一种DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分方法

摘要

本发明属于化合物手性拆分领域，具体涉及一种DL‑苯丙氨酸对映体的手性拆分方法，该方法包括将待分离DL‑苯丙氨酸对映体溶液采用CD‑DME‑MOFs复合膜进行膜渗透分离。所述CD‑DME‑MOFs复合膜按照以下方法制得：将γ‑环糊精、腐殖酸盐和硅藻土加入碱金属氢氧化物溶液中并通过两次晶体生长得到CD‑DME‑MOFs颗粒，再将CD‑DME‑MOFs颗粒、聚乙二醇和PVDF复合制膜。采用本发明提供的CD‑DME‑MOFs复合膜对DL‑苯丙氨酸对映体进行手性拆分，不仅在膜渗透分离初期具有良好的拆分效果，而且随着膜渗透时间的延长，仍具有良好的手性识别能力，耐久性非常好，具备广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于化合物手性拆分领域，具体涉及一种DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分方法。

背景技术

苯丙氨酸又称为α-氨基-β-苯丙酸，为无色至白色片状晶体或结晶性粉末，其种类有外消旋DL-型、L-型和D-型。L-苯丙氨酸具有生理活性，人和动物体内不能合成它，必须从外界摄取。L-苯丙氨酸是人和动物必须的氨基酸之一，也是生物体内合成酪氨酸的重要原料，可影响甲状腺激素和毛发、皮肤的黑色素，在体内参与消除肾与膀胱的功能消耗。同时L-苯丙氨酸还是合成抗病毒和抗癌药物如苯丙酸氮芥、甲酰溶肉瘤素、甲氧芳芥以及阿斯巴甜的原料。D-苯丙氨酸营养价值较小，但它能增强人体的免疫功能，能够抑制脑啡肽(一种内源性阵痛药物)的分解，从而抑制羧肽酶(脑啡肽的降解酶)的活性，因而有出色的镇痛作用。苯丙氨酸在食品医药领域应用广泛，主要用于保健以及药物。已有研究表明，氨基酸的D、L-异构体在生物体内的消化、吸收、新陈代谢及分泌等过程中的作用是不同的，而且生物体内不同构型的氨基酸在传递神经信息、调节代谢通路以及肽和蛋白质的合成等许多生理过程中也具有不同的作用，因此苯丙氨酸对映体的分离具有十分重要的意义。

目前对DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分方法主要包括色谱拆分法、电泳拆分法、膜拆分法、酶促拆分法以及萃取法。其中，所述膜拆分法中所采用的手性膜一般以β-环糊精作为手性选择剂同时以乙酸纤维素、海藻酸钠、聚乙二醇或聚醚砜树脂作为基膜材料通过共混法制备得到。当采用此类手性膜对DL-苯丙氨酸对映体进行手性拆分时，虽然初期具有良好的效果，但是随着膜渗透时间的延长，手性识别能力下降明显，也即耐久性较差，无法长期使用。

发明内容

本发明的目的是为了克服采用现有的β-环糊精手性膜对DL-苯丙氨酸对映体进行手性拆分时耐久性较差的缺陷，而提供一种采用具有良好耐久性的手性膜对DL-苯丙氨酸对映体进行手性拆分的方法，其能够在长时间内保持良好的手性拆分能力。

