基本介紹
- 中文名：交聯反應
- 外文名：cross-linking reaction
- 對象：2個或者更多的分子
- 方式：相互鍵合交聯
- 鍵合：網路結構的較穩定分子
反應分類,反應類型,化學交聯,反應實例,發展現狀,
反應分類
反應類型
1.為了提高聚合物使用性能而人為進行交聯。
2.使用過程中的老化交聯。
化學交聯
合成體型聚合物的方法主要有兩大類。一是從單體出發合成。例如用鏈式聚合反應合成離子交換樹脂的三維網狀骨架苯乙烯與二乙烯基苯共聚物等；二是先合成線型或支鏈型預聚物然後進行交聯反應，交聯的方式可以是化學交聯也可以是物理交聯，如橡膠的硫化、不飽和聚酯通過鏈式聚合反應的固化、環氧樹脂與固化劑的反應、皮革的鞣製過程（蛋白質與甲醛作用）等都屬於化學交聯；利用光、熱和輻射也能使線形聚合物產生交聯，聚乙烯輻射交聯就是其中一例，屬於物理交聯。線形聚合物經過適度交聯，在力學強度、彈性、尺寸穩定性、耐溶劑性或化學穩定性等方面均有改善，所以交聯反應常被用於聚合物的改性。
反應實例
交聯反應廣泛運用於高聚物合成，如塑膠、樹脂、橡膠等合成和改性過程中。
塑膠單體縮聚時，先產生支鏈，而後將交聯成體型結構。這類縮聚過程稱做體型縮聚。已經交聯了的體型聚合物不溶、不熔、尺寸穩定，不能再模塑成型。而線型或支鏈型階段，則可熔融塑化，受熱後，潛在官能團進一步交聯而固化，這種聚合物稱做熱固性聚合物。
由於交聯反應的特殊性，熱固性聚合物生產—般分兩階段進行：第一階段先製成聚合不完全的預聚物，預聚物一般是線型或支鏈型低聚物，分子量約500～5000，可以是液體或固體；第二階段是預聚物的成型固化，預聚物在加熱和加壓條件下，開始時仍有流動能力，可以充滿模腔，經交聯反應後，即成固定形狀的製品。
醇酸樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂等製造的工業塗料和汽車漆中，自乾型的塗料、油漆一般都是由於樹脂中的線性分子與空氣中的氧直接發生氧化交聯反應，使漆膜成型乾燥，固定下來。雙組份塗料、油漆一般需要加入固化劑而使熱固性樹脂成型。固化劑又可稱為交聯劑。
發展現狀
根據基因論的觀點，如果生物的基因分子一成不變，那么生物的表型也應該是固定不變的，可是，自然界中各種生物的表型並不完全固定，而是隨分化、發育時間和年齡增長發生規律性變化。例如：人的頭髮有規律地由黑變白；各種各樣的生物組織、細胞總是隨著自身年齡的增長出現不同分化程度至衰老所表現出來的表型變化。生物組織為什麼會隨著年齡增長逐漸地變得堅韌和老態?人的頭髮為什麼會變白?這些不可逆的功能消減和表型變化以往認為只是基因活性強弱的動態調控而沒有強調分子間結構自然變化的觀點是不能說明問題的。根據俄國A.M.布特列洛夫的化學結構理論，上述現象無疑地是生物分子發生進行性結構變化的結果，表明生命物質在整個生命過程中發生著一定規律性的自然的化學變化。這種思考是引申為多種生命現象的一個新見解的出發點，這個新見解就稱為“生物分子自然交聯學說”，以下簡稱“交聯說”。
所謂交聯，是指生物分子活潑基團之間相互作用引起的化學結合和分子聯結。筆者認為:就化學活性而言，生物體是一個遠未達成化學平衡的化學體系，體系中各生物分子具有大量的活潑基團，它們必然相互作用發生化學反應，使生物分子緩慢交聯以趨向化學的穩定，隨著時間推移交聯程度不斷增加，生物分子的活潑基團不斷消耗減少，原有的分子結構和分子間架構逐漸改變。這種改變的不斷積累無疑地使生物組織逐漸變得堅韌和老態，同時會使生物基因的表達產生兩方面的變化:一方面可能會表達出活性程度不同乃至作用徹底改變的基因產物;另一方面還會影響RNA聚合酶的識別結合從而降低其轉錄活性，表現出基因的活性有規律有次序地逐漸降低和喪失，從而使生物及其細胞、組織發生進行性和規律性的表型變化乃至衰老和死亡。筆者認為，這種機制是基因調控和細胞分化的分子基礎，是細胞和生物衰老的根本原因。
根據以上的思考，交聯說的基本觀點是：
（1）各種生物分子不是一成不變而是隨著時間推移按一定的自然模式進行性自然交聯;
