磷酸膽堿是一類兩性型表面活性劑，在生物領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。當(dāng)把它的疏水部分由碳?xì)滏湺翁鎿Q為含氟鏈段時，磷酸膽堿表面活性劑的界面性質(zhì)會呈現(xiàn)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拓展了它的應(yīng)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，實驗結(jié)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，是一類具有良好應(yīng)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(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、衛(wèi)生醫(yī)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(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞膜上的磷脂而在生物領(lǐng)域有重要應(yīng)用。如Liu等設(shè)計了兩性離子磷脂結(jié)構(gòu)，它能夠有利于更好的內(nèi)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(yīng)用中有重要價值。而氟表面活性劑具有高表面活性、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性以及疏水和疏油的特性，被稱為特種表面活性劑。將含氟表面活性劑與磷酸膽堿相結(jié)合，充分利用每個單元的結(jié)構(gòu)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(shè)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，同時探究了氟磷酸膽堿對膜蛋白的增溶能力，實驗結(jié)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(jié)構(gòu)不被破壞，表現(xiàn)出低侵入性，是一種可處理膜蛋白的溫和的表面活性劑。Krafft小組早期證實了氟磷酸膽堿與天然蛋黃磷脂相比表現(xiàn)出較強的表面活性和較好的乳液穩(wěn)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(jié)構(gòu)相結(jié)合在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。

圖1代表性磷酸膽堿和本文合成的氟醚磷酸膽堿的結(jié)構(gòu)

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(xiàn)出特異性。在甜菜堿型表面活性劑中保持氟碳數(shù)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，同時氟醚鏈段中氧原子與水分子幾乎沒有氫鍵作用，因而氟醚鏈段中氧原子的加入會增加其疏水性；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度，使分子具有一定的靈活性，便于旋轉(zhuǎn)，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(xiàn)為缺電子，同時相鄰碳上的氟原子有位阻效應(yīng)，使氧原子不易接受親電試劑的進(jìn)攻，氟醚鏈段體現(xiàn)為化學(xué)惰性。

將氧原子引入到氟磷酸膽堿表面活性劑中，會對磷酸膽堿性能產(chǎn)生怎樣的影響呢？我們設(shè)計合成了一種新型氟醚磷酸膽堿表面活性劑（圖1b），考慮到長氟碳鏈和長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(jié)構(gòu)，并向其中插入兩個氧原子，將新化合物與一個鏈長相近的氟磷酸膽堿表面活性劑進(jìn)行對比，結(jié)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(jié)果表明氟醚磷酸膽堿的穩(wěn)泡性好、可在聚四氟乙烯（PTFE）上潤濕，是一類具有良好應(yīng)用前景的表面活性劑。

1、實驗部分

1.1試劑來源

C72-OH由三明市海斯福化工有限責(zé)任公司提供，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(yīng)瓶抽換氮氣3次，在氮氣保護(hù)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(yīng)2 h,反應(yīng)結(jié)束。過濾，收集濾液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，減壓蒸餾（95℃/133 Pa），最后得到無色粘稠液體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(yīng)48 h.反應(yīng)結(jié)束，過濾取濾渣，將濾渣溶解在甲醇中，加入適量碳酸鈉室溫攪拌5 min,再次過濾，將濾液旋干后，粗產(chǎn)物通過硅膠柱快速過濾，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，觀察其接觸角的變化（在0——60 s之間），重復(fù)測量3次，取平均值。

等電點測定：使用Malvern ZETA電位測量儀，型號ZEN3600.配制1 g/L濃度的C72-MPB水溶液，將溶液調(diào)節(jié)至不同pH,當(dāng)Zeta電位為零時的pH值即為等電點（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℃時樣品的重量變化。