手性聚（2-噁唑啉）膜用于高效对映选择性分离

由于手性分子的对映体之间药性及活性的差别，手性分离在制药及食品等领域中至关重要。膜分离法因其低成本及可实现大规模分离的优点，成为了目前最热门的手性分离方法之一。易于加工的高分子材料是最主要的一类制备手性分离膜的原料，其中最为广泛使用的是具有高度规则结构和独特螺旋构型的天然聚糖。手性分离膜的选择性来源于一对对映体与膜内手性识别受体之间分子相互作用力大小的差异，所以保证对映体与受体间的相互作用强度是获取高选择性的关键之一。通常，聚糖的手性中心分布在其主链上，但是对映体分子更易与柔性更高的支链相互作用，而这限制了聚糖手性分离膜的高选择性。另外一种被广泛应用的方法是用手性识别受体功能化高分子膜，但对功能化效率的控制仍是一个挑战。除此之外，获取高手性选择性的同时保持对映体的高通量也是难题之一。聚（2-噁唑啉）（Poly(2-oxazoline), POx）是一类具有高结构和化学多样性且易于合成的高分子材料，对其2-，4-位的功能化既保证了聚合后侧链的引入，更被视为调控其物理化学性能最有效的策略。

在此背景下，蒙纳士大学王焕庭教授团队联合Kristian Kempe博士团队设计合成了水溶性S构型聚（2,4-二甲基-2-噁唑啉）（S-poly(2,4-dimethyl-2-oxazoline)，S-PdMeOx）并首次将其运用在了手性分离复合膜的制备中。作者将S-PdMeOx与氧化石墨烯（GO）纳米片相结合，制备了S-PdMeOx/GO复合膜并将其用于柠檬烯的手性分离。

S-PdMeOx与S-PdMeOx/GO膜的制备

通过2,4-二甲基-2-噁唑啉单体的活性阳离子开环聚合，得到了丙烯酸酯封端的S-PdMeOx₅A大分子单体。S-PdMeOx/GO膜是利用简单的两步液相铸膜法制作而成的。首先利用真空抽滤将S-PdMeOx₅A大分子单体、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（N,N’-methylenebisacrylamide，MBA）与GO纳米片混抽至尼龙基底上。紧接着他们将处理后的膜置于高温下，使大分子单体与交联剂MBA发生自由基聚合。随后他们使用第一步用到的铸膜液对得到的复合膜进行旋涂。GO纳米片作为复合膜的骨架，其层间承载着功能化单体；聚合反应发生在纳米片层间，而所形成的高分子链缠绕、穿插于纳米片间，最终形成了致密连续的复合膜。

S-PdMeOx/GO膜手性分离性能

在浓度梯度的驱动下，作者用柠檬烯外消旋溶液对S-PdMeOx/GO复合膜进行了手性分离测试。通过对透过液的气相色谱分析，他们发现其中左旋-柠檬烯的浓度远高于其右旋的对映体。经过计算，得出S-PdMeOx/GO膜实现了对柠檬烯高达98.3 ± 1.7%的手性选择性。通过对比不同的进液浓度对复合膜分离性能的影响，发现进液浓度为 0.01 mol L^-1时能得到的分离比及对映体通量为最佳。

综上，本研究提出了利用水溶性S-PdMeOx合成高分子作为膜原料且证明了其可行性，为新一代高性能手性分离膜的制备探索了新路径。

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Homochiral poly(2-oxazoline)-based membrane for efficient enantioselective separation

Fanmengjing Wang, David Pizzi, Yizhihao Lu, Kaiqiang He, Kristofer J. Thurecht, Matthew R. Hill, Philip Marriott, Mark M. Banaszak Holl, Kristian Kempe, Huanting Wang

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202212139

导师介绍

王焕庭

https://www.x-mol.com/university/faculty/30801