一种手性磁分离纳米材料及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明公开了一种手性磁分离纳米材料及其制备方法和应用，手性磁分离纳米材料由改性后的环糊精与氨基末端的磁性纳米粒子反应形成。制备方法包括氨基末端的磁性纳米粒子制备、氨基末端的磁性纳米粒子制备、六位全取代为三异丙基硅烷环糊精的合成、二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精的合成和手性磁分离纳米材料的制备。本发明的手性磁分离纳米材料具有快速磁响应性，高效、绿色、快速、简捷、可循环利用等特点，对芳香胺类化合物具有高度选择性分离效果，分离得到的单一对映体化合物EE值可达65%；本发明的制备方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。
【专利说明】
一种手性磁分离纳米材料及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于功能高分子化学技术领域，具体涉及一种手性磁分离纳米材料及其制 备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 手性是自然界中普遍存在的现象，如单糖、氨基酸、天然药物等都存在两种对映 体。对于这些手性化合物分子，当外界不存在手性环境时，两种对映体除了旋光性质不同以 外，具有相同的物理和化学性质，主要包括具有相同的熔点、沸点、溶解度、红外波谱、核磁 共振波谱。但是，当手性分子处于手性环境中时，两个对映体就会表现出不同的行为和性 能。手性药物分子的两种对映体与生物体内的相关药物受体的相互作用不同，进而导致手 性药物的两种对映体产生的药理和药效不同；所以，手性化合物的分离具有很重要的理论 和实际研究意义。
[0003] 传统的手性分离方法大致可以分为化学合成方法、色谱方法和纳米材料等方法； 化学合成方法一般是将消旋体化合物通过加入适当的手性配体，将对映体变为非对映体， 在通过一定的后处理得到单一对映体的手性化合物;该种方法需要很严格的化学合成，而 且合成步骤比较繁琐，周期长，效率低。色谱分离方法是目前应用最广泛、发展最成熟的手 性分离方法;色谱法包括高效液相色谱、毛细管电泳和气相色谱等方法;上述的色谱法一般 分为两种方法，一种是间接法，通过将手性化合物与一种单一对映体的化合物反应为非对 映异构体，再在非手性环境下直接进行分离;另一种是直接法，直接采用手性固定相或手性 添加剂直接用于手性化合物的分离和测定;这种色谱方法具有分析简便、快速、准确等优 点，但分析的样品量少;纳米材料分离方法是近年来发展热门的手性分离方法，其中应用最 多的是磁性纳米材料，主要原因在于磁性纳米粒子具有化学稳定性、生物相容性、表面易修 饰性和超顺磁性等特征。利用磁性纳米粒子分离手性化合物的一般方法是在磁性纳米粒子 表面修饰适当的手性识别配体，通过手性配体与手性化合物的相互作用，在外界磁场作用 下，将磁性分离材料与某种单一对映体化合物溶液分离，就可得到单一对映体的化合物；目 前，该种方法分离得到的单一对映体化合物的EE值普遍偏低，即手性分离效率不高。上述提 及的这些手性分离方法多存在一些局限性，因而，构筑一些具有快速、简便、高效分离手性 化合物的材料是一项具有广泛应用价值的研究课题。
[0004] 环糊精是被广泛应用的手性配体，主要是由其本身的结构和性质决定的；环糊精 是由若干D-吡喃葡萄糖单元环状排列而成的圆锥状筒形分子，腔内呈疏水环境，外侧面由 于羟基的聚集而呈亲水性，而且其手性空腔结构通过主客体包合作用可以与手性客体分子 形成包合复合物，从而分离单一对映体化合物。
[0005] 目前，利用环糊精修饰的磁性纳米粒子作为手性分离材料的研究还很局限；因此， 结合环糊精与磁性纳米粒子的优点，改善手性分离方法，构筑高效、绿色、简便快捷的手性 磁分离方法是一项很有研究价值的项目，在生物医药领域有着潜在应用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种手性磁分离纳米材料；
[0007] 本发明的另一目的在于提供手性磁分离纳米材料的制备方法；
[0008] 本发明的第三个目的在于提供手性磁分离纳米材料的应用。
[0009] 本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种手性磁分离纳米材料，它是由改性 后的环糊精与氨基末端的磁性纳米粒子反应形成的环糊精覆盖的磁性纳米材料。
