蛋白质侧基化学修饰是蛋白质材料功能化改造的有效途径，目前针对蛋白质的化学修饰方法不多且存在诸多弊端。本论文创新性地利用含芳伯胺基的化合物开展基于三组分Mannich反应的蚕丝丝素蛋白质侧基修饰方法及其机理的研究，首次将芳伯胺染料作为对蚕丝丝素蛋白质侧基的显色性修饰剂，建立了相应的可视化表征方法，以探明对蚕丝丝素蛋白质侧基进行Mannich反应修饰时的各种影响因素及其规律性，阐述芳伯胺染料结构与蚕丝丝素蛋白质侧基Mannich反应修饰的构效关系，揭示芳伯胺染料对蚕丝丝素蛋白质侧基Mannich反应修饰的机理，为创建一套基于Mannich反应的含芳伯胺基功能性化合物修饰蚕丝丝素蛋白质的方法，奠定理论基础。
　　论文的主要研究工作与结论体现在下列几个方面:
　　1.芳伯胺染料对蚕丝丝素蛋白质的Mannich反应修饰特性:为获得可视化并能便于表征蚕丝丝素蛋白质修饰的效果，采用芳伯胺染料为修饰剂、脱胶蚕丝织物作为蚕丝丝素蛋白质修饰物，通过考察Mannich反应的温度、pH和时间等因素对蚕丝丝素蛋白质修饰特性的影响，以芳伯胺染料对蚕丝织物着色深度、固着率等为主要评价指标开展各项研究工作。研究结果表明芳伯胺染料对蚕丝丝素蛋白质Mannich反应修饰的最佳条件为:反应温度30℃、pH值4.0、反应时间10h，芳伯胺染料与甲醛用量1∶3（摩尔比）。在众多醛组分中甲醛作用效果最佳，芳伯胺染料对蚕丝丝素蛋白质修饰的结合牢度很高，芳伯胺染料Mannich反应修饰对蚕丝造成的损伤极其轻微。
　　2.芳伯胺染料结构与Mannich反应显色性修饰的构效关系:通过设计、合成和筛选得到了一系列共14只芳伯胺染料，用于考察修饰剂染料结构Mannich反应修饰效果之间的构效关系。研究结果表明，当苯环上氨基取代基位于偶氮基间位和对位时，苯胺类染料都能有效地与蚕丝丝素蛋白质发生显色性修饰，产生牢固结合，且氨基在偶氮基对位时蚕丝织物的着色深度显著高于间位染料，说明Mannich反应修饰效果最佳。而当氨基位于偶氮基邻位时，修饰反应过程染料颜色消失，蚕丝上未观察到着色效果。Gauss计算证明，染料分子上氨基的Mulliken电荷数合适时，有助于达到较高的Mannich反应固色效果。对于萘胺类染料，当萘环上氨基周围无其它取代基影响时，易于发生显色性Mannich反应修饰。但是氨基与羟基邻近时，会发生分子内Mannich反应而降低修饰效率。总之，当选择芳伯胺化合物对蚕丝丝素蛋白质进行Mannich反应修饰时，该芳伯胺化合物需要满足以下结构要求:芳香环上的氨基应具有合适的亲核性能，并且氨基周围无高电子云密度中心。
　　3.芳伯胺染料对蚕丝丝素蛋白质Mannich反应修饰的机理:通过氨基酸模拟和多肽模拟两种方式，同时结合薄层色谱(TLC)和离子肼质谱法(ESI-MS)表征手段，推断了芳伯胺染料Mannich反应修饰蚕丝丝素蛋白质的反应机理。具体结果如下:通过对单氨基酸的三组分修饰实验，发现在甲醛参与下，色氨酸能够表现出显著的Mannich反应活性，而酪氨酸等其他氨基酸未表现出有Mannich反应修饰的发生。