现有的β-环糊精手性膜耐久性差的主要原因之一是随着运行时间的延长，D-苯丙氨酸或L-苯丙氨酸会吸附在β-环糊精手性膜上，从而导致其无法提供足够的手性识别位点来有效分离手性分子；主要原因之二是β-环糊精颗粒不容易均匀分散于铸膜液中而导致β-环糊精颗粒的过度团聚，从而无法充分发挥作用。本发明的发明人经过深入且广泛研究之后发现，同时以γ-环糊精、腐殖酸钠和硅藻土以及碱金属氢氧化物溶液作为原材料通过两次晶体生长法制成γ-环糊精骨架材料颗粒，再以其作为手性选择剂，同时在聚乙二醇的存在下以PVDF作为基膜材料，由此所得CD-DME-MOFs复合膜对DL-苯丙氨酸对映体进行手性拆分时具有良好的耐久性。推测其原因，可能是由于：一方面，γ-环糊精为DL-苯丙氨酸对映体的手性选择剂，硅藻土在腐殖酸钠的桥连作用下易于富集在γ-环糊精的周围，而硅藻土内部特殊的孔道结构有利于提升膜的分离性能，其聚集在γ-环糊精的周围能够起到放大及增强识别位点的作用，并且相比于由7个葡萄糖亚基组成的β-环糊精，具有8个葡萄糖亚基组成的γ-环糊精更有利于吸附硅藻土，所得γ-环糊精/硅藻土与碱金属氢氧化物相互作用后经两次晶体生长之后会形成γ-环糊精/硅藻土/金属骨架材料，其作为新型手性识别位点能够显著提高分离膜的耐久性；另一方面，γ-环糊精颗粒在聚乙二醇的存在下以PVDF作为基膜材料制成CD-DME-MOFs复合膜，其中，聚乙二醇不仅能够作为成膜物质，而且还能够作为分散剂促进γ-环糊精骨架材料颗粒在PVDF中的分散，减少了β-环糊精颗粒团聚的概率，使其充分发挥手性识别位点的作用。基于此，完成了本发明。

具体地，本发明了一种DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分方法，该方法包括将待分离DL-苯丙氨酸对映体溶液采用CD-DME-MOFs复合膜进行膜渗透分离；

所述CD-DME-MOFs复合膜按照包括以下步骤的方法制得：

S1、将γ-环糊精、腐殖酸盐和硅藻土加入碱金属氢氧化物溶液中搅拌混合均匀获得CD-HA-DME复合溶液；再将所得CD-HA-DME复合溶液装入敞口玻璃器皿中并将该敞口玻璃器皿置于密封的含甲醇容器中，所述敞口玻璃器皿的敞口高度不低于甲醇的液位，于45～55℃下放置20～30h，得到CD-HA-DME初晶；往敞口玻璃器皿中的CD-HA-DME初晶中加入十六烷基三甲基溴化铵和丙二醇并搅拌均匀后静置2～10h，过滤固体并干燥，得到CD-DME-MOFs颗粒；

S2、将步骤S1所得CD-DME-MOFs颗粒、聚乙二醇和PVDF加入二甲基乙酰胺中，于60～80℃下搅拌溶解得到铸膜液；将所述铸膜液倒在干净的玻璃板上并用刮刀刮涂均匀，之后浸入室温的凝固浴中并浸泡10h以上，得到所述CD-DME-MOFs复合膜。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述γ-环糊精、腐殖酸盐、硅藻土和碱金属氢氧化物溶液的用量比为1g:(0.1～0.5)g:(0.01～0.1)g:(50～200)mL。具体地，相对于1g的γ-环糊精，所述腐殖酸盐的用量为0.1～0.5g，如0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g等；所述硅藻土的用量为0.01～0.1g，如0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05g、0.06g、0.07g、0.08g、0.09g、0.1g等；所述碱金属氢氧化物溶液的用量为50～200mL，如50mL、80mL、100mL、120mL、150mL、180mL、200mL等。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述腐殖酸盐为腐殖酸钾和/或腐殖酸钠。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述硅藻土为季铵盐改性硅藻土。当采用季铵盐改性硅藻土时，硅藻土能够更均匀地分散于体系中，使最终所得CD-DME-MOFs复合膜具有更优异的手性拆分效果。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，所述碱金属氢氧化物溶液为KOH溶液和/或NaOH溶液。其中，所述碱金属氢氧化物溶液的浓度可以为0.1～1mol/L。

在一种优选实施方式中，步骤S1中，以γ-环糊精计的CD-HA-DME初晶、十六烷基三甲基溴化铵和丙二醇的用量比为1g:(0.1～0.5)g:(50～100)mL。具体地，相对于1g的以γ-环糊精计的CD-HA-DME初晶，所述十六烷基三甲基溴化铵的用量为0.1～0.5g，如0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g等；所述丙二醇的用量可以为50～100mL，如50mL、60mL、70mL、80mL、90mL、100mL等。

