CN109762080A

CN109762080A - 一种超分子手性多孔聚合物分离介质及其制备方法及应用

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Publication number: CN109762080A
Application number: CN201910091328.1A
Authority: CN
Inventors: 李攻科; 陈彦龙; 胡玉玲; 卢梓程
Original assignee: National Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University; National Sun Yat Sen University
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: CN109762080B

Abstract

本发明公开了一种超分子手性聚合物分离介质，其制备方法是在碳酸钾存在下，将环糊精与四氟对苯二甲腈单体在一定温度下反应，然后通过后修饰法引入甲基制备出超分子手性多孔聚合物吸附材料。按照上述反应通过层层修饰法制备出超分子手性多孔聚合物色谱固定相材料。采用本方法合成的手性分离介质具有合成方法简便和制备方法适用面较广等优点。多孔聚合物结构中环糊精空腔结构具有包结作用、氢键作用、主‑客体识别等多种作用位点。作为手性色谱固定相和手性吸附剂可以对一些手性物质识别与分离。该类手性分离介质对一些极性手性物质如醇类、芳香羧酸类和芳香胺具有特异性识别和保留作用力。

Description

一种超分子手性多孔聚合物分离介质及其制备方法及应用

技术领域

本发明涉及分离材料，尤其是涉及一种比表面积大、性质结构稳定的多孔聚合物手性分离介质，本发明还涉及分离介质材料的制备方法和应用。

背景技术

手性药物的分离在医药工业中占有极其重要的地位，其对映体往往表现出不同的药理和毒理性质。迄今为止，手性识别与分离仍是一个重要的技术难题。尤其是极性手性化合物的分离是最具挑战性的研究之一。色谱法是一种很有吸引力的手性化合物分离技术。高表面积、多活性位点的手性材料的设计与合成是高性能分离的重要手段。近年来，手性多孔材料作为手性吸附分离中的新一代材料受到了广泛关注。

手性金属有机骨架(CMOFs)和手性共价有机骨架(CCOFs)等手性多孔材料因其在不对称催化、吸附与分离等不同领域的潜在应用而引起了广泛的研究兴趣。它们具有周期性的手性通道结构，同时可以通过引入手性基团对其进行调整和修饰，提高手性识别能力。因此，手性多孔材料是手性分子分离的理想材料。然而，对于大多数手性MOFs材料来说，由于其在水、有机溶剂以及酸性环境中的不稳定性，极大地限制了其作为手性分离介质的能力。CCOFs固定相的主要缺点是材料的非均质性(形状不规则、亚微米尺寸、尺寸分布广泛)。此外，一些手性配体价格昂贵，CCOFs的合成可能极其复杂。一般情况下，CCOFs通常需要在高温、长时间和密封管反应的条件下合成。

与CMOFs或CCOFs等典型手性多孔材料相比，超分子多孔聚合物近年来被认为是一种有前途的多孔材料。该类材料是由功能超分子通过分子间共价键结合,在网状骨架中拥有3D空腔和π-电子作用赋予其非凡的主客体识别特性。同时，聚合物的每个分子都有较多的超分子(环糊精)空腔，这将使其在手性识别和分离方面具有很大的优势。因此，利用超分子手性多孔聚合物及其复合材料作为手性分离介质在医药行业手性药物中间体及手性药物分离中具有广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用原位合成方式制备的环境友好型MP-CDPs和MP-CDPs@SiO₂分离介质，本发明的另一目的还在于提供该分离介质的具体制备方法以及应用。以有效解决现有技术中的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)，所述超分子手性多孔聚合物包括环糊精的大环空腔结构，且所述超分子手性多孔聚合物网状骨架提供更多手性识别位点，其结构式为：

所述超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)的制备方法，包括下述步骤：

1)、以环糊精与四氟对苯二甲腈单体及碳酸钾在一定温度下反应，制备出超分子手性多孔聚合物材料(P-CDPs)；

2)、以碘甲烷为甲基化源，以上一步制备的超分子手性多孔聚合物材料(P-CDPs)为单体，采用后修饰法，然后加入NaH为催化剂，最后在四氢呋喃中进行甲基化反应得到产物，即超分子手性多孔聚合物(MP-CDPs)。

