CN110385108B - 一种手性共价有机骨架复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种手性共价有机骨架复合膜(CPAF‑1,CPAF‑2和CPAF‑3)，其具有多孔性质且能够提供若干手性识别位点。本发明还提供了所述手性共价有机骨架复合膜的制备方法。本发明通过控制反应温度合成手性共价有机骨架复合膜，其通过共价键链接而成，使分子结构网络骨架中拥有更多的手性单体，赋予其非凡的手性识别能力。另外，该手性共价有机骨架结构中官能团可以提供尺寸选择作用、氢键作用等多种作用位点，可以作为手性分离膜在手性芳香醇药物选择性吸附中的应用。

Description

一种手性共价有机骨架复合膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及分离材料，尤其是涉及一种手性共价有机骨架复合膜及其制备方法和应用。
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。目前，色谱法是一种很有吸引力的手性化合物分离技术。但是色谱法分离通量低且成本高。膜分离具有操作简单、成本低等优点。近年来，手性固膜分离技术逐渐在手性药物分离中显示出巨大的潜力。高稳定性、高表面积、多活性位点的手性膜材料的设计与合成是高性能分离的重要前提。手性多孔材料作为手性膜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)等手性多孔材料具有周期性的手性通道结构，同时可以通过骨架结构中的手性单体对其进行调整和修饰，提高手性识别能力。因此，手性多孔材料是制备手性膜的理想材料。然而，目前大多数手性MOFs(金属有机配位聚合物)材料，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膜的能力。同时，手性MOFs材料的溶剂不稳定性，会导致MOFs结构的破坏，在手性分离过程中会引入新的杂质。CCOFs具有类似MOFs的优点，同时CCOFs稳定性强。因此，这些特点使得CCOF作为手性膜材料在手性药物中间体及手性药物分离中具有实际的应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的是提供一种手性共价有机骨架复合膜，本发明的第二个目的是提供所述手性共价有机骨架复合膜的制备方法，本发明的另一目的是提供所述手性共价有机骨架复合膜在药物分离中的应用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)，具有多孔性质，且所述手性共价有机骨架提供若干手性识别位点，其骨架结构式如图1所示。
本发明还包括所述手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)的制备方法，包括下述步骤：
1)以活化处理的尼龙-6膜、三聚氯氰和碳酸钾为原料，在一定温度下反应，制备得到表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜；
2)以上一步制备的表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜基底，采用层层修饰法，然后加入碳酸钾为缚酸剂，加入一定量的三聚氯氰和手性单体S-2-甲基哌嗪/S-2,5-二甲基哌嗪/S-2-羧酸哌嗪，以无水1,4-二氧六环为溶剂在一定温度下进行反应，最后进行洗涤和干燥，即得到所述手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)。
进一步地，所述制备方法中的溶剂为无水1,4-二氧六环。
进一步地，步骤1)所述的三聚氯氰与碳酸钾质量比为0.37：0.83，反应时间为12小时，反应温度为0℃。
进一步地，步骤2)所述的三聚氯氰、碳酸钾和手性单体S-2-甲基哌嗪/S-2,5-二甲基哌嗪/S-2-羧酸哌嗪的质量比为0.37:0.83:0.3，反应时间为36小时，反应温度为90℃。
进一步地，步骤2)所述的洗涤方法为：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。
进一步地，步骤2)所述的干燥条件为：温度80℃，时间为12小时。
本发明还包括所述的手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)作为手性分离膜在手性芳香醇药物选择性吸附中的应用。
进一步地，所述的手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)的应用为在医药中间体R/S-3-氯-1-苯丙醇选择性吸附中的应用。
或者，所述的手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)的应用为在医药中间体R/S-柠檬烯选择性吸附中的应用。
本发明的优点在于通过控制反应温度，合成手性共价有机骨架复合膜，该类手性多孔材料通过共价键链接而成，分子结构网络骨架中拥有更多的手性单体，赋予其非凡的手性识别能力。同时，手性共价有机骨架复合膜中具有多孔结构可以提供更大的分离容量。
本发明合成的一种手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)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，采用本方法合成的手性共价有机骨架复合膜具有物理化学性质稳定，合成方法简便、制备成本较低、制备方法适用面较广等优点。手性共价有机骨架材料中的手性单体可以提供氢键作用、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。
具体的，本发明相对于现有技术还具有如下优点和效果：
(1)本发明的所述的手性共价有机骨架复合膜作为手性分离膜具有比表面积大，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)本发明的手性共价有机骨架复合膜可以实现对芳香醇类手性医药中间体的选择性吸附，例如R/S-3-氯-1-苯丙醇的ee值分别为7.4％，7.5％和2.7％；R/S-柠檬烯的ee值分别为15.3％、8.6％和6.0％
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是本发明手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)的骨架结构式。
图2是本发明手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)的制备流程图。
图3是本发明手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)制备中的骨架反应示意图。
图4是本发明手性共价有机骨架材料(CPAF-1(A),CPAF-2(B)和CPAF-3(C))的红外表征图。
图5是本发明手性共价有机骨架材料(CPAF-1(A),CPAF-2(B)和CPAF-3(C))的氮气吸附和孔径图。
图6是本发明手性共价有机骨架(CPAF-1(a),CPAF-2(b)和CPAF-3(c))复合膜对R/S-3-氯-1-苯丙醇选择性吸附分离色谱图。
图7是本发明手性共价有机骨架(CPAF-1(a),CPAF-2(b)和CPAF-3(c))复合膜对R/S-柠檬烯选择性吸附分离色谱图。
具体实施方式
本发明中选用的所有材料、试剂和仪器都为本领域熟知的，但不限制本发明的实施，其他本领域熟知的一些试剂和设备都可适用于本发明以下实施方式的实施。
实施例1
一种手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)的制备方法，参阅图2和图3，具体步骤如下：
第一步：制备表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜：
尼龙-6膜置于100mL烧杯中，加入40mL 0.1mol/L的盐酸溶液，在温度室温下浸泡24小时。然后水洗涤至中性。最后在加入40mL 0.1mol/L的氢氧化钠溶液中浸泡12小时，用水洗涤中性；在80℃真空干燥条件12小时，即得到活化的尼龙-6膜。
以活化处理的尼龙-6膜、三聚氯氰0.37g和碳酸钾0.83g，以无水1,4-二氧六环为溶剂在0℃条件下进行反应12小时，得到表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜。
第二步：制备手性共价有机骨架复合膜：
以上一步制备的表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜基底，采用层层修饰法进行制备。在250mL三口瓶中加入表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜，然后加入0.37g三聚氯氰、0.83g碳酸钾、和0.3g手性单体S-2-甲基哌嗪(S-2,5-二甲基哌嗪或S-2-羧酸哌嗪)，最后加入40mL无水1,4-二氧六环，超声10分钟，在反应温度为90℃氮气保护条件下反应36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，即得到所述手性共价有机骨架复合膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)。
采用FT-IR光谱仪对上述制备的手性共价有机骨架膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3)进行表征，其红外表征图如图4所示，从红外光谱(FT-IR)吸收峰可以看出，1492cm-1处为三嗪环中振动吸附峰，1520cm-1处为手性单体中哌嗪C-N吸收峰，从红外表明材料聚合成功。
采用氮气吸附-脱附测试制备的CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3材料的比表面积和孔径大小。如图5所示，其CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3比表面积分别为166.38m2/g、388.03m2/g、12m2/g，孔径分别为1.36nm、1.27nm、1.26nm。
本实施例所述的制备方法具有快速、高效、成本低、环境友好等优点。
实施例2
本发明所述的手性共价有机骨架膜作为手性分离膜在手性芳香醇药物选择性吸附中的应用
1、CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3膜对RS-3-氯-1-苯丙醇和R/S-柠檬烯的分离为例。
具体色谱方法为：
R/S-3-氯-1-苯丙醇的色谱条件：色谱柱：FLM Chiral INB(4.6×250mm,5μm)；流动相：正己烷/异丙醇(v/v＝90:10)；流速：0.7mL/min；柱温：25℃，检测波长：254nm。
R/S-柠檬烯的色谱条件：色谱柱：FLM Chiral INB(4.6×250mm,5μm)；流动相：正己烷/异丙醇(v/v＝95:5)；流速：1.0mL/min；柱温：25℃，检测波长：240nm。
2、CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3膜的分离，如图6所示，以R/S-3-氯-1-苯丙醇的选择性分离为例，具体方法：
2mL R/S-3-氯-1-苯丙醇溶液(50μg/mL)缓慢通过三种膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3膜)，其流速约为2秒/滴,过膜后的液体用HPLC法进行手性ee值鉴定。其R/S-3-氯-1-苯丙醇的ee值分别为7.4％、7.5％和2.7％。
3、CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3膜的分离，如图7所示，以R/S-柠檬烯的选择性分离为例，具体方法：
2mL R/S-柠檬烯溶液(50μg/mL)缓慢通过三种膜(CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3膜)，其流速约为2秒/滴,过膜后的液体用HPLC法进行手性ee值鉴定。其R/S-柠檬烯的ee值分别为15.3％、8.6％和6.0％。
由上可知，本发明的手性共价有机骨架复合膜中具有多孔结构，可以提供更大的分离容量，作为手性膜材料在手性药物中间体及手性药物分离中具有实际的应用价值。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变动。

