磷酸膽堿是一類(lèi)兩性型表面活性劑，在生物領(lǐng)域被廣泛應用。當把它的疏水部分由碳氫鏈段替換為含氟鏈段時(shí)，磷酸膽堿表面活性劑的界面性質(zhì)會(huì )呈現出明顯差異。將含氟鏈段引入到磷酸膽堿中豐富了它的種類(lèi)拓展了它的應用。本工作合成了一種氟醚磷酸膽堿表面活性劑，在含氟鏈段中插入氧原子，使含氟鏈段更加多樣化。對氟醚磷酸膽堿的表面活性、泡沫性能及潤濕性能進(jìn)行了一系列探究，實(shí)驗結果表明，氟醚磷酸膽堿具有低表面張力、泡沫性能好、可在聚四氟乙烯（PTFE）上潤濕等優(yōu)點(diǎn)，是一類(lèi)具有良好應用前景的表面活性劑。

引言

磷酸型化合物具有較高的生物活性被廣泛應用于農業(yè)生產(chǎn)、衛生醫療、航天航空和日化用品中，磷酸膽堿表面活性劑作為磷酸型化合物的一種，既有兩性表面活性劑的優(yōu)異性能，又因其結構類(lèi)似于細胞膜上的磷脂而在生物領(lǐng)域有重要應用。如Liu等設計了兩性離子磷脂結構，它能夠有利于更好的內質(zhì)體逃逸，可用于器官選擇性mRNA傳遞和CRISPR-Cas基因編輯，在基因編輯研究和治療應用中有重要價(jià)值。而氟表面活性劑具有高表面活性、高熱穩定性、高化學(xué)穩定性以及疏水和疏油的特性，被稱(chēng)為特種表面活性劑。將含氟表面活性劑與磷酸膽堿相結合，充分利用每個(gè)單元的結構優(yōu)勢，進(jìn)一步提升性能。

目前基于含氟磷酸膽堿表面活性劑的研究并不多。Baba小組設計合成了一系列氟磷酸膽堿表面活性劑（圖1a）并研究了它們的表界面性質(zhì)以及氟化程度對這些性質(zhì)的影響，同時(shí)探究了氟磷酸膽堿對膜蛋白的增溶能力，實(shí)驗結果表明氟磷酸膽堿對多種蛋白膜都不溶解，可以保持其中脂質(zhì)/蛋白質(zhì)組裝體的結構不被破壞，表現出低侵入性，是一種可處理膜蛋白的溫和的表面活性劑。Krafft小組早期證實(shí)了氟磷酸膽堿與天然蛋黃磷脂相比表現出較強的表面活性和較好的乳液穩定性，后又提出氟磷酸膽堿中含氟鏈段是控制磷脂行為的強大工具，例如自組裝特性。Zhou小組合成了一系列氟磷酸膽堿聚合物，并對其在流體界面、涂層中的性質(zhì)進(jìn)行了探究。將特種表面活性劑與磷酸酯結構相結合在生命科學(xué)和醫學(xué)領(lǐng)域具有潛在應用價(jià)值。

圖1代表性磷酸膽堿和本文合成的氟醚磷酸膽堿的結構

在表面活性劑中疏水鏈段的組成是決定它表面性能的關(guān)鍵因素，研究表明氟表面活性劑中的氧原子表現出特異性。在甜菜堿型表面活性劑中保持氟碳數相同的情況下，插入的氧原子越多，表面活性劑的臨界膠束濃度（cmc）就越低，同時(shí)氟醚鏈段中氧原子與水分子幾乎沒(méi)有氫鍵作用，因而氟醚鏈段中氧原子的加入會(huì )增加其疏水性；在氧化胺型表面活性劑中，氟碳鏈中的氧原子增加了疏水鏈的長(cháng)度，使分子具有一定的靈活性，便于旋轉，利于降低表面張力；而氟原子強的吸電子作用，使得氟醚鏈中的氧原子表現為缺電子，同時(shí)相鄰碳上的氟原子有位阻效應，使氧原子不易接受親電試劑的進(jìn)攻，氟醚鏈段體現為化學(xué)惰性。

