一种智能手性超分子螺旋及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种智能手性超分子螺旋及其制备方法；该智能手性超分子螺旋材料由聚苯乙炔衍生物与N

【技术实现步骤摘要】
一种智能手性超分子螺旋及其制备方法


[0001]本专利技术属于手性超分子材料领域，具体涉及一种智能手性超分子螺旋及其制备方法。

技术介绍

[0002]手性是自然界的基本特征之一，也是生命体的重要组成部分，对维系生命体的结构和功能具有独特作用。长期以来，关于手性超分子的研究备受化学家以及材料学家们的青睐，因为手性超分子结构不仅可以用来模拟生命过程中的手性现象，加深人们对生命科学的理解，还有望为医药、信息和材料等领域提供核心技术支持，无论是对社会经济的发展还是基础科学理论的发展都具有重要的意义。
[0003]目前，利用分子自组装技术，科研工作者们开发了大量具有优异性能的手性超分子材料，在数据储存、手性传感、手性识别、手性开关、不对称催化等领域有着广泛的应用前景。例如中国科学院化学研究所刘鸣华等人基于谷氨酸衍生物开发了手性超分子凝胶，可作为手性识别材料(Langmuir,2013,29,5435～5442)；日本名古屋大学Yashima等人基于聚苯乙炔衍生物开发的手性超分子螺旋材料，可应用于手性拆分等领域(Nat.Chem.,2014,6,429～434)。然而，这些人工的手性超分子结构与生命体手性结构相比，在结构动力学方面还存在着明显区别。生命体是处于非热力学平衡态的耗散系统，需要持续消耗能量(如ATP、GTP等)来维持其复杂的结构与生理功能，具有自主、自适应等智能特性。相比之下，目前报道的人工手性超分子系统则处于热力学平衡态，体系一旦达到平衡，超分子材料的手性与性质将不随时间而发生变化，缺乏生命体的自主、动态适应等智能行为，严重制约了手性超分子材料的发展与应用。
[0004]为了构筑具有自适应、自主进化能力的智能手性超分子材料，本专利技术模拟生命体，利用耗散自组装技术，以化学能为能量源，在非热力学平衡态下制备一种手性可随时间而自主进化的智能手性超分子螺旋材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种智能手性超分子螺旋及其制备方法。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]本专利技术智能手性超分子螺旋，由非手性聚苯乙炔衍生物与手性N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物在化学能量碳二亚胺的驱动下形成；其中，
[0008]聚苯乙炔衍生物相对于N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物的重量为3％～100％，优选聚苯乙炔衍生物相对于N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物的重量为20％～50％；
[0009]化学能量碳二亚胺相对于聚苯乙炔衍生物的重量为10％～500％，优选碳二亚胺相对于聚苯乙炔衍生物的重量为50％～100％。
[0010]本专利技术智能手性超分子材料，处于二甲基亚砜与水的混合溶剂之中，优选二甲基
亚砜的体积占比为30％
‑
50％。
[0011]所述非手性聚苯乙炔衍生物与手性N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物在化学能碳二亚胺衍生物的驱动下生成亚稳态的N
‑
羟基琥珀酰亚胺酯，同时将分子手性传递至聚苯乙炔衍生物的结构之中形成手性超分子螺旋结构。随着化学能量的消耗，亚稳态的N
‑
羟基琥珀酰亚胺酯逐渐水解，超分子螺旋手性逐渐减弱并最终消失，系统恢复至初始状态，超分子螺旋的手性表现出自主的进化能力。这种智能的手性超分子螺旋材料在化学能量的供给下可循环多次。
[0012]所述化学能碳二亚胺衍生物的化学名是1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺、N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺或二环己基碳二亚胺，优选1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺。
[0013]所述的非手性聚苯乙炔衍生物的化学名是聚
‑
(4
‑
磷酸乙酯苯基)
‑
乙炔，数均分子量为100000～230000g/mol，其化学结构为：
[0014][0015]所述的手性N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物具有以下通式：
[0016][0017]式中，R为
‑
CH2C6H5；
‑
CH3；
‑
OCH3，将上述三种不同取代基的N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物分别简记为：Benzyl
‑
NHS、Methyl
‑
NHS、Methoxy