（3）進行性自然交聯導致基因有序失活，從而使細胞按特定模式生長、分化，使生物體表現出程式化和模式化的生長、發育、衰老和死亡的動態變化歷程。
這些觀點同Driesch-Morgan和Caplan-ordahl的基因分化理論進行比較，它不是單純地從全面抑制到分別激活或從全面激活到分別抑制，而是吸取多種學說的精華用分子交聯失活的自然運動觀對各種生命現象做出統一的解釋。
生物自然交聯例證
交聯說的基本觀點是生物分子隨著時間的推移進行性地自然交聯。證明了這一點，也就證明了生物分子自然交聯學說。所謂進行性自然交聯，應該是生物組織的鍵能不斷增加的動態過程，這樣，就同一組織同一細胞而言，越是年老則分子間的化學鍵交聯就越多鍵能也越高;從生物活性來講隨著自然交聯的推進，生物分子的化學結構總會受到影響，活潑基團也會消耗減少，那么生命物質的生物活性在生命進程中應表現出逐漸消減的效應。證明了這些現象的存在，也就證明了自然交聯說。
1.生物組織的鍵能隨年齡增長而增加的例證 《分子遺傳學》寫道：“膠原的衰老是因為膠原分子隨時間的推移將發生進行性的交聯鍵合，於是膠原長度縮短，變得堅韌，失去澎潤能力結構晶體化，動物運動活力減退顯出老態” 可見，分子交聯在理論上早有認同;事實上分子交聯的實例在我們身邊到處可見，譬如從年幼到年老的進程中，各種動植物組織堅韌程度的逐漸增加;細胞核染色質由疏鬆、均勻和細緻逐漸地變得粗糙、緻密和凝縮，在細胞的生命後期，細胞核的許多區域完全異染色質化，體積也明顯縮小就是很好的例子 。這說明從年幼到年老的過程中，生物組織乃至生物細胞中生物分子之間的鍵能不斷增加，因為只有鍵能即分子間作用力增加才能使原本柔嫩的生物組織變得堅韌，才能使原本疏鬆的染色質逐漸聚集而固縮，而分子間作用力增加是生物分子自然交聯的外在表現。
2.生物活性逐漸消減的例證 生物活性逐漸消減的例子很多，譬如動物細胞隨著時間推移不斷分化，逐漸喪失全能性，這是早已證明眾所周知的事實。這種在一般情況下難以回復到全能狀態的分化，說明自然環境中細胞及其生物分子的生物活性隨著時間推移而消減。再如人類毛髮的變化，眾所周知隨著年齡增長，人的頭髮會逐漸地由黑變白而難以回復，黑髮和白髮的不同點主要是白髮不含黑色素，這表明合成毛髮色素的基因在有關細胞中隨著年齡增長逐漸喪失活性。另外，細胞和生物組織的衰老本身就是生物活性逐漸消減的表現。這說明生物組織的生物活性逐漸消減乃至喪失是客觀存在的是普遍的。以上形態的、質感以及生物活性的規律性變化從不同角度證實了生命物質進行性自然交聯的客觀存在，這些事實及其辯證關係是交聯說正確的明證。
生物分子交聯的動力
在自然界，真核細胞染色體DNA總是與組蛋白結合在一起 。這說明DNA與組蛋白分子之間有一種自發地交聯的能力，這種能力來源於生物分子固有的化學活性是分子交聯的內動力;其次許多外因可以改變生物分子的化學活性，其中主要有化學藥物、高能輻射和自由基等等。譬如電離輻射，它的能量可使任何生物分子中的某些外圍的電子脫離而丟失，從而使這些原子成為帶正電荷的正離子，擊出的電子被另外原子捕獲而成為帶負電荷的負離子。這些正負離子的產生可增加生物分子的化學活性促進交聯，是分子交聯的外動力。這種解釋與原始生物分子起源於非生物分子，簡單分子在自然條件下可以結合成生物大分子的生命起源和進化理論是吻合的 。
生物細胞分化和失活
前面談到由於分子交聯，基因會逐漸失活。根據有機化學可知，分子交聯速度決定於各分子的化學活性、架構以及環境化學的影響，不同DNA分子化學活性的差異，使基因失活具有了特定的先後次序;這種次序在一定條件下還會受環境化學影響而改變成另外一種或幾種失活次序。基因按不同次序失活的細胞，各階段活性基因的組合不同，這就是細胞分化。細胞按一定方向和一定種類分化是基因與生物體環境相互作用按一定次序交聯失活的結果。當細胞在自身遺傳因素或其他如化學藥物、病毒、大劑量高能輻射的作用下，基因原有的失活次序會受到干擾而改變，如果這種改變使某些必需基因提前失活便會產生對機體有害的影響而發生疾病，如愛滋病和許多分子病都可以用這種觀點來解釋。我們認為腫瘤的起源是抑制細胞增殖的基因比促進細胞增殖的基因先失活的結果，認為這兩類基因是高等生物基因的正常組分。在正常的自然交聯模式中，總是促進細胞增殖的基因比抑制細胞增殖的基因先失活，這種正常次序使細胞在分化的同時表現出分裂增殖逐漸減慢直至停止的效應。如果這種次序倒過來，則促進增殖的基因失去應有拮抗使相應細胞呈現出過度的生長和增殖，過度的生長和增殖破壞了細胞的發育模式和正常的形態特徵，出現腫瘤的表型產生致癌作用。根據這種見解，抗癌基因的缺失或喪失原有功能的突變具有相同的生物學效應，這是 致癌因素多元化的內在原因。
