CN115490878A - 具有手性缺陷的金属-有机框架材料及构建方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有手性缺陷的金属‑有机框架材料及构建方法与应用，构建步骤为：将金属盐、芳香羧酸类配体和羧酸类手性分子溶于溶剂中，混合均匀得到混合溶液；转入反应釜中，密封，在80‑170℃，加热至少3小时，过滤，用甲醇洗涤，干燥，得到具有手性缺陷的金属‑有机框架材料。本发明的方法简单、反应条件温和、产率高、成本极低；具有手性缺陷的金属‑有机框架材料具有较好的稳定性，有利于实际应用；在室温下，本发明的具有手性缺陷的金属‑有机框架材料对奎宁/奎宁丁、氢化奎宁/氢化奎宁丁和辛可宁/辛可尼丁等手性药物具有高效高选择性的响应；具有手性缺陷的金属‑有机框架材料可以在10秒内测出对映体混合物的对映体过量值。

Description

具有手性缺陷的金属-有机框架材料及构建方法与应用
技术领域
本发明涉及金属-有机框架材料及制备方法与应用，特别是涉及一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料及构建方法与应用
背景技术
手性是物质的一种基本性质，在自然界中广泛存在。物质的手性与制药和光电工业中的关键应用密切相关，如对映选择性识别、对映体分离、不对称催化和非线性光学等。然而，将物质在微观尺度上的手性拓展到介观和宏观材料上仍然是一个巨大的挑战。手性金属-有机框架(CMOFs)作为一类新型手性材料，由于具有丰富的孔道结构而备受关注。在CMOFs中，手性底物可以被限制在孔道中以增强对映选择性，但CMOFs的合成方法通常困难，且孔径往往受到合成条件的限制。
常见的手性分子如药物和农药，通常具有较大的分子尺寸。而经典的金属-有机框架(MOFs)如UiO-66、HKUST-1、ZIF-8和MOF-74等的孔径通常在一纳米左右，很难吸附手性分子。缺陷工程是一种扩大孔隙构造大孔道MOFs的方法，已经报导的如UiO-66-D、MV-PCN-521和MFM-100a等，通过配体替换或模板化合成等方法构建缺陷，显示出更广泛的应用范围。但结构中没有引入手性分子，无法应用于手性分子的识别和拆分。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于手性分子的识别和拆分的具有手性缺陷的金属-有机框架材料。
本发明的第二个目的是提供一种合成简单、成本低廉、方便快捷地具有手性缺陷的金属-有机框架材料的构建方法。
本发明的第三个目的是提供具有手性缺陷的金属-有机框架材料在用于手性药物定量识别或选择性识别中的应用。
本发明的技术方案概述如下：
一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料的构建方法，包括以下步骤：
按质量，将1-13份金属盐、0.3-10份芳香羧酸类配体和1份羧酸类手性分子溶于溶剂中，混合均匀得到混合溶液；转入反应釜中，密封，在80-170℃，加热至少3小时，过滤，用甲醇洗涤3-5次，干燥，得到具有手性缺陷的金属-有机框架材料。
优选地，金属盐为氯化锆、钛酸丁酯或九水合硝酸铝。
优选地，芳香羧酸类配体为对苯二甲酸或2-氨基对苯二甲酸。
优选地，羧酸类手性分子为L-苹果酸、L-乳酸或L-丙氨酸。
优选地，溶剂为体积比为1:(0.067-0.192)的N,N’-二甲基甲酰胺与第二溶剂组成。
优选地，第二溶剂为37％盐酸、甲醇或水。
上述构建方法构建的一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料。
上述一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料在用于手性药物定量识别或选择性识别中的应用。
本发明的优点：
1)本发明的方法简单、反应条件温和、产率高、成本极低；
2)本发明的具有手性缺陷的金属-有机框架材料具有较好的稳定性，有利于实际应用；
3)在室温下，本发明的材料对奎宁/奎宁丁、氢化奎宁/氢化奎宁丁和辛可宁/辛可尼丁等手性药物具有高效高选择性的响应。
4)具有手性缺陷的金属-有机框架材料可以在10秒内测出对映体混合物的对映体过量值。
附图说明
图1是具有手性缺陷的金属-有机框架材料粉末X-射线衍射。图1A为UiO-66-C，图1B为MIL-125-NH2-C，图1C为MIL-53-C1，图1D为MIL-53-C2。
