一种利用不同温度诱导手性反转的手性Zn-四对羧基苯基锌卟啉的制备方法及其应用

一种利用不同温度诱导手性反转的手性zn-四对羧基苯基锌卟啉的制备方法及其应用
技术领域
1.本发明属于手性材料技术领域，具体涉及一种利用不同温度诱导手性反转的手性zn-四对羧基苯基锌卟啉的制备方法及其应用。
技术背景
2.氨基酸在所有生物体中都起着重要的作用，是蛋白质和代谢中间体的基础。除甘氨酸外，其它氨基酸都具有手性。氨基酸对映体识别的研究可以提供重要的信息，有助于更好地理解生物系统中的手性识别，并进一步促进生物化学和药物研究的进展。常用的手性分离技术包括高效液相色谱法、气相色谱法和毛细管电泳法。但这些方法大多需要昂贵的手性柱和复杂的样品预处理过程，并不适合于实时分析。而电化学手性识别技术由于具有成本低、速度快、灵敏度高等优点受到了人们的广泛关注，其基本原理是通过电化学传感器技术将手性选择剂与待测对映体之间的选择性识别差异转变成电化学信号的变化。
3.金属-有机骨架(mof)是基于有机配体连接的金属离子或团簇的结晶多孔化合物，通过调整其拓扑、孔径或化学组成，可以设计成许多不同的结构，用于特定用途。众所周知，卟啉因具有大π共轭体系，可通过π-π堆积结合多种芳香族分子。因此，它被广泛应用于催化、光伏和化学传感器等领域。近年来，手性金属-有机骨架(cmof)因其丰富的拓扑结构、大的比表面积、可调的孔/通道尺寸、丰富的活性位点和良好的化学稳定性等优异特性，在手性分离等领域得到了广泛应用。发明人通过卟啉与手性芳香族分子通过非共价作用而获得手性，将其用作手性配体的模板，为分子识别提供一个良好的手性界面。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于设计提供一种利用不同温度诱导手性反转的手性zn-四对羧基苯基卟啉的制备方法及其应用。本发明采用“一锅法”制备功能化的手性zn-四对羧基苯基卟啉(zn-tcpp)，通过调节反应温度，使zn-tcpp的手性发生反转，将不同反应温度制备的手性zn-tcpp分别用于电化学手性识别氨基酸对映体，其产生的识别信号也随之发生相应的反转。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种利用不同温度诱导手性反转的手性zn-四对羧基苯基卟啉的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)称取四对羧基苯基卟啉(tcpp)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶，溶解于n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，在室温下充分搅拌；
8.(2)加入d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐作为手性源，调整反应温度，进行充分反应，加入七水合硫酸锌，室温下进行合成反应，生成手性zn-四对羧基苯基卟啉。
9.所述的制备方法，所述四对羧基苯基卟啉tcpp、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐、4-二甲氨基吡啶、d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐和七水合硫酸锌的加入量质量比为7
～9:10～12:6～8:7～9:2～4。
10.所述的制备方法，所述步骤(1)中搅拌的时间为20～40min，所述步骤(2)中充分反应的时间为10～14h，合成反应的时间为10～12h。
11.所述的制备方法，所述步骤(2)中调整反应温度至20～30℃或140～180℃。
12.所述的制备方法，当反应温度为20～30℃和140～180℃条件下进行反应分别得到的手性zn-四对羧基苯基卟啉在圆二色谱中呈现出相反的镜像特征。
13.一种可利用不同制备温度诱导手性反转的手性zn-四对羧基苯基卟啉，通过任一项所述的制备方法制备得到。
14.任一项利用不同温度诱导手性反转的手性zn-四对羧基苯基卟啉的制备方法在电化学手性识别中的应用。
15.一种手性zn-四对羧基苯基卟啉修饰电极的制备方法，通过将任一项所述的制备方法制备得到手性zn-tcpp，进行稀释后涂于电极表面，晾干后获得。
16.所述的手性zn-四对羧基苯基卟啉修饰电极的制备方法在手性识别电活性氨基酸对映体中的应用。
17.一种手性zn-四对羧基苯基卟啉修饰电极，通过所述的制备方法制备获得。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明采用简单的“一锅法”制备功能化的手性zn-tcpp，通过调节反应温度，使zn-tcpp的手性发生反转，将不同反应温度制备的手性zn-tcpp分别用于电化学手性识别氨基酸对映体，其产生的识别信号也随之发生相应的反转。
附图说明
20.图1为实施例1中反应温度为25℃时制备的手性zn-tcpp在低倍率下的扫描电镜图；
