手性BINAP金属配合物反应萃取分离α-氨基酸对映体研究

本项目利用手性金属配合物高的立体选择性和金属膦配合物对α-氨基酸良好的络合能力，提出手性BINAP金属配合物萃取分离α-氨基酸对映体新技术。基于手性匹配和离子交换原理，合成不同空间结构及极性的手性BINAP配体，将其与钯、铜、锌、镧系元素等金属络合成具有高立体选择性的手性BINAP金属配合物作为萃取剂；探寻萃取剂结构、溶剂、pH、主-客浓度比、温度等因素对分配系数和分离因子的影响规律。运用NMR、UV-Vis和CD光谱等现代分析手段研究萃取剂和对映体络合机理。结合界面反应平衡、酸碱平衡及质量守恒，建立手性萃取模型，运用Matlab对手性萃取过程进行模拟和优化。基于界面反应模型，利用改进的恒界面池研究手性萃取动力学及传质机理。通过本项目研究，将获得一种新的高效手性分离技术，为α-氨基酸对映体萃取分离工业应用提供技术参数，并为手性BINAP金属配合物萃取分离对映体进一步拓展应用提供理论依据。

光学活性α-氨基酸具有非常重要的生物活性和生理功能作用，是一种很重要的生物化工产品，广泛应用于食品、化工、制药等各个领域中。光学活性α-氨基酸可以从自然界直接获取，但是天然的α-氨基酸种类以及数量满足不了人们对其的需求。因此手性拆分α-氨基酸外消旋体具有重大意义。本项目提出了手性BINAP-金属配合物反应萃取分离α -氨基酸对映体新技术。制备了多种具有不同分子空间结构及极性的手性BINAP-金属配合物，用于萃取分离苯甘氨酸、苯丙氨酸、苯基丁氨酸、缬氨酸、对羟基苯胺酸、邻氯苯胺酸、4-硝基-苯甘氨酸等氨基酸对映体，探寻萃取剂种类和浓度、溶剂、pH 值、主体-客体浓度比、温度等因素对分配系数和分离因子的影响规律。深入探讨了手性BINAP-金属配合物反应萃取分离氨基酸对映体的机理，综合物理分配平衡、酸碱平衡、配体交换反应平衡及质量守恒等建立数学模型，对萃取平衡进行模拟；模型能准确预测实验结果，通过实验研究和模拟优化获得最佳萃取条件。在此基础上，进一步研究了手性BINAP-金属配合物反应萃取对映体动力学。考察了搅拌速率、两相界面面积、水相pH值、对映体浓度和萃取剂浓度等条件对传质速率的影响。探讨手性BINAP-金属配合物反应萃取氨基酸对映体过程的传质机理，构建传质模型。研究发现手性BINAP-金属配合物反应萃取分离水溶性对映体属于快化学反应控制，构建的数学模型能准确模拟萃取过程传质。手性BINAP-金属配合物反应萃取氨基酸对映体技术显著提高了萃取分离因子，显著降低了工业应用中所需要的传质单元数，解决了萃取分离氨基酸对映体的关键技术难题，具有广阔的工业应用前景。本项目研究获得的热力学和动力学数据为手性BINAP-金属配合物反应萃取氨基酸对映体技术的拓展应用以及萃取设备的设计和放大提供科学依据。