一种自由基捕获剂及其应用

1.本发明属于自由基捕获剂制备技术领域。具体涉及一种自由基捕获剂及其制备方法，该捕获剂可以有效清除多种常见自由基。


背景技术：

2.在人体中，活性氧(reactive oxygen species,ros)是正常生理过程的重要组成部分，在细胞信号、免疫和组织稳态等方面发挥着重要作用。ros是一个专用术语,用来描述包含一个或多个未成对电子氧的自由基,如羟基自由基(
·
oh)和超氧阴离子自由基(
·
o2‑
),以及过氧化氢(h2o2)等很容易转换成自由基的氧化剂。然而大量证据表明，ros的过量表达与各种疾病的发展和发病机制的增强有关，如糖尿病、阿尔茨海默病、帕金森病、癌症等多种疾病，并参与人体衰老退化过程。因此，开发和使用有效、无毒的自由基捕获剂，清除人体内的自由基，对相关疾病的治疗是非常必要的。
3.在聚合物材料老化过程中，自由基的形成已被认为是材料老化的重要因素，例如温克勒(winkler)认为：pvc分子中不稳定结构发生降解时会生成活泼的氯自由基，氯自由基会与双键α位的h原子结合生成hc1气体和烯丙基位的碳自由基，然后碳自由基诱导邻位c1原子断裂形成新的氯自由基，与此同时pvc链上新增一个双键。最后循环往复，从而使得pvc链不断降解。橡胶等常见聚合物材料老化的方式中，也都涉及到自由基链式反应。因此，在聚合物材料中加入自由基捕获剂，高效清除自由基，中止链式反应的发生，对提升材料的热稳定性有重要的意义。
4.层状复合金属氢氧化物(layered double hydroxides，简写为ldh)，是一种主客体结构超分子插层组装材料，它的主体是由二价金属和三价金属与羟基形成的八面体单元有序排列形成的层板，客体是一切可以进入层板间的阴离子，包括无机、有机和生物质阴离子。由于其主客体均可在一定范围和一定程度上进行调节控制，可以形成多种多样的不同性质的ldh，从而具有广泛的应用前景和应用范围。
5.与传统的自由基捕获剂相比，ldh不仅具有良好的稳定性能，还有无毒环保、成本低廉、易于合成等优点。除此之外，ldh层板、层间结构易于调控的特点，使得找出最佳性能的材料变得相对容易。在追求绿色、经济、环保的今天，ldh类自由基捕获剂已经引起了科研工作者的广泛关注。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种高效的自由基捕获剂及其制备方法。一直以来，ldh在捕获自由基的应用方向中大多是作为载体在层间插入有机抗氧化剂，但研究往往只关注层间抗氧化剂的自由基清除作用，ldh本身对自由基的作用通常却被忽略。本发明创新性地将ldh主体层板与自由基捕获剂联系起来，利用ldh比表面积大，组成和结构可调控等优势，出人意料的发现，即使层间不插入额外的抗氧化剂，其仍可有效清除1,1
‑
二苯基
‑2‑
三硝基苯肼(dpph
·
)自由基、羟基(oh
·
)自由基、超氧(
·
o2‑
)自由基。
7.本发明一方面涉及一种自由基捕获剂，其化学通式为：[m
2+1
‑
x
m
3+x
(oh)2]
x+
(a
z
‑
)
x/z
·
mh2o，其中m
2+
、m
3+
分别代表主体层板中二价、三价金属阳离子，m
2+
选自mg
2+
、zn
2+
、ni
2+
、co
2+
、fe
2+
、cu
2+
中的任意一种或两种以上二价金属阳离子，m3
+
选自a1
3+
、fe
3+
、co
3+
中的一种或者两种以上的的三价阳离子，a
z
‑
为层间客体阴离子，为碳酸根离子，x为0.2
‑
0.33,m为0.5
‑
0.7。
[0008]
在本发明的一个优选实施方式中，所述m
3+
为al
3+
。相比于其它三价阳离子，al
3+
有助于提高自由基捕获剂清除自由基的效果。
[0009]
在本发明的一个优选实施方式中，所述m