21.图2为实施例1中反应温度为25℃时制备的手性zn-tcpp在高倍率下的扫描电镜图；
22.图3为实施例1中160℃制备的手性zn-tcpp的扫描电镜图；
23.图4为实施例1中d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐，tcpp和160℃制备的手性zn-tcpp的傅里叶变换红外光谱图；
24.图5为实施例1中不同反应温度制备的手性zn-tcpp的圆二色谱图；
25.图6为实施例1中裸的玻碳电极(gce)、zn-tcpp/gce、tcpp/gce和手性zn-tcpp/gce的循环伏安图；
26.图7为实施例1中裸gce、zn-tcpp/gce、tcpp/gce和手性zn-tcpp/gce的电化学交流阻抗图；
27.图8为实施例1中25℃制备的手性zn-tcpp/gce识别trp对映体的差分脉冲伏安图；
28.图9为实施例1中160℃制备的手性zn-tcpp/gce识别trp对映体的差分脉冲伏安图。
具体实施方式
29.以下将结合附图和实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而
不是对本发明的进一步限定。
30.实施例1：
31.制备手性zn-tcpp修饰电极，并用于电化学识别色氨酸对映体，包括以下几个步骤：
32.(1)制备手性zn-tcpp：将7.9mg的四对羧基苯基卟啉、11.5mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和7.3mg的4-二甲氨基吡啶溶于10ml的n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，在室温下充分搅拌30min，向其中加入8.6mg的d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐作为手性源，在25℃和160℃不同的反应温度下，使手性源与tcpp充分反应12h，再向其中加入2.9mg的七水合硫酸锌，于室温下反应11h，最终分别合成手性zn-tcpp。
33.如图1和图2为25℃制备的手性zn-tcpp的扫描电镜图，25℃制备的手性zn-tcpp呈现出光滑的球状形貌，且直径约为480nm。图3为160℃制备的手性zn-tcpp的扫描电镜图。160℃制备的手性zn-tcpp的形貌与前者截然不同，它由很多更小尺寸的小球紧密堆积而成。通过扫描电镜图，我们可以观察到反应温度对于制备得到的手性材料的形貌有着显著影响。
34.(2)制备手性zn-tcpp修饰电极：取1mg的手性zn-tcpp，将其分散在1ml水中，取5μl的手性zn-tcpp分散溶液滴涂于电极表面，自然晾干，得到手性zn-tcpp修饰电极。
35.(3)电化学识别色氨酸(trp)对映体：采用三电极体系，手性zn-tcpp修饰电极为工作电极，铂片电极为对电极，银/氯化银电极为参比电极，通过差分脉冲伏安法电化学识别trp对映体，将制备好的手性zn-tcpp修饰电极分别置于20ml浓度为1mm l-trp和d-trp的0.1m ph为7.0的磷酸盐缓冲溶液中，静置10s，在0.3～1.4v的电位范围内进行差分脉冲伏安法测试，通过计算氧化峰电流比值(i
l-trp
/i
d-trp
)来评估手性识别效率。
36.其中，手性zn-tcpp修饰电极为工作电极对氨基酸对映体按下述方法进行识别：
37.r
l/d
＝i
l
/id38.式中，r
l/d
表示氨基酸对映体的氧化峰电流比值，i
l
和id分别表示l-氨基酸和d-氨基酸的氧化峰电流。
39.对实施例1得到的手性zn-tcpp及其修饰电极进行性能测试，结果如下：
40.通过傅里叶变换红外光谱分别对d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐，tcpp和实施例1中160℃制备的手性zn-tcpp进行表征，结果如图4所示。d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐在1747cm
–1处出现的特征峰归因于酯基中c＝o的伸缩振动。tcpp在1697cm
–1处出现的特征峰归因于羧基中c＝o的伸缩振动。此外，tcpp在1605、1176和1101cm
–1处的特征峰是来自于tcpp的骨架振动。160℃制备的手性zn-tcpp在1743cm
–1处的酯c＝o伸缩振动峰减弱，且在1647cm
–1处出现了新的特征峰归因于酰胺键中c＝o的伸缩振动，为d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐和tcpp发生了酰胺化反应提供了有力的证据。除此之外，手性zn-tcpp在1605、1176和1101cm
–1处的骨架振动也有所减弱，表明tcpp上的氢质子被zn
2+
取代形成了配位键，证明了zn-tcpp的成功合成。
