交联反应是指2个或者更多的分子(一般为线型分子)相互键合交联成网络结构的较稳定分子(体型分子)的反应。这种反应使线型或轻度支链型的大分子转变成三维网状结构,以此提高强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性等性能,可用于发泡或不发泡制品。
中文名:
交联反应
外文名:
cross-linking reaction
对象:
2个或者更多的分子
方式:
相互键合,交联
键合:
网络结构的较稳定分子

 目录

反应分类

1.物理交联:由氢键等物理力结合而成。
2.化学交联:由共价键结合而成

反应类型

1.为了提高聚合物使用性能而人为进行交联。
2.使用过程中的老化交联。

化学交联

合成体型聚合物的方法主要有两大类。一是从单体出发合成。例如用链式聚合反应合成离子交换树脂的三维网状骨架苯乙烯与二乙烯基苯共聚物等;二是先合成线型或支链型预聚物然后进行交联反应,交联的方式可以是化学交联也可以是物理交联,如橡胶的硫化、不饱和聚酯通过链式聚合反应的固化、环氧树脂与固化剂的反应、皮革的鞣制过程(蛋白质与甲醛作用)等都属于化学交联;利用光、热和辐射也能使线形聚合物产生交联,聚乙烯辐射交联就是其中一例,属于物理交联。线形聚合物经过适度交联,在力学强度、弹性、尺寸稳定性、耐溶剂性或化学稳定性等方面均有改善,所以交联反应常被用于聚合物的改性。

反应实例

交联反应广泛运用于高聚物合成,如塑料、树脂、橡胶等合成和改性过程中。
塑料单体缩聚时,先产生支链,而后将交联成体型结构。这类缩聚过程称做体型缩聚。已经交联了的体型聚合物不溶、不熔、尺寸稳定,不能再模塑成型。而线型或支链型阶段,则可熔融塑化,受热后,潜在官能团进一步交联而固化,这种聚合物称做热固性聚合物。
由于交联反应的特殊性,热固性聚合物生产—般分两阶段进行:第一阶段先制成聚合不完全的预聚物,预聚物一般是线型或支链型低聚物,分子量约500~5000,可以是液体或固体;第二阶段是预聚物的成型固化,预聚物在加热和加压条件下,开始时仍有流动能力,可以充满模腔,经交联反应后,即成固定形状的制品。
醇酸树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂等制造的工业涂料和汽车漆中,自干型的涂料、油漆一般都是由于树脂中的线性分子与空气中的氧直接发生氧化交联反应,使漆膜成型干燥,固定下来。双组份涂料、油漆一般需要加入固化剂而使热固性树脂成型。固化剂又可称为交联剂。

