紫外分光光度法研究果糖与锌、镍的相互作用

'滨州学院学士学位设计（论文）毕业设计（论文）题目紫外分光光度法研究果糖与锌、镍的相互作用系（院）化学与化工系专业应用化学班级学生姓名学号指导教师职称讲师二〇一一年六月二十日10 滨州学院学士学位设计（论文）紫外分光光度法研究果糖与锌、镍的相互作用摘要本文主要采用紫外分光光度法研究了果糖与锌(II)离子、镍(II)离子的配位作用。结果表明，锌(II)与果糖在pH=8.8的弱碱性条件下可形成1:2的稳定配合物，该配合物在371nm处有最大吸收；金属镍(II)与果糖在pH=8.2的弱碱性条件下可形成1:2的稳定配合物，该配合物在346nm处有最大吸收。最后，根据配位比探讨了它们的配位机理。关键词：果糖；锌(II)；镍(II)；紫外分光光度法10 滨州学院学士学位设计（论文）ResearchoftheInteractionofZinc(II)/Nickel(II)andFructosebyUVSpectrophotometricMethodAbstractThecoordinationoffructosewithzinc(II)andnickel(II)hasbeenstudiedbyUVSpectrophotometricMethod.Theresultshowsthatastablecomplexofzinc(II)andfructosehasbeenformedwiththeratioof1:2intheweakalkalineconditions(pH=8.8)whichhasthemaximumabsorptionatl=371nm;andanotherstablecomplexofnickel(II)andfructosehasbeenformedwiththeratioof1:2intheweakalkalineconditions(pH=8.2)whichhasthemaximumabsorptionatl=346nmtoo.Themechanismofthecoordinationofthetwocomplexeshasbeendiscussedaccordingtotheratioattheendofthepaper.Keywords:Zinc(II);Nickel(II);Fructose;Spectrophotometricmethod10 滨州学院学士学位设计（论文）目录第一章引言11.1糖-稀土金属配合物的研究进展11.2糖-过渡金属配合物的研究进展11.3多羟基化合物-过渡金属配合物的研究21.4研究目的和意义2第二章研究方法简介32.1配合物最大吸收波长的确定32.2缓冲溶液的选择32.3配合物稳定性测定32.4配位比的测定32.5缓冲溶液用量选择3第三章实验部分43.1仪器与试剂43.2实验方法4第四章结果与讨论44.1配合物吸收峰的确定44.1.1果糖-锌配合物吸收峰44.1.2果糖-镍配合物吸收峰54.2缓冲溶液的选择64.2.1缓冲溶液种类的选择64.2.2缓冲溶液PH值的选择及其稳定性检测74.2.3缓冲溶液用量的选择74.3果糖溶液用量的选择710 滨州学院学士学位设计（论文）4.4配合物组成测定84.5配位机理分析9第五章结论与展望9参考文献10谢辞1110 滨州学院学士学位设计（论文）第一章引言人们很早就已经认识到糖是生物体中的重要成分之一，但其一直仅被视为能量和结构物质[1]，对糖的结构和功能研究相对滞后。原因大致有以下两点：一、虽然糖中有许多羟基氧原子，但电子云密度较低，不易替代与金属离子首先配位的水分子；二、在糖及其衍生物与金属离子的配位中，形成的金属-氧键在中性或酸性水溶液中不稳定，使其难以量化表征[2]。20世纪70年代对糖的研究开始复苏，目前成为化学、生命科学研究中又一新兴热点领域[3]。1.1糖-稀土金属配合物的研究进展AninditaMukhopadhyay等合成了Pr(III)、Nd(III)与单糖及双糖的配合物。配体包括D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-阿拉伯糖、D-核糖、D-木糖、麦芽糖和乳糖。通过各种化学分析方法对配合物进行了表征，推测相应配合物的结构[4]。