[0010] 进一步地，所述环糊精为6个以上的D-吡喃葡萄糖分子形成的环状低聚物及其衍 生物。
[0011] 进一步地，所述改性后的环糊精为二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异 丙基硅烷的环糊精。
[0012] 进一步地，所述磁性纳米粒子为超顺磁的四氧化三铁或/和γ -三氧化二铁纳米粒 子，所述纳米粒子的粒径为1~30nm 〇
[0013] -种手性磁分离纳米材料的制备方法，它包括以下步骤：
[0014] S1.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0015] 将Fe2+和Fe3+按摩尔比为1:1.5~3的比例溶于去氧水中，80~90°C的无氧条件下 搅拌均匀后加入氨水，反应25~60min，反应液冷却至室温后用磁铁吸附褐色沉淀并用纯水 洗涤，得氨基末端的磁性纳米粒子；
[0016] S2.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0017]将氨基末端的磁性纳米粒子溶于乙醇和水的混合溶液中，在60~65°C的无氧环境 下搅拌至溶液温度为60 °C，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，60~65°C温度下反应7~12h，反应 完毕后冷却至室温，用磁铁吸附黑色沉淀并用乙醇洗涤，得氨基末端的磁性纳米粒子； [0018] S3.六位全取代为三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0019] 将环糊精和咪唑溶解于无水N，N二甲基甲酰胺中，再加入三异丙基氯硅烷，65~75 °C的温度下反应2.5~3.5d，反应完毕后冷却至室温，用冰水沉淀并过滤，沉淀用氯仿溶解 后用分别用盐酸、碳酸氢钠和纯水萃取，所得氯仿溶液干燥后过硅胶柱，即制得六位三异丙 基硅烷全取代环糊精；
[0020] S4.二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0021] 将六位三异丙基硅烷全取代环糊精溶于污水四氢呋喃中，再加入氢化钠，常温下 搅拌过夜，再加热回流50~70min，溶液冷却至室温后加入对甲苯磺酰氯，常温反应2~5h， 旋干溶剂后用乙酸乙酯溶解，再用饱和食盐水萃取，将有机相过硅胶柱，得二位单取代的对 甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精；
[0022] S5.手性磁分离纳米材料的制备：
[0023]将氨基末端的磁性纳米粒子分散于N，N二甲基甲酰胺溶液中，再缓慢加入二位单 取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，60~65°C条件下反应7~12h，再 在室温下沉降过夜，用N，N-二甲基甲酰胺和丙酮洗涤后得到手性磁分离纳米材料。
[0024] 手性磁分离纳米材料在分离芳香胺类手性化合物中的应用。
[0025] 进一步地，所述分离芳香胺类手性化合物的方法为:将手性磁分离纳米材料分散 在无水环己烷溶液或甲苯溶液中，加入萘乙胺溶液，常温下组装20~28h，在外界磁场的作 用下吸附手性磁分离纳米材料，所剩余液体为分离得到的单一对映体化合物。
[0026] 本发明的反应过程如下：
[0027]
[0028] 本发明具有以下优点：
[0029] (1)本发明的手性磁分离纳米材料对芳香胺类化合物具有高度选择性分离效果， 分离得到的单一对映体化合物EE值可达65%，可利用外界磁场作用快速分离材料与溶液；
[0030] (2)本发明的手性磁分离纳米材料具有快速磁响应性，高效、绿色、快速、简捷、可 循环利用等特点；
[0031] (3)本发明的手性磁分离纳米材料可循环使用，节约了成本，具有绿色环保的特 性；
[0032] (4)本发明的制备方法操作简单、制备方便、成本低、适用于工业化大规模生产。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的手性磁分离纳米材料的结构示意图；
[0034]图2为应用本发明手性磁分离纳米材料分离手性1-(1-萘基)乙胺的过程图；
[0035]图3为六位全取代三异丙基硅烷-β-环糊精的核磁谱图；
