专利名称：环糊精支载超亲核催化剂及制备方法
技术领域：
本发明涉及生化技术领域中的催化剂，特别是人工酶模型。
背景技术：
除了少数几个酶是由RNA所构成之外，酶均由蛋白质来承担。它们显示了高特异性和高催化效率。这可解释为底物与酶的活性部位的形状能像钥匙插入特定的锁一样地识别过程。催化活性部位是由一个与底物分子形状上互补的空洞和一些催化基团(如丝氨酸蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等中的咪唑基)所构成。
β-环糊精是由6个或更多个α-1，4-D-吡喃型葡萄糖单元的环状低聚物。它们有一个能包络疏水客体的疏水空洞。环糊精从前经常被用于合成出酶的简化的有机模型(参见Breslow，R.，Dong，S.D.Biomimetic reactions catalyzed by cyclodextrinsand their derivatives.Chem.Rev.，1998，981997-2011；--Breslow，R.Artificialenzymes.Science，1982，218532-537；--Liu，L.，Rozenman，M.，Breslow，R.Hydrophobic effects on rates and substrate selectivities in polymeric transaminasemimics.J.Am.Chem.Soc.，2002，124(43)12660-12661；--Breslow，R.Biomimetic selectivity.Chem.Rec.，2001，1(1)3-11；--Ueno，A.，& Breslow，R.，Selective sulfonation of a secondary hydroxyl group of beta-cyclodextrin.TetrahedronLett.，1982，233451)。
在过去的20年，对烷氨基吡啶超亲核试剂催化行为的研究受到了极大的关注(参见Vaidya，R.A.，& Mathias，L.J.Polymeric supernucleophilic pyridine catalystshomogeneous esterolysis of p-nitrophenyl esters.J.Am.Cherm.Soc.，1986，1085514-5520；--Delaney，E.J.，Wood，L.E.，& Klotz，I.M.Poly(ethylenimines)withalternative(alkylamino)pyridines as nucleophilic catalysts.J.Am.Cherm.Soc.，1982，104799-807；--Huang，J.T.，Sun J.W.，Cao，A.L.，& Shi，Y.Synthesis andpolymerization of diallylaromatic amines as supernucleophilic reagents.Polymer，1996，37(5)837-841)。4-(N，N-二甲基氨基)吡啶和4-四氢吡咯基吡啶作为超亲核催化剂在酰化和水解反应中已显示出了极高的速率加速。它具有比咪唑和吡啶更强的亲核能力。
发明内容本发明目的是解决现有技术中烷氨基吡啶超亲核催化剂无分子识别的能力的问题，提供一种环糊精支载超亲核催化剂及制备方法。
本发明所提供的环糊精支载超亲核催化剂，其特征在于——催化剂载体为β-环糊精；——催化基团为4-(N，N-二烷基氨基)吡啶；——载体与催化基团以共价键的方式连接。
如图1所示。以吡啶衍生物为原料合成4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶。产物含有烷氨基吡啶催化基团，分子中的羟基可与β-环糊精第一面连接，合成出4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶，使烷氨基吡啶催化基团以共价键的方式连接到β-环糊精上。
上述环糊精支载超亲核催化剂的制备方法，包括——4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶的制备氮气保护下，在28.5～57g的4-氰基吡啶的50～100mL的25％的盐酸溶液中滴加21～40g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮气保护下搅拌5～8h；将混合物倒入64.5～121g的N-甲基-N-羟乙基胺的400～800mL水溶液中，在室温下搅拌8～12h；向混合物中加入500～1000mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流1～3h，移出有机层，减压蒸馏，得到4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶；——4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制备在氮气保护下，将0.2～0.6g的4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶加入由0.5～1.5g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-环糊精的150～300mL的30％的乙醇所构成的溶液中，加入碳酸钠调节pH值到10.0，然后混合物在室温和氮气保护下搅拌3天；用1M的盐酸中和混合物，并浓缩至30mL，且加入硅胶柱，以2～31的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
本发明的优点和积极效果本发明将超亲核催化基团剂与环糊精连接起来，合成出4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶，该化合物既有环糊精疏水的空洞，又有烷氨基吡啶催化基团。作为催化剂可提供一种仿酶的催化模型。采用本发明提供的催化剂催化乙酸对硝基苯酯的水解反应，可提高反应速率40倍。这样，既可在超亲核催化剂中添加了对底物进行专一性结合和催化的分子识别功能，又可在β-环糊精结构中引入了新型的催化基团。同时加强了催化剂的催化活性和特异性。
图1是4-N-甲基-N-(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶的催化过程；图2是4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶催化水解乙酸对硝基苯酯。其中●，催化反应；○，空白反应。
