螺旋聚合物超薄膜的手性分离性能研究

Many drug, pharmaceutical and flavor compounds are racemic mixture. However, only one of the two enantiomers performs the required action, while the other one may cause unwanted side effect. This project focuses on the helical polymers, prepares the asymmetric hyperthin membranes and aims at the chiral separation, comprehensively understand the formation process and recognizing ability to chiral molecules of the helical polymer and the transfer essence of enantiomer in the asymmetric hyperthin membranes; discusses the relationship between the pendant natures of polymers and the helical structures and determines the arranging mode of the side groups; introduces the supramolecular polymeric brush via self-assembly and delicately examines the constructing process of the helix and the superhelix; explores the different interactions of the helical polymers with two enantiomers and establishes the effect of the steric hindrance and weak interaction on them; thoroughly explores the recognizing principle of the helical polymer to chiral molecules; examines the preparing method of the asymmetric hyperthin membranes by means of depositing or anchoring the helical polymer on the porous substrates; investigates the effect of membrane properies, such as helical structure, the thickness of the functional layer and the porous size, on the chiral resolution; discovers the mechanism that the asymmetric hyperthin membranes including helical polymers facilitate the chiral resolution. The completion of this project will determine the nature,the process and the dominant factors of the helical and/or superhelical polymers, modify the affinity of the hlical polymer for chiral molecules by means of the adjustment of the helical structure in order to implement chiral sepraration and finally develop a new helical polymer material for chiral resolution.

许多药物、香精等均是外消旋混合物，但通常仅有一种异构体起作用而另一种却会产生副作用。本项目以螺旋聚合物为研究对象、制备非对称超薄膜为手段、实现手性分离为目的，全面了解螺旋聚合物的形成过程及其识别手性分子的能力、手性分子在薄膜中的传递本质；探讨聚合物侧链基团性质与螺旋结构之间的关系，确定侧链确切的排列方式；引入超分子聚合物刷，深入研究螺旋及超螺旋的形成过程；考察螺旋聚合物与对映异构体之间的作用差异，明确空间结构、弱相互作用在其中的作用，阐明螺旋聚合物识别手性分子的机制；探索以螺旋聚合物为功能层、多孔膜为基质层的非对称超薄膜的制备方法，考察螺旋结构、功能层厚度及孔径等膜性质对手性分离的影响，揭示这类膜实现手性分离的机理。本项目的完成可以明确形成螺旋、超螺旋聚合物的本质、过程及其控制因素，通过改变螺旋结构调控其与手性分子的亲和力而实现手性分离，将螺旋聚合物开发为一种新型的手性分离材料。

本项目以手性物质的分离为研究背景、手性非对称薄膜为研究对象，通过研究手性物质的膜分离性能，为揭示膜的手性分离机制、改善膜选择性和渗透性之间的相互制约关系以及开发新型膜材料等方面的研究提供了新的模型系统和思路。. 通过分子设计，我们在膜中引入了不同的手性识别单元，探讨了它们与不同的手性探针分子之间的相互作用；利用多种策略调控了膜的结构及厚度，研究了它们对膜分离性能的影响；考察了在手性识别过程中，识别单元与对映异构体之间的相互作用，区分了立体和非立体选择性相互作用对消旋分离因子的贡献；揭示了膜从“延迟”传输向“促进”传输机制转变的内在本质及其影响因素；通过对分离体系的精确设计，证实了非立体选择性相互作用对手性分离的贡献，这在以前的研究中往往被忽略或认为是相同的；考察了温度、pH及原料比等因素对接枝率影响。结果发现，GO基手性分离膜的选择性比传统的聚合物及无机膜要好，而通量高了1到3个数量级；该膜遵循“促进”传输机制，整体上膜仍然会受到选择性和通量的相互制约；增加识别单元的接枝率及降低传输孔道的有效孔径会提升膜的选择性，但会降低通量；主-客体相互作用的强度及异构体在膜内的传输速度会影响的膜传输机制的转变；调控主-客体相互作用可实现手性分离膜从促进到延迟的转变，这为膜分离技术实现手性物质的完全拆分提供了可能。. 通过本项目的完成，我们明确了识别单元的构效关系、揭示了手性膜的分离机制；阐明了延迟传输膜在手性分离过程中的分子作用机理；为开发新型的手性物质的分离膜提供了思路和方法。