进一步地，所述步骤1)中，环糊精与四氟对苯二甲腈、碳酸钾质量比为1.0:0.50:1.50,所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；所述步骤2)中，由步骤1)所制备的超分子手性多孔聚合物(P-CDPs)与碘甲烷和NaH的质量比为0.3:0.3:0.12，所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，再用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；干燥条件为：温度80℃，时间为12小时。

本发明还提供一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs@SiO₂)，其结构式为：

所述超分子手性多孔聚合物为权利要求1所述的超分子手性多孔聚合物。

所述超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs@SiO₂)的制备方法，包括如下步骤：

1)、将氧基丙基三甲氧基硅烷修饰的二氧化硅颗粒超声分散到四氢呋喃溶液中，加入一定量的环糊精、四氟对苯二甲腈和碳酸钾，反应数小时后，制备得到二氧化硅-超分子手性多孔聚合物材料(P-CDPs@SiO₂)；

2)、将步骤1)制备的二氧化硅-超分子手性多孔聚合物材料(P-CDPs@SiO₂)颗粒超声分散于四氢呋喃中,加入一定量的碘甲烷和NaH进行甲基化反应，升温反应数小时后，对其进行洗涤、干燥处理，得到产物，即超分子手性多孔聚合物-二氧化硅分离介质(MP-CDPs@SiO₂)。

进一步地，在所述步骤1)中，氧基丙基三甲氧基硅烷修饰的二氧化硅与环糊精、四氟对苯二甲腈和碳酸钾的质量比为1.0:1.0:0.5:1.5，所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，然后用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；干燥条件为：温度80℃，时间为12小时；在所述步骤2)中，由步骤1)制得的二氧化硅-超分子多孔手性聚合物颗粒(P-CDPs@SiO₂)与碘甲烷和NaH的质量比为0.3:0.3:0.12，所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，然后用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；干燥条件为：温度80℃，时间为12小时。

本发明所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)作为吸附剂应用于手性芳香胺类药物选择性吸附。

本发明所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs@SiO₂)作为液相色谱固定相应用手性异构体分离。

本发明的优点在于采用一锅法制备超分子手性多孔聚合物分离介质，通过后修饰增强吸附剂的手性选择性。该类手性多孔材料由功能超分子环糊精与单体分子通过共价键链接而成，分子结构网络骨架中，拥有3Dπ-电子腔，赋予其非凡的主客体识别属性。同时，超分子手性多孔聚合物的每个分子都有较多的超分子(环糊精)空腔，这表明其在手性识别和分离方面具有很大的吸附容量。

本发明合成的手性分离介质(MP-CDPs和MP-CDPs@SiO₂)经红外光谱、扫描电镜和氮气吸附进行了表征。实验结果表明，采用本方法合成的超分子手性多孔聚合物分离介质具有物理化学性质稳定，合成方法简便、绿色、经济，制备成本较低、制备方法适用面较广等优点。多孔骨架材料中的超分子-环糊精具有主客体包结作用、氢键作用、π-π作用、阴离子交换等多种作用识别作用，所以对一些极性手性异构体物质如芳香醇类、芳香类酸类具有特异性识别作用。所制备的MP-CDPs手性吸附剂能够对极性手性医药中间体-苯乙胺，进行选择性吸附。因此在医药行业手性芳香胺分离中具有很大的应用前景。

具体的，本发明相对于现有技术还具有如下优点和效果：

(1)本发明的超分子手性多孔聚合物作为分离吸附剂具有比表面积大，孔径分布均匀，吸附容量大，制备原料便宜，制备条件温和，具有环境友好及可大量制备的优点。

(2)本发明的超分子手性聚合物作为固定相可以实现对芳香醇类、芳香酸类和小分子醇的手性分离。

(3)本发明首次制备超分子手性多孔聚合物吸附剂，同时将其应用于手性分离，为手性超分聚合物等手性多孔材料的制备研究提供了技术参考。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为本发明的MP-CDPs制备流程图；

