基于MOF-磁性石墨烯功能材料的制备及其分离和制备手性药物中间体的研究

摘要

金属有机骨架化合物（MOF）作为一种新型的多孔功能材料，因其具有较高的比表面积、丰富的拓扑结构、稳定的孔结构以及孔道表面可修饰等特点，使得它在气体储存、催化剂、吸附分离等诸多领域都具有非常广泛的应用前景。手性金属有机骨架材料是 MOFs发展的重要组成部分，由于手性MOFs多孔的功能位点和手性的特点，因而在不对称合成和手性选择分离方面受到了广泛的推崇。　　氧化石墨烯（GO）作为制备石墨烯（G）的重要前驱体，除了具有层状结构和比表面积大的特点外，还含有大量含氧基团，例如羟基、环氧基团和羧基等。这些含氧基团的存在不仅可以提高氧化石墨烯的亲水性能，也为制备功能化氧化石墨烯材料提供了反应位点。氧化石墨烯与手性 MOFs材料结合而制备的复合功能材料，能集各种材料的优点于一体，并利用它们的协同效应提高整体复合功能材料的性能。然而通过文献调研，尚未见到有关手性MOF-磁性石墨烯功能材料用于磁性固相萃取（MSPE）的研究，也尚未见到将此类功能化磁性粒子应用于手性分析的研究报道。　　本论文合成了磁性氧化石墨烯功能化的手性MOFs材料，并将其应用于磁性固相萃取来实现对手性药物中间体的选择性吸附分离。这些功能材料既具有氧化石墨烯大的比表面积和良好的分散性，又兼具手性MOFs的多孔性及手性，还能结合磁性材料的磁性，因而具有广泛的应用前景。主要内容如下：　　第一，首先利用水热法制备磁性四氧化三铁，然后通过溶胶-凝胶法在磁性Fe3O4纳米粒子表面包覆一层二氧化硅，再利用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对Fe3O4@SiO2进一步功能化，最后通过化学键合法将氨基化的磁性材料键合到石墨烯表面，制得Fe3O4@SiO2-NH2-GO（简称MGO）磁性材料，并通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、红外（IR）、X射线粉末衍射（XRD）进行表征。　　第二，常压下制备了纯手性 MOF1，[Zn2(bdc)(L-lac)(dmf)]（bdc=对苯二甲酸；L-lac=L-乳酸），并将制得的MGO按照不同的掺杂量分散在手性MOF1中得到了磁性石墨烯功能化的 MOF， Fe3O4@SiO2-NH2-GO@MOF1（简称MGO-ZnBLD），并通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、红外（IR）、热重（TGA）、磁滞回线（VSM）、X射线粉末衍射（XRD）、氮气吸附等进行表征。用磁性固相萃取（MSPE）对甲基苯基亚砜进行选择性吸附与分离，在磁性石墨烯掺杂量为5％时对映体过量值（ee值）可达90.9%，整个吸附过程仅用了2分钟，且重复7次后ee值未见明显降低。　　第三，常压下制备了另一种纯手性 MOF2，[Zn2(D-Cam)2(4,4’-bpy)]n（D-Cam=D樟脑酸；4,4’-bpy=4,4’-联吡啶），同样通过不同掺杂量的MGO制得Fe3O4@SiO2-NH2-GO@MOF2（简称MGO-ZnCB），并通过扫描电镜、透射电镜、红外、热重、磁滞回线、X射线粉末衍射、氮气吸附、EDS能谱等进行表征。用磁性固相萃取对联萘酚进行选择性吸附与分离，在磁性石墨烯掺杂量为10%时对映体过量值（ee值）可达74.8%，整个吸附过程可以在3分钟内完成，且重复7次后ee值仍未见明显降低。　　第四，利用制得 Fe3O4@SiO2-NH2-GO@MOF2（简称 MGO-ZnCB）对另一种手性药物中间体联糠醛进行选择性吸附分离，在磁性石墨烯掺杂量为8%时对映体过量值（ee值）为57.4%，整个吸附过程仅需要2分钟，同样重复7次后ee值未见明显降低。

目录

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第一章 前言

1.1 金属有机骨架（MOFs）材料

1.1.1 MOFs材料的发展简介

1 .1 .2 手性金属有机骨架的合成方法

1 .1 .3 手性金属有机骨架在对映选择性吸附中的应用

1 .2 石墨烯复合材料在磁性固相萃取中的应用

1 .2 .1 石墨烯概述

1 .2 .2 磁性固相萃取

1 .2 .3 石墨烯在磁性固相萃取中的应用

1. 3 手性拆分的认识

1 .3 .1 手性的认识

1 .3 .2 手性拆分的重要性

1 .3 .3 手性拆分的方法

1. 4 本课题的研究意义及内容