木犀草素分子印跡聚合物的合成

王曉慧，張艷梅，于浩強，孟平蕊

（濟南大學化學與化工學院，山東省濟南市 250022）

木犀草素分子印跡聚合物的合成

王曉慧，張艷梅，于浩強，孟平蕊*

（濟南大學化學與化工學院，山東省濟南市 250022）

以木犀草素為模板分子，偶氮二異丁腈為引發劑，丙烯酰胺為功能單體，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，在極性溶劑中合成了木犀草素分子印跡聚合物（LMIP）。考察了溶劑用量及種類和功能單體對合成的影響，得到了最佳合成工藝條件，簡化了模板分子的洗脫工藝。紅外光譜分析表明：洗脫前分子印跡聚合物中原木犀草素在1 270 cm-1處的O—H吸收峰移至1 300 cm-1處，說明模板分子被功能單體、交聯劑經聚合交聯固定在聚合物中，洗脫后該峰完全消失；掃描電子顯微鏡觀察發現：洗脫后的分子印跡聚合物表面凹凸不平，產生了大量吸附模板分子的空穴。探討了LMIP的吸附特性，用與木犀草素結構相似的槲皮素作對比實驗，分子印跡聚合物對木犀草素的吸附量（33.653 μmol/g）明顯高于槲皮素的吸附量（8.654 μmol/g），表明LMIP對模板分子具有較高的吸附選擇性。

木犀草素 分子印跡聚合物 選擇性吸附

木犀草素是一種典型的黃酮類化合物，具有降血壓、降血脂和抗菌抗炎等作用。但是植物中所含的天然黃酮類化合物種類繁多，現有的吸附分離技術很難將分子結構相似的化合物有效分離。分子印跡技術是一種制備具有選擇性和記憶效應識別材料的高選擇性分離技術。以目標分子（也稱印跡分子或模板分子）為模板，選用合適的功能單體，在印跡分子周圍與交聯劑聚合，形成三維交聯的聚合物網絡，最后除去模板分子，在聚合物網絡中形成形態和化學功能基團與模板分子互補的孔穴，得到的聚合物對印跡分子具有專一的結合特性[1]。

將分子印跡技術應用于中草藥有效成分的分離，會提高分離效率。肖淑娟等[2]以木犀草素為模板分子、丙烯酰胺（AM）為功能單體在丙酮中合成了木犀草素分子印跡聚合物（LMIP），將其用于分離提取花生殼中的木犀草素，得到的木犀草素純度可達到96.2%。相比之下，本工作優化了模板分子的洗脫程序，且分離效果好。

目前，分子印跡聚合物大多數是在非極性的有機相中制備和應用，在極性溶劑（如水、醇體系）中制備的報道較少[3]。而多數的中草藥成分都易溶于水，在應用及分離檢測時都在水、醇等極性較強的溶劑中進行[4]。因此制備一種能在極性較強的溶劑中應用的分子印跡聚合物勢在必行。本工作以木犀草素為模板分子、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA）為交聯劑在強極性溶劑中合成了LMIP，利用吸附實驗分析溶劑用量及種類、功能單體種類對LMIP吸附量的影響，對在中草藥中分離木犀草素做了初步研究。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

木犀草素，純度≥99%，南京朗澤醫藥科技有限公司生產；甲醇，色譜純，國藥集團化學試劑有限責任公司生產；AM，分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司生產；MBA，分析純，天津市福晨化學試劑廠生產；偶氮二異丁腈（AIBN），分析純，天津市大茂化學試劑廠生產。

FTS165型紅外光譜儀，美國PerkinElmer公司生產；KQ-100B型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司生產；雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司生產；S-2500型掃描電子顯微鏡，日本日立公司生產。

1.2 實驗步驟

采用單因素分析法，分別考察溶劑用量（10，15，20 mL）、溶劑種類[甲醇、甲醇和水（體積比9∶1）、水]和功能單體種類[AM、丙烯酸（MAA）、AM+MAA]對LMIP合成的影響。將木犀草素和功能單體溶于溶劑中，經超聲振蕩使其充分作用，然后加入MBA和AIBN，充分溶解后放入烘箱，70℃下反應24 h。取出后研磨，篩選出74 μm以下的顆粒進行洗脫。分別用氫氧化鈉-甲醇溶液、甲醇超聲震蕩1.5 h，抽濾烘干得到LMIP備用。制備空白印跡聚合物（NIP），除了不加模板分子以外，其他步驟同上。

