吳夢欣，馬建中，，呂斌，張文博，田振華

(1.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 中國輕工業(yè)皮革清潔生產(chǎn)重點(diǎn)實驗室，陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710021；3.陜西科技大學(xué) 前沿科學(xué)與技術(shù)轉(zhuǎn)移研究院，陜西 西安 710021)

Mannich反應(yīng)是20世紀(jì)初發(fā)展起來的重要的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，此反應(yīng)的命名源于對它進(jìn)行了系統(tǒng)且深入研究的德國化學(xué)家Carl Ulvich Franz Mannich。Mannich反應(yīng)最初的定義為在酸催化下，甲醛、胺(氨)與含有活潑α-氫的化合物發(fā)生三組分縮合，脫水得到β-氨甲基類化合物(Mannich堿)。后來人們對Mannich反應(yīng)的范圍進(jìn)行了擴(kuò)展，把含有活潑氫的化合物(酸組分)與各種醛(醛組分)、胺(氨)或亞胺(胺組分)的縮合反應(yīng)都稱之為Mannich反應(yīng)(圖1)。由下式可以看出Mannich堿是由次甲基(亞甲基)將酸組分和胺組分連接起來的分子，使得Mannich堿具有許多特殊的性能而應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。

圖1 Mannich反應(yīng)Fig.1 Mannich reaction

Mannich反應(yīng)的實質(zhì)是酸組分上的活潑氫被氨甲基取代，得到β-氨甲基化合物，反應(yīng)一般包含三個組分，即含活潑氫的酸組分、醛組分和胺組分，其中酸組分可以是含酮基、酚基、酰胺基、磷酸基等的化合物；醛組分最早為甲醛，后來人們也采用其他醛如乙醛、丁醛、糠醛、苯甲醛、乙二醛、戊二醛等來進(jìn)行Mannich反應(yīng)；胺組分的親核性要略大于含活潑氫的酸組分，伯胺(氨)或仲胺都含有氫原子，均可發(fā)生Mannich反應(yīng)，但伯胺(氨)上的氫原子不止一個，使得反應(yīng)更加復(fù)雜且產(chǎn)物不均一，為了得到單一的產(chǎn)物常采用仲胺，常用的仲胺有二甲胺、二乙胺、二乙醇胺以及各種類型的氨基酸等。Mannich反應(yīng)是一種重要的有機(jī)合成反應(yīng)，同時也廣泛應(yīng)用于改性高分子材料，本文主要介紹其在改性乙烯基聚合物、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)的相關(guān)應(yīng)用。

1 Mannich反應(yīng)改性乙烯基類聚合物

乙烯基類聚合物是由丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸等單體經(jīng)聚合而成的一類水溶性高分子，該類聚合物通常為陰離子型，在實際應(yīng)用中存在一些不足，如在皮革生產(chǎn)中產(chǎn)生“敗色”效應(yīng)，使用時受pH值限制，在吸附、脫色過程中不能有效去除帶負(fù)電荷的微粒，受共存鹽影響較大等。因此采用合理的分子設(shè)計對其進(jìn)行改性，制備含陽離子基團(tuán)的乙烯基類聚合物是非常有必要的。

含陽離子基團(tuán)的乙烯基類聚合物的制備方法主要有兩種，一是陽離子單體與陰離子單體直接聚合，二是在乙烯基類聚合物上引入陽離子基團(tuán)。所述第一種方法陽離子單體的選擇范圍較窄，且價格昂貴，合成的聚合物分子量難以控制，且穩(wěn)定性差，因此不利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。在乙烯基類聚合物上引入陽離子基團(tuán)采用最多的方法是通過Mannich反應(yīng)引入陽離子基團(tuán)，該方法反應(yīng)條件溫和，操作簡單，所得到的兩性的聚合物各性能均比較優(yōu)異，經(jīng)濟(jì)效益高，因而所合成的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于皮革、造紙、油田、水處理、日用化工等領(lǐng)域中。

1.1 乙烯基類聚合物的Mannich反應(yīng)研究

乙烯基聚合物的Mannich反應(yīng)機(jī)理已經(jīng)有相關(guān)報道，其主要圍繞乙烯基類聚合物上的丙烯酰胺單元及丙烯酸單元的Mannich反應(yīng)開展。