將氧原子引入到氟磷酸膽堿表面活性劑中，會(huì )對磷酸膽堿性能產(chǎn)生怎樣的影響呢？我們設計合成了一種新型氟醚磷酸膽堿表面活性劑（圖1b），考慮到長(cháng)氟碳鏈和長(cháng)氟醚鏈段具有生物累積性，我們選用了氟碳鏈為6的短鏈結構，并向其中插入兩個(gè)氧原子，將新化合物與一個(gè)鏈長(cháng)相近的氟磷酸膽堿表面活性劑進(jìn)行對比，結果表明新型氟醚磷酸膽堿表面活性更佳。我們進(jìn)一步探索了新氟醚磷酸膽堿的泡沫性能與潤濕性能，結果表明氟醚磷酸膽堿的穩泡性好、可在聚四氟乙烯（PTFE）上潤濕，是一類(lèi)具有良好應用前景的表面活性劑。

1、實(shí)驗部分

1.1試劑來(lái)源

C72-OH由三明市海斯?；び邢挢熑喂咎峁?，純度為99%;2-氯~2-氧~1,3,2-二氧磷雜環(huán)戊烷購于上海邁瑞爾生化科技有限公司；三甲胺購于上海梯希愛(ài)化成工業(yè)發(fā)展有限公司，其余試劑均為分析純試劑。

1.2化合物的合成

1.2.1化合物C72-P的合成

將100 mL干燥的反應瓶抽換氮氣3次，在氮氣保護下依次加入原料C72-OH（10 g,26 mmol,1 equiv.）和超干四氫呋喃40 mL,保持冰浴，加入三乙胺（3.4 g,34 mmol,1.3 equiv.），最后緩慢滴加原料1（4.8 g,34 mmol,1.3 equiv.）。在冰浴條件下反應2 h,反應結束。過(guò)濾，收集濾液，旋轉蒸發(fā)，減壓蒸餾（95℃/133 Pa），最后得到無(wú)色粘稠液體8.5 g,產(chǎn)率70%。

1.2.2化合物C72-MPB的合成

在冰浴條件下，將化合物C72-P（5 g,10 mmol,1 equiv.）、乙腈10 mL、三甲胺的四氫呋喃溶液（10 mL,20 mmol,2 equiv.）依次加入至50 mL耐壓瓶中，升溫至70℃，反應48 h.反應結束，過(guò)濾取濾渣，將濾渣溶解在甲醇中，加入適量碳酸鈉室溫攪拌5 min,再次過(guò)濾，將濾液旋干后，粗產(chǎn)物通過(guò)硅膠柱快速過(guò)濾，得到白色固體9.8 g,產(chǎn)率90%。

1.3測試儀器及方法

表面張力的測定：使用芬蘭Kibron公司表界面張力儀進(jìn)行測定，測試方法為Du-Noüy法，精度：優(yōu)于0.1mN/m，溫度為25℃。

泡沫性能的測定：使用KRüSS公司的泡沫分析儀，型號DFA100,測試方法為鼓泡法，分別配制1 g/L和2 g/L濃度的C72-MPB水溶液，測量其泡沫高度、泡沫中液體含量隨時(shí)間的變化。

接觸角測定：使用液滴分析儀，配制1 g/L濃度的C72-MPB水溶液，用微量進(jìn)樣器取2μL溶液注射于PTFE表面，觀(guān)察其接觸角的變化（在0——60 s之間），重復測量3次，取平均值。

等電點(diǎn)測定：使用Malvern ZETA電位測量?jì)x，型號ZEN3600.配制1 g/L濃度的C72-MPB水溶液，將溶液調節至不同pH,當Zeta電位為零時(shí)的pH值即為等電點(diǎn)（25℃）。

差示掃描量熱測定：使用差示掃描量熱儀，美國TA Instruments,型號Q2500.記錄從室溫下，每分鐘上升10℃至300℃時(shí)樣品與參比物之間的能量差。

熱重分析測定：使用熱重分析儀，美國TA Instruments,型號Q500.記錄從室溫下，每分鐘上升10℃至600℃時(shí)樣品的重量變化。