关怀民等首次合成了镧(III)与壳聚糖(CS)的配位聚合物(La-CS)，对其进行了紫外光谱等的表征，研究结果表明，配体CS的仲羟基氧和氨基氮均参与了配位，镧(III)与CS的配位比是l:5[5]。吴翌等首次合成镧(La)、镨(Pr)、钕(Nd)，钐(Sm)、钆(Gd)的果糖-高氯酸固体配合物以及La，Pr，Nd，Sm，Gd和Eu(铺)的硼酸-果糖配合物。利用化学分析、IR、1HNMR、UV、热谱等物理手段对配合物的组成和成键情况进行了表征[6]。1.2糖-过渡金属配合物的研究进展RajivP.Bandwar等在非水介质中用[NEt4]2[NiCl2Br2]和NiCl2·6H2O合成了Ni(II)与单糖(D-Gle，D-Fru，D-Gra，D-Xyl，D-Rib)和双糖的配合物。并对其进行了红外分析、溶液稳定性研究，结论是以[NEt4]2[NiCl2Br2]合成的糖-金属配合物为二核结构，以NiCl2·6H2O合成的配合物为二、三或四核结构，产生这种差异的原因是合成方法不同[7]。他们又于1995年合成了Zn(II)类似的糖配合物，其中Zn与单糖的配比为1:1，与双糖的配比为2:1。在pH值3.7-10.310 滨州学院学士学位设计（论文）范围内对水溶液中配合物的电化学性质进行研究，结果表明在碱性条件下，由于羟基失去质子而参与配位，形成了糖和羟基配位的阴离子混合金属配合物，相互作用较强。而酸性条件下，这些相互作用变弱[8]。1.3多羟基化合物-过渡金属配合物的研究国内对多羟基化合物与过渡金属配合物的相互作用研究较多，相关的理论文献研究有：张淑敏等研究了在pH=4.72的HAc-NH4Ac缓冲溶液中，槲皮素(Qu)能与钼(Ⅵ)生成较稳定的配合物，该配合物在422.4nm处有最大吸收峰。Mo(Ⅵ)的浓度在2.0×10-5—1.0×10-4mol·L-1之间与吸光度成线性关系,最低检出限为2.0×10-5mol/L。测得配合物的组成为Mo(Ⅵ)∶Qu=1∶1[9]。周蓓蓓等通过实验研究得出以下结论：铜（Ⅱ）和芦丁在pH=7-8的KH2PO4-NaOH缓冲溶液中可形成1：2的稳定配合物[10]。另外，槲皮素与Fe(Ⅲ)、Al(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)、Zr(Ⅳ)、Ga(Ⅲ)、Sb(Ⅳ)及W(Ⅵ)等金属离子反应形成螯合物时,能引起吸收光谱、荧光光谱和电化学性质的变化。而果糖与过渡金属离子的相互作用用此方法研究较少，本文主要应用紫外分光光度法研究锌、镍离子与果糖的相互作用，为其应用提供理论基础。1.4研究目的和意义糖和金属都具有非常重要的生物学意义，糖类化合物含有大量的电负性官能团，能与金属离子配位，糖及其衍生物与金属离子的配合物，在生物体内广泛存在。糖类化合物在生物体内运输金属离子；糖-金属配合物作为金属酶可以催化糖类化合物在生物体内的的新陈代谢[11]；糖类化合物还可以用作有毒金属离子的鳌合剂，将有毒金属Ni(Ⅱ)，Cu(Ⅱ)，Pb(Ⅱ)鳌合后通过肾从尿液中排除，减轻有害金属对生物体的毒害[12]；还有研究将糖-金属配合物应用于模拟金属蛋白酶，用于人工切割核酸。D-果糖是一种单糖，除了以上这些糖类化合物共有的生物学作用以外，果糖还有自身所特有的生物学活性，它与以离子形态存在的金属元素结合在人体中发挥重要作用。例如：作为钙、镁、铁等矿物质及微量元素的活化因子，果糖可以溶解人体内的钙、镁、铁等矿物质，促进对矿物质的吸收。实验已经证实，低聚果糖促进钙的吸收率达70.8%[13]；再如果糖能制成注射液及果糖Vc片剂等用于心血管病、糖尿病、脑颅病及肝病的治疗，和用于需要补充能量和体液的患者；果糖还可用于缓解和治疗醉酒、乙醇中毒。10 滨州学院学士学位设计（论文）综上所述，研究果糖与金属离子的配位作用有助于我们了解生命体中金属离子与糖配位的结构及作用机理，这能够为进一步揭开生命的奥秘以及临床医学的研究提供理论支持。第二章研究方法简介本文主要采用紫外分光光度法测定D-果糖与二价锌离子和二价镍离子的相互作用，找出配合物有最大吸光度的条件，方法如下：2.1配合物最大吸收波长的确定分别以果糖＋缓冲溶液、硝酸锌/硝酸镍＋缓冲溶液为样品，相应的空白试剂为对照，分别找到果糖＋缓冲溶液、硝酸锌/硝酸镍＋缓冲溶液两两所形成物的吸收峰位置。再以果糖＋硝酸锌/硝酸镍+缓冲溶液为样品，相应的空白试剂为对照，做一组实验。