Mcdonald C J[1]采用13C NMR研究了堿催化下甲醛、二甲胺與聚丙烯酰胺的Mannich反應(yīng)，研究了此反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)及反應(yīng)機(jī)理，指出此Mannich反應(yīng)產(chǎn)物的形成服從二級反應(yīng)的動力學(xué)規(guī)律，即與聚酰胺及甲醛與二甲胺快速形成的中間體——二甲胺基甲醇的濃度有關(guān)(圖2)，當(dāng)加入1 mol過量的二甲胺時，Mannich縮合產(chǎn)物減少，可說明該反應(yīng)是一個可逆的過程。

席雁生等[2]在研究聚丙烯酰胺的Mannich反應(yīng)過程中發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)期間可從反應(yīng)混合物中分離出羥甲基聚丙烯酰胺，因此對Mcdonald提出的聚丙烯酰胺的Mannich反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了修正(圖3)，提出反應(yīng)為三級反應(yīng)，并通過考察反應(yīng)動力學(xué)指出了導(dǎo)致聚合物凝膠化現(xiàn)象的原因：當(dāng)反應(yīng)過程中聚合物分子鏈上羥甲基濃度高于一定值后，會發(fā)生羥甲基間或羥甲基與酰胺基間的脫水而使分子交聯(lián)，最終可能達(dá)到聚合物的凝膠點(diǎn)。

圖3 修正的聚丙烯酰胺的Mannich反應(yīng)中間體生成方程式Fig.3 Modified equation for Mannich reactionintermediates of polyacrylamide

乙烯基類聚合物中的酰胺基團(tuán)上的氮原子受?；挠绊懀由系奈垂灿秒娮訉﹄x域，使得氮上的氫易以質(zhì)子的形式被奪取，因此可作為Mannich反應(yīng)的酸組分進(jìn)行Mannich反應(yīng)。而乙烯基類聚合物中的羧基具有吸電誘導(dǎo)效應(yīng)，使得其ɑ-H具有一定的酸性發(fā)生Mannich反應(yīng)，但其酸性較差，因此鮮見報道。馬建中[3]研究了甲醛、二乙胺與丙烯酸均聚物羧基ɑ-H的Mannich反應(yīng)，采用NMR、FTIR、DSC等對產(chǎn)物進(jìn)行表征，結(jié)果表明通過Mannich反應(yīng)能成功地在丙烯酸均聚物分子側(cè)基上引入叔胺基團(tuán)，即在適宜條件下，丙烯酸均聚物中羧基ɑ-H具有足夠活性發(fā)生Mannich反應(yīng)(圖4)。并指出酸組分與胺組分的親核能力與反應(yīng)介質(zhì)的pH值有關(guān)，因此每一個Mannich反應(yīng)均有一個適宜的反應(yīng)pH值。

圖4 聚丙烯酸的Mannich反應(yīng)[3]Fig.4 Mannich reaction of polyacrylamide

1.2 在制革中的應(yīng)用

在制革中乙烯基聚合物的Mannich反應(yīng)常發(fā)生在丙烯酰胺單元上，但也有少量關(guān)于丙烯酸單元上的Mannich反應(yīng)，改性后的乙烯基聚合物可用作鞣劑、復(fù)鞣劑和染色助劑。

Otto G[4]是較早研究丙烯酰胺聚合物鞣劑的Mannich反應(yīng)的研究人員之一，他們利用Mannich反應(yīng)改性聚丙烯酰胺制備了一系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可用作鞣劑、填充劑、染色助劑等使用。

沈一丁等[5]以硫酸化蓖麻油及乙烯基單體合成共聚物，以甲醛和二甲胺為原料通過Mannich反應(yīng)制備出了兩性丙烯酸樹脂乳液，將其用于皮革復(fù)鞣劑可避免以往丙烯酸樹脂復(fù)鞣劑著色不飽滿和不均勻的缺點(diǎn)。

筆者所在課題組[6-7]采用自由基引發(fā)、溶液聚合法合成聚合物基體，之后采用Mannich反應(yīng)引入陽離子基團(tuán)，制備出了兩性丙烯酸復(fù)鞣劑ARA和MTA，其中ARA復(fù)鞣劑具有很好的耐光性，適合制作淺色革或白色革，將其用于鉻鞣革的復(fù)鞣時可完全或部分代替鉻鞣劑，且不會影響陰離子型染料對坯革的著色性；MTA因其分子中含有多種活性基團(tuán)，因此是一種多功能復(fù)鞣劑，可用于皮革生產(chǎn)過程中的預(yù)鞣、復(fù)鞣、填充，可達(dá)到助鞣、吸鉻、選擇填充、吸油、助染等多種效果。

