CN111378147A - 一种新型手性mof材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种新型手性mof材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开新型手性MOF材料及其制备方法和应用，该材料以苯丙氨酸作为手性源，通过酰胺键与均三苯甲酸上的一个羧酸键合成新的配体，再将配体与硝酸铜在反应釜中水热反应3天，分别用蒸馏水和乙醇洗涤三次，80℃干燥后得到所述的复合材料。该材料具有特异的手性识别能力，能成功分离一些含有苯基或者π键的手性分子。这种多孔手性MOF材料成功用于气相手性化合物分离，证明其是一种有前途的新型手性固定相。

Description

一种新型手性MOF材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属有机骨架材料领域，具体涉及一种新型手性MOF合成以及在手性色谱分离的成功应用。
背景技术
目前，许多在制药领域使用的药物是手性的。在大多数情况下，只有一种对映体是药理学活性，而另一对映体可能是无用的或甚至有害的。因此，手性纯的对映药品的生产和检测是至关重要的。金属-有机骨架(MOF)是一种新类型的材料，是由金属离子和有机配体自组装的三维周期性的网络结构。这种新颖的材料具有大的比表面积，热稳定性良好和均匀的纳米孔道等特点，在许多领域，如分子识别，传感，药物释放，分离，气体储存，催化等领域应用广泛。手性材料MOF具有高的比表面积，发达的孔隙结构和可调的孔径，以及对手性化合物的选择性的特点，是发展的手性分离多孔新型材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是设计与合成一种单一手性的MOF，并成功将其应用于手性分离。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种新型手性MOF材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将0.495g L-苯丙氨酸甲酯(化合物5)与二甲基-5-(氯羰基)间苯二甲酸酯(化合物4)进行酰胺化反应，反应完成后洗涤，干燥，过滤，去除溶剂，纯化，得到纯的二甲基-5-(甲氧基羰基)苯丙氨酸-1-羰基间苯二甲酸酯(化合物6)；
(2)将二甲基-5-(甲氧基羰基)苯丙氨酸-1-羰基间苯二甲酸酯(化合物6)、甲醇、水和氢氧化钠混合均匀于50℃过夜，在冰浴下向反应后得到的溶液中加入浓盐酸，调节pH到1-2，析出沉淀，将过滤得到的沉淀物进行真空干燥，得到纯的白色固体5-((羧基(苯基)甲基)氨基甲酰基)间苯二甲酸(化合物7)；
(3)将5-((羧基(苯基)甲基)氨基甲酰基)间苯二甲酸(化合物7)和乙二胺溶解在DMF和水中，加入Cu(NO3)2 .2.5H2O，超声分散，于100℃下反应，完成后分别用水和乙醇洗涤反应产物，然后干燥，最后得到具有浅黄色的金属光泽的粉末，即为HPIAMOFs。
进一步地，所述步骤(1)具体为：将L-苯丙氨酸甲酯(化合物5)溶解在二氯甲烷中，然后在氮气和冰水浴下加入三乙胺，得到溶液1，将二甲基-5-(氯羰基)间苯二甲酸酯(化合物4)的二氯甲烷溶液缓慢滴加入溶液1中，滴加完成后，常温搅拌进行反应，反应完成后用HCl和饱和NaCl分别洗涤，干燥，过滤，并在真空除溶剂后，将残余物通过快速柱色谱纯化，色谱柱中分离相包括石油醚和乙酸乙酯，其中，石油醚：乙酸乙酯：＝1：4，得到纯的二甲基-5-(甲氧基羰基)苯丙氨酸-1-羰基间苯二甲酸酯(化合物6)。
进一步地，所述步骤(1)中的L-苯丙氨酸甲酯(化合物5)以L-苯丙氨酸为原料制备得到。
进一步地，步骤(3)中5-((羧基(苯基)甲基)氨基甲酰基)间苯二甲酸(化合物7)为35mg，Cu(NO3)2·2.5H2O为47mg；将其溶解在DMF和水中，超声5min分散，且DMF和蒸馏水的体积比为1:7。
优选地，溶液为体积比为DMF：蒸馏水＝1:7，总体积为8ml，反应温度为90℃，反应时间为3天。
