論文題目離子液體在酵素催化聚合聚苯胺的應用.docVIP

論文題目：研 究 生：指導教授：　　 著綠色化學的發展，被視為綠色溶劑的離子液體(ionic liquid)已受到人們的重視。離子液體具有許多獨特的物理化學性能，如導電率高、揮發性小、溶解能力強、電化學穩定性好、熱穩定性好等，使得它在化學合成、電化學、催化、萃取等方面具有廣泛的應用價值。而導電高分子聚苯胺由於原料易得、合成容易、環境穩定性好以及導電性能良好等特點成為目前研究的焦點。有別於傳統化學及電化學聚合法，酵素催化聚苯胺聚合之反應，具有反應條件溫和無環境污染、反應速度快等優點。 本研究中以界面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)為聚苯胺聚合的摻雜劑，以得到鹽式中間氧化態之聚苯胺(PANI)。但十二烷基苯磺酸鈉對於酵素活性會產生不良影響，且聚合完成後產物聚苯胺溶解於水相而無法經由離心步驟得以收集，必需經由有機溶劑萃取。然而離子液體具有穩定酵素活性及簡化聚苯胺收集之功能。聚合反應後可以利用鹽誘導反應體系產生分層，離子液體因此可以回收重複使用，同時使得酵素與聚苯胺的分離，達到酵素回收再利用的目的。 實驗首先探討影響酵素辣根過氧化(HRP)活性的變因，分析H2O2、SDBS及離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟甲磺酸鹽([bmim]OTf)對酵素活性的影響，以選擇對本研究酵素催化聚苯胺聚合之反應的最佳條件。研究表明H2O2的濃度不宜過高，其合適反應濃度為4 mM。SDBS的存在會使酵素HRP活性受到很大的影響，但微量的離子液體可減緩其對HRP活性的抑制，2 %(v/v)的離子液體對酵素活性的穩定最佳。在聚苯胺聚合反應部分，SDBS與苯胺(Aniline)濃度比為1︰3﹐也即苯胺濃度為4 mM和SDBS濃度為1.3 mM時，利用紫外光可見光譜分析其聚苯胺產物發現其鹽式中間氧化態的特徵吸收波峰最為明顯。TGA分析顯示其熱穩定性較好，電化學分析也表明其電化學活性較好。同時，證實離子液體可以維持酵素的高活性，並具回收酵素的功能，在酵素催化聚苯胺聚合之工藝上具有潛在的應用價值。(polyaniline，簡稱PANI)PANI獨特的參雜機制，良好的環境穩定性，可應用於電極材料、感測器、固體電容器等方面，因此被認為是最有工業化應用前景的導電高分子，目前研究著重於增加聚苯胺在水中和有機溶劑的溶解度，而酵素催化聚合聚苯胺可在一般溫度與壓力下快速進行且對環境友善，隨著環境議題的倡導，酵素聚合法必然引起大家關注。本研究的目的，在於利用離子溶液，提高酵素活性和穩定性，並實現酵素回收重複利用。 1-2酵素催化機制 辣根過氧化酶(horseradish peroxidase，簡稱HRP) 在H2O2的作用下，HRP的血紅素基團失去兩個電子，氧化合成compound I，然後化合物compound I與底物R-H發生反應形成compound Ⅱ，接著compound Ⅱ還原為最初的HRP狀態，R-H是苯酚或芳胺類單體，是自由基。 1-3離子溶液 離子液體又稱為室溫離子液體(room temperature ionic liquid,簡稱RTIL)。近幾年，室溫離子液體被視為綠色溶劑、高技術反應介質，日益引起人們的注目。離子液體全部由離子組成，熔點在室溫及室溫以下，沸點高達300~400℃，在很寬的溫度範圍內呈液態。離子液體基本上無蒸氣壓，是對環境友善的溶劑，離子溶液具有好的耐強酸性。良好的化學和熱穩定性，因而能在較高的溫度下使用，同時有高導電性，對許多的有機化合物、有機金屬化合物、無機及高分子化合物是特別好的溶劑。離子溶液通常被認為是高極性溶劑，與水及有機溶劑有不同程度的互溶性，因而與水和有機溶劑可形成均相、雙相及多相反應系統。離子溶液的製備簡單，可循環使用，其性質可以通過改變陰陽離子的取代基而改變，設計合成具有適合某種反應，及滿足特殊分離需求的離子溶液，因此亦被稱為可設計之溶劑。 1-2-1離子溶液選用 在有機溶劑系統中，有機溶劑的log P 值在某種程度下可作為預測反應體系裡酵素活性的依據，目前要將此概念運用於離子液體有點困難，離子液體多半是由經驗判斷，缺乏科學的理論，本研究則是將文獻整理，從而選擇，以毒性小為重要訴求，目前多以咪唑類離子液體為聚合高分子所用，因為其具有獨特結構，良好的導電性，有相對高的熱和化學穩定性，和較強的聚合能力。 二、實驗結果與討論 1.SDBS對酵素HRP活性探討 圖 1 SDBS對HRP活性影響十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的存在對於酵素活性的確有不良的影響，由圖看出濃度0.2 mM的SDBS便使得濃度為5×10-4 mg/ml的酵素活性掉了75%可以知道界面活性劑十二烷基苯磺酸鈉SDBS可能造成HRP的摺疊結構之破壞，使得酵素HRP的活性區受到了影響，而導致HRP的活性下降，對催化苯胺的聚合也會產生影響。圖不同