41.使用圆二色谱对实施例1中不同反应温度制备的手性zn-tcpp进行表征，如图5所示，25℃制备的手性zn-tcpp在410nm～414nm处出现了正峰。而160℃制备的手性zn-tcpp在同一位置出现了与25℃制备的手性zn-tcpp镜像对称的峰。由于tcpp本身是非手性的，圆二色谱结果表明成功制备了手性zn-tcpp。除此之外，我们还证明了反应温度对合成材料的手性有影响，即高温会使原本的手性发生反转。
42.使用循环伏安法和电化学交流阻抗法探究了裸gce、tcpp/gce、zn-tcpp/gce和实施例1中160℃制备的手性zn-tcpp修饰电极在含有5mm[fe(cn)6]
4-/3-的0.1m kcl溶液中的电化学行为。如图6所示，裸gce呈现出一对明显的氧化还原峰，这归因于[fe(cn)6]
3-和[fe(cn)6]
4-之间的氧化还原转换。当tcpp修饰到gce表面后，峰电流急剧减小，这可能归因于tcpp含有四个羧基，电负性较高，与[fe(cn)6]
4-/3-离子对之间存在较强的静电排斥作用。当gce表面修饰zn-tcpp后，氧化还原峰电流相较于tcpp明显增大，这归因于zn
2+
与tcpp中心吡咯环上的氮原子进行了配位，增强了电子的传输能力。当gce表面修饰手性zn-tcpp后，氧化还原峰电流相较于zn-tcpp略有减小，归因于d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐较弱的导电能力阻碍了溶液/电极界面上的电荷转移。如图7为裸gce、zn-tcpp/gce、tcpp/gce和手性zn-tcpp/gce的电化学交流阻抗图。不同电极的电荷转移电阻(r
ct
)的大小关系呈如下趋势：r
ct
(gce)《r
ct
(zn-tcpp/gce)《r
ct
(手性zn-tcpp/gce)《r
ct
(tcpp/gce)，这种趋势与cv的结果一致。
[0043]
采用差分脉冲伏安法研究实施例1中不同反应温度制备的手性zn-tcpp修饰电极对trp对映体的识别，结果如图8和图9所示。在25℃下制得的手性zn-tcpp修饰电极识别trp对映体的差分脉冲伏安图见图8，i
l-trp
/i
d-trp
为1.25。而在160℃下制得的手性zn-tcpp修饰电极识别trp对映体的差分脉冲伏安图见图9，i
d-trp
/i
l-trp
为1.43。可见，不同反应温度制备的手性zn-tcpp，在识别色氨酸对映体时，其产生的识别信号也随之发生相应的反转。
[0044]
实施例2：
[0045]
(1)制备手性zn-tcpp：将7mg的四对羧基苯基卟啉、10mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和6mg的4-二甲氨基吡啶溶于10ml的n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，在室温下充分搅拌30min，向其中加入7mg的d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐作为手性源，在20℃和140℃不同的反应温度下，使手性源与tcpp充分反应10h，再向其中加入2mg的七水合硫酸锌，于室温下反应10h，最终分别合成手性zn-tcpp。
[0046]
(2)制备手性zn-tcpp修饰电极：取1mg的手性zn-tcpp，将其分散在1ml水中，取5μl的手性zn-tcpp分散溶液滴涂于电极表面，自然晾干，得到手性zn-tcpp修饰电极。
[0047]
使用圆二色谱对实施例2中不同反应温度制备的手性zn-tcpp进行表征，20℃制备的手性zn-tcpp在410nm～414nm处出现了正峰。而140℃制备的手性zn-tcpp在同一位置出现了与20℃制备的手性zn-tcpp镜像对称的峰。证明了反应温度对合成材料的手性有影响，即高温会使原本的手性发生反转。
[0048]
实施例3：
[0049]
(1)制备手性zn-tcpp：将9mg的四对羧基苯基卟啉、12mg的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和8mg的4-二甲氨基吡啶溶于10ml的n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，在室温下充分搅拌30min，向其中加入9mg的d-苯丙氨酸甲酯盐酸盐作为手性源，在30℃和180℃不同的反应温度下，使手性源与tcpp充分反应14h，再向其中加入4mg的七水合硫酸锌，于室温下反应12h，最终分别合成手性zn-tcpp。
[0050]
(2)制备手性zn-tcpp修饰电极：取1mg的手性zn-tcpp，将其分散在1ml水中，取5μl的手性zn-tcpp分散溶液滴涂于电极表面，自然晾干，得到手性zn-tcpp修饰电极。
[0051]
使用圆二色谱对实施例3中不同反应温度制备的手性zn-tcpp进行表征，30℃制备的手性zn-tcpp在410nm～414nm处出现了正峰。而180℃制备的手性zn-tcpp在同一位置出现了与30℃制备的手性zn-tcpp镜像对称的峰。证明了反应温度对合成材料的手性有影响，
即高温会使原本的手性发生反转。