自组装型氨基酸衍生物功能化磁性-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开自组装型氨基酸衍生物功能化磁性‑碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，利用溶剂热还原一步法制备了磁性Fe

【技术实现步骤摘要】
自组装型氨基酸衍生物功能化磁性-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于功能材料和手性分离
，更加具体地说，涉及一种自组装型氨基酸衍生物功能化磁性-碳纳米管复合材料及其制备方法和在手性分离中的应用。
技术介绍
手性化合物的两个对映异构体除了旋光性外具有相同的物力和化学性质，但是其生化和药理活性却往往不同，甚至有相反的作用。因此，研究手性分离技术对于医药工业、生命科学都具有十分重要的意义。手性拆分技术主要包括机械拆分、优先结晶、化学拆分、酶拆分、膜分离和色谱拆分等多种拆分方法。其中液相色谱手性固定相拆分法被认为是最具有优势的光学异构体拆分方法，目前已经开发了多种手性固定相，按照手性固定相的结构，可分为蛋白质型、刷型/Prikle型、多糖衍生物型、大环抗生素型、配体交换型和环糊精型等。按照手性选择剂在载体上的固定方式，可分为键合型和涂覆型两类。随着现代科学技术的发展，人们对手性化合物不同生物活性的认识越来越深刻，对单一对映体的需求量不断增加，对纯度的要求也越来越高。常规的色谱手性分离技术虽然应用广泛、操作条件温和、分离效率高，但处理量小、放大成本高，多适用于分析和检测。因此，研究新型手性识别材料和高效快速手性分离技术，具有广阔的应用前景。但是手性分离技术的发展更侧重于新技术新材料的研究，手性选择剂在载体上的固定方式，还是主要为键合型和涂覆型两类。键合型固定方式作用力强，稳定性高，但是反应过程复杂且不易达到较高键合率，而且容易破坏手性选择剂结构导致作用位点减少。涂覆型固定方式，操作简易，涂覆量高，能有效提高分离容量，但是不稳定，寿命较短，容易随着流动相流失，导致分离效率下降。纳米材料的研究已经成为当今国际上的前沿研究课题，其在分析化学领域已有广泛的用途，在手性识别领域也显示了十分诱人的应用前景。纳米颗粒具有高比表面且易于修饰，作为手性选择剂载体，可以起到提高柱容量或信号放大的作用。纳米材料在手性识别领域的研究取得了越来越多的关注，但是多数纳米材料在溶液中难于实现固液分离的不足大大限制了其应用范围。而磁性纳米颗粒具有纳米材料特有的小尺寸效应、表面效应等性质，还具有独特的磁性能，在外加磁场作用下可以快速聚集从而实现固液分离，因此在催化、生物分离和医学等领域得到了广泛应用[17-18]。研究新型功能化磁性纳米材料及其复合材料的制备和应用，已经引起了科研工作者的广泛兴趣。近年来，通过表面修饰手性选择剂制得的功能化磁性纳米在手性分离领域显示了巨大的应用潜力。自组装是指系统的构筑元素(如分子)在不受外力借助下，通过非共价键作用自发的形成有序结构的过程，是创造具有多层次结构与功能的新材料的重要途径，是国际学术前沿研究领域。分子自主装技术通过分子间弱相互作用力及其协同效应，形成有序分子聚集体如自组装膜，这里的弱相互作用力包括氢键、范德华力、疏水作用、π-π相互作用、阳离子-π相互作用等。碳纳米管是近年来发展迅速的新型材料，由于其表面积大、表面疏水等性能而广泛用在分析化学领域。磁性碳纳米管复合材料通常是由磁性Fe3O4或γ-Fe2O3与单壁碳纳米管(SWCNTs)或多壁碳纳米管(MWCNTs)组成的混合物。这一复合材料结合了磁性纳米粒子的超顺磁性能和碳纳米管独特的光、电、机械及化学性能，从而广泛用于传感、生物分离、样品前处理等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供自组装型氨基酸衍生物功能化磁性-碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，以磁性纳米材料为手性选择剂载体，结合自主装技术为固定方式来制备手性识别材料，有望改进手性固定相的稳定性和负载量的不足，实现快速筛选手性选择体，高效、高容量手性分离。利用溶剂热还原一步法制备了磁性Fe3O4—多壁碳纳米管(Fe3O4/MWCNTs)复合材料，利用磁性Fe3O4/MWCNTs复合材料的疏水作用作用，将N-十六烷基-L-羟脯氨酸(C16-L-Hyp)自组装在碳纳米管表面，得到稳定的复合物Fe3O4/MWCNTs-Hyp。将该材料用作手性吸附剂拆分氨基酸对映异构体，以测试其手性拆分性能。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料，按照下述步骤进行：步骤1，利用溶剂热还原一步法制备了磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料称取FeCl3·6H2O加入到乙二醇中，配成0.05～0.4mol/L的溶液；然后向其中加入无水乙酸钠、聚乙二醇和羧基化多壁碳纳米管进行超声分散；在超声分散后加入胺化试剂，机械搅拌后，将液体转移至反应釜中，加热至200～300℃反应8～24h，FeCl3·6H2O、无水乙酸钠、聚乙二醇、羧基化多壁碳纳米管和胺化试剂的质量比为(1—1.5)：(3.5—4)：(0.8—1)：(0.1—0.5)：(6—20)，胺化试剂为己二胺或者乙二胺；在步骤1中，反应釜为带有聚四氟乙烯内衬的密封不锈钢水热反应釜。在步骤1中，聚乙二醇为PEG6000。在步骤1中，将反应后得到的产物用去离子水和无水乙醇洗涤3～6次，在40～80℃真空干燥，制得氨基修饰磁性Fe3O4-碳纳米管复合材料。在步骤1中，超声分散时间为0.5～1h，机械搅拌时间为0.5—1h，搅拌速度为80—120转/min。在步骤1中，反应温度为240—280摄氏度，反应时间为10—20小时，FeCl3·6H2O、无水乙酸钠、聚乙二醇、羧基化多壁碳纳米管和胺化试剂的质量比为(1—1.5)：(3.5—4)：(0.8—1)：(0.3—0.5)：(10—15)。步骤2，将步骤1制备的磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料和N-十六烷基-L-羟脯氨酸进行作用，以通过两者疏水作用实现N-十六烷基-L-羟脯氨酸在磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料上的自组装，得到自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料(Fe3O4/MWCNTs-Hyp)。在步骤2中，将N-十六烷基-L-羟脯氨酸均匀分散在甲醇中并加入步骤1制备的磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料，搅拌均匀后静置(如室温20—25摄氏度下静置30—60min)以实现自组装；磁分离除去甲醇，将自组装氨基酸衍生物的Fe3O4/MWCNTs复合材料加入到10ml50mmol·L-1CuSO4水溶液中，搅拌10min，磁分离除去溶液，加蒸馏水洗涤3-5次，在80℃真空干燥，得到干燥的自组装型氨基酸衍生物功能化磁性-碳纳米管复合材料。在步骤2中，N-十六烷基-L-羟脯氨酸按照下述步骤进行制备：将氢氧化钠和L-羟脯氨酸加入到乙腈中并分散均匀，再加入溴代十六烷，在60—80摄氏度下进行回流反应5—10小时，旋蒸得到白色固体产物，甲醇重结晶两次，抽滤，60℃真空干燥，得到N-十六烷基-L-羟脯氨酸(C16-L-Hyp)，氢氧化钠、L-羟脯氨酸和溴代十六烷为等摩尔比。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)通过溶剂热法一步反应得到氨基修饰磁性Fe3O4纳米粒子-碳纳米管复合材料，制备方法简单，过程可控，该反应基于胺基与铁离子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料，其特征在于，利用溶剂热还原一步法制备了磁性Fe

