一种分子印迹高分子超亲核催化剂及其制备方法

摘要

一种分子印迹高分子超亲核催化剂及制备方法，它是由4－氨基吡啶、环氧氯丙烷、4－硝基苯基甲基磷酸及添加交联剂所构成；4－氨基吡啶为36％～32％、环氧氯丙烷为36％～32％、4－硝基苯基甲基磷酸为9％～13％、交联剂甲苯二异氰酸酯为19％～23％；其制备过程为制取双(4－硝基苯基)甲基磷酸酯；再制取4－硝基苯基甲基磷酸；由原料4－氨基吡啶、4－硝基苯基甲基磷酸、环氧氯丙烷及交联剂甲苯二异氰酸酯制取环氧型分子印迹聚合物；最后进行催化活性的检测。本发明的优越性在于将高效酰化催化基团引入分子印迹高分子催化剂，使催化活性得以提高，以过渡态模拟物印迹大分子，使催化剂像人工酶那样获得了对底物的专一性。

说明书

(一)所属领域：

本发明属于一种高分子催化剂及其制备方法，特别涉及一种分子印迹高分子超亲核催化剂及其制备方法。

(二)背景技术：

目前，分子印迹催化剂是当前分子识别、人工模拟酶、抗体酶等前沿学科相互交叉的领域。它是用合成的高分子催化剂来模拟免疫生物体而获得的催化性抗体的一种方法，所获得的高分子具有专一的催化活性。在生物体内，抗体是在免疫过程中，能与抗原分子专一性结合的蛋白质。根据Pauling原理，抗体结合的是稳定的基态分子，而酶结合的是不稳定的过渡状态。酶催化即是通过稳定底物的过渡状态中间物而使反应得以加速的。那么，将某种结构上类似于过渡状态中间物的稳定的化合物(称为过渡态模拟物，TSA)作为抗原，用来免疫生物体，“诱骗”出与TSA在形状上互补的抗体，这种抗体随即显示出了对该底物的催化活性，被称为催化性抗体或抗体酶。在高分子合成中，将TSA作为模板，将其溶于液态的单体中。当单体聚合固化后，形成了大孔型交联树脂，如果将TSA分子从大分子网络中洗脱，就会使大孔树脂的表面和内部留下许多与TSA分子空间互补的“孔洞”。在催化系统中，底物形成过渡状态中间物时就会与这种孔洞专一性的识别，中间物暂时寄居坑穴并得到稳定，降低了反应的活化能，从而提高了反应速率。这就是所谓的“分子印迹高分子催化剂”。含咪唑基的分子印迹高分子的研究已见报道。超亲核催化剂是一种具有比咪唑和吡啶等一般亲核催化剂更强催化能力的催化剂。它特指4-(N，N-二烷基氨基)吡啶基团在各种酰化和水解反应中的高活性。各种超亲核催化剂已被合成。它们广泛用于加速那些药物合成、香料等精细化学品中高位阻底物的反应。

(三)发明内容：

本发明的目的在于提供一种分子印迹高分子超亲核催化剂及其制备方法，它是将超亲核催化活性基团引入分子印迹高分子中，以加强超亲核催化剂的催化专一性和特异性，即将作为TSA的4-硝基苯基甲基磷酸与单体混合，通过聚合方法，在获得了TSA印迹的高分子超亲核催化剂。

本发明的技术方案：一种分子印迹高分子超亲核催化剂，其特征在于它是由4-氨基吡啶、环氧氯丙烷、4-硝基苯基甲基磷酸及添加交联剂所构成，所说的4-氨基吡啶占有36％～32％、环氧氯丙烷占有36％～32％、4-硝基苯基甲基磷酸占有9％～13％、同时添加交联剂甲苯二异氰酸酯占有19％～23％。