此外，筆者所在課題組[8]通過對改性的丙烯酸樹脂的NMR、FTIR分析證明共聚物結(jié)構(gòu)中羧基α-H具有足夠的活性發(fā)生Mannich反應(yīng)，通過合理的分子設(shè)計在丙烯酸樹脂分子側(cè)基上引入叔胺基團(tuán)，制備一種新型兩性丙烯酸樹脂復(fù)鞣劑，應(yīng)用于山羊皮服裝革可有效減少“敗色”現(xiàn)象，此反應(yīng)對于皮革化學(xué)品及其他精細(xì)化學(xué)品的合成、開發(fā)與應(yīng)用具有廣闊的前景。

筆者所在課題組[9]還采用Mannich反應(yīng)將單寧酸接枝到乙烯基類聚合物中，合成了一種單寧酸改性的乙烯基聚合物鞣劑，將其結(jié)合2%鉻粉鞣制綿羊酸皮可明顯提高坯革的收縮溫度和物理機(jī)械性能，可實現(xiàn)降低鉻污染及減少鉻用量的目的。

1.3 在造紙中的應(yīng)用

經(jīng)Mannich反應(yīng)改性的聚丙烯酰胺類聚合物用作造紙工業(yè)的助留劑可表現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用性能。Lu S J等[10]采用氧化-還原自由基引發(fā)、反相乳液聚合法合成不同分子量和電荷含量的丙烯酰胺和丙烯酸鈉的共聚物，再向體系中加入二甲胺和甲醛經(jīng)Mannich反應(yīng)對該陰離子型的聚合物進(jìn)行陽離子化改性，應(yīng)用于造紙加工中填料的助留劑，具有令人滿意的助留效果。欒春剛等[11]直接以聚丙烯酰胺、二甲胺和甲醛為原料制得一種陽離子型聚丙烯酰胺的造紙助劑，并將其應(yīng)用于植物纖維和石膏纖維的混合造紙過程中，使紙張具有更好的物理機(jī)械性能。

與上述不同的是，陳夫山等[12]采用甲醛、二甲胺和聚丙烯酸-丙烯酰胺通過Mannich反應(yīng)制得叔胺型兩性共聚物，再用硫酸二甲酯季銨化得到季銨化的兩性共聚物，應(yīng)用于抄紙過程的助留助濾劑，季銨化的兩性共聚物與叔胺型兩性共聚物相比陽電荷顯著增加，因此其在酸性、中性和堿性條件下均表現(xiàn)出很好的助留作用。

此外，張光華等[13]利用Mannich反應(yīng)原理，以酸性溶液中顯陽離子性的殼聚糖為胺組分，陰離子的聚丙烯酰胺為堿組分，甲醛為醛組分通過Mannich反應(yīng)形成一種具有強(qiáng)陽離子-弱陰離子的兩性聚合物，將其用于造紙增強(qiáng)劑具有優(yōu)異的增強(qiáng)效果。

1.4 在水處理中的應(yīng)用

聚丙烯酰胺是普遍采用的絮凝劑，但由于其在水中溶解度小、分散性較差，采用Mannich反應(yīng)在酰胺基上接入親水性的叔胺基團(tuán)以提高其在水中的溶解度。Pelton R H[14]以14C標(biāo)記的甲醛、乙二胺及聚丙烯酰胺為原料通過Mannich反應(yīng)制備了一種陽離子聚丙烯酰胺，并用硫酸二甲酯季銨化，最終產(chǎn)物中同時含有叔胺型和季胺型陽離子聚丙烯酰胺，采用透析法對產(chǎn)物進(jìn)行分離純化，可作為一種有效的絮凝劑。

