CN102585113B

CN102585113B - 一种定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法及应用

Info

Publication number: CN102585113B
Application number: CN2012100509506A
Authority: CN
Inventors: 宓怀风; 杨倩; 王影
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: CN102585113A

Abstract

一种定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法，采用进行过双键修饰的200-400目的大孔氨甲基树脂微球作为载体，并选用甲基丙烯酸为单体，2-甲基环戊醇为模板或4-乙烯基吡啶为单体，5,6,7,8-四氢-2-萘酚为模板合成两种分子印迹聚合物。本发明的优点是：1）采用了表面印迹技术制备的分子印迹聚合物具有特异性识别的特点，选择性的吸附需保护的官能团；2）能够对相同化学环境的活性基团进行非共价保护，实用性强，用于在保护官能团进行定向有机化学反应中，能够有效地保护官能团，目标产物的纯度可达到100%；3）制备的分子印迹聚合物作为保护基团可以重复使用，可降低反应成本，很适合于在生产过程中推广。

Description

一种定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法及应用

【技术领域】

本发明属于分子印迹聚合物的合成及其应用技术领域，特别是一种定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法及应用。

【背景技术】

分子印迹技术的核心是制备分子印迹聚合物。所谓分子印迹聚合物，就是利用分子印迹技术制备的对模板分子具有特异识别性和高度选择性的高分子聚合物。分子印迹聚合物制备的原理是在溶剂中依靠模板分子与功能单体之间的共价或者非共价作用形成模板分子的衍生物或复合物，然后用交联剂交联聚合制备得到高分子聚合物。在抽提除去模板分子之后，聚合物的骨架中就留下了与模板分子在空间结构、尺寸大小、结合位点互补的空穴，从而对模板分子具有特异识别性能。

分子印迹技术在科研和生产中的切实可行的应用一直是这个领域的研究者十分关注的一个问题。其中有用原子转移自由基聚合的方法，参见：Wang H-J,Zho W-Hu,Yin X-F,et al.J.Am.Chem.Soc.,2006,128:15954-15955，制备模板分子印迹聚合纳米通道模，用于分离化学物质；Voicu等，参见：Voicu R,Faid K,Farah AA,et al.Langmuir,2007,23:5452-5458，发展了一种不同于传统三维识别的具有单向性的二维识别分子印迹新技术，具有更高的灵敏性；制备直径在200-400纳米之间的印迹微球的表面积要比微米级的分子印迹微球大得多，这样可以增大吸附量，参见：Piacham T,Nantasenamat C,Suksrichavalit T,et al.Molecules,2009,14：2985-3002；表面印迹法制得的介质使印迹识别位点处在颗粒的表面(或表层)，克服了包埋法印迹分子利用率低、印迹分子洗脱困难、介质内部扩散阻力大、介质形态不规则等缺点。其优点是可利用粒子的机械稳定性调节粒子本身性能以适应不同的印迹需要。我们课题组在前期的工作中创建了一种用克隆蛋白质作为模板合成分子印迹聚合物提取天然蛋白质的新技术，参见：申请专利号200610013329.7，公开号CN1844174，本专利中我们将进一步开发分子印迹技术在科研和生产领域中的应用，利用分子印迹聚合物保护官能团进行定向有机化学反应。

当某一含有两个以上活性官能团的有机化合物中的某一官能团要进行定向有机化学反应时，需要将另外几个活性官能团进行选择性化学保护。这种保护可以达到选择性反应、合成目的产物、构建预期的立体结构等目的。但是这种选择性保护一般是相当复杂的，有时要从头或从中间体出发合成官能团保护的反应物。本专利中我们选择与该有机化合物类似，并仅含有其中需被保护的官能团的有机分子作为模板，利用表面印迹技术，合成分子印迹聚合物，反应物分子将被吸附在分子印迹聚合物上进行有机化学反应。由于需保护的官能团被定向吸附在分子印迹聚合物表面，得到屏蔽，从而在化学反应过程中被保护。

【发明内容】

本发明目的是针对上述技术分析，提供一种定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法及应用，该制备方法采用表面印迹技术，合成的分子印迹聚合物具有特异性识别的特点，选择性的吸附需保护的官能团，使之在化学反应过程中被保护，工艺简单、易于实施，可应用于定向保护有机合成中的官能团。

本发明的技术方案：

一种定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法，步骤如下：

1）室温下取200-400目大孔氨甲基树脂微球作为载体，加入浓度为20mM、体积比为3:17、PH为6.1的Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲液中溶胀1小时；