所述新型手性MOF材料的制备方法制备的新型手性MOF材料，该新型手性MOF材料在色谱分离中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)过程中通过甲酯化保护均三苯甲酸上的另外两个羧酸不参与酰氯化反应，提高产品的纯度；(2)采用将L-苯丙氨酸甲酯键合到3,5-双(甲氧基羰基)苯甲酸上，保留了两个羧酸基团，制备的HPIAMOFs材料具有很好的手性，能够用于色谱分离。
附图说明
图1为本发明制备HPIAMOFs的工艺流程图。
图2为本发明制备的HPIAMOFs材料以及将其涂覆于毛细管柱的扫描电子显微镜图。
图3为本发明制备的HPIAMOFs材料的傅里叶红外谱图。
图4为本发明制备的HPIAMOFs材料的热重图。
图5为本发明制备的化合物6的核磁谱图。
图6为本发明制备的HPIAMOFs气相色谱柱对正构烷烃C10-C15的分离图。
图7为本发明制备的HPIAMOFs应用于气相色谱对手性外消旋体的分离图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种手性HPIAMOFs材料的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将4.2g均三苯甲酸(化合物1)和1mL浓硫酸(催化剂)分别溶解在无水甲醇(100mL)中，然后在120℃下回流24h。反应结束后除去大部分溶剂，将所得残余物缓慢加入饱和碳酸氢钠溶液中，然后在室温搅拌1小时，减压过滤，得到1,3,5-均三苯甲酸三甲酯(化合物2)。
(2)将3.4g化合物2置于250ml圆底烧瓶中，加入150ml甲醇，将11.7毫升1mol/L的NaOH溶液用恒压滴液漏斗缓慢加入到圆底烧瓶中，将混合物剧烈搅拌24小时，然后通过旋转蒸发除去溶剂。将3.5g碳酸氢钠和65ml水加入到去除溶剂的残余物中，并将该悬浮液在50℃下搅拌1小时。减压过滤，所得溶液做进一步处理。用浓HCl酸化，调节pH至1.0左右，将析出的固体通过过滤分离，得到白色粉末即为纯的3,5-双(甲氧基羰基)苯甲酸(化合物3)。
(3)将2.4g化合物3和20ml亚硫酰氯加入到圆底烧瓶中，加入两滴二甲基甲酰胺催化剂，在氮气保护下，反应混合物在90℃下加热1.5小时，然后将过量的SOCl2的通过旋转蒸发除去，得到的白色固体即为二甲基-5-(氯羰基)间苯二甲酸酯(化合物4)。
(4)将0.495g L-苯丙氨酸甲酯(化合物5)溶解在10ml二氯甲烷中，加入100ml三口圆底烧瓶中，然后在氮气和冰水浴下加入0.45g三乙胺中和反应过程中产生的盐酸。将化合物4用6mL CH2Cl2溶解后，使用恒压滴液漏斗缓慢滴加入圆底烧瓶中。滴加完成后，将混合物常温搅拌一小时。将反应产物用2.5mL 1.0M HCl和2.5ml饱和NaCl分别洗涤三次，无水硫酸钠干燥。再过滤除去杂质，并在真空除溶剂后，将残余物通过快速柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯：＝1：4)，得到纯的二甲基-5-(甲氧基羰基)苯丙氨酸-1-羰基间苯二甲酸酯(化合物6)。
(5)将0.84g化合物6，4mL甲醇，10ml水和0.38g氢氧化钠固体加入到圆底烧瓶中，并在磁力搅拌下搅拌50℃过夜。然后在冰浴下向反应后得到的溶液中加入浓盐酸，调节pH到1-2，析出沉淀。将过滤得到的沉淀物在70℃下真空干燥2小时，得到纯的白色固体5-((羧基(苯基)甲基)氨基甲酰基)间苯二甲酸(化合物7)。
(6)0.035g化合物7，0.02g乙二胺溶解在DMF和水中(DMF：蒸馏水＝1:7，总体积为8ml)，加入0.047g Cu(NO3)2 .2.5H2O，超声分散。将反应混合物在90℃下反应釜中反应3天。将混合物用水(5ml)和乙醇(5ml)洗涤三次，并在90℃下真空干燥2小时。获得具有浅黄色的金属光泽的粉末(0.043g)，即为HPIAMOFs。
实施例2
配制HPIAMOFs的1毫升乙醇悬浮液(2mg ml-1)。首先通过真空泵在-0.02MPa将HPIAMOFs填充到毛细管柱中形成一个5米长左右的柱塞，然后通过泵调节阀以0.8-1米每分钟的速率推动柱塞。涂布后，维持在当前条件压力下30分钟。将涂覆的毛细管柱转移到气相色谱中一端通入氮气进行老化。调节氮气流速至0.02兆帕，采用以下程序升温步骤：50℃保持30分钟，以1℃min-1到240℃保持120分钟。