图2为本发明MP-CDPs@SiO₂的制备流程图；

图3为本发明MP-CDPs分离介质的红外表征图；

图4为本发明MP-CDPs分离介质的的扫描电镜图；

图5为本发明MP-CDPs分离介质的氮气吸附和孔径图；

图6为本发明MP-CDPs@SiO₂对(a)RS-1-苯丙醇、(b)RS-3-氯-1-苯丙醇(c)RS-扁桃体酸和(d)DL-脯氨醇分离色谱图；

图7为本发明MP-CDPs吸附剂对RS-苯乙胺的圆二色谱吸附图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述

本发明提供一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)，具有如下结构式：

所述MP-CDPs和MP-CDPs@SiO₂的制备方法，请参见图1和图2，图1为本发明的MP-CDPs制备流程图；图2为本发明MP-CDPs@SiO₂的制备流程图；包括下述具体步骤：

MP-CDPs的制备：

第一步，P-CDPs的合成：

分别称取1.0g环糊精(β-CD)、0.50g四氟对苯二甲腈和1.50g碳酸钾与250mL三口瓶中,加入40mL无水四氢呋喃，超声10分钟，在反应温度为90℃氮气保护条件下反应48小时。反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，再用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；在80℃真空干燥条件12小时。

第二步，MP-CDPs的合成：

称取0.3g超分子手性多孔聚合物(P-CDPs)、0.3g碘甲烷和0.12g NaH于250mL三口瓶中，加入7mL无水四氢呋喃，回流反应时间为48小时。反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，再用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；在80℃真空干燥12小时。

MP-CDPs@SiO₂的制备：

第一步：P-CDPs@SiO₂的制备：

分别称取1.0g氧基丙基三甲氧基硅烷修饰的二氧化硅颗粒、0.5g环糊精(β-CD),1.5g四氟对苯二甲腈和碳酸钾于250mL三口瓶中，加入40mL无水四氢呋喃，在温度为90℃氮气保护条件下反应48小时。反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，再用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；在80℃真空干燥条件12小时。

第二步：MP-CDPs@SiO₂的制备：

称取0.3g超分子手性多孔聚合物硅胶颗粒(P-CDPs@SiO₂)、0.3g碘甲烷和0.12gNaH的与250mL三口瓶中，加入7mL无水四氢呋喃，回流反应时间为48小时，反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，再用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；在80℃真空干燥12小时。

本发明制备方法具有快速、高效、成本低、环境友好、可重复使用等优点。

采用FT-IR光谱仪对上述制备的MP-CDPs和MP-CDPs@SiO₂分离介质进行表征，其红外表征图如图3所示，从MP-CDPs@SiO₂的红外光谱(FT-IR)吸收峰可以看出，2240cm^-1处为四氟对苯二甲腈中腈基振动吸附峰，1030cm^-1处为环糊精中C-O-C振动吸收峰，从红外表明材料聚合成功。

采用扫描电镜(SEM)观察上述制备的MP-CDPs@SiO₂颗粒，从图4(b)扫描电镜可以看出，修饰材料后的硅胶球表面明显比未修饰的硅胶球(a)表面粗糙，证明材料被修饰到表面。

采用氮气吸附-脱附测试制备的MP-CDPs材料的比表面积和孔径大小。如图5所示，，其MP-CDPs比表面积为23.9m²g¹，孔径为

本发明所述的一种超分子多孔手性聚合物分离介质应用于手性芳香醇和芳香醇类药物的分离以及应用于手性苯乙胺的选择性吸附。

1、MP-CDPs@SiO₂分离介质作为色谱固定相对手性医药中间体分离，如图6所示，以RS-1-苯丙醇、RS-3-氯-1-苯丙醇、RS-扁桃体酸和DL-脯醇氨酸为探针分子，利用高效液相色谱进行手性拆分为例。具体色谱方法为：

