论文总字数：20137字

摘 要

本课题利用分子模拟技术，建立了姜黄素的酮-烯醇互变异构体和纤维素的三元结构模型。并对两种互变异构单体对纤维素上染后的分子间作用力类型以及姜黄素单体在碱性条件下发生变色反应的过程进行了模拟。根据计算结果，上染后姜黄的主要成分姜黄素与纤维素分子之间结合的作用力主要基于范德华力和氢键，且姜黄的烯醇式结构更易与纤维素结合。此外，对姜黄素在碱性条件下结构变化的模拟实验指出，姜黄素苯环上的酚羟基在游离OH^-的作用下产生了电离现象，通过将模拟所得结构的UV-vis谱图与姜黄素实测UV-vis谱图进行比较，证实了由电离所引发的结构变化是产生变色现象的原因。以上成果为我们了解姜黄素上染棉织物机理，以及对姜黄素显色机理的研究提供了理论数据参考。

关键词：姜黄素 棉织物 分子模拟 分子间作用力 量化计算

Dyeing mechanism of natural dye turmeric on cotton fabric

Abstract

The ternary structure model of keto-enol tautomer of curcumin and cellulose was established in this paper by molecular simulation technology. The types of intermolecular forces of cellulose after dyeing by two tautomeric monomers and the process of color change reaction of curcumin monomer under alkaline conditions were simulated. According to the calculation results, the binding force between curcumin and cellulose molecules, which is the main component of turmeric after dyeing, is mainly based on van der Waals force and hydrogen bonding, and the enol structure of turmeric is more easily combined with cellulose. In addition, the simulation experiment on the structural change of curcumin under alkaline conditions indicated that the phenolic hydroxyl group on the curcumin benzene ring produced ionization under the action of free OH^-, by using the UV-vis spectrum of the simulated structure with curcumin A comparison of the UV-vis spectra confirmed that the structural change caused by ionization is responsible for the discoloration phenomenon. The above results will provide us with further theoretical data reference for the mechanism of curcumin dyeing cotton fabrics and the study of the coloration mechanism of curcumin.

Key words: curcumin; cotton fabric; molecular simulation; intermolecular force;

quantum chemical calculation.

目 录

摘要

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 姜黄素

1.2.1 姜黄素性质

1.2.2 姜黄素的研究状况

1.3 超分子化学概述

1.3.1 超分子化学

1.3.2 超分子化学在姜黄染色中的应用

1.4 分子模拟

1.4.1 模型化学简介

1.4.2 分子模拟技术的应用

1.4.3 分子模拟技术对本课题的意义

1.5 课题研究方法的使用意义

1.6 课题的研究思路

第二章 分子模拟研究

2.1 材料的选用

2.2 计算方法

2.3 计算内容

第三章 结果与分析

3.1 Gaussian09模拟反应所需单体

3.1.1 纤维素模拟计算

3.1.2 酮式姜黄素模拟计算

3.1.3 烯醇式姜黄素模拟计算

3.2 Gaussian09模拟姜黄直接染色过程

3.2.1 酮式姜黄素与纤维素结合

3.2.2 烯醇式姜黄素与纤维素结合

3.3 Gaussian09模拟姜黄在碱性条件下变化机理

3.4 实验结果讨论

4.1 结论

4.2 展望

4.2.1 今后分子模拟技术的发展

4.2.2 姜黄素对纤维素上染的研究

4.2.3 姜黄素受pH值影响的性质的应用

参考文献

致谢

第一章 文献综述

1.1 引言

现今人类生产和生活中所应用的染料主要分为天然染料和化学染料两大类，这两种染料分别有不同的特性与性能，在不同的应用领域发挥着不同的作用。因为人类在每个历史时期对于染料的功能需求和制取染料的科技水平的存在差异，所以在不同的历史时期中人们对染料种类的选择标准各有不同。

在化学染料开始大量发展的19世纪以前，人类所使用的染料主要是来源为天然植物的天然染料。但随着化学合成技术的发展，原料为天然植物的天然染料因为其色系少、上染复现性较差和产量不能满足人们的需求等缺陷，逐步被化学合成染料取代。时间进入到21世纪，随着世界经济的不断发展，人们生活水平的日益提高，人们对于日用产品的健康性、环保性、安全性等要求越来越高。经医学研究表明，许多现今被广泛使用的化学染料均会在一定的条件下生成致癌物质，同时在化学染料的生产过程对环境造成的严重污染也在进一步地促使人们寻找现有的化学染料的替代品。在这种情况下拥有无毒、无害、生物降解性好等优点的天然染料又从重新被人们所重视和发展。

姜黄素近年来被国内外学者在食品、医药和纺织等领域进行了大量的研究。作为被大量使用的天然染料之一，对姜黄素的上染机理和物质性质进行更为深入的研究有助于我们更好地对姜黄素加以利用。

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