具体实施方式实施例1、1、4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶的制备氮气保护下，在28.5g的4-氰基吡啶的50mL的25％的盐酸溶液中滴加21.0g的2-乙烯基吡啶。混合物在60℃和氮气保护下搅拌6h。将混合物倒入64.5g的N-甲基-N-羟乙基胺的400mL水溶液中，在室温下搅拌10h。向混合物中加入500mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流2h。移出有机层，减压蒸馏，得到4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶；2、4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制备在氮气保护下，在0.5g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-环糊精的150mL的30％的乙醇中加入0.2g的4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶中。加入碳酸钠调节pH值到10.0，然后混合物在室温和氮气保护下搅拌3天。用1M的盐酸中和混合物，并浓缩至30mL，且加入硅胶柱，以2L的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶。参见图1。
3、测试用紫外-可见分光光度计测量催化活性。以水循环器使反应温度维持在25±0.1℃。通过乙酸对硝基苯酯的水解反应，测量在400nm吸收的变化，对水中溶质浓度随时间的变化进行分光光度监视跟踪，参见图2。
实施例21、4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶的制备氮气保护下，在40g的4-氰基吡啶的70mL的25％的盐酸溶液中滴加30g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮气保护下搅拌7h；将混合物倒入90g的N-甲基-N-羟乙基胺的600mL水溶液中，在室温下搅拌10h；向混合物中加入750mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流3h，移出有机层，减压蒸馏，得到4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶；
2、4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制备在氮气保护下，在1g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-环糊精的220mL的30％的乙醇中加入0.4g的4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶中，加入碳酸钠调节pH值到10.0，然后混合物在室温和氮气保护下搅拌3天；用1M的盐酸中和混合物，并浓缩至30mL，且加入硅胶柱，以3L的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
实施例31、4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶的制备氮气保护下，在55g的4-氰基吡啶的100mL的25％的盐酸溶液中滴加40g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮气保护下搅拌8h；将混合物倒入121g的N-甲基-N-羟乙基胺的800mL水溶液中，在室温下搅拌12h；向混合物中加入1000mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流3h，移出有机层，减压蒸馏，得到4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶；2、4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制备在氮气保护下，在1.5g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-环糊精的300mL的30％的乙醇中加入0.6g的4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶中，加入碳酸钠调节pH值到10.0，然后混合物在室温和氮气保护下搅拌3天；用1M的盐酸中和混合物，并浓缩至30mL，且加入硅胶柱，以3L的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
权利要求
1.一种环糊精支载超亲核催化剂，其特征在于——催化剂载体为β-环糊精；——催化基团为4-(N，N-二烷基氨基)吡啶；——载体与催化基团以共价键的方式连接。
2.一种权利要求1所述的环糊精支载超亲核催化剂的制备方法，其特征是该方法包括——4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶的制备氮气保护下，在28.5～57g的4-氰基吡啶的50～100mL的25％的盐酸溶液中滴加21～40g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮气保护下搅拌5～8h；将混合物倒入64.5～121g的N-甲基-N-羟乙基胺的400～800mL水溶液中，在室温下搅拌8～12h；向混合物中加入500～1000mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流1～3h，移出有机层，减压蒸馏，得到4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶；——4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制备在氮气保护下，将0.2～0.6g的4-(N-甲基-N-(2-羟基甲基)氨基)吡啶加入由0.5～1.5g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-环糊精的150～300mL的30％的乙醇所构成的溶液中，加入碳酸钠调节pH值到10.0，然后混合物在室温和氮气保护下搅拌3天；用1M的盐酸中和混合物，并浓缩至30mL，且加入硅胶柱，以2～31的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脱氧-6-β-环糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
全文摘要
一种环糊精支载超亲核催化剂及制备方法。本发明催化剂以4－氰基吡啶为原料先合成4－(N－甲基－N－(2－羟基甲基)氨基)吡啶，再与β－环糊精连接，得到4－N－甲基－N－[(6－脱氧－6－β－环糊精)硫代甲基]氨基吡啶，使超亲核催化基团以共价键的方式连接到β－环糊精上。该化合物既有环糊精疏水的空洞，又有烷氨基吡啶催化基团。作为催化剂可提供一种仿酶的催化模型。采用本发明提供的催化剂催化乙酸对硝基苯酯的水解反应，可提高反应速率40倍。
文档编号B01J37/00GK1785521SQ20051012220
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者黄积涛, 郑嗣华, 张嘉琪, 谢秀荣, 黄卫洪 申请人:天津理工大学