2+
为mg
2+
。相比于其它三价阳离子，mg
2+
有助于提高
[0010]
自由基捕获剂清除自由基的效果。
[0011]
在本发明的一个优选实施方式中，所述x值优选为0.2
‑
0.33。研究表明，如果要生成较纯的ldh，x值应处于0.2
‑
0.33之间。
[0012]
在本发明的一个优选实施方式中，m
2+
/m
3+
的摩尔比为2.8
‑
3.2：1或者3.8
‑
4.2:1。实验结果表明，采用该优选的摩尔比，能够显著的提高自由基捕获剂清除自由基的效果。
[0013]
本发明另一方面还涉及上述自由基捕获剂的应用，其用于捕获自由基。
[0014]
在本发明的一个优选实施方式中，所述自由基选自1,1
‑
二苯基
‑2‑
三硝基苯肼(dpph
·
)自由基、羟基(oh
·
)自由基、超氧(
·
o2‑
)自由基。
[0015]
本发明另一方面还涉及上述自由基捕获剂的制备方法，所述自由基捕获剂通过成核晶化隔离法、水热法、双滴法制备，优选采用成核晶化隔离法制备。通过成核晶化隔离法制备得到的自由基捕获剂具有更高的捕获能力。
[0016]
本发明所述成核晶化隔离法步骤如下所述：
[0017]
称取m
2+
,m
3+
的硝酸盐溶于去离子水中配置成盐溶液a，mg
2+
的摩尔浓度为0.105
‑
0.125mol/l；
[0018]
将naoh和na2co3溶解在去离子水中形成碱溶液.其中naoh的摩尔量为a溶液中m
2+
,m
3+
摩尔量之和的2倍；
[0019]
将配置好的盐溶液a与碱溶液以相同的流速同时加入旋转液膜反应器中使其快速成核，反应0.5
‑
3分钟后将得到的浆液倒入容器中；
[0020]
浆液在容器中于65
‑
75℃下晶化，冷却后，离心产物并洗涤遍，滤饼在55
‑
65℃下干燥，研磨过筛后即可得到自由基捕获剂。
附图说明：
[0021]
图1为本发明实例1
‑
3制备的自由基捕获剂ldh的tem图，证明本发明的自由基捕获剂为层状结构。
[0022]
图2为本发明实例1
‑
3制备的自由基捕获剂ldh的xrd谱图，图中mgal
‑
co3‑
ldh的特征衍射峰清晰可见，证明mgal
‑
co3‑
ldh成功制备。
[0023]
图3为本发明实例1
‑
3制备的自由基捕获剂ldh对dpph
·
的清除实验结果图。
[0024]
图4为本发明实例1
‑
3制备的自由基捕获剂ldh对
·
oh的清除实验结果图
[0025]
图5为本发明实例1
‑
3制备的自由基捕获剂ldh对
·
o2‑
的清除实验结果图。
具体实施方式：
[0026]
下文将结合具体实施例对本发明的通式化合物及其制备方法和应用做更进一步的详细说明。下列实施例仅为示例性说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
[0027]
除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
[0028]
本发明按照如下方法进行自由基的清除与效果测试分析：
[0029]
方法1：因为1,1
‑
二苯基
‑2‑
三硝基苯肼(dpph
·
)自由基可以稳定存在，所以直接在四氯化碳中配置1,1
‑
dpph
·
自由基ccl4溶液。新配制的dpph
·
溶液室温下呈深紫色，在517nm处具有强烈的的特征吸收峰，因此向dpph
·
四氯化碳溶液中添加碳酸根插层型mgal
‑
ldh后，通过uv
‑
vis检测反应上清液在517nm处的特征吸收峰的变化，判断自由基的清除效果。
[0030]
所述的uv
‑
vis检测中，如果517nm处的特征吸收峰峰高降低，说明碳酸根插层型mgal
‑
ldh可有效清除溶液中的dpph
·
自由基。
[0031]
方法2：采用芬顿反应(fe
2+
+h2o2→
