 性进行进 研究0 用领域。
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