2）在4℃温度下，以Na₂HPO₄-NaH₂PO₄PH为6.1的缓冲液为溶剂，加入缩合剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、活化剂N-羟基硫代琥珀酰亚胺和甲基丙烯酸混合搅拌1小时，得到反应溶液；

3）将溶胀后的大孔氨甲基树脂微球加入上述反应溶液中，室温反应16小时，抽滤后真空干燥24小时，即得双键修饰后的大孔氨甲基树脂微球载体；

4）将上述制备的双键修饰的大孔氨甲基树脂微球载体分散于乙腈中，分别加入模板、单体和乙二醇二甲基丙烯酸酯，室温氮气保护下组装反应2小时，然后加入偶氮二异丁腈，60℃下交联反应24小时，用体积比为9:1的甲醇与醋酸混合液洗涤树脂球至模板洗脱干净，并将制得物过渡到乙腈相中，该制得物即为保护官能团的分子印迹聚合物。

所述大孔氨甲基树脂微球与Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲液的用量比为25g/200mL。

所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基硫代琥珀酰亚胺、甲基丙烯酸与Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲液的用量摩尔比为3:6:2.5:8。

所述大孔氨甲基树脂微球载体与乙腈的用量比为25g/400mL。

所述模板为2-甲基环戊醇，单体为甲基丙烯酸，2-甲基环戊醇、甲基丙烯酸与乙二醇二甲基丙烯酸酯的摩尔比为1:4:20。

所述模板为5,6,7,8-四氢-2-萘酚，单体为4-乙烯基吡啶，5,6,7,8-四氢-2-萘酚、4-乙烯基吡啶与乙二醇二甲基丙烯酸酯的摩尔比为1:4:32。

所述大孔氨甲基树脂微球载体与偶氮二异丁腈的用量比为25g/200㎎。

一种所述定向保护官能团的分子印迹聚合物的应用，用于在保护官能团进行定向有机化学反应中，方法如下：

1）室温下，将制备的分子印迹聚合物放入β-雌二醇的乙腈溶液中，吸附24小时，然后转移到乙腈中，得到吸附β-雌二醇的混合液；

2）0℃下在上述吸附β-雌二醇的混合液中依次加入4-二甲氨基吡啶（DMAP）、三乙胺和二苯基次磷酰氯，并在0℃下搅拌30分钟，然后25℃下反应18小时，依次用乙腈洗涤3次，每次100mL，再用体积比为9:1甲醇和醋酸的混合液洗涤，每次100mL，直至在281nm下的吸光值接近于零，将上述洗涤印迹聚合物得到的甲醇和醋酸的混合洗涤液混合在一起，旋蒸除去甲醇，用饱和碳酸钠溶液中和醋酸，然后用乙酸乙酯进行萃取，有机相用无水硫酸镁干燥并进行旋蒸，将所得产物室温下真空干燥24小时，得到产物β-雌二醇的3位磷酸酯和17位磷酸酯；

3）用³¹PNMR和¹HNMR检测上述产物的纯度，再取产物溶于乙酸乙酯溶剂中，浓度为20㎎/mL，然后在正己烷溶剂中进行扩散，得到单晶，用X射线单晶衍射法对产物进行结构测试。

所述4-二甲氨基吡啶（DMAP）与吸附的β-雌二醇摩尔比为5:1，三乙胺与吸附的β-雌二醇摩尔比为3:1，二苯基次磷酰氯与吸附的β-雌二醇摩尔比为3:1。

该分子印迹聚合物在有机合成中，能够有效地保护官能团，目标产物的纯度可达到100%。

本发明的优点和积极效果：

本发明不同于其它官能团保护的方法，其一引入了分子印迹技术，本发明中的分子印迹技术采用了表面印迹技术，合成的分子印迹聚合物具有特异性识别的特点，选择性的吸附需保护的官能团，使之在化学反应过程中被保护，这种方法可以简化合成步骤，甚至可以研制一些用传统保护方法难以得到的新化合物；其二本发明使用和目标分子结构相似但只含有需保护的官能团的有机分子为模板，能更加有效的保护官能团；其三本发明中对被保护基团使用的是非共价保护方法；其四本发明制备的分子印迹聚合物作为保护基团可以重复使用，可降低反应成本，很适合于生产过程。

【附图说明】

图1是β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的³¹PNMR谱图，其中：A图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C17羟基后进行反应所得产物的³¹PNMR图；B图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C3羟基后进行反应所得产物的³¹PNMR谱图；C图是游离态下β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的³¹PNMR谱图和二苯基次磷酰氯的³¹PNMR谱图。