图2是具有手性缺陷的金属-有机框架材料固态核磁共振碳谱。图2A为UiO-66-C，图2B为MIL-125-NH2-C，图2C为MIL-53-C1，图2D为MIL-53-C2。
图3是具有手性缺陷的金属-有机框架材料77K下氮气吸附等温线。图3A为UiO-66-C，图3B为MIL-125-NH2-C，图3C为MIL-53-C1，图3D为MIL-53-C2。
图4是具有手性缺陷的金属-有机框架材料溶剂稳定性实验。图4A为UiO-66-C，图4B为MIL-125-NH2-C，图4C为MIL-53-C1，图4D为MIL-53-C2。
图5是具有手性缺陷的金属-有机框架材料pH稳定性实验。图5A为UiO-66-C，图5B为MIL-125-NH2-C，图5C为MIL-53-C1，图5D为MIL-53-C2。
图6是具有手性缺陷的金属-有机框架材料热稳定性实验。图6A为UiO-66-C，图6B为MIL-125-NH2-C，图6C为MIL-53-C1，图6D为MIL-53-C2。
图7是具有手性缺陷的金属-有机框架材料发光强度变化与手性底物混合物ee值的对应关系。图7A为UiO-66-C和奎宁，图7B为MIL-125-NH2-C和奎宁，图7C为MIL-53-C1和奎宁，图7D为MIL-53-C2和奎宁，图7E为UiO-66-C和氢化奎宁，图7F为MIL-125-NH2-C和氢化奎宁，图7G为MIL-53-C1和氢化奎宁，图7H为MIL-53-C2和氢化奎宁，图7I为UiO-66-C和辛可宁，图7J为MIL-125-NH2-C和辛可宁，图7K为MIL-53-C1和辛可宁，图7L为MIL-53-C2和辛可宁。
图8是具有手性缺陷的金属-有机框架材料对手性底物的响应时间和循环稳定性测试。图8A为UiO-66-C的响应时间，图8B为MIL-125-NH2-C的响应时间，图8C为MIL-53-C1的响应时间，图8D为MIL-53-C2的响应时间，图8E为UiO-66-C的循环稳定性测试，图8F为MIL-125-NH2-C的循环稳定性测试，图8G为MIL-53-C1的循环稳定性测试，图8H为MIL-53-C2的循环稳定性测试。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料的构建方法，包括以下步骤：
将2.5g氯化锆、2.5g对苯二甲酸和1g L-苹果酸溶于溶剂中(溶剂是300mL N,N’-二甲基甲酰胺与20mL 37％盐酸的混合溶剂)，混合均匀得到混合溶液；转入反应釜中，密封，在80℃，加热12小时，过滤，用甲醇洗涤3次，干燥，得到具有手性缺陷的金属-有机框架材料(简称UiO-66-C)。
实施例2
一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料的构建方法，包括以下步骤：
将13g钛酸丁酯、10g的2-氨基对苯二甲酸和1g的L-乳酸溶于溶剂(N,N’-二甲基甲酰胺66mL和甲醇7mL的混合溶剂)中，混合均匀得到混合溶液；转入反应釜中，密封，在150℃，加热12小时，过滤，用甲醇洗涤3次，干燥，得到具有手性缺陷的金属-有机框架材料(简称MIL-125-NH2-C)。
实施例3
一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料的构建方法，包括以下步骤：
将1g九水合硝酸铝、0.3g对苯二甲酸和1g L-乳酸溶于溶剂(N,N’-二甲基甲酰胺26mL和水5mL的混合溶剂)中，混合均匀得到混合溶液；转入反应釜中，密封，在170℃，加热3小时，过滤，用甲醇洗涤5次，干燥，得到具有手性缺陷的金属-有机框架材料(简称MIL-53-C1)。
实施例4
一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料的构建方法，包括以下步骤：
将2g九水合硝酸铝、0.6g的对苯二甲酸和1g的L-丙氨酸溶于溶剂(N,N’-二甲基甲酰胺52mL和水10mL)中，混合均匀得到混合溶液；转入反应釜中，密封，在170℃，加热4小时，过滤，用甲醇洗涤5次，干燥，得到具有手性缺陷的金属-有机框架材料(简称MIL-53-C2)。
实施例5
具有手性缺陷的金属-有机框架材料的结构测定：
实施例1-4制备的具有手性缺陷的金属-有机框架材料的粉末X-射线衍射谱图(见图1)，证实其保留了原始金属-有机框架材料的主体框架和引入的手性缺陷。