[0036]图4为二位对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷-β-环糊精的核磁谱图；
[0037]图5为本发明的手性磁分离纳米材料的红外谱图；
[0038]图6为本发明的手性磁分离纳米材料分离萘乙胺后的HPLC谱图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以 下所述。
[0040] -种手性磁分离纳米材料，它是由改性后的环糊精与氨基末端的磁性纳米粒子反 应形成的环糊精覆盖的磁性纳米材料，其结构如图1所示。其中，所述环糊精为6个以上的D-吡喃葡萄糖分子形成的环状低聚物及其衍生物;所述改性后的环糊精为二位单取代的对甲 基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷的环糊精;所述磁性纳米粒子为超顺磁的四氧化三铁 或/和γ -三氧化二铁纳米粒子，所述纳米粒子的粒径为1~30nm。
[0041 ]实施例1: 一种手性磁分离纳米材料的制备方法，它包括以下步骤：
[0042] S1.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0043] 将Fe2+和Fe3+按摩尔比为1:1.5的比例溶于去氧水中，80°C的无氧条件下搅拌均匀 后加入氨水，反应25min，反应液冷却至室温后用磁铁吸附褐色沉淀并用纯水洗涤，得氨基 末端的磁性纳米粒子；
[0044] S2.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0045] 将氨基末端的磁性纳米粒子溶于乙醇和水的混合溶液中，在60°C的无氧环境下搅 拌至溶液温度为60 °C，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，60 °C温度下反应7h，反应完毕后冷却至 室温，用磁铁吸附黑色沉淀并用乙醇洗涤，得氨基末端的磁性纳米粒子；
[0046] S3.六位全取代为三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0047] 将环糊精和咪唑溶解于无水N，N二甲基甲酰胺中，再加入三异丙基氯硅烷，65°C的 温度下反应2.5d，反应完毕后冷却至室温，用冰水沉淀并过滤，沉淀用氯仿溶解后用分别用 盐酸、碳酸氢钠和纯水萃取，所得氯仿溶液干燥后过硅胶柱，即制得六位三异丙基硅烷全取 代环糊精，如图3所示；
[0048] S4.二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0049] 将六位三异丙基硅烷全取代环糊精溶于污水四氢呋喃中，再加入氢化钠，常温下 搅拌过夜，再加热回流50min，溶液冷却至室温后加入对甲苯磺酰氯，常温反应2h，旋干溶剂 后用乙酸乙酯溶解，再用饱和食盐水萃取，将有机相过硅胶柱，得二位单取代的对甲基苯磺 酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，如图4所示；
[0050] S5.手性磁分离纳米材料的制备：
[0051]将氨基末端的磁性纳米粒子分散于N，N二甲基甲酰胺溶液中，再缓慢加入二位单 取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，60°C条件下反应7h，再在室温下 沉降过夜，用N，N-二甲基甲酰胺和丙酮洗涤后得到手性磁分离纳米材料，如图5所示。
[0052]实施例2: -种手性磁分离纳米材料的制备方法，它包括以下步骤：
[0053] S1.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0054]将Fe2+和Fe3+按摩尔比为1:3的比例溶于去氧水中，90°C的无氧条件下搅拌均匀后 加入氨水，反应60min，反应液冷却至室温后用磁铁吸附褐色沉淀并用纯水洗涤，得氨基末 端的磁性纳米粒子；
[0055] S2.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0056]将氨基末端的磁性纳米粒子溶于乙醇和水的混合溶液中，在65°C的无氧环境下搅 拌至溶液温度为60°C，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，65°C温度下反应12h，反应完毕后冷却 至室温，用磁铁吸附黑色沉淀并用乙醇洗涤，得氨基末端的磁性纳米粒子；