完成涂覆以后，使用气相色谱仪对香茅醛、1-(2-萘基)乙醇和1-苯基乙醇三氟甲酸酯进行手相拆分测试，结果如图7所示。
图2为本发明制备的HPIAMOFs材料的扫描电子显微镜图；其中，图a为材料的扫描电子显微镜图，图b为毛细管空柱的扫描电子显微镜图，图c为涂覆了HPIAMOFs材料的毛细管扫描电子显微镜图。由图2可以看出材料的成功合成，以及成功涂覆于毛细管柱中。
图3为本发明制备的HPIAMOFs材料的傅里叶红外谱图。由红外图看出C＝0键在1300cm-1左右特征峰，3500cm-1左右处存在N-H特征峰，证明酰胺键的存在，1670cm-1左右出现芳环的泛频峰，1650cm-1处的C＝C双键双峰振动峰，证明材料中含有的化学键均存在。图4为本发明制备的HPIAMOFs材料的热重图。热重图中240℃前的热重损失为材料中溶剂残留，材料本身在250℃以后发生分解。所以在250℃前材料本身是稳定的，可应用于气相色谱手性填料。
图5为本发明制备的化合物6的核磁谱图。从图5可以看出，本发明成功制备了纯的化合物6，核磁数据显示配体中所有的氢原子均存在，证明配体的成功制备。
图6为本发明制备的HPIAMOFs应用于气相色谱分离正构烷烃C10-C15分离图，图7为本发明制备的HPIAMOFs应用于气相色谱对手性材料的分离图，由色谱图可以看出该材料在分离直链烷烃和手性化合物方面效果较好，其中，a)香茅醛，在80℃下N 2速率11.5cmmin-1；b)1-(2-萘基)乙醇在180℃下，N2速率11.5cm min-1；c)1-苯基乙醇三氟甲酸酯在80℃下在N2速率11.5cm min-1,并且在手性分离方面表现出一定的特异选择性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型手性MOF材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将0.495g L-苯丙氨酸甲酯与二甲基-5-(氯羰基)间苯二甲酸酯进行酰胺化反应，反应完成后洗涤，干燥，过滤，去除溶剂，纯化，得到纯的二甲基-5-(甲氧基羰基)苯丙氨酸-1-羰基间苯二甲酸酯(化合物6)；
(2)将二甲基-5-(甲氧基羰基)苯丙氨酸-1-羰基间苯二甲酸酯、甲醇、水和氢氧化钠混合均匀于50℃过夜，在冰浴下向反应后得到的溶液中加入浓盐酸，调节pH到1-2，析出沉淀，将过滤得到的沉淀物进行真空干燥，得到纯的白色固体5-((羧基(苯基)甲基)氨基甲酰基)间苯二甲酸；
(3)将5-((羧基(苯基)甲基)氨基甲酰基)间苯二甲酸和乙二胺溶解在DMF和水中，加入Cu(NO3)2 .2.5H2O，超声分散，于100℃下反应，完成后分别用水和乙醇洗涤反应产物，然后干燥，最后得到具有浅黄色的金属光泽的粉末，即为HPIAMOFs。
2.根据权利要求1所述的新型手性MOF材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将L-苯丙氨酸甲酯溶解在二氯甲烷中，然后在氮气和冰水浴下加入三乙胺，得到溶液1，将二甲基-5-(氯羰基)间苯二甲酸酯的二氯甲烷溶液缓慢滴加入溶液1中，滴加完成后，常温搅拌进行反应，反应完成后用HCl和饱和NaCl分别洗涤，干燥，过滤，并在真空除溶剂后，将残余物通过快速柱色谱纯化，色谱柱中分离相包括石油醚和乙酸乙酯，其中，石油醚：乙酸乙酯：＝1：4，得到纯的二甲基-5-(甲氧基羰基)苯丙氨酸-1-羰基间苯二甲酸酯。
3.根据权利要求2所述的新型手性MOF材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的L-苯丙氨酸甲酯以L-苯丙氨酸为原料制备得到。
4.根据权利要求3所述的新型手性MOF材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中5-((羧基(苯基)甲基)氨基甲酰基)间苯二甲酸为35mg，Cu(NO3)2·2.5H2O为47mg；将其溶解在DMF和水中，超声5min分散，且DMF和蒸馏水的体积比为1:7。
5.一种权利要求1-4任一项所述新型手性MOF材料的制备方法制备的新型手性MOF材料。
6.权利要求5所述新型手性MOF材料在色谱分离中的应用。
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