发展现状

根据基因论的观点,如果生物的基因分子一成不变,那么生物的表型也应该是固定不变的,可是,自然界中各种生物的表型并不完全固定,而是随分化、发育时间和年龄增长发生规律性变化。例如:人的头发有规律地由黑变白;各种各样的生物组织、细胞总是随着自身年龄的增长出现不同分化程度至衰老所表现出来的表型变化。生物组织为什么会随着年龄增长逐渐地变得坚韧和老态?人的头发为什么会变白?这些不可逆的功能消减和表型变化以往认为只是基因活性强弱的动态调控而没有强调分子间结构自然变化的观点是不能说明问题的。根据俄国A.M.布特列洛夫的化学结构理论,上述现象无疑地是生物分子发生进行性结构变化的结果,表明生命物质在整个生命过程中发生着一定规律性的自然的化学变化。这种思考是引申为多种生命现象的一个新见解的出发点,这个新见解就称为“生物分子自然交联学说”,以下简称“交联说”。
所谓交联,是指生物分子活泼基团之间相互作用引起的化学结合和分子联结。笔者认为:就化学活性而言,生物体是一个远未达成化学平衡的化学体系,体系中各生物分子具有大量的活泼基团,它们必然相互作用发生化学反应,使生物分子缓慢交联以趋向化学的稳定,随着时间推移交联程度不断增加,生物分子的活泼基团不断消耗减少,原有的分子结构和分子间架构逐渐改变。这种改变的不断积累无疑地使生物组织逐渐变得坚韧和老态,同时会使生物基因的表达产生两方面的变化:一方面可能会表达出活性程度不同乃至作用彻底改变的基因产物;另一方面还会影响RNA聚合酶的识别结合从而降低其转录活性,表现出基因的活性有规律有次序地逐渐降低和丧失,从而使生物及其细胞、组织发生进行性和规律性的表型变化乃至衰老和死亡。笔者认为,这种机制是基因调控和细胞分化的分子基础,是细胞和生物衰老的根本原因
根据以上的思考,交联说的基本观点是:
(1)各种生物分子不是一成不变而是随着时间推移按一定的自然模式进行性自然交联;
(2)进行性的自然交联使生物分子缓慢联结,分子间键能不断增加,逐渐高分子化,溶解度和澎润能力逐渐降低和丧失,使生物组织,细胞逐渐显出老态;
(3)进行性自然交联导致基因有序失活,从而使细胞按特定模式生长、分化,使生物体表现出程序化和模式化的生长、发育、衰老和死亡的动态变化历程。
这些观点同Driesch-Morgan和Caplan-ordahl的基因分化理论进行比较,它不是单纯地从全面抑制到分别激活或从全面激活到分别抑制,而是吸取多种学说的精华用分子交联失活的自然运动观对各种生命现象做出统一的解释
生物自然交联例证
交联说的基本观点是生物分子随着时间的推移进行性地自然交联。证明了这一点,也就证明了生物分子自然交联学说。所谓进行性自然交联,应该是生物组织的键能不断增加的动态过程,这样,就同一组织同一细胞而言,越是年老则分子间的化学键交联就越多键能也越高;从生物活性来讲随着自然交联的推进,生物分子的化学结构总会受到影响,活泼基团也会消耗减少,那么生命物质的生物活性在生命进程中应表现出逐渐消减的效应。证明了这些现象的存在,也就证明了自然交联说。
1.生物组织的键能随年龄增长而增加的例证 《分子遗传学》写道:“胶原的衰老是因为胶原分子随时间的推移将发生进行性的交联键合,于是胶原长度缩短,变得坚韧,失去澎润能力结构晶体化,动物运动活力减退显出老态” 可见,分子交联在理论上早有认同;事实上分子交联的实例在我们身边到处可见,譬如从年幼到年老的进程中,各种动植物组织坚韧程度的逐渐增加;细胞核染色质由疏松、均匀和细致逐渐地变得粗糙、致密和凝缩,在细胞的生命后期,细胞核的许多区域完全异染色质化,体积也明显缩小就是很好的例子 。这说明从年幼到年老的过程中,生物组织乃至生物细胞中生物分子之间的键能不断增加,因为只有键能即分子间作用力增加才能使原本柔嫩的生物组织变得坚韧,才能使原本疏松的染色质逐渐聚集而固缩,而分子间作用力增加是生物分子自然交联的外在表现。
2.生物活性逐渐消减的例证 生物活性逐渐消减的例子很多,譬如动物细胞随着时间推移不断分化,逐渐丧失全能性,这是早已证明众所周知的事实。这种在一般情况下难以回复到全能状态的分化,说明自然环境中细胞及其生物分子的生物活性随着时间推移而消减。再如人类毛发的变化,众所周知随着年龄增长,人的头发会逐渐地由黑变白而难以回复,黑发和白发的不同点主要是白发不含黑色素,这表明合成毛发色素的基因在有关细胞中随着年龄增长逐渐丧失活性。另外,细胞和生物组织的衰老本身就是生物活性逐渐消减的表现。这说明生物组织的生物活性逐渐消减乃至丧失是客观存在的是普遍的。以上形态的、质感以及生物活性的规律性变化从不同角度证实了生命物质进行性自然交联的客观存在,这些事实及其辩证关系是交联说正确的明证。
生物分子交联的动力
在自然界,真核细胞染色体DNA总是与组蛋白结合在一起 。这说明DNA与组蛋白分子之间有一种自发地交联的能力,这种能力来源于生物分子固有的化学活性是分子交联的内动力;其次许多外因可以改变生物分子的化学活性,其中主要有化学药物、高能辐射和自由基等等。譬如电离辐射,它的能量可使任何生物分子中的某些外围的电子脱离而丢失,从而使这些原子成为带正电荷的正离子,击出的电子被另外原子捕获而成为带负电荷的负离子。这些正负离子的产生可增加生物分子的化学活性促进交联,是分子交联的外动力。这种解释与原始生物分子起源于非生物分子,简单分子在自然条件下可以结合成生物大分子的生命起源和进化理论是吻合的 。