图2是用分子印迹聚合物保护的β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的¹HNMR谱图，其中：A图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C17羟基后得到的3-磷酸酯的¹HNMR谱图；B图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C3羟基后得到的17-磷酸酯的¹HNMR谱图。

图3是用分子印迹聚合物保护的β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的晶体结构图，其中：A图是3-磷酸酯的晶体结构图；B图是17-磷酸酯的晶体结构图。

【具体实施方式】

实施例：

1）取200-400目大孔氨甲基树脂微球25g，在体积比为3:17、浓度为20mM、PH为6.1的200mL Na₂HPO₄-NaH₂PO₄的缓冲液中溶胀1小时；

2）将5.114mL甲基丙烯酸、13.80g1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和16.57g N-羟基硫代琥珀酰亚胺在体积比为3:17、浓度为20mM、PH为6.1的200mL Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲液中于4℃下进行搅拌1小时；

3）向上述反应体系中加入溶胀后的大孔氨甲基树脂微球，室温反应16小时，使得微球上的氨基接枝上甲基丙烯酰基，之后抽滤，真空干燥24小时，即得双键修饰后的大孔氨甲基树脂微球载体，产物通过红外进行测试，结果在1741cm^-1处出现了羰基的伸缩振动峰，说明大孔氨甲基树脂微球载体已被双键化修饰；

4）、分子印迹聚合物的制备：将第一步制备的经过双键修饰的大孔氨甲基树脂微球载体分散于300mL乙腈中，分别加入摩尔比为1:4:20的模板2-甲基环戊醇218uL、单体甲基丙烯酸675uL、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯7.54mL或摩尔比为1:4:32的模板5,6,7,8-四氢-2-萘酚300㎎，单体4-乙烯基吡啶862uL，交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯12.21mL。室温氮气保护下进行组装2小时，加入引发剂偶氮二异丁腈200㎎，反应单体和偶氮二异丁腈摩尔比为10:3，磁力搅拌，60℃下交联反应24小时，反应结束后，先离心去掉上清，用体积比为9:1的甲醇与醋酸混合溶液洗涤树脂球至模板洗脱干净，并过渡到乙腈相中，得到两种分子印迹聚合物。

该分子印迹聚合物在保护官能团进行定向有机化学反应中的应用，方法是：

1）室温下，取98㎎β-雌二醇溶于300mL乙腈中，将上述分子印迹聚合物分别加入到体系中，吸附24小时；

2）吸附β-雌二醇后的分子印迹聚合物转移到300mL乙腈中，0℃下依次加入与吸附的β-雌二醇摩尔比为5:1的DMAP168mg、3:1的三乙胺120ul、3:1的二苯基次磷酰氯158ul或摩尔比为5:1的DMAP146㎎、3:1的三乙胺104ul、3:1的二苯基次磷酰氯137ul，0℃下搅拌30分钟，然后25℃下反应18小时，反应后离心除去上清。依次用乙腈洗3次，每次100mL，再用体积比为9:1甲醇和醋酸的混合液洗涤，每次100mL，直至在281nm下的吸光值接近于零，将洗涤印迹聚合物得到的甲醇和醋酸的混合洗涤液混合在一起，旋蒸除去甲醇，用饱和碳酸钠溶液中和醋酸，然后用乙酸乙酯进行萃取，有机相用无水硫酸镁干燥并进行旋蒸，将所得产物室温下真空干燥24小时，得到产物；

3）应用³¹PNMR和¹HNMR检测产物的纯度；再取产物溶于乙酸乙酯溶剂中，终浓度为20㎎/mL，然后在正己烷溶剂中进行扩散，得到单晶，用X射线单晶衍射法对其进行结构测试。结果如图1，2，3所示。

图1是β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的³¹PNMR谱图：A图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C17羟基后进行反应所得产物的³¹PNMR图。（1）反应后上清，（2）乙腈洗涤液，（3）甲醇/醋酸混合液洗涤液；B图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C3羟基后进行反应所得产物的³¹PNMR谱图。（1）反应后上清，（2）乙腈洗涤液，（3）甲醇/醋酸混合液洗涤液；C图是对照谱图。（1）二苯基次磷酰氯的³¹PNMR谱图，（2）未保护状态下β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的³¹PNMR谱图。由图可以看出，未保护状态下，出现了δp:33.113的3-磷酸酯和δp:20.085的17-磷酸酯两个峰（图C），用分子印迹聚合物保护β-雌二醇C17羟基后再进行反应，上清、乙腈洗涤液及甲醇醋酸混合液洗涤液中3-磷酸酯的比例依次为57.5%，68.0%，100%（图A），用分子印迹聚合物保护β-雌二醇C3羟基后再进行反应，上清、乙腈洗涤液及甲醇醋酸混合液洗涤液中17-磷酸酯的比例依次为86.2%，87.5%，98.2%（图B）。表明β-雌二醇被特异性的吸附到分子印迹聚合物的识别位点上，使得官能团在有机化学反应中得到保护，并且β-雌二醇进入分子印迹聚合物的空穴越深，官能团被保护的效果越好。

