手性双子表面活性剂为模板制备螺旋超微孔功能材料

The helical super-porous materials (HSPMs) displayed the superior ability of heat transfer, mass transfer and shape selectivity than the chiral zeolite and chiral mesoporous materials. These new materials should be preferentially applied to the separation and catalysis of chiral chemistry, because their narrow diameter (1-2nm) and chiral atmosphere was opt to most drug chemicals. But the existing organic templates could not control the direct preparation of HSPMs. In this application we planned to synthesize a kind of chiral gemini surfactant, as a new structure-direct agent to prepare the helical super-porous materials. These new templates were derived from the pure chiral prolinol, long chain alkyl quaternary ammonium salt, coupled through an ether bond. Research emphasis was taken on the intrinsic relationship among the surface properties and optical activity of chiral gemini-templates, and the final HSPMs’ skeleton, channels and optical characteristics. Key techniques such as three-phase diagrams and electron microscopes were combined to capture the organic-inorganic intermediates in process. Finally the structure directing mechanism of new gemini-templates was also deeply studied, providing the guidance to the control of HSPMs preparation.

螺旋超微孔（1-2nm）介于手性介孔和手性沸石之间，与多数手性药物分子尺寸接近，兼有优异的传热传质和择形筛分能力，但依靠已有手性模板剂不能得到规整的螺旋超微孔材料。本课题拟将纯手性脯氨醇衍生的长链烷基季铵盐通过醚键相联接，制备一系列对称（或非对称）的氨基醇型手性双子表面活性剂，考察手性双子模板剂的分子结构设计、环境因素对表面性能和光学活性的影响；以之为模板剂，硅酸酯或硅酸钠为无机源，制备一系列螺旋超微孔功能材料，考察所得无机材料的骨架、孔道和光学特征；借鉴无机制备技术中的相图，应用浓度、pH、温度为轴，模板剂与螺旋超微孔的各性能和参数为函数，绘制三相图并通过比较相似条件时的相区分布，结合电子显微镜捕捉过程中的有机-无机聚集体变化，推测模板剂的结构导向机理、指导螺旋超微孔的定向合成。由此，我们提出一种新颖的、用于螺旋超微孔可控合成的手性模板剂。

超微径的螺旋孔道与多数手性药物分子尺寸接近，兼有优异的传热传质和择形筛分能力，但相应有机模板剂的发展限制了其进步和应用。为筛选适宜的手性双子表面活性剂及其合成工艺，我们开展了本课题的研究：以手性的氨基酸、氨基醇为手性子，设计并考察了烷基、醚基、苯基、氰胺等联接基以及疏水烷基链长短等因素对表面性能和光学活性的影响，优选合成效率高、稳定性好、有纳米螺旋团聚体的手性gemini表面活性剂，以其中部分样品为单一或复合模板剂可得到一定手性的介孔或超微孔材料，逐步积累模板剂结构特征与材料骨架、孔道和光学特征之间的认识，为推测手性有机模板剂的结构导向机理、指导螺旋超微孔的定向合成提供基础性的研究数据。在项目执行过程中，我们还以天然手性烟碱为合成子，发展了具有表面活性的烟碱型手性离子液体，用于苯乙烯的不对称催化合成和环碳酸酯的催化合成；以氰胺衍生物-氮化碳的纳米量子点为催化剂，研究了其在邻苯二甲酸酯、硝基芳烃等光降解以及苯酚羟基化光催化的应用。