在一种优选实施方式中，步骤S2中，所述CD-HA-DME颗粒、聚乙二醇、PVDF与二甲基乙酰胺的用量比为(1～10)g:(0.5～2)g:(90～98)g:150mL。具体地，相对于150mL的二甲基乙酰胺，所述CD-HA-DME颗粒的用量为1～10g，如1g、2g、3g、4g、5g、6g、7g、8g、9g、10g等；所述聚乙二醇的用量为0.5～2g，如0.5g、0.8g、1g、1.2g、1.5g、1.8g、2g等；所述PVDF的用量为90～98g，如90g、92g、94g、96g、98g等。

在一种优选实施方式中，步骤S2中，所述聚乙二醇选自PEG400、PEG600、PEG800、PEG1000、PEG1500和PEG2000中的至少一种。

在一种优选实施方式中，步骤S2中，所述PVDF的数均分子量为10万～50万。

在一种优选实施方式中，步骤S2中，所述凝固浴为水。

在一种优选实施方式中，所述待分离DL-苯丙氨酸对映体溶液的浓度为0.001～0.1mol/L。

研究表明，本发明提供的CD-DME-MOFs复合膜能够对D-苯丙氨酸(D-Phe)优先传输，而渗透溶液中L-苯丙氨酸(L-Phe)的数量非常少。为了进一步考察CD-DME-MOFs复合膜对外消旋混合物的手性分离性能，使用非手性PVDF膜(V0，空白对照)对DL-苯丙氨酸进行手性分离试验，结果表明，两种对映体以近似相等的渗透速率通过膜，可见V0膜无法分离手性苯丙氨酸。从而证实CD-DME-MOFs颗粒在PVDF基质中充当手性识别位点作用。CD-DME-MOFs复合膜对DL-苯丙氨酸对映体的分离机制如图1所示，其以浓度梯度为驱动力的延迟传输机制进行，对CD-DME-MOFs复合膜具有更高结合亲和力的L-苯丙氨酸被吸附在PVDF基质中，而D-苯丙氨酸能够顺利通过膜，从而达到手性分离的目的。

本发明的关键在于采用了一种新型的CD-DME-MOFs复合膜对DL-苯丙氨酸对映体进行手性拆分，不仅在膜渗透分离初期具有良好的拆分效果，而且随着膜渗透时间的延长，仍具有良好的手性识别能力，耐久性非常好，极具工业应用前景。

附图说明

图1为CD-DME-MOFs复合膜手性分离机理的示意图；

图2为制备例2所得CD-DME-MOFs复合膜的SEM微观形貌，其中，A为表面形貌图，B为截面形貌图；

图3为制备例3所得CD-DME-MOFs复合膜的SEM微观形貌，其中，A为表面形貌图，B为截面形貌图；

图4为制备例4所得CD-DME-MOFs复合膜的SEM微观形貌，其中，A为表面形貌图，B为截面形貌图；

图5为DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分示意图；

图6为采用制备例2、对比制备例1和对比制备例2所得复合膜对DL-苯丙氨酸对映体进行手性拆分的结果对比图。

具体实施方式

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

制备例1硅藻土改性

将100g硅藻土加入2000mL浓度为1mol/L的KOH水溶液中配制成硅藻土碱溶液，再加入20g十六烷基三甲基溴化铵并于70℃下磁力搅拌反应2h，之后将所得反应液于5000rpm下离心分离，将底层固体产物放入70℃的烘箱中干燥10h，待冷却后用研钵研磨至细粉颗粒，即得季铵盐改性硅藻土。

制备例2制备CD-DME-MOFs复合膜

S1、将10gγ-环糊精、5g腐殖酸钠和1g季铵盐改性硅藻土(由制备例1制得，下同)加入盛有KOH溶液(0.2mol/L，500mL)的玻璃器皿中，充分搅拌获得均匀的CD-HA-DME复合溶液，将其装入另一个敞口玻璃器皿中，并将该敞口玻璃器皿整体置于密封的含甲醇(2000mL)容器中，所述敞口玻璃器皿的敞口高度不低于甲醇的液位，将该密封的含甲醇容器放入50℃的烘箱中22h，以使甲醇蒸气扩散到CD-HA-DME复合溶液中，完成第一次晶体生长，得到CD-HA-DME初晶；往敞口玻璃器皿中的CD-HA-DME初晶中加入十六烷基三甲基溴化铵5g和丙二醇500mL，搅拌均匀后静置5h，以完成第二次晶体生长，过滤获得白色沉淀，用乙醇清洗三遍后置于50℃烘箱中烘干，得到CD-DME-MOFs颗粒。

