由于手性分子的對映體之間藥性及活性的差別，手性分離在制藥及食品等領(lǐng)域中是至關(guān)重要的。膜分離法因其低成本及可實現(xiàn)大規(guī)模分離的優(yōu)點，成為了目前最熱門的手性分離方法之一。易于加工的高分子材料是最主要的一類制備手性分離膜的原料，其中最為廣泛使用的是具有高度規(guī)則結(jié)構(gòu)和獨特螺旋構(gòu)型的天然聚糖。手性分離膜的選擇性來源于一對對映體與膜內(nèi)手性識別受體之間分子相互作用力大小的差異，所以保證對映體與受體間的相互作用強度是獲取高選擇性的關(guān)鍵之一。通常，聚糖的手性中心分布在其主鏈上，但是對映體分子更易與柔性更高的支鏈相互作用，而這限制了聚糖手性分離膜的高選擇性。另外一種被廣泛應(yīng)用的方法是用手性識別受體功能化高分子膜，但對功能化效率的控制仍是一個挑戰(zhàn)。除此之外，獲取高手性選擇性的同時保持對映體的高通量也是難題之一。聚（2-噁唑啉） （Poly(2-oxazoline)， POx）是一類具有高結(jié)構(gòu)和化學(xué)多樣性且易于合成的高分子材料，對其2-，4-位的功能化既保證了聚合后側(cè)鏈的引入，更被視為調(diào)控其物理化學(xué)性能最有效的策略。
在此背景下，澳大利亞蒙納士大學(xué)王煥庭教授團隊聯(lián)合Dr. Kristian Kempe團隊設(shè)計合成了水溶性S構(gòu)型聚（2,4-二甲基-2-噁唑啉）（S-poly(2,4-dimethyl-2-oxazoline)，S-PdMeOx）并首次將其運用在了手性分離復(fù)合膜的制備中。我們將S-PdMeOx與氧化石墨烯（GO）納米片相結(jié)合，制備了S-PdMeOx/GO復(fù)合膜并將其用于檸檬烯的手性分離。
S-PdMeOx與S-PdMeOx/GO膜的制備。通過2,4-二甲基-2-噁唑啉單體的活性陽離子開環(huán)聚合，我們得到了丙烯酸酯封端的S-PdMeOx5A大分子單體。S-PdMeOx/GO膜是利用簡單的兩步液相鑄膜法制作而成的。首先利用真空抽濾將S-PdMeOx5A大分子單體、N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺 （N,N’-methylenebisacrylamide，MBA）與GO納米片混抽至尼龍基底上。緊接著我們將處理后的膜置于高溫下，使大分子單體與交聯(lián)劑MBA發(fā)生自由基聚合。隨后我們使用第一步用到的鑄膜液對得到的復(fù)合膜進行旋涂。GO納米片作為復(fù)合膜的骨架，其層間承載著功能化單體；聚合反應(yīng)發(fā)生在納米片層間，而所形成的高分子鏈纏繞、穿插于納米片間，最終形成了致密連續(xù)的復(fù)合膜。
S-PdMeOx/GO膜手性分離性能。在濃度梯度的驅(qū)動下，我們用檸檬烯外消旋溶液對S-PdMeOx/GO復(fù)合膜進行了手性分離測試。通過對透過液的氣相色譜分析，我們發(fā)現(xiàn)其中左旋-檸檬烯的濃度遠高于其右旋的對映體。經(jīng)過計算，我們得出S-PdMeOx/GO膜實現(xiàn)了對檸檬烯高達98.3 ± 1.7%的手性選擇性。通過對比不同的進液濃度對復(fù)合膜分離性能的影響，我們發(fā)現(xiàn)進液濃度為 0.01 mol L-1 時能得到的分離比及對映體通量為最佳。 本研究提出了利用水溶性S-PdMeOx合成高分子作為膜原料且證明了其可行性，為新一代高性能手性分離膜的制備探索了新路徑。 論文信息 A Homochiral Poly(2-oxazoline)-based Membrane for Efficient Enantioselective Separation Fanmengjing Wang, David Pizzi, Dr. Yizhihao Lu, Kaiqiang He, Prof. Kristofer J. Thurecht, Prof. Matthew R. Hill, Prof. Philip J. Marriott, Prof. Mark M. Banaszak Holl, Dr. Kristian Kempe, Huanting Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202212139