1.3 紅外光譜（IR）和掃描電子顯微鏡（SEM）分析

分別將干燥好的木犀草素、洗脫前LMIP和洗脫后LMIP用KBr壓片法制備試樣，用IR分析。用SEM分別觀察模板洗脫前后LMIP的形貌。

1.4 LMIP對木犀草素的吸附選擇性

選擇與木犀草素結構相似的槲皮素作對比物，首先配制15 mg/L槲皮素-甲醇溶液和木犀草素-甲醇溶液，稱取2份20 mg的LMIP，分別加入20 mL濃度為15 mg/L的槲皮素-甲醇溶液和木犀草素-甲醇溶液，40℃下吸附8 h，測定上清液中木犀草素的濃度，考察LMIP的吸附選擇性。NIP實驗同上。

1.5 固相萃取

分別稱取合成的LMIP和NIP各300 mg，用于裝填固相萃取小柱，在裝填好的小柱中，依次注入10 mL甲醇和10 mL水以活化吸附劑，并棄去流出液；將試樣溶液倒入活化后的固相萃取小柱，利用加壓法使試樣進入吸附劑；注入10 mL水淋洗掉弱保留干擾化合物并棄去流出液；注入8 mL甲醇作為洗脫液，收集流出液。

2 結果與討論

2.1 實驗原理

以木犀草素為模板分子、AM作功能單體形成LMIP的聚合過程以及洗脫過程見圖1。

首先，模板分子木犀草素與功能單體AM通過氫鍵作用結合形成復合物a；然后加入交聯劑MBA，在引發劑AIBN及溶劑的作用下將AM互相交聯起來形成共聚物b，從而使AM的功能基團在空間排列和空間定向上固定下來；然后通過洗脫去除模板分子，形成了最終的LMIP；這樣就在共聚物中留下一個與木犀草素分子在空間結構上完全匹配，并含有與木犀草素分子專一結合的功能基的三維空穴[5]。

2.2 溶劑用量及種類、單體種類對LMIP吸附量的影響

本實驗中，木犀草素為0.25 mmol、功能單體為1 mmol、MBA為5 mmol和AIBN 0.027 g，用量不變，通過改變溶劑用量及溶種類、功能單體種類研究合成過程。

由圖2可知：LMIP的吸附量隨著合成中溶劑用量的增加先增大后減小。在保持模板分子、功能單體用量和其他條件不變的情況下，當溶劑用量為15 mL時，LMIP的吸附效果最好。因為溶劑用量較少時，加入的交聯劑不能完全溶解，且有部分交聯劑被包裹在印跡聚合物中，洗脫時又不能全部洗掉，從而導致LMIP吸附量下降。而當溶劑用量過多時，溶劑會阻礙功能單體與模板分子之間形成氫鍵，從而導致最終的聚合物中有很多不能識別模板分子的聚合物，故LMIP的吸附量降低。

圖3表明：合成中使用不同溶劑時，LMIP的吸附量不同。在保持其他條件不變時，溶劑為甲醇時，LMIP的吸附量最大，能使模板分子和功能單體在形成絡合物時有效地鍵合在一起。溶劑為甲醇和水時，模板分子和功能單體在形成絡合物的過程中，由于水的極性太大而阻礙模板分子和功能單體的結合，使其不能有效地鍵合在一起，從而使形成的LMIP對模板分子吸附量低。當體系完全變為水時，反應環境極性更大，故而生成的LMIP吸附量更小。因此，選擇合適的溶劑對合成印跡聚合物非常重要。

印跡聚合物對模板分子具有專一選擇能力，是因為在印跡聚合物中存在著能夠與之相互作用的功能基團，帶有特定基團的功能單體是決定所制備的印跡聚合物性能的關鍵因素之一[6]。由圖4可知：當采用不同的功能單體時，LMIP的吸附量不同。在保持其他條件不變時，當功能單體為AM時，LMIP的吸附量最大。這表明在甲醇極性溶劑中酰胺基團比羧酸基更易與木犀草素形成氫鍵。原因是強的極性溶劑會與模板分子競爭功能單體，影響模板分子與功能單體之間的相互作用。由于極性較強的甲醇更容易與羧酸基締合，從而影響了木犀草素與甲基丙烯酸的結合，因此生成的LMIP吸附量小。

2.3 IR分析

從圖5看出：木犀草素在3 200～3 550 cm-1有明顯的O—H伸縮振動峰，1 270 cm-1處是O—H面內彎曲振動峰，產物中保留了1 000～1 600 cm-1的很多小峰和在1 660 cm-1處是N—H的面內彎曲振動。木犀草素中1 270 cm-1處的O—H吸收峰在LMIP中移至1 300 cm-1處，說明木犀草素與功能單體、交聯劑經聚合固定在聚合物中，而在洗脫后LMIP中該峰消失，說明模板分子被洗脫掉。