综合分析三组实验的实验数据，找出果糖与二价金属离子配合物的吸收峰位置即最大吸收波长。2.2缓冲溶液的选择配置pH=4、pH=5、pH=6的HAc-NaAc缓冲溶液，pH=7的HAc-NH4Ac缓冲溶液和pH=8、pH=9、pH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液，分别加入果糖、硝酸锌/硝酸镍和不同PH的缓冲溶液为样品。以相应的试剂作空白。通过测定其吸光度，选择与配合物在吸收光谱中有最大吸收波长的缓冲溶液，同时找出最佳pH值[14-15]。2.3配合物稳定性测定把不同配比的配合物每隔十分钟测一次吸光度，配合物至少在2小时内吸光度变化不大，说明该配合物稳定[16-18]。2.4配位比的测定用等摩尔连续变化法测配合物吸光度并绘制浓度-吸光度图像，由图可得最佳配比。2.5缓冲溶液用量选择固定配合物用量，加入固定pH值的缓冲溶液1-6mL，在相同条件下测配合物吸光度，可得最佳吸光度下缓冲溶液用量。10 滨州学院学士学位设计（论文）第三章实验部分3.1仪器与试剂仪器：PHS-3D型pH计，AUY120电子天平，Agilenttechnologies紫外分光光度计。试剂：果糖（0.01mol/L）标准溶液：准确称取0.1802g果糖（分析纯），用蒸馏水溶解并定容至100mL。锌（0.01mol/L）标准溶液：准确称取0.2975gZn(NO3)2(分析纯)，用蒸馏水溶解并定容至100mL。镍（0.01mol/L）标准溶液：准确称取0.2908gNi(NO3)2(分析纯)，用蒸馏水溶解并定容至100mL。醋酸-醋酸钠缓冲溶液，醋酸-醋酸铵缓冲溶液，氨-氯化铵缓冲溶液。3.2实验方法准确移取2.0mL果糖和0.5mLZn2+/Ni2+溶液于10mL容量瓶中，加NH3-NH4Cl缓冲液1.5mL，定容至刻度，摇匀后装入1.0cm石英比色池中，以相应试剂为空白测其紫外吸收光谱，确定配合物的吸收峰位置及吸光度值。第四章结果与讨论4.1配合物吸收峰的确定4.1.1果糖-锌配合物吸收峰10mL容量瓶A1：2mL果糖＋1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，定容，相应的空白试剂为A2：1.5mLHAc-NaAc缓冲溶液，定容。B1：0.5mL硝酸锌＋1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液定容，相应的空白试剂为B2：1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，定容。然后转移到1mL的石英比色皿中，用紫外分光光度计检测，找到果糖＋缓冲溶液所形成物的最大吸收波长位置约在291nm，是一个托长尾的的单峰；硝酸锌＋缓冲溶液所形成物的最大吸收波长位置在225nm、547nm等几处峰。C1：2mL果糖＋0.5mL硝酸锌+1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，定容，为样品，C2：2mL果糖＋1.5mLNH3-NH4Cl10 滨州学院学士学位设计（论文）缓冲溶液定容为相应的空白试剂，做一组实验。综合分析三组实验的实验数据，找出果糖与镍离子配合物的吸收峰位置及最大吸收波长，发现在碱性能形成果糖–锌配合物，最大吸收波长为371nm处。如图4.1为在pH=9.00的缓冲溶液中的吸收曲线。4.1.2果糖-镍配合物吸收峰10mL容量瓶A1：2mL果糖＋1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，定容，相应的空白试剂为A2：1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，定容。B1：0.5mLNi(NO3)2＋1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液定容，相应的空白试剂为B2：1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，定容。然后转移到1mL的石英比色皿中，用紫外分光光度计检测，找到果糖＋缓冲溶液所形成物的最大吸收波长位置约在291nm，是一个托长尾的的单峰；Ni(NO3)2＋缓冲溶液所形成物的最大吸收波长位置在225nm，还有496nm等几处杂峰。