含锰功能基包覆二氧化硅颗粒的SOD活性研究

荣喜才，潘志权，周　红

(武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430073)



含锰功能基包覆二氧化硅颗粒的SOD活性研究

荣喜才，潘志权，周红

(武汉工程大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430073)

摘要：以5-甲基水杨醛和乙二胺为原料合成席夫碱化合物，用NaBH4将其还原，还原产物与3-溴丙基三甲氧基硅烷发生亲核取代反应，经水解反应后和锰离子配位得到一种锰配合物修饰的功能基固体颗粒。采用红外光谱、热重分析及X-射线能谱对其结构进行表征，用改进的四氮唑蓝法对其SOD活性进行测定。结果表明，锰配合物修饰的功能基固体颗粒的SOD活性单位IC50为0.055 g·L-1，其具有SOD活性和循环使用性。

关键词：席夫碱；功能基；二氧化硅颗粒；SOD活性；锰离子

图1　ABTES/r-HL/Mn2+的合成路线

1实验

1.1试剂与仪器

四氮唑蓝(NBT)，阿尔法埃莎公司；3-溴丙基三甲氧基硅烷(ABTES)、5-甲基水杨醛、浓氨水、乙二胺(DETA)、NaBH4、K2CO3、无水甲醇、无水乙醇、Mn(OAc)2·4H2O、EDTA、甲硫氨酸(MET)、核黄素、NaH2PO4·2H2O、Na2HPO4·12H2O，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

UV-2450型紫外可见分光光度计，日本岛津公司；TG-209型热重分析仪，德国Netzsch公司；X-射线能谱仪。

1.2方法

1.2.1水杨醛席夫碱(HL)的合成

HL参照文献[8]合成：称取5-甲基水杨醛5.008 g(0.0367 mol)于100 mL单口烧瓶中，加入50 mL无水甲醇，30 ℃下磁力搅拌使其溶解；再称取1.1020 g(0.0184 mol)乙二胺溶于15 mL无水甲醇中，用恒压滴液漏斗缓慢滴加入单口烧瓶中，滴毕，室温下继续反应6 h，产生大量黄色沉淀，抽滤，沉淀用无水甲醇和水反复洗涤， 30 ℃真空干燥24 h，得到HL 4.583 g。

1.2.2还原性水杨醛席夫碱(r-HL)的合成

r-HL参照文献[9]合成：称取HL 1.0076 g(0.0034 mol)于三口烧瓶中，加入50 mL无水甲醇，室温搅拌30 min，在冰浴下慢慢添加NaBH4，溶液由黄色逐渐变成白色，继续添加NaBH4，有大量白色沉淀产生，抽滤，沉淀用无水甲醇和水反复洗涤， 30 ℃真空干燥24 h，得到r-HL 0.7631 g。

1.2.3ABTES/r-HL的合成

称取0.3005 g(0.001 mol)r-HL于100 mL三口烧瓶中，加入50 mL无水乙醇，加热使其溶解，再加入0.2745 g(0.002 mol)K2CO3(马弗炉烘6 h)；称取0.4875 g(0.002 mol)ABTES溶于10 mL无水乙醇中，缓慢滴加入三口烧瓶中，氩气保护下磁力搅拌回流24 h；反应完毕后，冷却，滴加浓氨水至pH=13，磁力搅拌24 h，有白色沉淀产生，抽滤，沉淀用无水乙醇和水反复洗涤， 30 ℃真空干燥24 h，得到ABTES/r-HL固体颗粒。

1.2.4ABTES/r-HL/Mn2+的合成

称取0.2017 g ABTES/r-HL固体颗粒于100 mL单口烧瓶中，加入30 mL无水乙醇，超声5 min；再称取0.1283 g Mn(OAc)2·4H2O溶于10 mL无水乙醇中，用恒压滴液漏斗缓慢滴加入单口烧瓶中，室温磁力搅拌24 h，离心分离，沉淀用无水乙醇和水反复洗涤，50 ℃真空干燥24 h，得到ABTES/r-HL/Mn2+固体颗粒。

1.2.5样品表征

对中间产物HL、r-HL、ABTES/r-HL进行红外光谱测试；对ABTES/r-HL进行热重分析；对ABTES/r-HL/Mn2+进行X-射线能谱表征。

1.2.6ABTES/r-HL/Mn2+SOD活性的测定

循环使用性的测定：在25mL烧杯中，加入0.5mLNBT、0.5mL核黄素、2.5mLMET溶液、0.01mLEDTA溶液、1mg催化剂ABTES/r-HL/Mn2+，再加入0.5mLPBS缓冲溶液，混合均匀。向该体系通入空气5min后，在560nm处测定溶液的吸光度A′，光照10min后，再次测定其吸光度A。在第一次测试后的烧杯中，再次加入上述溶液，不加入催化剂ABTES/r-HL/Mn2+同法测量光照前、后的吸光度，如此反复，共测定4次。

