專利名稱：一種電響應智能高分子催化劑及其制備方法
(一)所屬領域本發明屬于一種高分子催化劑及其制備方法，特別涉及一種電響應智能高分子催化劑及其制備方法。
背景技術：
目前，在蛋白質功能的研究領域中，酶蛋白的高催化活性的機制是一個至今尚未解決的問題。隨著蛋白質結構的研究和催化劑理論研究的不斷深入，有關酶催化機理的種種猜測和假設被頻繁提出，但其理論基礎仍然建立在早期提出的“鎖-鑰匙”模型和誘導契合模型之上，而這2個模型只是對酶機理的定性描述，并未給出精確的定量或半定量的可預測性。計算機輔助藥物設計與發現的低成功率則進一步說明了上述2個模型并非嚴格成立。也就是說，從某種意義上講，蛋白質功能的高效執行(如酶催化的高效率)并不惟一地取決于結構的互補。水解酶是目前研究得最為成熟的天然酶蛋白，它的的結構中含有組氨酸。所以認為“切割”開肽鏈、核酸鏈、糖鏈等中的酯鍵、酰氨鍵的催化基團是組氨酸中的咪唑基。咪唑基在人工合成的催化劑中也表現出了良好的親核催化作用。但酶蛋白的催化活性明顯高于任何合成的催化劑，這一現象可解釋為蛋白質能夠與底物在幾何及靜電上有效的誘導契合。把咪唑基引入高分子載體中，就可制成簡單的水解酶模擬物。這些模擬酶的催化活性非但無法與天然酶相匹，甚至明顯低于相應的小分子催化劑，原因是大分子交聯網絡阻擋了底物分子向大分子內部擴散，這使得底物難以接近催化劑大分子內部的催化基團，使催化基團無法有效地發揮催化效能，即所謂的“可接近性問題”。可接近性問題是至今困擾許多高分子催化劑難以實現工業化應用的難題。目前流行的一種解決途徑是在大分子內部制造大量的微小空洞和孔道，大幅度增加催化劑的比表面積。所合成出來的大孔樹脂盡可能地把催化基團暴露于大分子的內外表面，從而提高了可接近性。在蛋白質結構與功能的研究中，有許多間接的證據說明蛋白質在執行生物功能時其構象并非靜止不變的，它們應存在著比我們已觀測到的大得多的運動。模仿蛋白質的柔性，將運動性引入高分子催化劑就可以改善可接近性。智能材料(或稱靈巧材料)是指能對外界物理刺激能作出響應的高分子材料。Osada與其合作者觀察到離子化基團的低交聯密度的高分子可吸水膨脹，這種吸足水的高分子在電場作用下又將收縮，并把吸收的水析出，如吸水樹脂聚(2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸)在電場的下能夠可逆地進行收縮。因此，將智能凝膠與高分子催化劑相結合，使催化劑結構獲得柔性和運動性是一個有應用價值的課題。

發明內容
本發明的目的在于提供一種電響應智能高分子催化劑及其制備方法，它將高分子催化劑與智能材料這兩個領域的研究成果結合起來，用乙烯基咪唑單體在大分子結構中引入了咪唑催化基團，同時用2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸單體使大分子構象能夠隨外界的電刺激而變換。
本發明的技術方案一種電響應智能高分子催化劑，其特征在于它是由乙烯基咪唑40％～20％、2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸40％～20％、N，N＇-亞甲基雙丙烯酰胺11％～22％形成交聯高分子化合物，同時添加試劑9％～18％所構成。
上述所說的添加的試劑可以是山梨聚糖單硬脂酸、過硫酸鉀和水，其中山梨聚糖單硬脂酸占總量的1％～3％、過硫酸鉀占總量的3％～5％、水占總量的5％～10％。
上述所說的電響應智能高分子催化劑的制備方法，其特征在于它是由以下步驟所構成步驟1由原料乙烯基咪唑、2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N，N＇-亞甲基雙丙烯酰胺通過自由基乳液聚合，得到交聯型電響應智能高分子催化劑；步驟2催化活性的測試。