在高等生物中，細胞內基因DNA按不同次序交聯失活，是為細胞分化，這樣循序漸進，失活分子必然全部取代活性分子並發生相應的表型變化，是為細胞衰老，衰老導致死亡。這是分子交聯與細胞分化、衰老死亡的內在聯繫。在自然界，高等生物細胞都會逐漸地衰老和死亡;而大多數單細胞原核生物具有無止盡地分裂和增殖的無限生命力，可謂“不老的生物”。這兩種不同的生命現象用過去的理論是難以解釋的。根據交聯說的原理，生物細胞的壽命與其分裂增殖的速度可能有一定的關聯，因為在一定的自然環境中每種生物分子的交聯速度是一定的，如果細胞不分裂或者分裂緩慢，那么交聯失活的分子就不能有效地分散和稀釋而在細胞中積累使其比值逐漸增高，結果使細胞分化，衰老和死亡。當細胞分裂增殖的速度快過分子交聯失活的積累速度時，交聯失活的分子被細胞分裂有效地分散在各子細胞中，失活分子的比值就永遠不會增加，細胞也就永遠保持原有的生命活力而不衰老。自然界的大多數單細胞原核生物具有高速分裂增殖的特性，這是它們不具備有性生殖能力仍能永遠延續的必要條件。就高等真核細胞而言，因生物分子含量高，單位時間內交聯失活的生物分子很多，只有在一定的條件下，當真核細胞的分裂速度達到一定高度使細胞內失活分子的比例始終保持在某一限度以下時，細胞生命才能表現出無限地延長的特徵，例如幾種永久性瘤細胞株（HeLa，Land-Schutz及Jijoye）已經繁殖了許多年而沒有生命延緩的證據。遺憾的是這種高速分裂雖然延長了細胞生命，但它損害了真核細胞中生物分子的交在線上制及其自然模式，阻斷了細胞的分化和成熟，反而會導致嚴重問題使生物體壽命縮短。分化是趨向衰老和死亡的過程，“分化”和“永恆”是一對不可調和的矛盾，它揭示了具有高度細胞分化的生物個體是不可能永久地存活的。種的延續必須由特殊的過程來完成。
生物分子交聯學說重要性
生物分子的自然交聯是一種自然運動，它與其它的物質運動具有相同的一面。在自然界，各種無機物總是以相對穩定的形式存在，這種穩定形式就象天體運動一樣，是遵循一定的自然規律經過漫長的相互作用和演化達成某種平衡而穩定的一種狀態。這種狀態和現象的普遍性說明各種物質都具有使自身與環境達成平衡而穩定的一種趨勢，生物分子的自然交聯就是這一趨勢在有機生物界的反映。每個生物體都是一個複雜的化學體系，體系中各生物分子都含有大量的化學性質活潑的基團，是一種不穩定的因素，它們必然相互作用以趨向化學的平衡和穩定，這就使生物分子自身以及分子之間發生進行性自然交聯，這種自然交聯是生物分子趨向化學平衡和穩定的一種自然變化，是物質運動的一種形式，在這種運動過程中，各種生物分子的生物活性也伴隨其分子和分子間結構的逐漸變化而變化，從而表現出細胞分化、生物衰老等一系列表型變化現象和規律。 分子交聯是生命過程中自然的重要的化學變化，它與其他的自然規律協同作用參與整個生命過程，構成完整的生命科學體系。根據這個原理，可以研製藥物和設計試驗來探討延緩生命衰老以及防治某些疾病的基本方法。雖然在現有的條件下用分子交聯的方法人為地改變基因失活的先後次序來重塑生物還十分困難，但用這一方法來改變生物的某些表型以及預防、治療某些疾病還是可以預期的;雖然在生理承受能力下在現有的科學水平將生物分子的交聯限制在一定程度還不可能，但用減慢自然交聯的速度來延緩衰老還是切實可行的和大有希望的;實驗診斷方面，我們可以檢測生物組織的分子交聯度來推算生物組織的生理年齡。因此，我們認為對這一課題的研究有必要使用先進的科技手段，進行必要的科學試驗，以便更早地確立一個完整的理論體系使其向更加正確和更加完善的方向發展並最終服務於人類。