【技术特征摘要】
1.自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料，其特征在于，利用溶剂热还原一步法制备了磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料，利用磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料的疏水作用作用，将N-十六烷基-L-羟脯氨酸自组装在碳纳米管表面，按照下述步骤进行：
步骤1，利用溶剂热还原一步法制备了磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料
称取FeCl3·6H2O加入到乙二醇中，配成0.05～0.4mol/L的溶液；然后向其中加入无水乙酸钠、聚乙二醇和羧基化多壁碳纳米管进行超声分散；在超声分散后加入胺化试剂，机械搅拌后，将液体转移至反应釜中，加热至200～300℃反应8～24h，FeCl3·6H2O、无水乙酸钠、聚乙二醇、羧基化多壁碳纳米管和胺化试剂的质量比为(1—1.5)：(3.5—4)：(0.8—1)：(0.1—0.5)：(6—20)，胺化试剂为己二胺或者乙二胺；
步骤2，将步骤1制备的磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料和N-十六烷基-L-羟脯氨酸进行作用，以通过两者疏水作用实现N-十六烷基-L-羟脯氨酸在磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料上自组装，得到自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料。


2.根据权利要求1所述的自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料，其特征在于，在步骤1中，反应釜为带有聚四氟乙烯内衬的密封不锈钢水热反应釜，聚乙二醇为PEG6000。


3.根据权利要求1所述的自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料，其特征在于，在步骤1中，反应温度为240—280摄氏度，反应时间为10—20小时，FeCl3·6H2O、无水乙酸钠、聚乙二醇、羧基化多壁碳纳米管和胺化试剂的质量比为(1—1.5)：(3.5—4)：(0.8—1)：(0.3—0.5)：(10—15)；超声分散时间为0.5～1h，机械搅拌时间为0.5—1h，搅拌速度为80—120转/min。


4.根据权利要求1所述的自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料，其特征在于，在步骤2中，将N-十六烷基-L-羟脯氨酸均匀分散在甲醇中并加入步骤1制备的磁性Fe3O4—多壁碳纳米管复合材料，搅拌均匀后静置，室温20—25摄氏度下静置30—60min，以实现自组装。


5.根据权利要求1所述的自组装型氨基酸衍生物功能化磁性—碳纳米管复合材料，其特征在于，在步骤2中，N-十六烷基-L-羟脯氨酸按照下述步骤进行制备：将氢氧化钠和L-羟脯氨酸加入到乙腈中并分散均匀，再加入溴代十六烷，在60—80摄氏度下进行回流反应5—10小时，旋蒸得到白色固体产物，甲醇重结晶两次，抽滤，60℃真空干燥，得到N-十六烷基-L-羟脯氨酸，氢氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓小娟，李文斌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12