上述所说的分子印迹高分子超亲核催化剂的制备方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：

[步骤一]由原料甲基磷酸二氯、4-硝基苯酚制取双(4-硝基苯基)甲基磷酸酯；

[步骤二]由原料双(4-硝基苯基)甲基磷酸酯、氢氧化钠溶液制取4-硝基苯基甲基磷酸；

[步骤三]由原料4-氨基吡啶、4-硝基苯基甲基磷酸、环氧氯丙烷及交联剂甲苯二异氰酸酯制取环氧型分子印迹聚合物。

[步骤四]催化活性的检测。

上述所说的制取环氧型分子印迹聚合物的方法为在36％～32％的4-氨基吡啶溶液中，加入9％～13％的4-硝基苯基甲基磷酸，搅拌30min。加入36％～32％的环氧氯丙烷，在50～70℃温度下搅拌3～5h。降温至0℃，再加入19％～23％的甲苯二异氰酸酯，搅拌直至体系凝胶；将固体在索氏提取器中洗涤20～30h，真空干燥后得到黄色固体。

本发明的工作原理在于：用含超亲核催化基团的交联环氧高分子包埋由4-硝基苯基甲基磷酸构成的模板。然后，洗除4-硝基苯基甲基磷酸，形成了含有大量空洞的网状大分子结构。以空洞来特异性地识别和结合底物，再以超亲核基团对底物的反应进行催化。用合成的分子印迹高分子超亲核催化剂来催化乙酸4-硝基苯酯的水解反应，以紫外-可见光分光光度计跟踪水解反应的进程，就可对催化剂的催化活性进行评价和比较。研究表明，分子印迹高分子超亲核催化剂的反应常数比非分子印迹模拟物有所提高，其效果与咪唑类分子印迹高分子催化剂相当。

本发明的优越性在于：1、将高效酰化催化基团引入分子印迹高分子催化剂，使催化活性得以提高；2、以TSA印迹大分子，使催化剂像人工酶那样获得了对底物的专一性。

(四)具体实施方式：

实施例：一种分子印迹高分子超亲核催化剂，其特征在于它是由4-氨基吡啶、环氧氯丙烷、4-硝基苯基甲基磷酸及添加交联剂所构成，所说的4-氨基吡啶占有34％、环氧氯丙烷占有34％、4-硝基苯基甲基磷酸占有11％、同时添加交联剂甲苯二异氰酸酯占有21％。

上述所说的分子印迹高分子超亲核催化剂的制备方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：

[步骤一]制取双(4-硝基苯基)甲基磷酸酯：原料取甲基磷酸二氯、4-硝基苯酚；方法为在10g甲基磷酸二氯中，加入20g4-硝基苯酚；体系在3h内缓慢室温至160℃，维持反应1h。将黑色油状物溶于甲苯，用活性炭脱色，在溶剂甲苯-乙醚混合液中重结晶2次得到11.3g双(4-硝基苯基)甲基磷酸酯；

[步骤二]制取4-硝基苯基甲基磷酸：原料取双(4-硝基苯基)甲基磷酸酯、氢氧化钠溶液；方法为在100mL 10％氢氧化钠溶液中，加入5.0g双(4-硝基苯基)甲基磷酸酯，加热体系至沸腾，5min后双(4-硝基苯基)甲基磷酸酯被溶解；后冷却、酸化至pH 3.5，用150mL乙醚分3次进行萃取；收集醚相，加入无水硫酸镁，静置过夜；然后冷冻结晶；从回流的乙醚中重结晶，得到1.6g白色针状晶体4-硝基苯基甲基磷酸。

[步骤三]制取环氧型分子印迹聚合物：原料取4-氨基吡啶、4-硝基苯基甲基磷酸、环氧氯丙烷及交联剂甲苯二异氰酸酯；方法为在34％的4-氨基吡啶溶液中，加入11％的4-硝基苯基甲基磷酸，搅拌30min。加入34％的环氧氯丙烷，在60℃温度下搅拌3h。降温至0℃，再加入21％的甲苯二异氰酸酯，搅拌直至体系凝胶。将固体在索氏提取器中洗涤20h，真空干燥后得到黄色固体。

[步骤四]催化活性的检测：原料取环氧型分子印迹聚合物、乙酸4-硝基苯酯及缓冲液；方法为在体系中，含有0.23g/L的分子印迹高分子催化剂、2.5×10^-5g/L的乙酸4-硝基苯酯及缓冲液，在30℃常压下反应，用紫外光谱在400纳米处跟踪4-硝基苯酚负离子浓度的变化，由此得到反应速率常数；根据反应速率常数的大小来比较本案所得催化剂的活性。