手性分子印迹膜的制备及其拆分过程研究

Chiral molecularly imprinted membrane(CMIM), as an effective method of enantioseparation, is a simple and stable process with maintaining high selectivity. In this project, the mechanism of molecularly imprinted chiral recognition will be clarified in detail by using racemic ibuprofen as a template molecular. Based on the theory of quantum and statistical mechanics, functional monomer can be designed, selected and prepared with molecular simulation. In addition, the species and amount of corsslinking agent as well as the ratio of template molecular and monomer can also be determined. Afterwards, molecular self-assembly and surface-modified free radical polymerization will be used to form an activity molecular imprinted layer on the surface of microfiltration and ultrafiltration membrane. The morphology and structure of membrane will be characterized by using scanning electron microscope(SEM), fourier transform infrared spectrometer(FTIR), etc. Moreover, the performance of enantioseparation, membrane fouling, membrane swelling and reproducibility of the formed membrane will be investigated for optimizing the morphology and structure of the active layer. As a result, a functional-enhanced CMIM can be obtained with high selectivity and flux. On the other hand, a mass transfer model will also be developed based on diffusion-solution mechanism and "caves" model. Finally, a preparation and enantioseparation technique of CMIM with independent intellectual property rights can be obtained.

手性分子印迹膜分离技术是主要的手性药物拆分方法之一，具有选择性高、稳定性好、操作简单等优点。本申请主要以布洛芬等外消旋体的拆分为研究对象，系统探讨分子印迹手性识别机理，从分子水平上认识印迹识别过程，依据量子与统计力学理论，采用量化计算结合分子模拟的手段，设计/选择/制备合适的功能单体，以及合适的交联剂种类和数量，确定模板分子与功能单体的比例，通过分子自组装、表面修饰自由基聚合等方法，在微滤或超滤基膜表面形成一层活性分子印迹层；通过扫描电镜、傅里叶变换红外光谱等对膜形态和结构进行表征；考察所制得膜的选择拆分性能，及膜污染、膜溶胀、再生性等影响因素，进而优化分子印迹皮层的形态和结构，提高和改善膜的功能，制备具有高选择性和高通量的手性分子印迹复合膜；基于溶解－扩散机理、"门"模型等研究分子印迹膜用于手性拆分过程的传质机理，构建传质模型，最终形成一种具有自主知识产权的手性分子印迹膜制备和拆分技术。

手性是自然界的本质属性之一，不同对映体可能具有明显不同的生物活性，单一对映体化合物的制备具有重要的研究意义。手性对映体之间有着几乎相同的物理化学性质，以拆分法获得单一对映体一直都是该研究领域的难点和热点。手性分子印迹膜结合了膜分离技术和分子印迹技术的优点，有望实现对手性物质低成本高效的拆分。.本课题建立了一种绿色制备D-色氨酸分子印迹膜的方法。以D-色氨酸分子作为模板分子，天然高聚物海藻酸钠作为功能聚合物，氯化钙作为交联剂，制备了D-色氨酸印迹整体膜和D-色氨酸印迹复合膜。整个制备过程中以水为溶剂，没有使用有毒有害的有机溶剂。通过FTIR，XPS，SEM，AFM和静态力学性能测试等对两种膜进行了较全面的表征分析。考察了相转化温度、模板分子含量、交联时间、膜厚等膜性能的影响；通过正压渗透实验来实现对外消旋色氨酸的拆分过程，考察了料液浓度、pH、压力等操作条件对拆分效果的影响。结果表明两种印迹膜对外消旋色氨酸都有很好的拆分效果，渗透液ee值达到99%以上，并初步给出了印迹膜对色氨酸拆分机理。.以S-布洛芬为模板分子，丙烯酰胺、乙二醇二甲基丙烯酸酯为功能单体和交联剂，采用热引发表面自由基聚合法对PVDF基膜进行印迹改性，制备了S-布洛芬印迹复合膜。优化制膜工艺，确定了S-布洛芬/丙烯酰胺/乙二醇二甲基丙烯酸酯的最佳配比为1:4:20，采用SEM、AFM及FTIR对膜结构及形貌进行表征。印迹膜对两种异构体具有较好的拆分效果，分离因子保持在1.13~1.33之间。. 综上，通过本课题的研究，建立了具有高通量和高选择性手性分子印迹膜的绿色制备方法，形成了基于手性分子印迹膜的外消旋体拆分过程，搭建了浓度渗透实验装置和压力渗透实验装置，构建了基于手性分子印迹膜拆分对映体的工艺过程，初步探究了手性分子印迹膜的拆分机理。研究结果可为手性药物拆分的工业化过程提供基础数据和技术支持。