‑
NHS，其手性构型可为(R)或(S)。
[0018]本专利技术的智能手性超分子螺旋制备方法如下：
[0019](1).称取适量的聚苯乙炔衍生物，用二甲基亚砜溶解制成聚苯乙炔衍生物溶液(聚苯乙炔衍生物的浓度为0.5mg/mL～5.0mg/mL)备用；
[0020](2).称取一定量的手性N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物溶解于去离子水中得N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物溶液(浓度为0.5mg/mL～20.0mg/mL)备用；
[0021](3).将步骤(1)与(2)得到的溶液按照一定比例(3：7～5：5)混合得到聚苯乙炔衍生物与手性N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物的水
‑
二甲基亚砜(优选二甲基亚砜的体积占比为30％～50％)混合溶液(优选聚苯乙炔衍生物的浓度为0.5mg/mL～2.0mg/mL，聚苯乙炔衍生物相对于N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物的重量为20％～50％)；
[0022](4).称取一定量(相当于聚
‑
(4
‑
磷酸乙酯苯基)
‑
乙炔的0.1～5当量)的碳二亚胺衍生物(优选1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺)加入到步骤(3)所得的混合溶液中混合均匀(优选碳二亚胺衍生物相对于聚苯乙炔衍生物的重量为50％～100％)，得到智能手性超分子螺旋材料。
[0023]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0024]用圆二色谱表征，本专利技术的智能手性超分子材料在聚苯乙炔衍生物的紫外吸收处
(300～500nm)有明显的手性信号。该超分子材料在化学能量碳二亚胺的驱动下，形成手性螺旋结构，并随着化学能量的消耗，超分子材料的手性信号随着时间而自主减弱并恢复至初始状态。随后，向体系中重复添加化学能量，该体系的手性信号再次出现，并随着时间而自主进化。同时，这个循环过程可以重复多次。
[0025]手性与生命科学、材料科学等有着密切关系，目前人工的手性超分子系统与生命体系相比在结构动力学方面还存在着巨大差别，尤其是缺乏自主、动态适应、时空可控等生命特性，严重制约了手性科学的发展。而本专利技术模拟生命体，利用耗散自组装策略，以化学能量驱动组装，形成瞬态的手性组装体，这种手性组装体的手性随着化学能量的消本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能手性超分子螺旋，其特征在于，该超分子螺旋由非手性聚苯乙炔衍生物与手性N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物在化学能碳二亚胺的驱动下构筑而成；所述非手性聚苯乙炔衍生物是聚
‑
(4
‑
磷酸乙酯苯基)
‑
乙炔，数均分子量为100000～2300000，其化学结构如下：所述手性N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物具有以下通式：式中，R为
‑
CH2C6H5；
‑
CH3；
‑
OCH3，其手性构型可为(R)或(S)。2.根据权利要求1所述智能手性超分子螺旋，其特征在于，所述聚苯乙炔衍生物相对于N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物的重量为3％～100％，或者所述聚苯乙炔衍生物相对于N
‑
羟基琥珀酰亚胺衍生物的重量为20％～50％。3.根据权利要求2所述智能手性超分子螺旋，其特征在于，所述化学能量碳二亚胺相对于聚苯乙炔衍生物的重量为10％～500％，或者所述化学能量碳二亚胺相对于聚苯乙炔衍生物的重量为50％～100％。4.根据权利要求3所述智能手性超分子螺旋，其特征在于，所述超分子螺旋结构处于二甲基亚砜与水的混合溶剂之中，其中，二甲基亚砜的体积占比为30％
‑
50％。5.根据权利要求4所述智能手性超分子螺旋，其特征在于，所述化学能量是1
‑
乙基
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)碳二亚胺、N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺或二环己基碳二亚胺。6.根据权利要求5所述智能手性超分子螺旋，其特征在于，所述超分子螺旋在化学能量的驱动下在300～500nm处出现手性信号，手性的强度随着化学能量的消耗而逐渐减弱并最终消失；随后，当向体系再次供给化学能量时，手性信号再次...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾旺，邢旭普，张维，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：