Claims (6)

1.一种手性共价有机骨架复合膜的制备方法，其特征在于：
所述手性共价有机骨架复合膜具有多孔性质，且所述手性共价有机骨架提供若干手性识别位点，其骨架结构式为：
Figure FDA0003840724000000011
所述手性共价有机骨架复合膜的制备方法包括下述步骤：
1)以活化处理的尼龙-6膜、三聚氯氰和碳酸钾为原料，在一定温度下反应，制备得到表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜，其中所述三聚氯氰与所述碳酸钾的质量比为0.37：0.83，所述反应的反应时间为12小时，所述反应的反应温度为0℃；
2)以上一步制备的表面修饰三聚氯氰的尼龙-6膜为基底，采用层层修饰法，然后加入碳酸钾为缚酸剂，加入一定量的三聚氯氰和手性单体S-2-甲基哌嗪或S-2,5-二甲基哌嗪或S-2-羧酸哌嗪，以无水1,4-二氧六环为溶剂在一定温度下进行反应，最后进行洗涤和干燥，即得到所述手性共价有机骨架复合膜，所述的三聚氯氰、碳酸钾与手性单体S-2-甲基哌嗪或S-2,5-二甲基哌嗪或S-2-羧酸哌嗪的质量比为0.37:0.83:0.3，反应时间为36小时，反应温度为90℃。
2.根据权利要求1所述的手性共价有机骨架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的洗涤方法为：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。
3.根据权利要求2所述的手性共价有机骨架复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的干燥条件为：温度80℃，时间为12小时。
4.权利要求1所述的一种手性共价有机骨架复合膜的制备方法制备的手性共价有机骨架复合膜作为手性分离膜在手性芳香醇药物选择性吸附中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的手性共价有机骨架复合膜CPAF-1,CPAF-2和CPAF-3在医药中间体R或S-3-氯-1-苯丙醇选择性吸附中的应用。
6.权利要求1所述的一种手性共价有机骨架复合膜的制备方法制备的手性共价有机骨架复合膜作为手性分离膜在医药中间体R或S-柠檬烯选择性吸附中的应用。
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