一种负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法技术

本发明专利技术公开了一种负载功能化L‑脯氨酸的具有温度/磁双响应性杂化微球的制备方法。本发明专利技术的技术要点为：通过可逆加成链转移（RAFT）聚合法将功能化的L‑脯氨酸ProlA、温敏性单体N‑异丙基丙烯酰胺NIPAM及亲水性单体寡聚乙二醇丙烯酸酯OEGA聚合成具有温度响应性的两亲性嵌段聚合物，利用“点击化学”方法将上述嵌段聚合物负载到磁性Fe3O4纳米粒子上，得到具有温度和磁双响应性的杂化微球。本发明专利技术的杂化微球可用于水相中催化直接不对称Aldol反应，反应体系的温度高于嵌段聚合物的低临界溶解温度（LCST）有利于Aldol反应的催化效率的提高和有机产物的释放，利用其磁性可高效分离回收该杂化微球，可重复使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子催化剂及其合成领域，具体涉及一种负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法。
技术介绍
L-脯氨酸是自然界含量丰富的一种天然手性有机小分子，其结构简单，原料易得。L-脯氨酸作为手性催化剂，在多种不对称催化反应中表现出良好的催化性能，因此成为不对称Aldol反应中重要的手性催化剂。L-脯氨酸催化直接不对称Aldol反应有诸多优点，但是，反应需在高极性有机溶剂中进行以稳定催化活性中间体，而L-脯氨酸在有机溶剂中溶解性差，催化剂用量大，催化效率低，并且，催化剂难以从反应体系中分离并循环使用。水是理想的绿色溶剂，价廉、无污染，以水为反应溶剂，克服了大多数有机溶剂带来的易燃、易爆、易挥发、容易污染环境的缺点。因此，研究者们又制备了负载L-脯氨酸的高分子催化剂，其中备受关注的是由两亲性嵌段聚合物自组装形成的核壳型高分子催化剂，其疏水性能核能有效地增加反应底物和催化剂在有限反应空间的局部浓度，提高催化反应速率，获得类似酶催化的高活性和高选择性。温度响应性聚合物是实际应用中最为常见的一类刺激响应性材料。当外界温度变化时，温度响应性聚合物的亲水性和疏水性发生变化导致聚合物分子构象发生改变，从而引起聚合物溶解性的变化。在温度较低时，温度响应性聚合物溶液澄清透明，当温度升高到一定温度时，溶液变浑浊，发生相转变，相转变温度成为最低临界温度LCST。聚N-异丙基丙烯酰胺是一种临界温度约为32℃的温敏性材料，在水溶液中具有“低温亲水，高温疏水”的特点。磁性纳米粒子具有纳米粒子和磁性性质，其中Fe3O4磁性纳米粒子应用最为广泛，Fe3O4磁性纳米粒子具有制备简单、低毒性、高稳定性等特点，为其作为催化剂载体提供了必要条件。将催化剂分子负载于磁性纳米粒子表面，形成具有核壳结构的磁性复合微球，使该类负载型催化剂能有效分散于反应体系中，同时，可利用磁性纳米粒磁性分离的特点实现催化剂和反应体系的分离。JavadSafaei-Ghomi[TetrahedronLett.2016（57）,1071–1073]等将L-脯氨酸功能化的Fe3O4纳米粒子作为催化剂，考察了N-芳羟胺、芳醛、靛红、α，β-不饱和醛的非对称1,3偶极环加成反应，发现Fe3O4-L-脯氨酸作为手性催化剂，反应条件温和，反应时间较短，产率高，而且Fe3O4-L-脯氨酸纳米粒子易回收，催化剂循环使用5次后，产率基本不变。李新娟[RSCAdv.2015,5,89149]等先通过RAFT沉淀聚合将甲基丙烯酸MAA、二硫代苯甲酸枯酯CDB、乙二醇二甲基丙烯酸酯EGDMA共聚制得P（MAA-co-EGDMA）聚合物微球，再通过表面引发RAFT聚合法将功能化L-脯氨酸、亲水单体NIPAM、疏水单体苯乙烯接枝到聚合物微球表面，制得负载手性催化剂毛发状聚合物微球。通过具有疏水和亲水部分的聚合物负载催化剂的方法，催化剂在水中组装形成胶束，疏水的核部分能将有机反应底物从周围水体系隔绝出来，将催化剂和有机反应物束缚在疏水空腔中，这样能够有效地进行催化。但是，反应结束后催化剂的回收率偏低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法，该杂化微球含有的温敏性链段的低临界溶解温度LCST为32~36℃。