S2、将步骤S1所得CD-DME-MOFs颗粒3g、0.5g PEG800和97g PVDF(数均分子量为15.2万，下同)加入150mL二甲基乙酰胺中，于70℃下搅拌溶解得到铸膜液，将该铸膜液置于70℃烘箱24h静置脱气，将脱气后的铸膜液倒在干净的玻璃板上并用刮刀(5mm)浇铸，之后将玻璃板浸入室温的水中并浸泡12h，得到CD-DME-MOFs复合膜(记为M1)，采用SEM观测其微观形貌，所得结果见图2，其中，图2中A为表面形貌图，B为截面形貌图。从图2的结果可以看出，该CD-DME-MOFs复合膜的截面表现出典型的不对称结构，由表层皮肤层、从表面延伸的指状孔和致密的海绵状孔基底组成。

制备例3制备CD-DME-MOFs复合膜

所述CD-DME-MOFs复合膜按照包括以下步骤的方法制得：

S1、将10gγ-环糊精、3g腐殖酸钠和0.5g季铵盐改性硅藻土加入盛有KOH溶液(0.2mol/L，2000mL)的玻璃器皿中，充分搅拌获得均匀的CD-HA-DME复合溶液，将其装入另一个敞口玻璃器皿中，并将该敞口玻璃器皿整体置于密封的含甲醇(2000mL)容器中，所述敞口玻璃器皿的敞口高度不低于甲醇的液位，将该密封的含甲醇容器放入45℃的烘箱中30h，以使甲醇蒸气扩散到CD-HA-DME复合溶液中，完成第一次晶体生长，得到CD-HA-DME初晶；往敞口玻璃器皿中的CD-HA-DME初晶中加入十六烷基三甲基溴化铵4g和丙二醇500mL，搅拌均匀后静置2h，以完成第二次晶体生长，过滤获得白色沉淀，用乙醇清洗三遍后置于50℃烘箱中烘干，得到CD-DME-MOFs颗粒。

S2、将步骤S1所得CD-DME-MOFs颗粒5g、1g PEG800和95g PVDF加入150mL二甲基乙酰胺中，于60℃下搅拌溶解得到铸膜液，将该铸膜液置于70℃烘箱24h静置脱气，将脱气后的铸膜液倒在干净的玻璃板上并用刮刀(5mm)浇铸，之后将玻璃板浸入室温的水中并浸泡12h，得到CD-DME-MOFs复合膜(记为M2)，采用SEM观测其微观形貌，所得结果见图3，其中，图3中A为表面形貌图，B为截面形貌图。从图3的结果可以看出，该CD-DME-MOFs复合膜的截面表现出典型的不对称结构，由表层皮肤层、从表面延伸的指状孔和致密的海绵状孔基底组成。

制备例4制备CD-DME-MOFs复合膜

所述CD-DME-MOFs复合膜按照包括以下步骤的方法制得：

S1、将10gγ-环糊精、1g腐殖酸钠和0.1g季铵盐改性硅藻土加入盛有KOH溶液(0.2mol/L，1000mL)的玻璃器皿中，充分搅拌获得均匀的CD-HA-DME复合溶液，将其装入另一个敞口玻璃器皿中，并将该敞口玻璃器皿整体置于密封的含甲醇(2000mL)容器中，所述敞口玻璃器皿的敞口高度不低于甲醇的液位，将该密封的含甲醇容器放入55℃的烘箱中20h，以使甲醇蒸气扩散到CD-HA-DME复合溶液中，完成第一次晶体生长，得到CD-HA-DME初晶；往敞口玻璃器皿中的CD-HA-DME初晶中加入十六烷基三甲基溴化铵1g和丙二醇500mL，搅拌均匀后静置10h，以完成第二次晶体生长，过滤获得白色沉淀，用乙醇清洗三遍后置于50℃烘箱中烘干，得到CD-DME-MOFs颗粒。

