脯氨酸修饰多功能磁性纳米粒子的制备及其非均相催化体系的构筑

Based on the special structure and properties of magnetic nanoparticles and thier application prospects in high-tech fields, e.g.biosynthesis and separation, biosensing and determination, organic catalysis, drug delivery, data storage and environmental governance, as well as the advantages on solvothermal synthesis of magnetic nanoparticles, this project will illustrate one-step solvothermal synthesis of multifunctional magnetic nanoparticles modified by proline,which were using the structural and reaction design of material and related characterization.Meanwhile,the effect of preparation conditions on the composition, structure and properties was also investigated.The resulting multifunctional magnetic nanoparticles modified by proline were used for asymmetric catalysis such as Aldol's reaction and Michael's addition reaction to investigate the feasibility of its direct applications for heterogeneous catalysis; the obtained multifunctional magnetic nanoparticles modified by proline were used for the asymmetric catalysis by immobilized chiral β-amino alcohol complex, and the chiral separation by the immobilized enzymes, the influence of the composition and structure of the resulting magnetic nanoparticles on their immobilization and catalytic process will also be researched. The preparation of multifunctional (catalyst, carrier and surfactant) magnetic nanoparticles and construction for the corresponding heterogeneous asymmetric catalytic system will be the key scientific issues solved in this research, and the research resultings will provide a theoretical basis for the preparation and application of novel magnetic nanoparticles.

基于磁性纳米粒子特殊的结构与性能，以及其在生物合成与分离、生物传感及测定、有机催化、药物传输、数据存储、环境治理等高新技术领域的应用前景，结合溶剂热法在磁性纳米粒子合成中所呈现的优势，本课题拟通过材料的结构设计和反应设计，借助溶剂热法一步合成脯氨酸修饰的多功能磁性纳米粒子并进行相关表征，研究制备条件对其组成、结构与性能的影响规律；将所得脯氨酸修饰的多功能磁性纳米粒子用于Aldol反应、Michael加成等不对称催化反应，考察其直接用于非均相催化的可行性；将所得脯氨酸修饰的多功能磁性纳米粒子用于担载手性β-氨基醇配合物催化反应和固定化酶催化不对称拆分等不对称催化反应过程，探讨所得磁性纳米粒子组成与结构对其固定化过程与催化反应的影响作用。解决制备具有催化、载体和表面活性等多功能磁性纳米粒子和构筑相应非均相不对称催化体系的关键科学问题，为新型磁性纳米粒子的制备与应用提供理论依据。

本课题拟通过材料的结构设计和反应设计，借助溶剂热法一步合成脯氨酸修饰的多功能磁性纳米粒子并进行相关表征，研究制备条件对其组成、结构与性能的影响规律；将所得脯氨酸修饰的多功能磁性纳米粒子用于 Aldol 反应、Michael 加成等不对称催化反应，考察其直接用于非均相催化的可行性；将所得脯氨酸修饰的多功能磁性纳米粒子用于固定化酶催化和不对称催化反应过程，探讨所得磁性纳米粒子组成与结构对其固定化过程与催化反应的影响作用。解决制备具有催化、载体和表面活性等多功能磁性纳米粒子和构筑相应非均相不对称催化体系的关键科学问题，为新型磁性纳米粒子的制备与应用提供理论依据。本课题完成的研究成果如下：.1）完成了Fe3O4 磁性纳米粒子的溶剂热合成方法学研究，并对Fe3O4 磁性纳米粒子在反应体系中的分散性能、非均相催化剂催化不对称 Aldol反应、Michael 加成等反应的活性和立体选择性进行了评价，建立及完善了通过一步法合成的具有高生物催化活性的磁性纳米粒子的方法学，同时研究制备的磁性纳米材料在新的催化反应当中的应用。.2）在反应中选择的表面活性剂脯氨酸，虽然其结构中含有的羧基可以被还原成手性β-氨基醇，但通过实验研究发现，在制备的非均相催化剂中，催化剂表面的羧基难以被还原，可能是由于脯氨酸被固定化在磁性纳米粒子的表面，其连接的羧基由于位阻，无法有效地被还原，因此这部分路线设计的相应工作难以继续深入开展。后续我们将进一步探讨研究反应不能发生的机理。.3）该脯氨酸修饰的磁性纳米粒子富含-COOH 等活性官能集团，是进一步固定化其他生物有机催化剂的优质载体。本课题通过共价固定化的方式，将特定的水解酶（脂肪酶，葡萄糖糖化酶）负载在该脯氨酸修饰的磁性纳米载体的活性端基上，建立可再生的固定化酶体系进行了大量的研究，但受限于实验条件和人员配置，未对有机手性化合物进行不对称催化拆分的研究。除此之外，还对其他固定化载体固定化酶进行了扩展性研究。