图2是分子印迹聚合物保护的β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的¹HNMR谱图。A图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C17羟基后得到的3-磷酸酯的¹HNMR谱图，B图是分子印迹聚合物保护β-雌二醇C3羟基后得到的17-磷酸酯的¹HNMR谱图。如图A所示，¹HNMR（DMSO-d6,400MHz）:δ0.64(3H,J=2.0Hz,d),1.061-1.379(7H,m),1.551-1.574(1H,m),1.746-1.856(3H,m),2.053-2.110(1H,J=11.4Hz,t),2.207-2.239(1H,d),2.712(2H,J=9.5,5.2Hz,dd),3.482-3.524(1H,J=8.5,t),4.447-4.519(1H,br),6.977-7.002(2H,J=10.2Hz,d),7.179-7.199(1H,J=8.4Hz,d),7.544-7.618(6H,m),7.867-7.917(4H,m)。β-雌二醇C17羟基峰存在，C3羟基峰已消失。如图B所示，¹HNMR（DMSO-d6,400MHZ）：δ0.66(3H,s),1.141-1.230(7H,m),1.684(1H,m),1.883-1.995(3H,J=12.1Hz,d),2.024(1H,m),2.159-2.179(1H,J=12.6Hz,d),2.659(2H,m),3.503-3.657(1H,J=19.2,7.6,6.4Hz,dq),7.023-7.067(2H,m),7.142-7.160(1H,J=8.7Hz,d),7.375-7.516(6H,m),7.789-7.946(4H,m)，10.062-10.067（1H,s）,C3羟基峰还存在，C17羟基峰已消失。表明用分子印迹聚合物能够保护官能团进行定向有机化学反应，得到目的产物。

图3是用分子印迹聚合物保护的β-雌二醇与二苯基次磷酰氯反应产物的晶体结构图。A图是3-磷酸酯的晶体结构图，胞长a=11.830,胞长b=14.144,胞长c=15.169；胞角alpha=90.00,胞角beta=90.00,胞角gamma=90.00。B图是17-磷酸酯的晶体结构图，胞长a=11.786,胞长b=14.087,胞长c=15.181；胞角alpha=90.00,胞角beta=90.00,胞角gamma=100.490。结果再次证明了分子印迹聚合物能够定向保护有机合成中官能团，能够得到纯的目的产物。

Claims

1.一种定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于步骤如下：

4）将上述制备的双键修饰的大孔氨甲基树脂微球载体分散于乙腈中，分别加入摩尔比为1:4:20的模板2-甲基环戊醇、单体甲基丙烯酸和交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯，或摩尔比为1:4:32的模板5,6,7,8-四氢-2-萘酚、单体4-乙烯基吡啶和交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯，室温氮气保护下组装反应2小时，然后加入偶氮二异丁腈，60℃下交联反应24小时，用体积比为9:1的甲醇与醋酸混合液洗涤树脂球至模板洗脱干净，并将制得物过渡到乙腈相中，该制得物即为保护官能团的分子印迹聚合物。

2.根据权利要求1所述定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于：所述大孔氨甲基树脂微球与Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲液的用量比为25g/200mL。

3.根据权利要求1所述定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于：所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、N-羟基硫代琥珀酰亚胺、甲基丙烯酸与Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲液的用量摩尔比为3:6:2.5:8。

4.根据权利要求1所述定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于：所述大孔氨甲基树脂微球载体与乙腈的用量比为25g/400mL。

5.根据权利要求1所述定向保护官能团的分子印迹聚合物的制备方法，其特征在于：所述大孔氨甲基树脂微球载体与偶氮二异丁腈的用量比为25g/200㎎。

6.一种如权利要求1中所述定向保护官能团的分子印迹聚合物的应用，其特征在于：用于在保护官能团进行定向有机化学反应中，方法如下：

7.根据权利要求6所述定向保护官能团的分子印迹聚合物的应用，其特征在于：所述4-二甲氨基吡啶（DMAP）与吸附的β-雌二醇摩尔比为5:1，三乙胺与吸附的β-雌二醇摩尔比为3:1，二苯基次磷酰氯与吸附的β-雌二醇摩尔比为3:1。