S2、将步骤S1所得CD-DME-MOFs颗粒7g、1g PEG800和93g PVDF加入150mL二甲基乙酰胺中，于80℃下搅拌溶解得到铸膜液，将该铸膜液置于70℃烘箱24h静置脱气，将脱气后的铸膜液倒在干净的玻璃板上并用刮刀(5mm)浇铸，之后将玻璃板浸入室温的水中并浸泡12h，得到CD-DME-MOFs复合膜(记为M3)，采用SEM观测其微观形貌，所得结果见图4，其中，图4中A为表面形貌图，B为截面形貌图。从图4的结果可以看出，该CD-DME-MOFs复合膜的截面表现出典型的不对称结构，由表层皮肤层、从表面延伸的指状孔和致密的海绵状孔基底组成。

制备例5制备CD-DME-MOFs复合膜

按照制备例2的方法制备CD-DME-MOFs复合膜，不同的是，步骤S1中，将季铵盐改性硅藻土采用相同重量份的未改性硅藻土替代，其余条件与制备例2相同，得到CD-DME-MOFs复合膜，记为M4。

对比制备例1制备参比CD-DME-MOFs复合膜

按照制备例2的方法制备CD-DME-MOFs复合膜，不同的是，步骤S1中的腐殖酸钠和季铵盐改性硅藻土均采用相同重量份的γ-环糊精替代，其余条件与制备例2相同，得到参比CD-DME-MOFs复合膜，记为DM1。

对比制备例2制备参比CD-DME-MOFs复合膜

按照对比制备例1的方法制备CD-DME-MOFs复合膜，不同的是，步骤S2中的聚乙二醇采用相同重量份的PVDF替代，其余条件与对比制备例1相同，得到参比CD-DME-MOFs复合膜，记为DM2。

实施例1DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分

如图5所示，DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分装置包括两个腔室，即进料室(Feedchamber)和渗透室(Osmosis chamber)，两个腔室之间设置有CD-DME-MOFs复合膜以将进料室和渗透室隔开，CD-DME-MOFs复合膜与装置侧壁的连接处使用氟橡胶垫圈密封连接，料液由进料室扩散至渗透室必须通过CD-DME-MOFs复合膜。往进料室中装入600mL浓度为0.0018mol/L的DL-苯丙氨酸对映体水溶液，而渗透室装入600mL去离子水，同时在进料侧和渗透侧之间施加浓度梯度作为手性分子渗透的驱动力，用磁力搅拌装置连续搅拌进料室和渗透室，并在固定的时间间隔对渗透液取样后送入高效液相色谱仪(HPLC)中进行测定，待测样品通过高效液相色谱法得到D-苯丙氨酸峰面积以及L-苯丙氨酸峰面积，之后通过D-苯丙氨酸和L-苯丙氨酸的标准曲线求得待测样品中D-苯丙氨酸浓度以及L-苯丙氨酸浓度，根据浓度并通过方程式(1)计算出对映体过量(enantiomericexcess，ee)值，结果见表1。

式(1)中，ee为对映体过量值(％)；

A

A

表1

从表1的结果可以看出，10h之内，制备例2～5所得复合膜仅允许D-对映体通过，同时吸附了进料侧的L对映体，ee值都高达100％，随着时间的继续推移，20h时，ee值下降至75％～83％。然而，在0.5h时，对比制备例1～2所得复合膜的ee高达100％，但是随着运行时间的推移，ee值却出现了非常明显的下降，20h时，ee值降低至21％以下。

实施例2DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分

按照实施例1的方法考察CD-DME-MOFs复合膜M1、DM1和DM2对DL-苯丙氨酸对映体的手性拆分效果，不同的是，待分离的DL-苯丙氨酸对映体水溶液的浓度为0.05mol/L，所得结果见图6。从图6可以看出，10h之内，制备例2所得复合膜仅允许D-对映体通过，同时吸附了进料侧的L对映体，ee值都高达100％，随着时间的继续推移，20h时，ee值下降至约72％。然而，在0.5h时，对比制备例1～2所得复合膜的ee高达100％，但是随着运行时间的推移，ee值却出现了非常明显的下降，20h时，ee值降低至16％以下。

从以上结果可以看出，采用本发明提供的CD-DME-MOFs复合膜对DL-苯丙氨酸对映体进行手性拆分，不仅在膜渗透分离初期具有良好的拆分效果，而且随着膜渗透时间的延长，仍具有良好的手性识别能力，耐久性非常好，具备广阔的应用前景。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。