DTAB的合成及其与DNA作用的研究.doc

DTAB合成及其与DNA作用研究

一、 试验目
1.了解表面活性剂, 尤其是阳离子表面活性剂关键性质和用途;
2.掌握十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）合成原理和方法;
3.测定DTABCMC值, 并掌握电导法测定离子型表面活性剂CMC方法;
4.学会分析DTAB/DNA混合溶液透射光谱。
二、 试验原理
表面活性剂是一个有双亲结构有机化合物, 最少含有两种极性、 亲液性迥然不一样基团部分。它能使表面张力显著下降, 改变体系界面状态, 从而产生润湿、 乳化、 起泡以及增溶等一系列作用, 可用来改善工艺、 提升质量, 增产节省收效显著, 有“工业味精”之美称, 广泛应用于洗涤剂、 纺织、 皮革、 造纸、 塑料、 选矿、 食品、 化工、 建筑、 化妆品、 农药等行业。
阳离子表面活性剂化学结构中最少含有一个长链亲油基和一个带正电荷亲水基。正电荷通常都是有氮原子携带, 也可由硫原子及磷原子携带, 脂肪胺与季铵盐是关键阳离子表面活性剂, 她们氨基与季铵基带有正电荷含有抗静电。乳化、 润湿等关键性能。因为阳离子表面活性剂和基质间含有强烈形成静电引力, 亲油基朝向水相, 使基质疏水, 所以不适适用于洗涤。但当其吸附在纤维表面形成一定向吸附膜后, 中和了纤维表面带有电荷, 降低了因摩擦产生自由电子, 所以含有很好抗静电性能。另外, 阳离子表面活性剂杀菌作用是很显著, 常见于外科消毒、 伤口洗涤和餐具消毒等方面。
阳离子表面活性剂关键类型有胺盐型和季铵盐型, 本试验合成目标产物就是季铵盐阳离子表面活性剂。季铵盐是阳离子表面活性剂中最关键一类, 在工业上有着关键应用价值。常见议案眼合成方法有两种: （1）从伯、 仲、 叔胺制取季铵盐; （2）低级叔胺与卤代烷反应制取季铵盐。本试验中DTAB采取第二种方法合成。其反应方程式为:

