硅胶表面原位交联聚合法制备联萘组分表面分子印迹聚合物色谱固定相及手性识别机理研究

Chiral separation is a world class challenging topic in life science and bioengineering, which both play important roles in national economic development. This project intends to put forward a novel preparation method, Surface In-situ-polymerization Molecular Imprinting Technology (SIMIT), for chiral stationary phases (CSP) to improve the separation efficiency and reduce the preparation complexity in chiral separation. Research on related mechanism is another target of the project. .Different from traditional molecular imprinting technology (MIT) based on bulk polymerization, SIMIT coats the prepolymer onto the surface of silica and prepares surface molecular imprinting polymer directly through in-situ polymerization. This method has many advantages, such as maximizing the intensity between polymer and silica surface, simplifying the preparation process, increasing the mass transfer rate and improving chiral separation performance. As a breakthrough in the CSP preparation, SIMIT will strongly boost the development of both MIT and CSP. .The early stage exploration of SIMIT has been finished and implemented successfully in chiral separation of 1,1'-binaphthalene-2,2'-diamine(DABN) and 1,1'-Binaphthalene-2,2'-diol(BINOL) with separation factors range from 3.39 to 4.28. Nevertheless, current technique is highly empirical – the preparation mechanism and recognition mechanism remain mysterious. Conducting research on the mechanism will unveil the essential chemical and physical process and thus allows the extraction of the basic theory model which will further guide the optimization of current preparation technique. The research result is highly potential to be widely spread into general MIT and CSPs, which is of significant importance in both theory and practice.

本项目旨在提出一种新型、高效、简洁的手性固定相制备方法——表面原位聚合分子印迹技术，并对其进行相关机理研究，以解决国民经济发展中生命科学和生物制药工程领域中亟待解决的国际前沿问题手性体分离。区别于传统本体聚合，本方法将预聚体涂敷于硅胶表面，直接原位制备表面分子印迹聚合物，最大程度强化了聚合物与硅胶表面的结合牢度，精简了制备流程，加快了传质速率，提高了手性分离性能。作为固定相制备领域的新突破，本方法将极大推动分子印迹技术发展及手性固定相新品种开发。本制备方法的试验阶段已初步完成，并已成功应用于联萘胺和联萘酚的手性分离，分离因子达3.39~4.28。然而现有技术开发大多依赖于实验经验摸索与积累，其制备、识别机理尚不明确。因此其机理研究将从根本上揭示本制备方法的化学、物理过程，提取基础理论模型，进而指导制备方法的优化，对分子印迹技术及手性固定相制备产生广泛指导意义。本项目具有重要理论和实用价值。

手性是自然界特别是生物体的本质属性之一，与生命过程相关的物质如蛋白质、多糖、核酸和酶等几乎全为手性体，其在生物体内往往具有重要的生理功能。由于手性化合物的两个对映体之间在手性环境中存在光学活性与生物学活性的差异，这使得对映体所具有的生物效应如药效和药代动力学也有很大的不同。因此，如何获取单一光学纯度的对映体的研究是非常有意义的也是十分困难的研究，该研究已成为医药化学工业以及手性拆分领域的研究热点之一，具有重要的理论和实际意义。.本研究围绕手性体分离这一生命科学和生物制药工程领域中亟待解决的国际前沿问题而展开，确立了硅胶表面涂覆预聚体原位交联聚合制备空间高度有序的空穴网状表面分子印迹聚合物作为实现对映体拆分的手性固定相的架构设计。以联萘胺和联萘酚为印迹分子、硅胶为支撑材料，将印迹分子与功能单体复合物涂覆在硅胶表面进行原位交联聚合制备表面分子印迹聚合物手性固定相，完成了硅胶表面涂覆印迹聚合物的制备，并实现了其对联萘组分对映异构体的有效分离。借助于核磁、红外、高效液相色谱、扫描电镜及能谱等现代化检测手段确定了最优制备条件和色谱拆分条件，在最优条件下成功地实现了联萘胺和联萘酚的手性拆分，并获得较好的选择性（分离因子α=3.39~4.28。）在此基础上，利用计算机分子模拟的方法，计算了印迹分子、功能单体及二者复合物相应的结合能，预测了印迹分子与功能单体之间的相互作用机理，以其筛选出合适的分子印迹体系，用于辅助设计表面分子印迹聚合物。利用前沿色谱法探究了手性固定相对映体分离过程中的热力学过程、给出了其手性识别的机理，为解决国民经济发展中生命科学和生物制药工程领域中亟待解决的国际前沿问题手性体分离提供了技术支撑。