当环境温度低于LCST时，聚合物分子链舒展，可溶于水相，当环境温度高于其LCST时，聚合物分子链形成内核疏水、外壳亲水的胶束，疏水性能有效地增加反应底物和催化剂在有限反应空间的局部浓度，提高催化反应速率，因此，利用该温度/磁双响应性的杂化微球在水相中催化直接不对称Aldol反应，不仅可以通过控制温度提高催化效率，还可以通过磁分离回收使其重复使用，降低生产成本。本专利技术所采用的技术方案是：一种负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法，按照如下步骤进行：步骤一、制备功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA,在烧瓶中加入三氟乙酸CF3CO2H，置于冰水浴中，搅拌下将反-4羟基-L-脯氨酸C5H9NO3加入到烧瓶中，除去不溶物，加入三氟甲磺酸CF3SO3H，静置5分钟后，向烧瓶中加入丙烯酰氯C3H3OCl，室温充分搅拌，然后加入三氟乙酸CF3CO2H，室温下继续搅拌使充分反应，然后把烧瓶置于冰水浴中冷却，后加入的乙酸乙酯与石油醚混合溶液，真空抽滤，获得白色晶体，用乙醚多次洗涤白色晶体，然后将白色晶体在室温通风条件下干燥，获得白色粉末状的功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA；步骤二、制备无规共聚物P(NIPAM-co-ProlA)，将N-异丙基丙烯酰胺NIPAM、功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA、链转移试剂苄基三硫代碳酸酯基丙酸BSPA和偶氮二异丁腈AIBN溶解在N,N-二甲基乙酰胺DMAC中，冰水浴下通入氮气除去其中的氧气，然后在氮气保护下，油浴中反应18小时，反应完成后，用乙酸乙酯和石油醚混合溶液，沉析多次，反应产物真空干燥，得到无规共聚物P(NIPAM-co-ProlA)；步骤三、制备嵌段聚合物P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA将步骤二制得的无规共聚物P(NIPAM-co-ProlA)、寡聚乙二醇丙烯酸酯OEGA、偶氮二异丁腈AIBN加入到N,N-二甲基乙酰胺DMAC中，超声震荡至完全溶解，冰水浴下，通氮气除去其中的氧气，在油浴中反应18小时，反应完成后，加入石油醚和乙酸乙酯的混合溶液，沉析多次，取下层黄色粘稠物，真空干燥，将干燥后的产物溶于水中，加入三乙胺，调节pH至6~7，用截留分子量为3500的透析袋，透析除去三乙胺盐，真空干燥，得到嵌段聚合物P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA；步骤四、制备改性Fe3O4纳米粒子，将六水三氯化铁FeCl3·6H2O、无水乙酸钠CH3COONa、聚乙二醇PEG（200）溶于乙二醇中，200℃时充分反应，自然冷却至室温后用去离子水和无水乙醇洗涤数次，用外加磁场收集产物，真空干燥，即得磁性纳米粒子Fe3O4，将磁性纳米粒子Fe3O4分散于乙醇、去离子水和NH3·H2O的混合溶液中，加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH-570，搅拌使反应完全，所得产物用磁铁分离，用水和乙醇分别洗涤后，干燥获得黑色晶体即为改性Fe3O4纳米粒子；步骤五、制作共聚物(P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA)-SH，将步骤三制备的嵌段聚合物P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA、硼氢化钠NaBH4溶于甲醇CH3OH，调节pH=11~13，通入氮气，密封搅拌，反应结束后，透析，干燥，得到共聚物(P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA)-SH；步骤六、制备负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球，将步骤五制备的共聚物(P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA)-SH、步骤四制备的改性Fe3O4纳米粒子、N,N-二甲基甲酰胺DMF，装入密闭容器中，通入氮气，充分反应，将产物在真空中干燥获得黑色晶体即为L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球Fe3O4@P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA。作为一种优选方式：步骤一中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载功能化L‑脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：步骤一、制备功能化O‑丙烯酰基‑4‑羟基‑L‑脯氨酸ProlA, 在烧瓶中加入三氟乙酸CF3CO2H，置于冰水浴中，搅拌下将反‑4羟基‑L‑脯氨酸C5H9NO3加入到烧瓶中，除去不溶物，加入三氟甲磺酸CF3SO3H，静置5分钟后，向烧瓶中加入丙烯酰氯C3H3OCl，室温充分搅拌，然后加入三氟乙酸CF3CO2H，室温下继续搅拌使充分反应，然后把烧瓶置于冰水浴中冷却，后加入的乙酸乙酯与石油醚混合溶液，真空抽滤，获得白色晶体，用乙醚多次洗涤白色晶体，然后将白色晶体在室温通风条件下干燥，获得白色粉末状的功能化O‑丙烯酰基‑4‑羟基‑L‑脯氨酸ProlA；步骤二、制备无规共聚物P(NIPAM‑co‑ProlA)，将N‑异丙基丙烯酰胺NIPAM、功能化O‑丙烯酰基‑4‑羟基‑L‑脯氨酸ProlA、链转移试剂苄基三硫代碳酸酯基丙酸BSPA和偶氮二异丁腈AIBN溶解在N,N‑二甲基乙酰胺DMAC中，冰水浴下通入氮气除去其中的氧气，然后在氮气保护下，油浴中反应18小时，反应完成后，用乙酸乙酯和石油醚混合溶液，沉析多次，反应产物真空干燥，得到无规共聚物P(NIPAM‑co‑ProlA)；步骤三、制备嵌段聚合物P(NIPAM‑co‑ProlA)‑b‑POEGA将步骤二制得的无规共聚物P(NIPAM‑co‑ProlA)、寡聚乙二醇丙烯酸酯OEGA、偶氮二异丁腈AIBN加入到N,N‑二甲基乙酰胺DMAC中，超声震荡至完全溶解，冰水浴下，通氮气除去其中的氧气，在油浴中反应18小时，反应完成后，加入石油醚和乙酸乙酯的混合溶液，沉析多次，取下层黄色粘稠物，真空干燥，将干燥后的产物溶于水中，加入三乙胺，调节pH至6~7，用截留分子量为3500的透析袋，透析除去三乙胺盐，真空干燥，得到嵌段聚合物P(NIPAM‑co‑ProlA)‑b‑POEGA；步骤四、制备改性Fe3O4纳米粒子，将六水三氯化铁FeCl3·6H2O、无水乙酸钠CH3COONa、聚乙二醇PEG（200）溶于乙二醇中，200℃时充分反应，自然冷却至室温后用去离子水和无水乙醇洗涤数次，用外加磁场收集产物，真空干燥，即得磁性纳米粒子Fe3O4，将磁性纳米粒子Fe3O4分散于乙醇、去离子水和NH3·H2O的混合溶液中，加入γ‑甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH‑570，搅拌使反应完全，所得产物用磁铁分离，用水和乙醇分别洗涤后，干燥获得黑色晶体即为改性Fe3O4纳米粒子；步骤五、制备共聚物(P(NIPAM‑co‑ProlA)‑b‑POEGA)‑SH，将步骤三制备的嵌段聚合物P(NIPAM‑co‑ProlA)‑b‑POEGA、硼氢化钠NaBH4溶于甲醇CH3OH，调节pH=11~13，通入氮气，密封搅拌，反应结束后，透析，干燥，得到共聚物(P(NIPAM‑co‑ProlA)‑b‑POEGA)‑SH；步骤六、制备负载功能化L‑脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球，将步骤五制备的共聚物(P(NIPAM‑co‑ProlA)‑b‑POEGA)‑SH、步骤四制备的改性Fe3O4纳米粒子、N,N‑二甲基甲酰胺DMF，装入密闭容器中，通入氮气，充分反应，将产物在真空中干燥获得黑色晶体即为L‑脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球Fe3O4@P(NIPAM‑co‑ProlA)‑b‑POEGA。...