上述所說的步驟1中的通過自由基乳液聚合制備交聯型電響應智能高分子催化劑的過程為在1％～3％的乳化劑山梨聚糖單硬脂酸的乳液中加入40％～20％的乙烯基咪唑，40％～20％的2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸及11％～22％的N，N＇-亞甲基雙丙烯酰胺；混合物加熱到溫度60～80℃后，再加入3％～5％過硫酸鉀和5％～10％的水，在溫度60～80℃下攪拌3～5h；過濾懸浮液，將濾餅用水洗滌5～8次；產物被真空干燥得到淺白色粉末。
上述所說的步驟2中的催化活性的測試過程為分別在0.10g的乙酸p-硝基苯酯的10mL二甲基亞砜溶液中加入緩沖液，直到得到1.5×10-5mol/L的乙酸p-硝基苯酯溶液；將4mL的溶液倒入比色皿中，在25℃下，以紫外/可見光-分光光度計在400nm處p-硝基苯酚離子的生成來跟蹤p-硝基苯酯的水解；將2.0g的電響應智能高分子催化劑加入到乙酸p-硝基苯酯水解體系中。在無電場下，操作步驟基于上述水解過程；將比色皿置于兩個相隔1.0cm的平行電極之間，其間充滿了電響應智能高分子催化劑及上述乙酸p-硝基苯酯溶液。以信號發生器在電極間加上了頻率可變的電信號，以此重復上述水解過程；由此得到反應速率常數，根據反應速率常數值來評價催化劑的活性。
本發明的工作原理在于在低交聯密度的聚合物中引入水解催化基團咪唑基及電響應基團磺酸基，并用水制造出大孔聚合物。該催化劑在插有電極的水解池中，其孔洞能夠隨著電場的施加和消失而進行“開”與“閉”狀態的柔性變化。
本發明的優越性在于1、電響應智能高分子催化劑在高分子催化劑結構中引入了柔性和運動性，可以解決高分子催化劑普遍存在的可接近性問題，使底物容易向大分子內部擴散，使催化活性提高；2、電響應智能高分子催化劑可作為一種人工酶模型來模擬酶的柔性。
具體實施例方式實施例一種電響應智能高分子催化劑，其特征在于它是由乙烯基咪唑、2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N，N＇-亞甲基雙丙烯酰胺及添加的試劑所構成，所說的乙烯基咪唑占有35％、2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸占有35％、N，N＇-亞甲基雙丙烯酰胺占有16％，同時添加的試劑占有14％。
上述所說的添加的試劑可以是山梨聚糖單硬脂酸、過硫酸鉀和水，其中山梨聚糖單硬脂酸占總量的2％、過硫酸鉀占總量的4％、水占總量的8％。
上述所說的電響應智能高分子催化劑的制備方法，其特征在于它是由以下步驟所構成步驟1由原料乙烯基咪唑、2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N，N＇-亞甲基雙丙烯酰胺通過自由基乳液聚合，得到交聯型電響應智能高分子催化劑；步驟2催化活性的測試。
上述所說的步驟1中的通過自由基乳液聚合制備交聯型電響應智能高分子催化劑的過程為在2％的乳化劑山梨聚糖單硬脂酸的乳液中加入35％的乙烯基咪唑，35％的2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸及16％的N，N＇-亞甲基雙丙烯酰胺；混合物加熱到溫度60℃后，再加入4％過硫酸鉀和8％的水，在溫度60℃下攪拌3h；過濾懸浮液，將濾餅用水洗滌5次；產物被真空干燥得到淺白色粉末。
上述所說的步驟2中的催化活性的測試過程為分別在0.10g的乙酸p-硝基苯酯的10mL二甲基亞砜溶液中加入緩沖液，直到得到1.5×10-5mol/L的乙酸p-硝基苯酯溶液；將4mL的溶液倒入比色皿中，在25℃下，以紫外/可見光-分光光度計在400nm處p-硝基苯酚離子的生成來跟蹤p-硝基苯酯的水解；將2.0g的電響應智能高分子催化劑加入到乙酸p-硝基苯酯水解體系中。在無電場下，操作步驟基于上述水解過程；將比色皿置于兩個相隔1.0cm的平行電極之間，其間充滿了電響應智能高分子催化劑及上述乙酸p-硝基苯酯溶液。以信號發生器在電極間加上了頻率可變的電信號，以此重復上述水解過程；由此得到反應速率常數，根據反應速率常數值來評價催化劑的活性。