2结果与讨论

2.1红外光谱(图2)

图2　HL(a)、r-HL(b)、ABTES/r-HL(c)的红外光谱

由图2可知，曲线a中1 638 cm-1处的吸收峰为碳氮双键的吸收峰，说明已合成了水杨醛席夫碱。曲线b中1 638 cm-1处碳氮双键席夫碱的吸收峰消失，且在1 611 cm-1处出现一个明显的吸收峰，说明水杨醛席夫碱已经被还原。曲线c在1 131 cm-1处出现一个很强的吸收峰，此峰归属于硅氧键吸收峰，且在1 450 cm-1附近出现一系列吸收峰，此系列峰归属于苯环的骨架振动特征吸收峰，说明合成了ABTES/r-HL。

2.2ABTES/r-HL的热重分析图谱(图3)

图3　ABTES/r-HL的热重分析图谱

由图3可知，第一阶段失重在200 ℃以下，是样品颗粒表面少量吸附水的蒸发造成的；第二阶段失重在200～600 ℃之间，是含硅颗粒表面有机基团分解及醇羟基脱去小分子水导致的；第三阶段失重在600～800 ℃之间，有机基团已分解完全，曲线趋于平稳。ABTES/r-HL的失重百分数为69.42%，说明还原性水杨醛席夫碱已成功接到ABTES上。

2.3ABTES/r-HL/Mn2+的EDS图谱(图4)

由图4可知，ABTES/r-HL/Mn2+中N含量为3.60%，Mn含量为1.00%，进一步说明得到了目标产物。

图4　ABTES/r-HL/Mn2+的EDS图谱

2.4ABTES/r-HL/Mn2+的SOD活性分析(表1)

表1ABTES/r-HL/Mn2+的SOD活性分析

Tab.1　SOD Activity analysis of ABTES/r-HL/Mn2+

按照抑制蓝色物质(甲腙)生成的50%为一个SOD活性单位(IC50)，所需的催化剂量越少，则表示催化剂的SOD活性越高。ABTES/r-HL/Mn2+的一个活性单位IC50为0.055 g·L-1。表明该固体颗粒具有较高的SOD催化活性。

2.5ABTES/r-HL/Mn2+的循环使用性(表2)

表2ABTES/r-HL/Mn2+的循环使用性

Tab.2　Reusability of ABTES/r-HL/Mn2+

从表2可以看出，所合成固体颗粒循环使用4次后，SOD活性虽有所下降，但仍保持较高的活性。这可能是因为，光照后生成的蓝色物质对催化剂有一定的包覆作用，导致活性略微受到影响。表明该固体颗粒具有较好的循环使用性。

3结论

以5-甲基水杨醛和乙二胺为原料合成席夫碱化合物，用NaBH4将其还原，还原产物与3-溴丙基三甲氧基硅烷发生亲核取代反应，经水解反应后和锰离子配位得到一种锰配合物修饰的功能基固体颗粒。IR、TGA及EDS结果表明：还原性水杨醛席夫碱及锰离子成功接枝于3-溴丙基三甲氧基硅烷上。NBT光照法的SOD活性测试结果表明：该固体颗粒具有较好的SOD催化活性和循环使用性。

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SOD Activity of Mn(Ⅱ)-Containing FunctionalGroups Coated Silica Particles

RONG Xi-cai，PAN Zhi-quan，ZHOU Hong

(CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China)

Abstract：In this paper,functionalized solid particles modified by Mn(Ⅱ) complexes were synthesized through the following steps:firstly,a Schiff base compound was synthesized using 5-methyl salicylaldehyde and ethylenediamine as raw materials,then it was reduced by NaBH4,and a nucleophilic substitution reaction was carried out between the reduced product and 3-bromopropyl trimethoxysilane,followed by coordination reaction with Mn(Ⅱ) ions after hydrolyzation.The product was characterized by infrared spectroscopy(IR),thermogravimetric analysis(TGA) and X-ray energy dispersive spectrometer(EDS).The SOD activity of the sample was measured by using a modified blue tetrazoliym method.Results showed that the SOD activity unit IC50of the sample was 0.055 g·L-1.The product exhibited SOD activity and reusability.

Keywords：Schiff base;functional group;silica particle;SOD activity;Mn(Ⅱ) ion

基金项目：国家自然科学基金面上项目(21171135)

收稿日期：2016-01-14

作者简介：荣喜才(1989-)，男，湖北仙桃人，硕士研究生，研究方向：生物无机化学，E-mail：404804620@qq.com；通讯作者：周红，教授，博士生导师，E-mail：hzhouh@126.com。

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.05.007

中图分类号：Q 554.6O 629.8

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)05-0028-04