后有學(xué)者[15]發(fā)現(xiàn)Mannich反應(yīng)所使用的胺多為二甲胺，而其他一些低烷基鏈的胺在理論上也可發(fā)生該反應(yīng)，卻少見報道，因此其選用二乙胺、N，N-甲基乙基胺、乙二胺、N，N-二甲基丙二胺、N-甲基對二氮己烷參與Mannich反應(yīng)，對所得產(chǎn)品進(jìn)行絮凝實驗并進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明隨著烷基鏈的增加絮凝速度及效果有所提高。Song H等[16-17]首先進(jìn)行淀粉接枝聚丙烯酰胺得到一種陰離子型聚合物，然后通過加入二甲胺和甲醛發(fā)生Mannich反應(yīng)得到一種兩性聚合物絮凝劑，應(yīng)用實驗表明，兩性淀粉接枝聚丙烯酰胺處理工業(yè)廢水的效果明顯優(yōu)于其他類型的聚丙烯酰胺絮凝劑。叔胺型陽離子性不是很明顯，因此其又以丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化銨和淀粉為單體，采用自由基共聚合成三元接枝共聚物，接著進(jìn)行Mannich反應(yīng)，制備出一種分子鏈上同時含有叔胺和季胺基團(tuán)的淀粉基強(qiáng)陽離子型高分子聚合物，其可高效去除油田廢水中的油和固體懸浮物，應(yīng)用于油田廢水處理前景廣闊。

1.5 在油田中的應(yīng)用

常用的聚丙烯酰胺類驅(qū)油劑會部分水解產(chǎn)生羧基基團(tuán)，羧基與無機(jī)鹽產(chǎn)生中和作用，導(dǎo)致聚丙烯酰胺類驅(qū)油劑抗鹽性差，因此采用Mannich反應(yīng)可降低丙烯酰胺的水解，進(jìn)而提高丙烯酰胺類聚合物驅(qū)油劑的增粘和抗鹽能力。

茍紹華等[18]首先合成丙烯酰胺和N-羥甲基丙烯酰胺的二元共聚物，再以甲醛和二甲胺為原料對其進(jìn)行Mannich改性，Mannich反應(yīng)的實質(zhì)是酰胺上的氫被氨甲基取代，因此可降低酰胺的水解活性，檢測結(jié)果表明所制備的聚合物Mannich堿驅(qū)油劑的增粘和抗鹽能力均有所提高。

黃偉等[19]采用具有增粘作用的脂肪族碳五石油樹脂和丙烯酰胺通過自由基聚合制備二元共聚物，再經(jīng)Mannich反應(yīng)制備一種疏水性的聚合物Mannich堿，其具有較好的增粘、耐溫和耐鹽性，可用于三次采油的驅(qū)油劑。

1.6 其他應(yīng)用

Mannich反應(yīng)改性的乙烯基聚合物除以上應(yīng)用外，近年來也有了其他的應(yīng)用研究。α-烯烴磺酸鈉具有優(yōu)良的起泡和抗硬水性能，但當(dāng)水中的電解質(zhì)達(dá)到一定含量時，磺酸基與Ca2+等陽離子結(jié)合產(chǎn)生沉淀，影響其起泡及穩(wěn)泡能力。徐亞霞等[20]采用α-烯烴磺酸鈉、丙烯酰胺、甲醛和幾種仲胺為主要原料，通過共聚和Mannich反應(yīng)，制得改性的α-烯烴磺酸鈉，所得產(chǎn)物有望作為氣田抗高鹽泡排劑使用。

El-hamshary H等[21]先對淀粉進(jìn)行接枝改性合成淀粉接枝聚丙烯酰胺，再對其進(jìn)行Mannich改性，采用不同的試劑進(jìn)一步季銨化得到一種可生物降解的陽離子水凝膠，其具有很好的吸水性能并且可生物降解，有望用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2 Mannich反應(yīng)改性木質(zhì)素

木質(zhì)素是一類具有大量羥基的天然聚合物，其組成單元有三種，包括對香豆醇、松柏醇、芥子醇。木質(zhì)素是由高度取代的苯丙烷單元以碳碳鍵和醚鍵等形式的鍵隨機(jī)連接而成的具有三維空間結(jié)構(gòu)的生物大分子。在木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)單元中，苯環(huán)上酚羥基的鄰位和對位以及側(cè)鏈羰基的α位上的氫原子較活潑，容易與醛和胺發(fā)生Mannich反應(yīng)生成木素胺，此反應(yīng)為木質(zhì)素的改性開拓了新領(lǐng)域。因Mannich反應(yīng)在木質(zhì)素中引入的胺基團(tuán)在酸性條件下發(fā)生離子化而產(chǎn)生正電荷，使木質(zhì)素具有高的親水性，且能保持高的分子鏈，因此是一個極具潛力的改性方法。