[0057] S3.六位全取代为三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0058] 将环糊精和咪唑溶解于无水N，N二甲基甲酰胺中，再加入三异丙基氯硅烷，75°C的 温度下反应3.5d，反应完毕后冷却至室温，用冰水沉淀并过滤，沉淀用氯仿溶解后用分别用 盐酸、碳酸氢钠和纯水萃取，所得氯仿溶液干燥后过硅胶柱，即制得六位三异丙基硅烷全取 代环糊精，如图3所示；
[0059] S4.二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0060]将六位三异丙基硅烷全取代环糊精溶于污水四氢呋喃中，再加入氢化钠，常温下 搅拌过夜，再加热回流70min，溶液冷却至室温后加入对甲苯磺酰氯，常温反应5h，旋干溶剂 后用乙酸乙酯溶解，再用饱和食盐水萃取，将有机相过硅胶柱，得二位单取代的对甲基苯磺 酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，如图4所示；
[0061 ] S5.手性磁分离纳米材料的制备：
[0062]将氨基末端的磁性纳米粒子分散于N，N二甲基甲酰胺溶液中，再缓慢加入二位单 取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，65°C条件下反应12h，再在室温下 沉降过夜，用N，N-二甲基甲酰胺和丙酮洗涤后得到手性磁分离纳米材料，如图5所示。
[0063]实施例3: -种手性磁分离纳米材料的制备方法，它包括以下步骤：
[0064] S1.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0065]将Fe2+和Fe3+按摩尔比为1:2的比例溶于去氧水中，85°C的无氧条件下搅拌均匀后 加入氨水，反应40min，反应液冷却至室温后用磁铁吸附褐色沉淀并用纯水洗涤，得氨基末 端的磁性纳米粒子；
[0066] S2.氨基末端的磁性纳米粒子制备：
[0067]将氨基末端的磁性纳米粒子溶于乙醇和水的混合溶液中，在63°C的无氧环境下搅 拌至溶液温度为60°C，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，63°C温度下反应10h，反应完毕后冷却 至室温，用磁铁吸附黑色沉淀并用乙醇洗涤，得氨基末端的磁性纳米粒子；
[0068] S3.六位全取代为三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0069] 将环糊精和咪唑溶解于无水N，N二甲基甲酰胺中，再加入三异丙基氯硅烷，70°C的 温度下反应3d，反应完毕后冷却至室温，用冰水沉淀并过滤，沉淀用氯仿溶解后用分别用盐 酸、碳酸氢钠和纯水萃取，所得氯仿溶液干燥后过硅胶柱，即制得六位三异丙基硅烷全取代 环糊精，如图3所示；
[0070] S4.二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精的合成：
[0071] 将六位三异丙基硅烷全取代环糊精溶于污水四氢呋喃中，再加入氢化钠，常温下 搅拌过夜，再加热回流60min，溶液冷却至室温后加入对甲苯磺酰氯，常温反应4h，旋干溶剂 后用乙酸乙酯溶解，再用饱和食盐水萃取，将有机相过硅胶柱，得二位单取代的对甲基苯磺 酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，如图4所示；
[0072] S5.手性磁分离纳米材料的制备：
[0073]将氨基末端的磁性纳米粒子分散于N，N二甲基甲酰胺溶液中，再缓慢加入二位单 取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，63°C条件下反应10h，再在室温下 沉降过夜，用N，N-二甲基甲酰胺和丙酮洗涤后得到手性磁分离纳米材料，如图5所示。
[0074]实施例4:手性磁分离纳米材料用于手性分离
[0075]将手性磁分离纳米材料500g分散在100ml无水环己烷溶液中，加入200μ1萘乙胺溶 液，常温下组装20h，如图2所示，在外界磁场的作用下吸附手性磁分离纳米材料，所剩余液 体为分离得到的单一对映体化合物，吸取上清液，旋干后用正己烷溶解，做HPLC检测分离效 果，结果如图6所示，分离后的萘乙胺的HPLC谱图EE = 65 %。
[0076]实施例5:手性磁分离纳米材料用于手性分离