C1：2mL果糖＋0.5mLNi(NO3)2+1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液，定容，为样品，C2：2mL果糖＋1.5mLNH3-NH4Cl缓冲溶液定容为相应的空白试剂，做一组实验。综合分析三组实验的实验数据，找出果糖与镍离子配合物的吸收峰位置及最大吸收波长，发现在弱碱性能形成镍–果糖配合物，最大吸收波长为346nm处。如图4.2为在pH=8.00的缓冲溶液中的吸收曲线。吸光度波长/nm图4.1pH=9.00的果糖-Zn配合物吸收峰10 滨州学院学士学位设计（论文）吸光度波长/nm图4.2pH=8.00的果糖-Ni配合物吸收峰4.2缓冲溶液的选择4.2.1缓冲溶液种类的选择根据实验室实验条件以及所报道的类似实验要求的pH值选择范围，配置pH=4、pH=5、pH=6的HAc-NaAc缓冲溶液，pH=7的HAc-NH4Ac缓冲溶液和pH=8、pH=9、pH=10的NH3-NH4Cl缓冲溶液，取七个10mL容量瓶，分别加入2mL果糖、0.5mLZn(NO3)2/Ni(NO3)2和1.5mL不同PH的缓冲溶液，定容。另取七个容量瓶，分别加入2mL果糖和1.5mL不同pH的缓冲溶液，定容后作空白。通过测定发现两配合物在pH=8-9之间的NH3-NH4Cl缓冲溶液中吸光度较大，见表4.1和表4.2。表4.1果糖-锌配合物各个pH值下的实验数据pH值最大吸收波长/nm最大吸光度pH值最大吸收波长/nm最大吸光度4.03760.00128.03720.45635.03730.00319.03710.50376.03690.135010.03750.32287.03700.193310 滨州学院学士学位设计（论文）表4.2果糖-镍配合物各个pH值下的实验数据pH值最大吸收波长/nm最大吸光度pH值最大吸收波长/nm最大吸光度4.03460.00628.03460.78415.03450.00909.03470.74046.03480.088010.03440.48727.03420.1280从表4.1和表4.2中可以看出在酸性和中性条件下配合物的吸收峰很小，这是因为配合物中的金属-氧键在中性或酸性水溶液中不稳定，不易于被表征。4.2.2缓冲溶液PH值的选择及其稳定性检测配置pH=8.2、pH=8.4、pH=8.6、pH=8.8的NH3-NH4Cl缓冲溶液，按与以上相同的步骤分别再做一组实验，以便选择更精确的最佳pH值。实验结果表明，果糖-锌配合物在pH=8.8时有最大吸收峰，其最大吸收波长在371nm处，配合物很快生成，形成后2小时之内在371nm处连续测定（每隔10分钟）配合物吸光度，发现其吸光度变化不大，说明配合物比较稳定。果糖-镍配合物在实验pH值范围内最大吸收波长都是346nm处。根据吸光度，pH=8.1是生成果糖-镍配合物的最佳条件。配合物大约在混合90min之后形成，形成后2小时之内在346nm处连续测定（每隔10分钟）配合物吸光度，发现其吸光度变化不大，说明配合物比较稳定。4.2.3缓冲溶液用量的选择固定果糖2mL和金属离子0.5mL，加入pH值一定的同一缓冲溶液1-6mL，在相同条件下测配合物吸光度，由可得最佳吸光度下缓冲溶液用量为2-4mL时吸光度都较大，且变化不大。在本实验中缓冲溶液用量定为3mL。4.3果糖溶液用量的选择固定金属溶液用量，加入已选定pH值的缓冲溶液，改变果糖用量，定容，以相应试剂为空白，在最大波长下测其吸光度，可得最大吸光度下的果糖用量。10 滨州学院学士学位设计（论文）4.4配合物组成测定连续变化法：固定缓冲溶液体积为3mL，金属离子和果糖溶液总体积为6mL，按照实验方法测定他们在最大吸收波长处的吸光度，并对果糖和金属离子的体积比作图，如图4.3和图4.4。V(果糖)/V(Zn)吸光度图4.3果糖-Zn配位比的测定V(果糖)/V(Ni)吸光度图4.4果糖-Ni配位比的测定10 滨州学院学士学位设计（论文）由图4.3、4.4可以看出，转折点均在2.0处，即Zn(NO3)2和果糖溶液的体积分别为2mL和4mL，说明配合物的组成为果糖；Zn=2：1；Ni(NO3)2和果糖溶液的体积分别为2mL和4mL，说明配合物的组成为果糖：镍=2：1。