固态核磁共振碳谱(见图2)证实了手性分子的引入以及其含量。
根据具有手性缺陷的金属-有机框架材料的77K下氮气吸附等温线(见图3)，通过密度泛函方法计算孔径得出UiO-66、MIL-125-NH2和MIL-53的孔径从～12、10和11埃，扩大到UiO-66-C、MIL-125-NH2-C、MIL-53-C1和MIL-53-C2的～20、17、14和14埃。
溶剂稳定性实验证实(见图4)，具有手性缺陷的金属-有机框架材料在常见有机溶剂中浸泡24小时，结构稳定。
pH稳定性实验证实(见图5)，UiO-66-C、MIL-125-NH2-C、MIL-53-C1和MIL-53-C2分别在0-12、1-9、3-12和3-12的pH范围内稳定至少24小时。
热稳定性实验证实(图6)，UiO-66-C、MIL-125-NH2-C、MIL-53-C1和MIL-53-C2分别在400、300、350和350℃下稳定。
发光检测性能：
为了研究这些具有手性缺陷的金属-有机框架材料的对映选择性传感功能，选择对映异构体药物奎宁/奎宁丁、氢化奎宁/氢化奎宁丁和辛可宁/辛可尼丁作为底物。随着对映异构体药物的逐渐添加，这些具有手性缺陷的金属-有机框架材料的发光强度明显降低，而发光猝灭效率在低浓度下可以用线性Stern-Volmer(S-V)方程拟合。随着手性分子浓度的增加，发光强度逐渐偏离线性，可用指数型非线性S-V方程拟合。这些具有手性缺陷的金属-有机框架材料对奎宁、氢化奎宁丁和辛可尼丁的猝灭比他们的对映异构体更为灵敏。
通过对具有手性缺陷的金属-有机框架材料对分析物的不同猝灭效率，可以通过对对映异构体混合物加入后的发光强度变化进行分析，获得对映体过量值，如图7。通过对添加不同比例对映异构体混合物后具有手性缺陷的金属-有机框架材料的发光强度的不同变化进行拟合，发现具有手性缺陷的金属-有机框架材料的猝灭倍数随着对映体过量值的变化呈指数变化。据此，可以通过测量发光强度的变化计算混合液的对映体过量值。
通过响应时间和循环稳定性实验，发现具有手性缺陷的金属-有机框架材料对手性底物的响应时间在10秒内，证实具有手性缺陷的金属-有机框架材料是实时传感材料。根据循环稳定性实验，具有手性缺陷的金属-有机框架材料在六个循环内保持了猝灭效率和对映选择性，如图8，证实了具有手性缺陷的金属-有机框架材料可以回收再利用。上述结果表明，这些具有手性缺陷的金属-有机框架材料是高效、可重复使用的对映异构体的选择性传感材料；该构建具有手性缺陷的金属-有机框架材料的方法是一种高效、低成本、方便快捷的合成具有对映异构体的选择性传感材料的方法。

Claims (8)

1.一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料的构建方法，其特征是包括以下步骤：
按质量，将1-13份金属盐、0.3-10份芳香羧酸类配体和1份羧酸类手性分子溶于溶剂中，混合均匀得到混合溶液；转入反应釜中，密封，在80-170℃，加热至少3小时，过滤，用甲醇洗涤3-5次，干燥，得到具有手性缺陷的金属-有机框架材料。
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征是所述金属盐为氯化锆、钛酸丁酯或九水合硝酸铝。
3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征是所述芳香羧酸类配体为对苯二甲酸或2-氨基对苯二甲酸。
4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征是所述羧酸类手性分子为L-苹果酸、L-乳酸或L-丙氨酸。
5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征是所述溶剂为体积比为1:(0.067-0.192)的N,N’-二甲基甲酰胺与第二溶剂组成。
6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征是所述第二溶剂为37％盐酸、甲醇或水。
7.权利要求1-6之一的构建方法构建的一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料。
8.权利要求7的一种具有手性缺陷的金属-有机框架材料在用于手性药物定量识别或选择性识别中的应用。
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