【技术特征摘要】
1.一种负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法，其特征在于按照如下步骤进行：步骤一、制备功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA,在烧瓶中加入三氟乙酸CF3CO2H，置于冰水浴中，搅拌下将反-4羟基-L-脯氨酸C5H9NO3加入到烧瓶中，除去不溶物，加入三氟甲磺酸CF3SO3H，静置5分钟后，向烧瓶中加入丙烯酰氯C3H3OCl，室温充分搅拌，然后加入三氟乙酸CF3CO2H，室温下继续搅拌使充分反应，然后把烧瓶置于冰水浴中冷却，后加入的乙酸乙酯与石油醚混合溶液，真空抽滤，获得白色晶体，用乙醚多次洗涤白色晶体，然后将白色晶体在室温通风条件下干燥，获得白色粉末状的功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA；步骤二、制备无规共聚物P(NIPAM-co-ProlA)，将N-异丙基丙烯酰胺NIPAM、功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA、链转移试剂苄基三硫代碳酸酯基丙酸BSPA和偶氮二异丁腈AIBN溶解在N,N-二甲基乙酰胺DMAC中，冰水浴下通入氮气除去其中的氧气，然后在氮气保护下，油浴中反应18小时，反应完成后，用乙酸乙酯和石油醚混合溶液，沉析多次，反应产物真空干燥，得到无规共聚物P(NIPAM-co-ProlA)；步骤三、制备嵌段聚合物P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA将步骤二制得的无规共聚物P(NIPAM-co-ProlA)、寡聚乙二醇丙烯酸酯OEGA、偶氮二异丁腈AIBN加入到N,N-二甲基乙酰胺DMAC中，超声震荡至完全溶解，冰水浴下，通氮气除去其中的氧气，在油浴中反应18小时，反应完成后，加入石油醚和乙酸乙酯的混合溶液，沉析多次，取下层黄色粘稠物，真空干燥，将干燥后的产物溶于水中，加入三乙胺，调节pH至6~7，用截留分子量为3500的透析袋，透析除去三乙胺盐，真空干燥，得到嵌段聚合物P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA；步骤四、制备改性Fe3O4纳米粒子，将六水三氯化铁FeCl3·6H2O、无水乙酸钠CH3COONa、聚乙二醇PEG（200）溶于乙二醇中，200℃时充分反应，自然冷却至室温后用去离子水和无水乙醇洗涤数次，用外加磁场收集产物，真空干燥，即得磁性纳米粒子Fe3O4，将磁性纳米粒子Fe3O4分散于乙醇、去离子水和NH3·H2O的混合溶液中，加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH-570，搅拌使反应完全，所得产物用磁铁分离，用水和乙醇分别洗涤后，干燥获得黑色晶体即为改性Fe3O4纳米粒子；步骤五、制备共聚物(P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA)-SH，将步骤三制备的嵌段聚合物P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA、硼氢化钠NaBH4溶于甲醇CH3OH，调节pH=11~13，通入氮气，密封搅拌，反应结束后，透析，干燥，得到共聚物(P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA)-SH；步骤六、制备负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球，将步骤五制备的共聚物(P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA)-SH、步骤四制备的改性Fe3O4纳米粒子、N,N-二甲基甲酰胺DMF，装入密闭容器中，通入氮气，充分反应，将产物在真空中干燥获得黑色晶体即为L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球Fe3O4@P(NIPAM-co-ProlA)-b-POEGA。2.根据权利要求1所述的一种负载功能化L-脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法，其特征在于：步骤一中，所述制备功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA的具体过程为，在圆底烧瓶中加入10a～20a毫升三氟乙酸CF3CO2H，置于冰水浴中，搅拌下将1a～5a克反-4羟基-L-脯氨酸C5H9NO3在5~10分钟加入到烧瓶中，溶解完全后除去不溶物，加入0.1a～0.5a克三氟甲磺酸CF3SO3H，静置5分钟后，向烧瓶中加入1a～5a毫升丙烯酰氯C3H3OCl，室温充分搅拌，然后加入三氟乙酸1a～5a毫升CF3CO2H，室温下继续搅拌100~120分钟使其充分反应，然后把烧瓶置于冰水浴中冷却，后加入体积比为1:1的乙酸乙酯与石油醚混合溶液50a~100a毫升，剧烈搅拌20分钟，真空抽滤，获得白色晶体，用乙醚多次洗涤白色晶体，然后将白色晶体在室温通风条件下干燥24小时，获得白色粉末状的功能化O-丙烯酰基-4-羟基-L-脯氨酸ProlA，其中a为正数。3.根据权利要求1所述的一种负载功能化L-脯氨酸的具有温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：申迎华，徐伟伟，刘宽，邱丽，温幸，李兴，杨新林，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14