生物细胞分化和失活
前面谈到由于分子交联,基因会逐渐失活。根据有机化学可知,分子交联速度决定于各分子的化学活性、架构以及环境化学的影响,不同DNA分子化学活性的差异,使基因失活具有了特定的先后次序;这种次序在一定条件下还会受环境化学影响而改变成另外一种或几种失活次序。基因按不同次序失活的细胞,各阶段活性基因的组合不同,这就是细胞分化。细胞按一定方向和一定种类分化是基因与生物体环境相互作用按一定次序交联失活的结果。当细胞在自身遗传因素或其他如化学药物、病毒、大剂量高能辐射的作用下,基因原有的失活次序会受到干扰而改变,如果这种改变使某些必需基因提前失活便会产生对机体有害的影响而发生疾病,如艾滋病和许多分子病都可以用这种观点来解释。我们认为肿瘤的起源是抑制细胞增殖的基因比促进细胞增殖的基因先失活的结果,认为这两类基因是高等生物基因的正常组分。在正常的自然交联模式中,总是促进细胞增殖的基因比抑制细胞增殖的基因先失活,这种正常次序使细胞在分化的同时表现出分裂增殖逐渐减慢直至停止的效应。如果这种次序倒过来,则促进增殖的基因失去应有拮抗使相应细胞呈现出过度的生长和增殖,过度的生长和增殖破坏了细胞的发育模式和正常的形态特征,出现肿瘤的表型产生致癌作用。根据这种见解,抗癌基因的缺失或丧失原有功能的突变具有相同的生物学效应,这是 致癌因素多元化的内在原因。
在高等生物中,细胞内基因DNA按不同次序交联失活,是为细胞分化,这样循序渐进,失活分子必然全部取代活性分子并发生相应的表型变化,是为细胞衰老,衰老导致死亡。这是分子交联与细胞分化、衰老死亡的内在联系。在自然界,高等生物细胞都会逐渐地衰老和死亡;而大多数单细胞原核生物具有无止尽地分裂和增殖的无限生命力,可谓“不老的生物”。这两种不同的生命现象用过去的理论是难以解释的。根据交联说的原理,生物细胞的寿命与其分裂增殖的速度可能有一定的关联,因为在一定的自然环境中每种生物分子的交联速度是一定的,如果细胞不分裂或者分裂缓慢,那么交联失活的分子就不能有效地分散和稀释而在细胞中积累使其比值逐渐增高,结果使细胞分化,衰老和死亡。当细胞分裂增殖的速度快过分子交联失活的积累速度时,交联失活的分子被细胞分裂有效地分散在各子细胞中,失活分子的比值就永远不会增加,细胞也就永远保持原有的生命活力而不衰老。自然界的大多数单细胞原核生物具有高速分裂增殖的特性,这是它们不具备有性生殖能力仍能永远延续的必要条件。就高等真核细胞而言,因生物分子含量高,单位时间内交联失活的生物分子很多,只有在一定的条件下,当真核细胞的分裂速度达到一定高度使细胞内失活分子的比例始终保持在某一限度以下时,细胞生命才能表现出无限地延长的特征,例如几种永久性瘤细胞株(HeLa,Land-Schutz及Jijoye)已经繁殖了许多年而没有生命延缓的证据。遗憾的是这种高速分裂虽然延长了细胞生命,但它损害了真核细胞中生物分子的交联机制及其自然模式,阻断了细胞的分化和成熟,反而会导致严重问题使生物体寿命缩短。分化是趋向衰老和死亡的过程,“分化”和“永恒”是一对不可调和的矛盾,它揭示了具有高度细胞分化的生物个体是不可能永久地存活的。种的延续必须由特殊的过程来完成。
生物分子交联学说重要性
生物分子的自然交联是一种自然运动,它与其它的物质运动具有相同的一面。在自然界,各种无机物总是以相对稳定的形式存在,这种稳定形式就象天体运动一样,是遵循一定的自然规律经过漫长的相互作用和演化达成某种平衡而稳定的一种状态。这种状态和现象的普遍性说明各种物质都具有使自身与环境达成平衡而稳定的一种趋势,生物分子的自然交联就是这一趋势在有机生物界的反映。每个生物体都是一个复杂的化学体系,体系中各生物分子都含有大量的化学性质活泼的基团,是一种不稳定的因素,它们必然相互作用以趋向化学的平衡和稳定,这就使生物分子自身以及分子之间发生进行性自然交联,这种自然交联是生物分子趋向化学平衡和稳定的一种自然变化,是物质运动的一种形式,在这种运动过程中,各种生物分子的生物活性也伴随其分子和分子间结构的逐渐变化而变化,从而表现出细胞分化、生物衰老等一系列表型变化现象和规律。  分子交联是生命过程中自然的重要的化学变化,它与其他的自然规律协同作用参与整个生命过程,构成完整的生命科学体系。根据这个原理,可以研制药物和设计试验来探讨延缓生命衰老以及防治某些疾病的基本方法。虽然在现有的条件下用分子交联的方法人为地改变基因失活的先后次序来重塑生物还十分困难,但用这一方法来改变生物的某些表型以及预防、治疗某些疾病还是可以预期的;虽然在生理承受能力下在现有的科学水平将生物分子的交联限制在一定程度还不可能,但用减慢自然交联的速度来延缓衰老还是切实可行的和大有希望的;实验诊断方面,我们可以检测生物组织的分子交联度来推算生物组织的生理年龄。因此,我们认为对这一课题的研究有必要使用先进的科技手段,进行必要的科学试验,以便更早地确立一个完整的理论体系使其向更加正确和更加完善的方向发展并最终服务于人类。

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交联反应 - 百纯百科
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