4.5配位机理分析由下式4-(l)、4-(2)可以看出，反应物果糖羰基和其3号位上C原子所连羟基在同侧，很容易与金属离子形成两个配位键，而Zn(II)和Ni(II)的配位数一般都为4，所以要生成稳定的配合物，需要两个果糖分子与二价金属离子生成四配位化合物，具体反应方程式如下式4-(l)、4-(2)所示。式4-(l)式4-(2)第五章结论与展望本文主要应用紫外分光光度法研究了果糖与锌(II)离子、镍(II)离子的配位作用。结果表明，Zn和果糖在pH=8.8的氨-氯化铵缓冲溶液中生成Zn-果糖最大配比为1:2的配合物，比较稳定。Ni和果糖在pH=8.2的氨-氯化铵缓冲溶液中生成Ni-果糖最大配比为1:2的混合配合物，形成稳定配合物所需的时间较长，但形成之后性质比较稳定。由前面叙述可知，果糖有自身所特有的生物学活性，它与以离子形态存在的金属元素结合在人体中发挥重要作用。因此，研究果糖与金属离子的配位作用有助于我们了解生命体中金属离子与糖配位的结构及作用机理，这能够为进一步揭开生命的奥秘以及临床医学的研究提供理论支持。10 滨州学院学士学位设计（论文）参考文献[1]翁桂华,马玉红,张涛,江波.应用膜技术制备高纯度低聚果糖[J].食品工业科技,2010,32(1):224-226.[2]杜芳,漆新华,徐英钊,庄源益.离子液体中树脂催化转化果糖为5-羟甲基糠醛[J].高等化学学报,2010,(3):548-552.[3]杜灿屏,刘鲁生,张恒.21世纪有机化学发展战略第一版[M].北京:化学工业出版社.2002:307-316.[4]AninditaMP.Interactionofsaccharideswithrareearthmetalions:synthesisandcharacterizationofPr(III)-andNd(III)-saccharideComplexes[J].Carbohydr.Res.,2000,328(1):103-113.[5]关怀民,童跃进.斓(III)与壳聚糖配位聚合物的形成及其催化作用[J].稀土,1997,342(18):20-23.[6]吴翌,龙腊生.稀土-果糖-高氯酸及稀土-果糖-硼酸配合物的研究[J].兰州大学学报,1998,34(1):72-76.[7]RajivPB.Transition-metalsaccharidechemistry:synthesisandcharacterizationofd-glucose,d-fructose,d-galactose,d-xylos,d-ribose,andmaltosecomplexesofNi(II)[J].CarbohydrRes,1997(297):341-346.[8]RajivPB.Metal-saccharidechemistryandbiology:saccharidecomplexesofzincandtheireffectonmetallothioneinsynthesisinmice[J].CarbohydrRes,1996,284(1):73-84.[9]张淑敏,赫春香.钼-槲皮素配合物的光度法研究[J].光谱实验室2000,17(3):334-335.[10]住相敏.甘露醇市场潜力巨大[J].中国化工信息,2003,20(1):7-9.[11]GyurcsikB,NagyL.Carbohydratesasligands:coordinationequibibriaandstructureofthemetalcomplexes[J].Coord.Chem.Rev,2000,203(1):81-149.[12]张炜.糖-金属配合物的合成及其催化活性研究[D].中国海洋大学,2004.[13]刘宗利,栾庆民,袁卫涛,杨海军.高纯度低聚果糖的生产及应用[J].山东食品发酵,2009,15(2):25-28.[14]VeverugsseSAR,DelcourJA,DondeyneP.Isolationofqueerrcation,Myricetinandtheirrespetivedihydro-compoundsbysephadexLH-20chromatography[J].Chromatogr,1985,324(3):495-499.10 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