fe
3+
+oh
‑
+
·
oh)产生羟基自由基。在烧杯中依次加入ph＝6的磷酸缓冲液(pb)，亚甲基蓝(mb)母液，fe
2+
母液以及双氧水。产生的羟基自由基可以使蓝色的亚甲基蓝溶液褪色，紫外特征吸收峰峰高降低。因此向混合反应体系中添加碳酸根插层型mgal
‑
ldh后可以通过亚甲基蓝662nm处的特征吸收变化程度判断体系内羟基自由基的清除效果。
[0032]
所述的uv
‑
vis检测中，如果662nm处的特征吸收峰峰高增加，说明碳酸根插层型mgal
‑
ldh可有效清除溶液中的羟基自由基。
[0033]
方法3：超氧化钾(ko2)，其阴离子在游离状态下即为超氧阴离子自由基(
·
o2·
)，而18
‑
冠醚
‑
6能够特征性络合碱金属钾离子，从而使超氧化钾溶解出更多的超氧阴离子自由基。在棕色玻璃小瓶配置超氧化钾dmso溶液，加入碳酸根插层型mgal
‑
ldh固体粉末并旋紧小瓶，开启磁力搅拌使其充分反应后取反应上清液。
[0034]
氯化硝基四氮唑蓝(nbt)能够与超氧自由基发生显色反应，当nbt过量时生成甲臜。在uv
‑
vis光谱中，这种化合物在670nm处有特征吸收峰，因此将上述反应上清液加入到nbt溶液中显色5min后，通过uv
‑
vis检测670nm处的的特征吸收峰的变化，判断自由基的清除效果。
[0035]
所述的uv
‑
vis检测中，如果670nm处的特征吸收峰峰高降低，说明碳酸根插层型mgal
‑
ldh可有效清除溶液中的超氧阴离子自由基。
[0036]
整个反应和测试过程中，保持反应时室温为19℃(略高于dmso冰点)。
[0037]
实施例1：
[0038]
步骤a：按摩尔比mg:al＝4:1的比例准确称取3.846g mg(no3)2·
6h2o和1.407g al(no3)3·
9h2o溶解在120ml去离子水中形成盐溶液；称取1.5g naoh和0.398g na2co3溶于120ml去离子水中形成碱溶液。
[0039]
步骤b：使用成核晶化隔离法制备可用于清除自由基的碳酸根插层型mgal
‑
ldh，将步骤a中的混合盐溶液和碱溶液以相同的流速滴加至转速为3000rmp的胶体磨中，并使其在胶体磨中循环反应1min。
[0040]
步骤c：将得到的浆料转移到500ml烧杯中，用电热套进行加热，于70℃下晶化8小时，冷却离心产物并洗涤4遍，将滤饼在60℃下干燥12
‑
24小时，研磨过100目筛后即得到可高效捕获自由基的圆片状mg4al
‑
co3‑
ldh，其tem照片如图1(c)所示，xrd如图2所示。
[0041]
实施例2：
[0042]
步骤a：按摩尔比mg:al＝3：1的比例准确称取3.606g mg(no3)2·
6h2o和1.758g al(no3)3·
9h2o溶解在120ml去离子水中形成盐溶液；称取1.5g naoh和0.497g na2co3溶于120ml去离子水中形成碱溶液。
[0043]
步骤b：使用成核晶化隔离法制备可用于清除自由基的碳酸根插层型mgal
‑
ldh，将步骤a中的混合盐溶液和碱溶液以相同的流速滴加至转速为3000rmp的胶体磨中，并使其在胶体磨中循环反应1min。
[0044]
步骤c：将得到的浆料转移到500ml烧杯中，用电热套进行加热，于70℃下晶化8小时，冷却离心产物并洗涤4遍，将滤饼在60℃下干燥12
‑
24小时，研磨过100目筛后即得到可高效捕获自由基的圆片状mg3al
‑
co3‑
ldh，其tem照片如图1(b)所示，xrd如图2所示。
[0045]
实施例3：
[0046]
步骤a：按摩尔比mg:al＝2：1的比例准确称取3.205g mg(no3)2·
6h2o和2.345g al(no3)3·
9h2o溶解在7120ml去离子水中形成盐溶液；称取1.5g naoh和0.663g na2co3溶于120ml去离子水中形成碱溶液。