早在1955年Gabriel W E等[22]采用甲醛和二級胺與未磺化的木質(zhì)素進(jìn)行Mannich反應(yīng)，制備了一種新型水溶性木素胺，將其應(yīng)用于皮革鞣劑中具有很好的鞣性，自此開啟了這一領(lǐng)域研究工作的熱潮。

2.1 在吸附金屬離子中的應(yīng)用

由于木質(zhì)素的三維網(wǎng)狀和非線性結(jié)構(gòu)，使得其在溶液中不會解卷并纏繞大顆粒形成穩(wěn)定的絮凝物，將其直接用于重金屬離子吸附時吸附容量非常低，通常低于10 mg/g，因此采用Mannich反應(yīng)對其進(jìn)行改性，胺的接枝使其具有線性部分，有利于其發(fā)揮吸附作用，同時引入的堿性胺基可與酸性金屬離子進(jìn)行螯合提高其吸附容量。

Ge Y Y等[23]采用甲醛和甲胺對堿木質(zhì)素進(jìn)行Mannich反應(yīng)改性，所制備的Mannich堿作為生物吸附劑應(yīng)用于水溶液中鉛離子的去除，其對Pb2+的吸附容量可達(dá)堿性木質(zhì)素的4.2倍，但其在低pH值下吸附效果不理想。為了提高木質(zhì)素基吸附劑應(yīng)用的pH范圍，該研究者[24]在對木質(zhì)素進(jìn)行Mannich反應(yīng)改性的基礎(chǔ)上，再對其進(jìn)行磺甲基化，其pH值在3.0～8.0之間對Pb2+均具有較高的吸附去除效率，達(dá)74.0%以上。

Luo X G等[25]首先采用甲醛和三亞甲基四胺對木質(zhì)素進(jìn)行Mannich反應(yīng)改性，使其帶上胺基，隨后通過胺基的螯合作用在胺化木質(zhì)素上引入Fe3+(圖5)，制備一種高效去除低濃度磷酸鹽的木質(zhì)素基吸附劑，去除率高達(dá)90%以上，并且該吸附劑可部分回收利用。

圖5 Fe-復(fù)合木質(zhì)素吸附劑的合成路線[25]Fig.5 Synthetic route of Fe-composite lignin adsorbent

2.2 在復(fù)合材料中的應(yīng)用

由于木質(zhì)素是一種可緩慢完全降解的天然高分子材料，因此可用于可溶性氮肥緩釋的載體。Li W Z[26]采用Mannich反應(yīng)對木質(zhì)素進(jìn)行改性，后應(yīng)用于尿素的緩釋載體，實驗結(jié)果顯示Mannich反應(yīng)改性的木質(zhì)素與尿素有更強(qiáng)的相互作用，且對尿素的擴(kuò)散常數(shù)更低，因此Mannich反應(yīng)改性的木質(zhì)素更有利于用于農(nóng)業(yè)中尿素肥料緩釋的載體。

未改性的木質(zhì)素作為一種陰離子表面活性劑，將其用作減水劑所產(chǎn)生的氣泡非常大且不均勻，這不利于砂漿的保水，為了滿足木質(zhì)素可作為砂漿外加劑的應(yīng)用需求，必須要對其進(jìn)行改性以提高其引氣性能。Zheng D F等[27]以甲醛、乙二胺和造紙黑液中的木質(zhì)素為原料，通過Mannich反應(yīng)合成一種帶有胺基的木質(zhì)素表面活性劑，將其用于預(yù)濕拌砂漿的外加劑，保水率可達(dá)89.1%，且小的摻合量可提高硬化砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度，因此胺化木質(zhì)素是一種卓越的砂漿外加劑。