權利要求
1.一種電響應智能高分子催化劑，其特征在于它是由乙烯基咪唑40％～20％、2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸40％～20％、N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺11％～22％形成交聯高分子化合物，同時添加試劑9％～18％所構成。
2.根據權利要求1所說的一種電響應智能高分子催化劑，其特征在于所說的添加的試劑可以是山梨聚糖單硬脂酸、過硫酸鉀和水，其中山梨聚糖單硬脂酸占總量的1％～3％、過硫酸鉀占總量的3％～5％、水占總量的5％～10％。
3.一種電響應智能高分子催化劑的制備方法，其特征在于它是由以下步驟所構成步驟1由原料乙烯基咪唑、2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸、N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺通過自由基乳液聚合，得到交聯型電響應智能高分子催化劑；步驟2催化活性的測試。
4.根據權利要求3所說的一種電響應智能高分子催化劑的制備方法，其特征在于所說的步驟1中的通過自由基乳液聚合制備交聯型電響應智能高分子催化劑的過程為在1％～3％的乳化劑山梨聚糖單硬脂酸的乳液中加入40％～20％的乙烯基咪唑，40％～20％的2-丙烯酸氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸及11％～22％的N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺；混合物加熱到溫度60～80℃后，再加入3％～5％過硫酸鉀和5％～10％的水，在溫度60～80℃下攪拌3～5h；過濾懸浮液，將濾餅用水洗滌5～8次；產物被真空干燥得到淺白色粉末。
5.根據權利要求3所說的一種電響應智能高分子催化劑的制備方法，其特征在于所說的步驟2中的催化活性的測試過程為分別在0.10g的乙酸p-硝基苯酯的10mL二甲基亞砜溶液中加入緩沖液，直到得到1.5×10-5mol/L的乙酸p-硝基苯酯溶液；將4mL的溶液倒入比色皿中，在25℃下，以紫外/可見光-分光光度計在400nm處p-硝基苯酚離子的生成來跟蹤p-硝基苯酯的水解；將2.0g的電響應智能高分子催化劑加入到乙酸p-硝基苯酯水解體系中。在無電場下，操作步驟基于上述水解過程；將比色皿置于兩個相隔1.0cm的平行電極之間，其間充滿了電響應智能高分子催化劑及上述乙酸p-硝基苯酯溶液。以信號發生器在電極間加上了頻率可變的電信號，以此重復上述水解過程；由此得到反應速率常數，根據反應速率常數值來評價催化劑的活性。
全文摘要
一種電響應智能高分子催化劑及其制備方法，是由乙烯基咪唑40％～20％、2－丙烯酸氨基－2－甲基－1－丙烷磺酸40％～20％、N，N′－亞甲基雙丙烯酰胺11％～22％形成交聯高分子化合物，同時添加試劑9％～18％所構成；制備方法為步驟1由原料乙烯基咪唑、2－丙烯酸氨基－2－甲基－1－丙烷磺酸、N，N′－亞甲基雙丙烯酰胺通過自由基乳液聚合，得到交聯型電響應智能高分子催化劑；步驟2催化活性的測試。本發明的優越性1.電響應智能高分子催化劑在高分子催化劑結構中引入了柔性和運動性，可以解決高分子催化劑存在的可接近性問題，使催化活性提高；2.電響應智能高分子催化劑可作為一種人工酶模型來模擬酶的柔性。
文檔編號B01J31/06GK1457925SQ03122369
公開日2003年11月26日 申請日期2003年4月30日 優先權日2003年4月30日
發明者黃積濤, 張嘉琪, 鄭嗣華, 盧剛, 謝秀榮, 黃衛洪 申請人:天津理工學院