RS-1-苯丙醇的色谱条件：流动相：正己烷/异丙醇(v/v＝95:5)，流速：0.6ml min^-1，柱温：30℃，检测波长：254nm。

RS-3-氯-1-苯丙醇的色谱条件：流动相：正己烷/异丙醇(v/v＝85:15)，流速：0.6mL min^-1，柱温：30℃，检测波长：254nm。

RS-扁桃酸的色谱条件：流动相：正己烷/异丙醇(v/v＝80:20)，流速：0.6ml min^-1，柱温：30℃，检测波长：254nm。

DL-脯氨醇的色谱条件：流动相：正己烷/异丙醇(v/v＝90:10)，流速：0.6ml min^-1，柱温：30℃，检测波长：220nm。

2、MP-CDPs作为吸附剂对手性芳香胺类药物吸附，如图7所示，以RS-苯乙胺的选择性吸附为例，具体方法：

30mg MP-CDPs被加到4mL R/S-苯乙胺溶液(200μg/mL)室温下超声分散10min后，用CD光谱法进行手性鉴定。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)，其特征在于：所述超分子手性多孔聚合物中含有环糊精的大环空腔结构，且所述超分子手性多孔聚合物网状骨架提供若干手性识别位点，其结构式为：

2.根据权利要求1所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

2)、以碘甲烷为甲基化源，以上一步制备的超分子手性多孔聚合物材料(P-CDPs)为单体，采用后修饰法，然后加入NaH为催化剂，对其进行洗涤、干燥处理，最后在四氢呋喃中进行甲基化反应得到产物，即超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)。

3.根据权利要求2所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)的制备方法，其特征在于：

所述步骤1)中，环糊精与四氟对苯二甲腈、碳酸钾质量比为1.0:0.50:1.50,所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；

所述步骤2)中，由步骤1)所制备的超分子手性多孔聚合物(P-CDPs)与碘甲烷和NaH的质量比为0.3:0.3:0.12，所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，再用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；干燥条件为：温度80℃，时间为12小时。

4.一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs@SiO₂)，其特征在于，其结构式为：

5.根据权利要求4所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs@SiO₂)的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)、将氧基丙基三甲氧基硅烷修饰的二氧化硅颗粒超声分散到四氢呋喃溶液中，加入一定量的环糊精、四氟对苯二甲腈和碳酸钾，反应数小时后，制备得到二氧化硅-超分子多孔手性聚合物材料(P-CDPs@SiO₂)；

2)、将步骤1)制备的二氧化硅-超分子手性多孔聚合物材料(P-CDPs@SiO₂)颗粒超声分散于四氢呋喃中,加入一定量的碘甲烷和NaH进行甲基化反应，升温反应数小时后，对其进行洗涤、干燥处理，得到产物，即超分子手性多孔聚合物(MP-CDPs@SiO₂)分离介质。

6.根据权利要求5所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs@SiO₂)的制备方法，其特征在于：

在所述步骤1)中，氧基丙基三甲氧基硅烷修饰的二氧化硅颗粒与环糊精、四氟对苯二甲腈和碳酸钾的质量比为1.0:1.0:0.5:1.5，所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，然后用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；干燥条件为：温度80℃，时间为12小时；

在所述步骤2)中，由步骤1)制得的二氧化硅-超分子手性多孔聚合物颗粒(P-CDPs@SiO₂)与碘甲烷和NaH的质量比为0.3:0.3:0.12，所用溶剂为无水四氢呋喃，反应时间为48小时，反应温度为90℃；反应完成洗涤时，先用高纯水洗涤二次，然后用乙醇洗涤二次，最后用二氯甲烷洗涤一次；干燥条件为：温度80℃，时间为12小时。

7.根据权利要求1所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs)作为吸附剂应用于手性芳香胺类药物选择性吸附。

8.根据权利要求4所述的一种超分子手性多孔聚合物分离介质(MP-CDPs@SiO₂)作为液相色谱固定相应用手性异构体的分离。