[0047]
步骤b：使用成核晶化隔离法制备可用于清除自由基的碳酸根插层型mgal
‑
ldh，将步骤a中的混合盐溶液和碱溶液以相同的流速滴加至转速为3000rmp的胶体磨中，并使其在胶体磨中循环反应1min。
[0048]
步骤c：将得到的浆料转移到500ml烧杯中，用电热套进行加热，于70℃下晶化8小时，冷却离心产物并洗涤4遍，将滤饼在60℃下干燥12
‑
24小时，研磨过100目筛后即得到可高效捕获自由基的圆片状mg2al
‑
co3‑
ldh，其tem照片如图1(a)所示，xrd如图2所示。
[0049]
dpph
·
自由基清除实验：
[0050]
称取6.31mg的dpph
·
固体粉末于10ml棕色小瓶中，加入4ml ccl4至完全溶解，制备dpph
·
母液。
[0051]
取200μl dpph
·
母液于25ml棕色小瓶中，加入18ml ccl4使dpph
·
浓度为100μm。称取120mg上述制得的各碳酸根插层型mgal
‑
ldh样品粉末，加到上述dpph
·
乙醇溶液中，搅拌1.0h后，离心取1.5ml上清液进行紫外可见吸收光谱测试。
[0052]
实验结果如图3所示，实验结果显示，517nm处的特征吸收峰峰高降低，说明碳酸根插层型mgal
‑
ldh可有效清除溶液中的dpph
·
自由基。其中，mg3al
‑
co3‑
ldh清除效率明显更高。
[0053]
oh
·
自由基清除实验：
[0054]
称取40mg上述制得的各碳酸根插层型mgal
‑
ldh样品粉末，加到48ml的pb缓冲液中，之后依次加入500μl亚甲基蓝母液，1000μl fe
2+
母液以及1000μl双氧水，搅拌10min后，离心取1.5ml上清液进行紫外可见吸收光谱测试。反应体系内各物质浓度：c(mb)＝1.2
×
10
‑5mol/l、c(feso4)＝3
×
10
‑4mol/l、c(h2o2)＝0.2mol/l、c(ldh)＝0.01mol/l。
[0055]
实验结果如图4所示，实验结果显示，662nm处的特征吸收峰峰高相对于对照组增高，说明碳酸根插层型mgal
‑
ldh可有效清除溶液中的
·
oh自由基。其中，mg4al
‑
co3‑
ldh清除
效率明显更高。
[0056]
·
o2·
自由基清除实验：
[0057]
向预先通入ar的30ml锥形瓶中加入20ml无水二甲基亚砜，再将60mg18
‑
冠醚
‑
6快速加入溶液中。待溶液呈现均相，快速加入8mg超氧化钾，用石蜡密封后在18～20℃下磁力搅拌1h，制备超氧化钾母液。
[0058]
向30ml棕色试剂瓶中加入10ml无水二甲基亚砜，将2mg nbt加入溶液并密封，完全溶解后制备nbt溶液。
[0059]
将10ml棕色玻璃小瓶预先通入ar并密封。依次向溶液中加入18℃的无水二甲基亚砜和超氧化钾母液，使溶液体积为6ml，浓度为母液的1/15。加入10mg上述制得的各碳酸根插层型mgal
‑
ldh样品粉末并旋紧小瓶，磁力搅拌1.5min，分别取800μl反应液离心1min，再取500μl上清液，加入盛放在避光离心管内的1ml nbt溶液中。5min后，测量670nm处的uv
‑
vis吸收峰强度。
[0060]
实验结果如图5所示，实验结果显示，670nm处的特征吸收峰峰高降低，说明碳酸根插层型mgal
‑
ldh可有效清除溶液中的超氧阴离子自由基。其中，mg4al
‑
co3‑
ldh清除效率明显更高。
[0061]
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述的实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。