[0077]将手性磁分离纳米材料500g分散在100ml无水环己烷溶液中，加入200μ1萘乙胺溶 液，常温下组装28h，如图2所示，在外界磁场的作用下吸附手性磁分离纳米材料，所剩余液 体为分离得到的单一对映体化合物，吸取上清液，旋干后用正己烷溶解，做HPLC检测分离效 果，结果如图6所示，分离后的萘乙胺的HPLC谱图EE = 65 %。
[0078]实施例6:手性磁分离纳米材料用于手性分离
[0079]将手性磁分离纳米材料500g分散在100ml甲苯溶液中，加入200μ1萘乙胺溶液，常 温下组装24h，如图2所示，在外界磁场的作用下吸附手性磁分离纳米材料，所剩余液体为分 离得到的单一对映体化合物，吸取上清液，旋干后用正己烷溶解，做HPLC检测分离效果，结 果如图6所示，分离后的萘乙胺的HPLC谱图EE = 65 %。
【主权项】
1. 一种手性磁分离纳米材料，其特征在于，它是由改性后的环糊精与氨基末端的磁性 纳米粒子反应形成的环糊精覆盖的磁性纳米材料。2. 如权利要求1所述的一种手性磁分离纳米材料，其特征在于，所述环糊精为6个以上 的D-吡喃葡萄糖分子形成的环状低聚物及其衍生物。3. 如权利要求1或2所述的一种手性磁分离纳米材料，其特征在于，所述改性后的环糊 精为二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷的环糊精。4. 如权利要求1或2所述的一种手性磁分离纳米材料，其特征在于，所述磁性纳米粒子 为超顺磁的四氧化三铁或/和γ -三氧化二铁纳米粒子，所述纳米粒子的粒径为1~30nm。5. 如权利要求1所述的一种手性磁分离纳米材料的制备方法，其特征在于，它包括以下 步骤：51. 氨基末端的磁性纳米粒子制备： 将Fe2+和Fe3+按摩尔比为1:1.5~3的比例溶于去氧水中，80~90°C的无氧条件下搅拌均 匀后加入氨水，反应25~60min，反应液冷却至室温后用磁铁吸附褐色沉淀并用纯水洗涤， 得氨基末端的磁性纳米粒子；52. 氨基末端的磁性纳米粒子制备： 将氨基末端的磁性纳米粒子溶于乙醇和水的混合溶液中，在60~65°C的无氧环境下搅 拌至溶液温度为60 °C，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，60~65°C温度下反应7~12h，反应完毕 后冷却至室温，用磁铁吸附黑色沉淀并用乙醇洗涤，得氨基末端的磁性纳米粒子；53. 六位全取代为三异丙基硅烷环糊精的合成： 将环糊精和咪唑溶解于无水N，N二甲基甲酰胺中，再加入三异丙基氯硅烷，65~75°C的 温度下反应2.5~3.5d，反应完毕后冷却至室温，用冰水沉淀并过滤，沉淀用氯仿溶解后用 分别用盐酸、碳酸氢钠和纯水萃取，所得氯仿溶液干燥后过硅胶柱，即制得六位三异丙基硅 烷全取代环糊精；54. 二位单取代的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精的合成： 将六位三异丙基硅烷全取代环糊精溶于污水四氢呋喃中，再加入氢化钠，常温下搅拌 过夜，再加热回流50~70min，溶液冷却至室温后加入对甲苯磺酰氯，常温反应2~5h，旋干 溶剂后用乙酸乙酯溶解，再用饱和食盐水萃取，将有机相过硅胶柱，得二位单取代的对甲基 苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精；55. 手性磁分离纳米材料的制备： 将氨基末端的磁性纳米粒子分散于N，N二甲基甲酰胺溶液中，再缓慢加入二位单取代 的对甲基苯磺酰基六位全取代三异丙基硅烷环糊精，60~65°C条件下反应7~12h，再在室 温下沉降过夜，用N，N-二甲基甲酰胺和丙酮洗涤后得到手性磁分离纳米材料。6. 如权利要求1所述的手性磁分离纳米材料在分离芳香胺类手性化合物中的应用。7. 如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述分离芳香胺类手性化合物的方法为:将 手性磁分离纳米材料分散在无水环己烷溶液或甲苯溶液中，加入萘乙胺溶液，常温下组装 20~28h，在外界磁场的作用下吸附手性磁分离纳米材料，所剩余液体为分离得到的单一对 映体化合物。
【文档编号】C07C211/30GK106008753SQ201610300781
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】李帮经, 汪露, 张晟
【申请人】中国科学院成都生物研究所