2.4 SEM分析

從圖6看出：洗脫前LMIP表面較均勻、平滑。洗脫后LMIP表面凹凸不平，存在大量孔隙，可提供較多空穴和活性結合位點，有利于吸附模板分子。這表明洗脫后LMIP中模板分子被洗脫掉。

2.5 LMIP對木犀草素的吸附選擇性

由表1看出：NIP的吸附量非常少。這是因為木犀草素和槲皮素的結構相似，NIP對它們的吸附只是普通的物理吸附，而沒有結合位點的特定吸附。而LMIP對木犀草素的吸附量明顯高于槲皮素，說明了LMIP具有與木犀草素相結合的特定結合位點，而對木犀草素表現出了特異性吸附。證明了LMIP對木犀草素（模板分子）具有專一的選擇性。

表1 選擇性吸附的結果Tab.1 The data of selective adsorptionμmol/g

2.6 花生殼中木犀草素的固相萃取分離

在預先準備好的花生殼乙醇提取物試樣中添加10 μg/L木犀草素進行回收率實驗，通過檢測364 nm處紫外吸收值確定實際試樣中的含量，得到花生殼中木犀草素的平均回收率為79.2%，純度可達98.0%。

3 結論

a）以木犀草素為模板分子，AIBN為引發劑，AM為功能單體，MBA為交聯劑，采用本體聚合法，實現了在極性溶劑甲醇中制備LMIP。

b）以LMIP作為固相萃取初步應用于花生殼中木犀草素的分離提取，木犀草素的純度可達98%。

[1]秦震.黃酮分子印跡硅膠微球的制備及其分子識別機理的研究[D].天津:天津大學,2007.

[2]肖淑娟,李紅霞,于守武.分子印跡固相萃取花生殼中的木犀草素[J].化工進展,2010,29(2):293-297.

[3]單娟娟,王兵.槲皮素-銅(Ⅱ)配位分子印跡聚合物的制備及其結合特性研究[J].高分子學報,2011,(1):100-106.

[4]齊小玲,王悅秋,張朔瑤,等.分子印跡聚合物的制備方法及應用進展[J].化學研究與應用,2009,21(4):441-449.

[5]梁金虎,羅林,唐英.分子印跡技術的原理與研究進展[J].重慶文理學院學報,2009,28(5):38-43.

[6]張航航,黃小波,楊春華.分子印跡聚合物制備的新進展[J].湖南農業科學,2007,6(2):59-63.

Preparation and Characterization of the Luteolin Molecular Imprinted Polymer

Wang Xiaohui,Meng Pingrui,Zhang Yanmei,Yu Haoqiang
(School of Chemistry and Chemical Engineering,University of Jinan,Jinan250022)

Luteolin molecularly imprinted polymer（LMIP）was prepared in polar solvent,using luteolin s template molecule,azobisisobutyronitrile as initiator and N,N-methylene double acrylamide as crossinking agent.The influence of solvent volumns,different solvents and different monomers on the synthesis of molecularly imprinted polymer was studied.And the elution process of template molecule was simplified.The haracterization of LMIP was carried out by IR and SEM.The results have shown,in IR O—H absorption peak was from the 1 270 cm-1in luteolin to the 1 300 cm-1in the molecularly imprinted polymers,indicating that the template molecules are fixed into polymers by functional monomer and crosslinking agent by the polymerization,and the peak disappeared completely after eluted;in SEM,the molecularly imprinted polymers surface there are significant differences before and after eluted,the eluted molecularly imprinted polymers surface is uneven,resulting in a large number of hole.Through studying the selective adsorption of LMIP,it was found the adsorption capacity of polymers on luteolin(35.653 μmol/g)was significantly higher the quercetin(8.654 μmol/g),indicating the polymer showed good binding characteristics to luteolin.

luteolin;molecular imprinting polymer;selective adsorption

TQ 325

B

1002-1396（2012）04-0025-04

2012-01-31。

2012-04-25。

王曉慧，女，1986年生，在讀碩士研究生，主要從事分子印跡聚合物的制備及性能研究。E-mail:ujnsally@sina. com；聯系電話：15098727483。

*通訊聯系人。聯系電話：（0531）82767037；E-mail:chm_mengpr@ujn.edu.cn。

（編輯：王蕾）