磷酸胆碱是一类两性型表面活性剂，在生物领域被广泛应用。当把它的疏水部分由碳氢链段替换为含氟链段时，磷酸胆碱表面活性剂的界面性质会呈现出明显差异。将含氟链段引入到磷酸胆碱中丰富了它的种类拓展了它的应用。本工作合成了一种氟醚磷酸胆碱表面活性剂，在含氟链段中插入氧原子，使含氟链段更加多样化。对氟醚磷酸胆碱的表面活性、泡沫性能及润湿性能进行了一系列探究，实验结果表明，氟醚磷酸胆碱具有低表面张力、泡沫性能好、可在聚四氟乙烯（PTFE）上润湿等优点，是一类具有良好应用前景的表面活性剂。

引言

磷酸型化合物具有较高的生物活性被广泛应用于农业生产、卫生医疗、航天航空和日化用品中，磷酸胆碱表面活性剂作为磷酸型化合物的一种，既有两性表面活性剂的优异性能，又因其结构类似于细胞膜上的磷脂而在生物领域有重要应用。如Liu等设计了两性离子磷脂结构，它能够有利于更好的内质体逃逸，可用于器官选择性mRNA传递和CRISPR-Cas基因编辑，在基因编辑研究和治疗应用中有重要价值。而氟表面活性剂具有高表面活性、高热稳定性、高化学稳定性以及疏水和疏油的特性，被称为特种表面活性剂。将含氟表面活性剂与磷酸胆碱相结合，充分利用每个单元的结构优势，进一步提升性能。

目前基于含氟磷酸胆碱表面活性剂的研究并不多。Baba小组设计合成了一系列氟磷酸胆碱表面活性剂（图1a）并研究了它们的表界面性质以及氟化程度对这些性质的影响，同时探究了氟磷酸胆碱对膜蛋白的增溶能力，实验结果表明氟磷酸胆碱对多种蛋白膜都不溶解，可以保持其中脂质/蛋白质组装体的结构不被破坏，表现出低侵入性，是一种可处理膜蛋白的温和的表面活性剂。Krafft小组早期证实了氟磷酸胆碱与天然蛋黄磷脂相比表现出较强的表面活性和较好的乳液稳定性，后又提出氟磷酸胆碱中含氟链段是控制磷脂行为的强大工具，例如自组装特性。Zhou小组合成了一系列氟磷酸胆碱聚合物，并对其在流体界面、涂层中的性质进行了探究。将特种表面活性剂与磷酸酯结构相结合在生命科学和医学领域具有潜在应用价值。

图1代表性磷酸胆碱和本文合成的氟醚磷酸胆碱的结构

在表面活性剂中疏水链段的组成是决定它表面性能的关键因素，研究表明氟表面活性剂中的氧原子表现出特异性。在甜菜碱型表面活性剂中保持氟碳数相同的情况下，插入的氧原子越多，表面活性剂的临界胶束浓度（cmc）就越低，同时氟醚链段中氧原子与水分子几乎没有氢键作用，因而氟醚链段中氧原子的加入会增加其疏水性；在氧化胺型表面活性剂中，氟碳链中的氧原子增加了疏水链的长度，使分子具有一定的灵活性，便于旋转，利于降低表面张力；而氟原子强的吸电子作用，使得氟醚链中的氧原子表现为缺电子，同时相邻碳上的氟原子有位阻效应，使氧原子不易接受亲电试剂的进攻，氟醚链段体现为化学惰性。

将氧原子引入到氟磷酸胆碱表面活性剂中，会对磷酸胆碱性能产生怎样的影响呢？我们设计合成了一种新型氟醚磷酸胆碱表面活性剂（图1b），考虑到长氟碳链和长氟醚链段具有生物累积性，我们选用了氟碳链为6的短链结构，并向其中插入两个氧原子，将新化合物与一个链长相近的氟磷酸胆碱表面活性剂进行对比，结果表明新型氟醚磷酸胆碱表面活性更佳。我们进一步探索了新氟醚磷酸胆碱的泡沫性能与润湿性能，结果表明氟醚磷酸胆碱的稳泡性好、可在聚四氟乙烯（PTFE）上润湿，是一类具有良好应用前景的表面活性剂。

1、实验部分

1.1试剂来源

C72-OH由三明市海斯福化工有限责任公司提供，纯度为99%;2-氯~2-氧~1,3,2-二氧磷杂环戊烷购于上海迈瑞尔生化科技有限公司；三甲胺购于上海梯希爱化成工业发展有限公司，其余试剂均为分析纯试剂。

1.2化合物的合成

1.2.1化合物C72-P的合成

将100 mL干燥的反应瓶抽换氮气3次，在氮气保护下依次加入原料C72-OH（10 g,26 mmol,1 equiv.）和超干四氢呋喃40 mL,保持冰浴，加入三乙胺（3.4 g,34 mmol,1.3 equiv.），最后缓慢滴加原料1（4.8 g,34 mmol,1.3 equiv.）。在冰浴条件下反应2 h,反应结束。过滤，收集滤液，旋转蒸发，减压蒸馏（95℃/133 Pa），最后得到无色粘稠液体8.5 g,产率70%。

1.2.2化合物C72-MPB的合成

在冰浴条件下，将化合物C72-P（5 g,10 mmol,1 equiv.）、乙腈10 mL、三甲胺的四氢呋喃溶液（10 mL,20 mmol,2 equiv.）依次加入至50 mL耐压瓶中，升温至70℃，反应48 h.反应结束，过滤取滤渣，将滤渣溶解在甲醇中，加入适量碳酸钠室温搅拌5 min,再次过滤，将滤液旋干后，粗产物通过硅胶柱快速过滤，得到白色固体9.8 g,产率90%。

1.3测试仪器及方法

表面张力的测定：使用芬兰Kibron公司表界面张力仪进行测定，测试方法为Du-Noüy法，精度：优于0.1mN/m，温度为25℃。

泡沫性能的测定：使用KRÜSS公司的泡沫分析仪，型号DFA100,测试方法为鼓泡法，分别配制1 g/L和2 g/L浓度的C72-MPB水溶液，测量其泡沫高度、泡沫中液体含量随时间的变化。

接触角测定：使用液滴分析仪，配制1 g/L浓度的C72-MPB水溶液，用微量进样器取2μL溶液注射于PTFE表面，观察其接触角的变化（在0——60 s之间），重复测量3次，取平均值。

等电点测定：使用Malvern ZETA电位测量仪，型号ZEN3600.配制1 g/L浓度的C72-MPB水溶液，将溶液调节至不同pH,当Zeta电位为零时的pH值即为等电点（25℃）。

差示扫描量热测定：使用差示扫描量热仪，美国TA Instruments,型号Q2500.记录从室温下，每分钟上升10℃至300℃时样品与参比物之间的能量差。

热重分析测定：使用热重分析仪，美国TA Instruments,型号Q500.记录从室温下，每分钟上升10℃至600℃时样品的重量变化。