基于手性MOF液相色谱固定相的可控制备及其手性拆分性能和机理研究

Liquid chromatography techniques based on chiral stationary phases are widely used for the separation of enantiomers. Metal-organic framework (MOF) has emerged as a new class of highly ordered porous crystalline functional materials in the last two decades. Based on the previous study of MOFs materials used as solid phases in high performance liquid chromatography (HPLC), in this project, we will apply liquid phase epitaxy method to fabricate homogenous core-shell homochiral MOF magnetic composites with a defined thickness for HPLC chiral column packing. Then we will investigate the relationship between different chiral MOF based stationary phases with chiral recognition and chiral separation of chiral drugs. Furthermore, through the practical evaluation of the column performance by pulse and breakthrough experiments, we will focus on the detailed modeling of the sorption processes with an investigation of kinetics and adsorption revealing a fundamental understanding of the interaction between MOF based adsorbents and dissolved chiral drug molecules.

基于手性固定相的液相色谱技术被广泛应用于对映异构体的分离。金属有机骨架（MOF）是一种近20年来新兴起来的高度有序的多孔晶体功能材料。本项目将在前期基于MOF高效液相色谱固定相的研究基础上，拟通过液相外延工艺制备形状规则、厚度均一的手性MOF磁性颗粒“核-壳”液相色谱柱填充材料；探讨不同性质的单一手性MOF固定相对手性药物分子的手性识别和手性拆分性能之间的关系；通过脉冲实验和突破实验对所制备的手性MOF色谱柱的性能进行实际评价；通过对吸附过程的详细建模，着重研究基于新型手性MOF的高效液相色谱固定相中的传质动力学和吸附平衡，探究基于手性MOF的吸附剂和溶解的手性药物分子之间的相互作用行为与机理。

由于手性化合物的对映体通常具有相同的物理和化学性质，因此手性异构体的分离是非常具有挑战性的。手性高效液相色谱（HPLC）和气相色谱（GC）技术是对映异构体分离提纯和纯度测量最可靠、最方便、最常用、同时也是最经济有效的手段。MOFs独特的性能如无死体积、良好的溶剂稳定性、对溶质的高负荷容量和一定的分子识别能力等也使其成为一种制备液相色谱分离的极具吸引力的材料。本项目立足于MOFs 材料与色谱分离的交叉点，在前期工作的基础上进一步系统地探索制备MOFs材料的方法，主要利用液相外延生长法合成了磁性“核-壳”SURMOFs材料；制备了基于SURMOFs的液相色谱固定相，研究了SURMOFs对药物分子等有机混合物在吸附和分离方面的相关研究；并通过实验与模拟相结合，获取了MOFs对有机混合物的吸附动力学和传质参数，深刻理解了MOFs固定相与被分离物质之间的关系与相互作用，为MOFs 材料在液相色谱领域的研究提供重要的理论依据和实验指导。此外，在自然基金的支持下，本项目围绕国际热点材料COFs在电池方面的应用开展了创新性研究，为锂硫电池负极材料的研发开辟了新途径和提供了科学依据。