多肽模拟结果表明，多肽分子中的酪氨酸残基和色氨酸残基都可以作为芳伯胺染料Mannich反应修饰的结合位点，但是当多肽中同时存在这两种残基时，色氨酸残基优先发生芳伯胺染料的Mannich反应选择性修饰。多肽的氨基酸序列对于酪氨酸残基参与Mannich反应有显著影响。整体而言，色氨酸具备良好的Mannich反应活性，且其活性高于酪氨酸。当多肽分子中含有多个精氨酸残基时易受甲醛作用而发生交联反应，从而降低芳伯胺染料对酪氨酸残基的Mannich反应修饰效率。从而，证明了芳伯胺染料通过其芳伯胺基与蚕丝丝素蛋白质中的色氨酸残基和酪氨酸残基发生了三组分Mannich反应，形成了牢固的共价键结合的反应机理。
　　4.芳伯胺染料与甲醛的分子内Mannich反应及其应用:基于芳伯胺染料结构与Mannich反应显色性修饰的构效关系研究中，发现苯环上氨基位于偶氮基邻位的芳伯胺染料遇甲醛消色的现象，通过综合应用紫外-可见光光谱(UV-vis)、傅里叶红外(FTIR)、离子肼质谱(ESI-MS)、核磁氢谱(1H NMR)多种表征方法对消色产物进行表征和分析，使用Gauss计算得到氨基的Mulliken电荷分布，揭示了这类染料遇甲醛的消色反应机理，主要是甲醛与染料发生的分子内Mannich反应及甲醛还原作用的综合效应。最终生成苯并咪唑、邻苯二胺以及多甲基取代的含氮杂环物质，偶氮共轭发色体系被破坏而产生显著的消色现象。将这类芳伯胺染料应用于甲醛的检测指示，适宜在较高温度(90℃)弱酸性(pH为4)时进行，反应迅速且灵敏度高。该反应在甲醛指示中的工作曲线线性优良，检出限低于传统乙酰丙酮法甲醛测试方法，并且具有反应灵敏、无有机物释放、使用便捷等优点。将该方法应用于芳伯胺染料Mannich反应修饰后残液及被修饰物上甲醛残留的监控，有助于构建Mannich反应修饰中甲醛残留的消除和监测体系。
　　5.芳伯胺染料对蚕丝丝素蛋白质修饰过程中的吸附特性:染料分子对蚕丝纤维的吸附渗透性能会影响到Mannich反应的效率。研究表明，在Mannich反应修饰过程中，芳伯胺染料在蚕丝纤维上的吸附符合准二级动力学模型。芳伯胺染料在蚕丝纤维上的扩散系数随温度升高呈下降趋势，随时间的延长呈先增加后减小的趋势。通过吸附热力学研究发现，芳伯胺染料在蚕丝纤维的吸附速率和吸附量都会随着温度的提升而呈现下降趋势。对芳伯胺染料在蚕丝纤维上的吸附热力学规律的研究发现，芳伯胺染料在蚕丝纤维上的吸附热力学规律符合Langmuir模型。
　　综上所述，通过芳伯胺染料对蚕丝丝素蛋白质侧基的Mannich反应显色性修饰研究，证明设计合适的芳伯胺染料结构、选择适宜的反应条件，可以对蚕丝丝素蛋白质进行高固着牢度、高选择性的共价键合修饰，实现蚕丝丝素蛋白质的功能化。芳伯胺染料与对蚕丝丝素蛋白质侧基的Mannich反应修饰的结合位点，主要是色氨酸残基和酪氨酸残基。在设计芳伯胺修饰剂分子时，应该尽量使伯氨基具有适宜的亲核性能，并且其周围无高电子云密度中心。利用邻苯胺染料与甲醛之间的分子内Mannich反应及还原反应的消色现象，可以实现对甲醛的可视化、便捷精准检测，对于构建三组分Mannich反应蛋白质修饰、残留甲醛消除及检测的完整修饰过程具有重要意义。