这是一个卤代烃亲核替换反应, 它是从无电荷反应物转变为有分散电荷过渡状态, 最终形成离子型表面活性剂过程。副反应关键有脱HBr消除反应, 及较高温度下氧化反应等。
在表面活性剂溶液中, 当溶液浓度增大到一定值时, 表面活性离子或分子将会发生缔合, 形成胶束。表面活性剂溶液开始形成胶束最小浓度称为该表面活性剂临界胶束浓度（critical micelle concentration, CMC）。表面活性剂很多物理化学性质伴随胶束行成而发生突变。表面活性剂溶液只有在浓度高于CMC时才能充足发挥其作用（如润湿作用、 乳化作用、 洗涤作用、 发泡作用等）, 故CMC值是表面活性剂溶液表面活性一个量度。对于离子型表面活性剂来说, 电导率法最适宜, 此方法受外界干扰小、 正确度高。利用离子型表面活性剂水溶液电导率随浓度改变关系, 作к-c曲线, 由曲线上转折点求出CMC值。
研究表面活性剂与DNA相互作用方法有很多, 比如稳态荧光法、 动态光散射法、 Zeta电势法等, 但紫外可见吸收光谱法(UV-vis)是研究表面活性剂与DNA相互作用机理最常见最方便方法, 因为DNA分子中含有嘌呤碱基等含有光活性物质, DNA分子中碱基在260nm周围有最大紫外吸收, 很多小分子与它结合后, 对DNA或小分子吸收光谱会引发改变, 这就有利于我们应用紫外可见吸收光谱法来研究分子与DNA相互作用机理。而且DNA分子在260nm周围有最大紫外吸收, 所以也能够选择远离DNA吸收带波长(450nm)处, 测得其透射值(T450)以研究DTAB浓度改变对DTAB/DNA混合体系影响。
三、 仪器和试剂
仪器: 三口烧瓶100mL 1个, 球形冷凝管1支, 250mL梨形烧瓶1个, 100℃温度计1支, 电热套1台, 旋转蒸发仪1台, 抽滤装置1台, DDS-11A型电导率仪1台, DJS-10型铂黑电导电极1支, 100mL干燥烧杯2只, 10mL移液管1支, 25mL碱式滴定管1支, UV757CRT型紫外-可见分光光度计。
试剂: 溴代十二烷, 33%三甲胺水溶液, 甲醇, 乙醚, 丙酮, 0.01mol/L溴化钠溶液, 小牛胸腺DNA。
四、 试验内容
1合成并纯化DTAB
将5mL溴代十二烷、 4mL三甲胺水溶液和35mL甲醇混合加入烧瓶中, 加入沸石后安装好回流装置。用电热套加热至沸腾后保持在约67℃回流2小时, 回流结束后滤去沸石得滤液, 将滤液在旋转蒸发仪中蒸发掉溶剂后得到白色或淡黄色粘稠胶状物质。用30mL丙酮溶解粘稠胶状物质, 再加入约5mL乙醚, 有微量晶体析出, 冰水浴15min后抽滤得DTAB晶体。如要深入纯化, 可将一次结晶产品用40mL丙酮回流, 使晶体完全溶解后冷却至室温, 加入少许乙醚, 冷冻, 结晶后抽滤得纯度较高产品。最终在60~80℃下真空干燥1h后称重, 计算产率。测熔点表征。
2测定DTABCMC值
调整电导率仪, 用0.010 mol/L KCl标准溶液标定电导池常数。DTAB经60℃烘干3小时后, 用双蒸水正确配制浓度为0.026mol/L溶液。将双蒸水和DTAB溶液在25℃充足恒温后, 先测定双蒸水电导率3次, 再取20mL DTAB溶液于烧杯中, 反复测3次电导率, 取平均值, 减去双蒸水电导率后得25℃时DTAB溶液电导率。然后依次向烧杯中加入一定量双蒸水（参见表1）, 按以上步骤测量溶液电导率。注意, 不用再淋洗电极。以DTAB溶液电导率қ为纵坐标, 浓度c为横坐标作图, к-c曲线转折点对应浓度即为25℃时DTAB临界胶束浓度。
表1 CMC值测定计划表
浓度/ mol·L-1
实际体积/mL
实际浓度/ mol·L-1
加水量/mL
0.006
86
0.006047
21
0.008
65
0.008000
13
0.01
52
0.010000
9
0.012
43
0.01209
6
0.014
37
0.01405
4.5
0.016
32.5
0.01600
3.5
0.018
29
0.01793
3
0.02
26
0.0
2.4
0.022
23.6
0.02203
2
0.024
21.6
0.02407
1.6
0.026
20
0.02600
0
3紫外-可见分光光度法研究DTAB与DNA相互作用
（1）依据试验条件, 将UV757CRT型仪器按操作步骤进行调整, 若仪器状态正常, 即可测定各试液紫外吸收光谱。
（2）参数设置 波长扫描范围是230~400nm, 别参数不用改变。
（3）以溶剂为参比进行“基线校准”, 校准完成后点击“开始扫描”, 扫描曲线应是吸光度约为零一条平坦直线。
（4）以从低浓度到高浓度次序换上待溶液a, 测绘各溶液在230~500 nm吸收光谱。每次扫描完成后, 从“图谱处理”下拉菜单中选择“传送数据到Excel”保留数据。
a待测液: 向1.0×10-4 mol/L DNA盐溶液中滴加DTAB盐溶液（溶剂均为0.01mol/L NaBr溶液）, 具体滴加量参见表2。
表2 在450nm时DTAB/DNA混合溶液透射率
理想浓度/ mol·L-1
加入G总体积/μL
实际浓度/ mol·L-1
浓度对数
备注
0.007
210
0.006542
-2.184
往3mLDNA溶液中加入0.1 mol·L-1 DTAB
0.005
150
0.004762
-2.322
0.004
120
0.003846
-2.415
0.003
90
0.002913
-2.536
0.002
60
0.001961
-2.7076
0.001
30
0.0009901
-3.004
0.0005
150
0.0004762
-3.322
往3mLDNA溶液中加入0.01 mol·L-1 DTAB
0.0002
60
0.0001961
-3.708
0.0001
30
9.901E-05
-4.004
0.00005
15
4.975E-05
-4.303
0.00001
3
9.990E-06
-5.000

五、 注意事项
（1）合成反应时温度不宜过高, 预防烯烃等副产物生成;
（2）熟悉电导率仪正确操作步骤;
（3）为了预防光电管疲惫, 不测定时透射率时将试样室盖打开, 使光路切断, 以延长光电管使用寿命。
（4）取拿比色皿时, 手指只能捏住比色皿毛玻璃面, 而不能碰比色皿光学表面。
（5）比色皿不能用碱溶液或氧化性强洗涤液洗涤, 也不能用毛刷清洗。比色皿外壁附着水或溶液应用擦镜纸或细而软吸水纸吸干, 不要擦拭, 以免损伤它光学表面。
六、 试验结果处理
1 查阅文件, 找出DTAB熔点, 与试验值比较。
2作к-cs曲线, 如图1求出CMC值。

图1 DTABк-cs曲线
3 查阅文件, 依据不一样DTAB浓度下DTAB/DNA混合溶液吸收曲线吸收峰值改变说明DTAB与DNA之间相互作用。

图2 不一样DTAB浓度下DTAB/DNA混合溶液吸收曲线

4 依据450 nm处不一样DTAB/DNA混合体系透射率值T450作T450-lgcs 关系曲线, 查阅文件, 说明DTAB对DNA影响。

图3 在450nm处透射率与表面活性剂浓度(cs)改变关系

试验说明:
1、 该试验分三部分: DTAB合成、 DTABCMC值测定和DTAB与DNA相互作用。
2、 DTAB合成试验在13周完成, DTABCMC值测定和DTAB与DNA相互作用在14周完成。（1班星期三下午, 2班星期四下午, 3班星期五下午）
3、 DTAB合成试验（408室）, 每人一套合成设备, 各自完成。
4、 DTABCMC值测定试验（305室）, 2人一组完成。
5、 DTAB与DNA相互作用试验（204室）, 2人一组完成。