Zhou W P等[28]首先對堿木質(zhì)素進(jìn)行羥基化處理，增加了木質(zhì)素中酚羥基的含量，接著通過加入二亞甲基三胺和甲醛使羥基化的木質(zhì)素發(fā)生Mannich反應(yīng)而引入胺基，該產(chǎn)品用于聚氨酯薄膜的生產(chǎn)可顯著提高其拉伸強(qiáng)度，同時熱穩(wěn)定性能也有所改善。Liu J等[29]采用木質(zhì)素胺對水性聚氨酯進(jìn)行改性以增強(qiáng)水性聚氨酯的抗老化性能和力學(xué)性能，該木質(zhì)素胺采用木質(zhì)素、甲醛和二亞乙基三胺經(jīng)Mannich反應(yīng)合成。

Mendis G P等[30]將木質(zhì)素進(jìn)行水解和Mannich反應(yīng)改性，將其用于環(huán)氧樹脂中，作為一種綠色環(huán)?？沙掷m(xù)的固化劑。

Yue X等[31]采用堿木質(zhì)素為原料，通過Mannich反應(yīng)，以甲醛和二乙烯三胺對其進(jìn)行氨甲基化，將制備的陽離子木素胺用于聚氯乙烯/木粉復(fù)合材料之間的界面改性劑，發(fā)現(xiàn)以木素胺處理過的木粉不但不影響所制備的復(fù)合材料的力學(xué)性能，還可以降低復(fù)合材料的吸水率，并推測了其對復(fù)合材料的界面改性機(jī)理(圖6)。

圖6 木素胺對聚氯乙烯/木粉復(fù)合材料的改性機(jī)理[31]Fig.6 Modification mechanism of lignin amine onPVC/wood flour composites

除此之外，Mannich改性木素胺還有許多其他方面的應(yīng)用，如用作絮凝劑[32]、橡膠粘合劑[33]、瀝青的乳化劑[34]等。

3 Mannich反應(yīng)改性蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是由氨基酸以“脫水縮合”的方式組成的多肽鏈經(jīng)過盤曲折疊形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的天然有機(jī)大分子。蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾是通過化學(xué)試劑對蛋白質(zhì)肽鏈上的特定活性基團(tuán)進(jìn)行改性，使部分肽鍵斷裂或引入各種功能基團(tuán)，包括對氨基酸殘基的?；⑷ヵ０?、磷酸化、糖基化、水解以及氧化等，通過新基團(tuán)的引入而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、凈電荷、疏水性等，從而改善其功能性質(zhì)。

蠶絲纖維是一種由18種α-氨基酸經(jīng)一定排列順序組成的天然高分子，由其所制成的織品手感柔軟，光澤柔和，穿著舒適，吸、放濕性好，既保暖又散熱等，因此備受廣大消費(fèi)者的青睞。然而其也有一些缺點(diǎn)，如耐光穩(wěn)定性差，易褪色等，因此為了克服這些不足需要對其進(jìn)行化學(xué)改性。在構(gòu)成蠶絲纖維的氨基酸中，酪氨酸具有酚式的結(jié)構(gòu)[35]，不但含量較高，而且大多分布在纖維的非晶區(qū)域內(nèi)，容易實現(xiàn)其化學(xué)改性。

Joshi N S等[36]發(fā)現(xiàn)通過Mannich反應(yīng)可以高選擇性地將芳胺類物質(zhì)與酪氨酸酚羥基通過共價鍵連接在一起，實現(xiàn)蠶絲的功能化改性。因此可以借助Mannich反應(yīng)通過醛類的橋接作用將芳伯胺染料染到蠶絲織物上，這種染色方法以共價鍵的形式將染料和蠶絲連接在一起，具有較高的染色牢度。李鑫等[37]用具有芳伯胺結(jié)構(gòu)的酸性染料和甲醛通過Mannich反應(yīng)對蠶絲進(jìn)行染色，并探討了Mannich染色法的最佳工藝，并證明了Mannich法染色蠶絲的有效性。范素菊等[38]選用商品染料酸性綠20、酸性棕4和甲醛通過Mannich反應(yīng)上染蠶絲纖維，將染色后的蠶絲織物進(jìn)行堿性水解，并且采用酪氨酸作為蠶絲的模擬物，與染料和甲醛進(jìn)行Mannich反應(yīng)，對堿性水解液和模擬產(chǎn)物進(jìn)行液質(zhì)分析對比，驗證了芳伯胺染料與蠶絲纖維中酪氨酸殘基以共價鍵的形式結(jié)合在一起。白銀路等[39]用毒性低于甲醛的其他醛與C.I.酸性綠20通過Mannich反應(yīng)上染蠶絲纖維，實驗結(jié)果表明選用丙酮醛作為醛組分代替甲醛染色效果較好，解決了Mannich染色法中甲醛污染問題。

