CN115926190A - 一种基于非手性原料合成的手性金属有机框架材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于非手性原料合成的手性金属有机框架材料及其制备方法,属于功能材料制备技术领域。本发明的手性金属有机框架材料的制备方法,先将2,5‑吡啶二羧酸和四水合乙酸钴均匀分散在水或浓度为0.3~1.5mmol/L的盐酸溶液中,然后在120~180℃反应24~72h,最后降至室温,洗涤,干燥,得到手性金属有机框架材料。该方法简单易操作,且原料简单易得,价格低廉,通过调节反应体系的pH可以控制所得手性有机框架材料的手性特征,制备的手性金属有机框架材料具有较好稳定性、较高的结晶性且为对映纯。
Description
技术领域
本发明属于功能材料制备技术领域,具体涉及一种基于非手性原料合成的手性金属有机框架(MOF)材料及其制备方法。
背景技术
手性可以被认为是生命的独特特征,因为几乎必需的生物分子都具有明显的同手性;例如,L-氨基酸有利于构建酶和蛋白质,而D-糖是DNA和RNA的主要成分。长期以来,生物系统中的手性对主-客体的相互作用有着显著的影响。
手性药物的不同异构体与活性大分子之间特定的手性匹配和分子识别行为可能导致药理活性和毒性的显著差异,并可能在疾病治疗中造成不可估量的后果,如20世纪50年代的沙利度胺悲剧。
手性金属有机框架(MOF)材料因其在对映选择性识别、催化、分离等方面的潜在应用而受到越来越多的关注。为了获得对映纯的MOF材料,许多研究倾向于直接使用手性配体来合成同手性的MOF材料。然而,手性配体的合成通常需要昂贵的试剂和苛刻的条件。
目前,只有非常有限的由非手性生成手性的过程,其中包括自发手性拆分、自发手性对称性破缺和手性自催化,才能实现由非手性前体到手性产物的生成。在没有任何手性物种存在的情况下通过自发拆分获得手性MOF材料是罕见的,虽然得到的每个晶体都是旋光纯的,但是最终的产物通常是外消旋的晶体混合物。对于此问题,现有技术中的研究,多集中在将潜在的外消旋体转化为相应的对映异构体。但如何直接得到对映纯的MOF材料仍是本领域的技术难题。
发明内容
本发明目的是提供一种基于非手性原料合成的手性金属有机框架材料及其制备方法,该手性金属有机框架材料具有较好稳定性、较高的结晶性且为对映纯,该方法简单易操作,且原料简单易得,价格低廉。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
本发明提供一种手性金属有机框架材料,结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示:
本发明还提供上述手性金属有机框架材料的制备方法,步骤如下:
将物质的量比为(0.5~1):(1~1.2)的2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴均匀分散在溶剂中,120~180℃反应24~72h,降至室温,洗涤,干燥,得到手性金属有机框架材料;
所述溶剂为水或浓度为0.3~1.5mmol/L的盐酸溶液。
优选的是,所述2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴之间的物质的量比为1:1。
优选的是,通过搅拌实现均匀分散。
优选的是,所述2,5-吡啶二羧酸与溶剂的配比为(0.5~1)mmol:(4~8)mL,更优选的是,所述2,5-吡啶二羧酸与溶剂的配比为1mol:8mL。
优选的是,所述盐酸溶液的浓度为0.375~1.5mmol/L。
优选的是,反应温度为180℃,反应时间为72h。
优选的是,2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴在密封环境反应。
优选的是,所述洗涤为依次用水和乙醇洗涤反应产物。
优选的是,所述干燥温度为60~80℃,干燥时间为6~24h;更优选的是,所述干燥温度为80℃,干燥时间为24h。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1.本发明的基于非手性原料合成的手性有机框架材料结构稳定,具有较好的化学稳定性、热稳定性,具有较高的结晶性且为对映纯。
2.本发明的基于非手性原料合成的手性有机框架材料的制备方法,过程中没有手性物质参与反应,原料简单易得,价格低廉,降低了成本。
3.本发明的基于非手性原料合成的手性有机框架材料的制备方法简单,合成条件可控,通过调节反应体系的pH可以控制所得手性有机框架材料的手性特征,有望应用于手性固定相拆分材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1中结构式如式(Ⅰ)所示的手性MOF材料的光学图片;
图2为本发明实施例1中结构式如式(Ⅰ)所示的手性MOF材料的X射线衍射图;
图3为本发明实施例1中结构式如式(Ⅰ)所示的手性MOF材料的紫外光谱图;
图4为本发明实施例1中结构式如式(Ⅰ)所示的手性MOF材料的圆二色谱图;
图5为本发明实施例1中结构式如式(Ⅰ)所示的手性MOF材料的热重分析图;
图6为本发明实施例1中结构式如式(Ⅱ)所示的手性MOF材料的光学图片;
图7为本发明实施例1中结构式如式(Ⅱ)所示的手性MOF材料的X射线衍射图;
图8为本发明实施例1中结构式如式(Ⅱ)所示的手性MOF材料的紫外光谱图;
图9为本发明实施例1中结构式如式(Ⅱ)所示的手性MOF材料的圆二色谱图;
图10为本发明实施例1中结构式如式(Ⅱ)所示的手性MOF材料的热重分析图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明的手性金属有机骨架材料,由非手性配体2,5-吡啶二羧酸与金属离子通过配位键形成,结构式如式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示:
本发明的结构式如式(Ⅰ)所示的手性金属有机骨架材料的制备方法,步骤如下:
将物质的量比为(0.5~1):(1~1.2)的非手性配体2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴分散在水中,搅拌均匀后装入反应容器中密封,置于烘箱中120~180℃恒温反应24~72h,待降至室温后,分别用水和乙醇洗涤反应产物,然后60~80℃干燥6~24h,得到红色晶体,即结构式如式(Ⅰ)所示的手性金属有机骨架材料。其中,非手性配体2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴的物质的量比优选1:1;非手性配体2,5-吡啶二羧酸和水的配比为(0.5~1)mmol:(4~8)mL,优选为1mol:8mL;反应温度优选为180℃,反应时间为72h;干燥温度优选为80℃,干燥温度优选为24h。
本发明的结构式如式(Ⅱ)所示的手性金属有机骨架材料的制备方法,步骤如下:
将物质的量比为(0.5~1):(1~1.2)的非手性配体2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴分散在浓度为0.3~1.5mmol/L盐酸溶液中,搅拌均匀后装入反应容器中密封,置于烘箱中120~180℃恒温反应24~72h,待降至室温后,分别用水和乙醇洗涤反应产物,然后60~80℃干燥6~24h,得到红色晶体,即结构式如式(Ⅱ)所示的手性金属有机骨架材料。其中,非手性配体2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴的物质的量比优选1:1;非手性配体2,5-吡啶二羧酸和盐酸溶液的配比为(0.5~1):(4~8)mL,优选为1mol:8mL;盐酸溶液的浓度优选为0.375~1.5mmol/L;反应温度优选为180℃,反应时间为72h;干燥温度优选为80℃,干燥温度优选为24h。
上述技术方案中,反应容器优选为反应釜,水优选为蒸馏水。
在本发明中所使用的术语,一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义,除非另有说明。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面将结合实施例对本发明作进一步的详细介绍。
在以下实施例中,未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、装置、仪器、设备等,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
式(Ⅰ)结构的手性金属有机骨架材料的制备方法
将0.085g的非手性配体2,5-吡啶二羧酸和0.125g的四水合乙酸钴分散在8mL水中,搅拌均匀后装入反应容器中密封,置于烘箱中180℃恒温加热72h,待降至室温后,分别用水和乙醇洗涤反应产物,然后在80℃下真空干燥24h,得到红色晶体,即式(Ⅰ)结构的手性金属有机骨架材料。
对实施例1中制备的红色晶体进行晶粒尺寸、PXRD图谱、紫外光谱和圆二色谱分析。结果如图1~5所示。图1为实施例1中的红色晶体的光学图片。图2为实施例1中的红色晶体的PXRD图谱,从图2可以看出,实施例1得到的红色晶体有良好的结晶性。图3为实施例1中的红色晶体的紫外光谱图,从图3中可以看出,实施例1得到的红色晶体在270nm附近处有吸收。图4为实施例1中的红色晶体的圆二色谱图,从图4中可以看出,实施例1得到的红色晶体在300nm和400-600nm附近处显示出正的Cotton效应。图5为实施例1中的红色晶体的热重分析图,丛图5可以看出,实施例1得到的红色晶体可以维持到170℃,说明该晶体具有较好的热稳定性。
实施例2
式(Ⅱ)结构的手性金属有机骨架材料的制备方法
将0.085g的非手性配体2,5-吡啶二羧酸和0.125g的四水合乙酸钴分散在8mL浓度为1.5mmol/L的盐酸溶液中,搅拌均匀后装入反应容器中密封,置于烘箱中180℃恒温加热72h,待降至室温后,分别用水和乙醇洗涤反应产物,然后在80℃下真空干燥24h,得到红色晶体,即式(Ⅱ)结构的手性金属有机骨架材料。
对实施例2中制备的红色晶体进行晶粒尺寸、PXRD图谱、紫外光谱和圆二色谱分析。结果如图6~10所示。图6为实施例2中的红色晶体的光学图片。图7为实施例2中红色晶体的PXRD图谱,从图7可以看出,实施例2得到的红色晶体有良好的结晶性。图8为实施例2中的红色晶体的紫外光谱图,从图8中可以看出,实施例2得到的红色晶体在270nm附近处有吸收。图9为实施例2中的红色晶体的圆二色谱图,从图9中可以看出,实施例2得到的红色晶体在300nm和400-600nm附近处显示出负的Cotton效应。图10为实施例2中的红色晶体的热重分析图,从图10可以看出,实施例2得到的红色晶体可以维持到170℃,说明该晶体具有较好的热稳定性。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
2.权利要求1所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,步骤如下:
将物质的量比为(0.5~1):(1~1.2)的2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴均匀分散在溶剂中,120~180℃反应24~72h,降至室温,洗涤,干燥,得到手性金属有机框架材料;
所述溶剂为水或浓度为0.3~1.5mmol/L的盐酸溶液。
3.根据权利要求2所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴之间的物质的量比为1:1。
4.根据权利要求2所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述2,5-吡啶二羧酸与溶剂的配比为(0.5~1)mol:(4~8)mL。
5.根据权利要求1所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,通过搅拌实现均匀分散,2,5-吡啶二羧酸和四水合乙酸钴在密封环境反应。
6.根据权利要求2所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述盐酸溶液的浓度为0.375~1.5mmol/L。
7.根据权利要求2所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,反应温度为180℃,反应时间为72h。
8.根据权利要求2所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述洗涤为依次用水和乙醇洗涤反应产物。
9.根据权利要求2所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述干燥温度为60~80℃,干燥时间为6~24h。
10.根据权利要求9所述的手性金属有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述干燥温度为80℃,干燥时间为24h。
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CN115926190B (zh) | 2024-05-14 |
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Correction item: Abstract figure|Drawings Correct: Abstract and attached drawings submitted on April 28, 2024|Attached drawings of the instruction manual submitted on April 28, 2024 False: Summary and attached drawings submitted on the application date|Attached drawings of the specification submitted on the application date Number: 20-01 Page: ?? Volume: 40 |