鄭旭等[40]首先合成含有芳伯胺基團(tuán)的紫外線吸收劑和受阻胺光穩(wěn)定劑，并將其通過Mannich反應(yīng)接枝到蠶絲酪氨酸殘基，提高了蠶絲的耐光穩(wěn)定性。

Wang C W等[41]通過Mannich氨甲基化反應(yīng)在明膠分子鏈上引入磺酸基側(cè)鏈，成功制備了一種新型的水泥分散劑，該分散劑具有較好的分散能力且可生物降解。

4 Mannich反應(yīng)對其它聚合物的改性

Zhang X Y[42]首次提出采用多聚甲醛、四臂-聚乙二醇-胺基(PEG)和含酚羥基的聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料(PhE)經(jīng)Mannich反應(yīng)制備具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光活性的PEG-PhE熒光聚合物納米粒子(FPNs)，該材料具有優(yōu)異的熒光發(fā)射性能，水分散性良好以及低生物毒性，因此有望用于生物醫(yī)學(xué)成像。

Budnyak T M等[43]以甲醛為交聯(lián)劑，采用Mannich反應(yīng)將殼聚糖固定在二氧化硅的表面，得到殼聚糖二氧化硅復(fù)合材料，研究表明其對V5+、Mo6+、Cr6+具有很好的吸附性能。

Unlu C H等[44]在堿性水溶液中采用木聚糖、甲醛和二甲胺經(jīng)Mannich反應(yīng)制備一種陽離子表面活性劑，胺基的引入賦予木聚糖新的性能，如成膜性能和抑菌性，有望用于藥物載體或抗菌劑。

陳晨曉等[45]以明膠作為氮源，亞磷酸為含有活潑氫的化合物，與乙二醛發(fā)生Mannich反應(yīng)，將亞磷酸基團(tuán)引入到明膠分子的氨基上，從而制備出明膠蛋白磷-氮阻燃劑(圖7)。實驗結(jié)果表明，明膠蛋白類阻燃劑應(yīng)用于一般的非耐久性整理，表現(xiàn)出了較好的阻燃性。

5 展望

廣大研究者對Mannich反應(yīng)已有大量研究，其研究領(lǐng)域與應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，發(fā)展前景廣闊。筆者認(rèn)為Mannich反應(yīng)改性高分子材料將有以下幾個研究重點(diǎn)。

首先，采用Mannich反應(yīng)對乙烯基聚合物進(jìn)行改性的過程中，研究者主要關(guān)注丙烯酰胺單元上的Mannich反應(yīng)，而有學(xué)者證明丙烯酸聚合物上羧基α-H也具有弱的Mannich反應(yīng)活性，因此在利用Mannich反應(yīng)提高高分子材料的性能之外，采用現(xiàn)有的新技術(shù)手段對反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行研究是非常有必要，如采用實時在線FTIR反應(yīng)分析技術(shù)跟蹤關(guān)鍵反應(yīng)組分和過渡組分的濃度變化，從而理解Mannich反應(yīng)機(jī)理，并通過分子模擬進(jìn)行理論驗證，對于實現(xiàn)材料的可控制備具有非常重要的意義。其次，由于Mannich反應(yīng)的普遍性，其亦可作為將納米粒子與高分子材料交聯(lián)起來的手段。最后，自Mannich反應(yīng)提出到現(xiàn)在，采用Mannich反應(yīng)改性高分子材料的過程中醛組分通常采用甲醛，其反應(yīng)活性高且分子結(jié)構(gòu)簡單，使其易于發(fā)生Mannich反應(yīng)，但其危害極大，為了清潔生產(chǎn)及環(huán)保應(yīng)用，開發(fā)其他安全性更高的醛(如戊二醛、乙二醛等)代替甲醛作為Mannich反應(yīng)的醛組分進(jìn)行Mannich反應(yīng)勢在必行。但由于其他醛的反應(yīng)活性相比于甲醛較弱，使得Mannich反應(yīng)的效率降低，因此如何平衡醛的安全性與反應(yīng)效率的關(guān)系將是接下來的研究熱點(diǎn)。