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吸附法选择性分离手性化合物对映体

申报人:王睿泽 申报日期:2024-11-01

基本情况

2025年度大学生创新创业训练计划
吸附法选择性分离手性化合物对映体 学生选题
创新训练项目
工学
化工与制药类
教师科研项目选题
一年半期
手性化合物的对映体分离技术一直是化学和生物领域的研究热点。传统的分离方法虽能实现手性分离,但存在操作复杂、成本高昂等缺点。近年来,吸附法以其操作简便、成本较低、环境友好等优点逐渐受到重视。随着研究的深入,吸附法在手性化合物对映体分离中取得了显著进展。本实验主要通过研究不同类型手性化合物对映体的性质和分离难点,优化吸附剂的设计和合成方法,以适应更多类型手性化合物的分离需求,促进手性化学领域的发展。
项目成员均无科研履历,但具备良好的实验和理论基础
近年来承担了氯喹对映体的拆分等多项横向课题。
本课题所在实验室条件良好,配备IR、HPLC、GC、MP等分析仪器,完全满足本课题需要的实验条件。
国家级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
王睿泽 化工学院 化工管理双学位 2023 负责人
朱传达 化工学院 化工管理双学位 2023 成员
陆辰磊 化工学院 化工管理双学位 2023 成员
周节波 化工学院 化工管理双学位 2023 成员

指导教师

序号 教师姓名 教师账号 所属学院 是否企业导师 教师类型
彭阳峰 05964 化工学院

立项依据

1.通过对吸附材料、制备工艺和分离条件的优化,提高手性化合物对映体的分离效率,以满足药物研发、食品添加剂、膳食保健品等领域对单一对映体手性化合物的需求。

2.综合考虑吸附剂的成本、分离效率、环境友好性等因素,通过多因素优化方法,开发出经济、高效、环保的吸附法选择性分离手性化合物对映体的新技术。

3.通过吸附法选择性分离手性化合物对映体的研究,推动手性化学的发展,为新药研发、精细化工等领域提供技术支撑。

1.开发新型吸附材料,如手性选择剂(如环糊精、冠醚等)和分子印记技术制备的吸附材料。

2.优化吸附材料的制备工艺,提高材料的稳定性和重复使用性。探索吸附法选择性分离手性化合物对映体在工业生产中的可行性和经济性。

  3.研究吸附材料的结构与性能关系,探究其对不同手性化合物对映体的吸附能力和选择性。与其他分离技术进行比较研究,评估吸附法选择性分离手性化合物对映体的优势和局限性。

手性药物的研究已成为国际新药研究的主要方向之一。由于手性药物的药理作用是通过药物分子与体内大分子之间严格的手性匹配与分子识别来实现的,因此,对于手性药物对映体的选择性分离至关重要。全球对单一对映体药物的需求持续增长,据统计,20世纪90年代末,全世界单一手性对映体药物的销售额已经达到1150亿美元,进入21世纪后,其销售额的年度增长量在8%左右。根据数据,美国常用的20种药物中,有12种是具有手性中心的化合物。而在美国药物名称词典所列出的2050种药物中,大约有一半药物分子中至少包括一个以上的手性中心。通过吸附法选择性分离手性药物的对映体,有助于制备单一对映体的药物,从而提高药物的安全性和有效性。这表明,吸附法选择性分离手性化合物对映体在药物研发中具有广泛的应用前景。

近年来,手性识别材料的研发取得了显著进展,一系列新型的手性识别材料,如手性聚合物和手性金属有机框架等,已成功问世。这些材料在手性对映体吸附分离方面表现出卓越的效能,为手性化合物的有效分离提供了新的解决途径。Peng等制备了具有联萘酚结构的Mn螯合手性MOFs,对苯乙胺及其酰胺衍生物具有明显的拆分效果,对映体过量值达到91%Wang等用对苯二甲醛和β-环糊精反应,制得了用于毛细管电色谱固定相的手性COFs,分离了索他洛尔、普萘洛尔、艾司洛尔。刘等制备了咪唑基谷氨酸离子液体固定化硅胶,探究了对氨氯地平对映体的选择性吸附能力,结果表明该材料对S-氨氯地平有较好的吸附能力。贺等制备了S-扁桃酸的印迹固定化硅胶,对映体过量达81%;陈等以酒石酸衍生物为手性功能单体,制备了R-布比卡因印迹聚合物,并成功吸附拆分了布比卡因对映体。Chesta等以(S-2-2-甲基丙烯酰氨基)-3-苯基丙酸为手性功能单体、EDGMA为交联剂、氯基仿为致孔剂制备了手性印迹聚合物,拆分1-苯基乙醇外消旋体。Ma等制备了两种磁性氧化石墨Cu2+有机骨架纳米颗粒,以外消旋盐酸普萘洛尔溶液为研究对象,考察了该MOFs材料的选择性吸附能力,结果表明最高对映体过量达到98%Qian等以酒石酸衍生物、间苯三酚衍生物等为原料,在5分钟之内基线分离了1-苯乙醇对映体、1-苯基丙醇对映体、柠檬烯对映体和乳酸甲酯对映体。

吸附法选择性分离手性化合物对映体是一种绿色、环保的分离技术。通过吸附法选择性分离手性化合物对映体,可以将低效、无效甚至有害的对映体转化为有效成分加以利用,从而提高资源利用效率。这不仅可以降低生产成本,还可以减少废物排放,符合绿色生产的理念。与传统的分离方法相比,它可以减少有机溶剂的使用和排放,降低对环境的污染。此外,通过优化吸附材料的制备工艺和回收再利用,可以进一步降低对环境的影响,实现可持续发展。随着科技的进步,吸附法选择性分离手性化合物对映体的技术将得到进一步优化,研究人员将不断探索新的吸附材料、改进制备工艺、优化分离条件,以提高分离效率和纯度。吸附法的核心在于利用物质在固体表面上的吸附性质。手性吸附剂能够实现对映体之间的高效分离,从而在药物、农药以及精细化工等多个领域展现出广阔的应用前景。在药物分离中,手性吸附剂扮演着关键角色。通过利用其特定的手性识别能力,手性吸附剂能够有效地分离药物对映体,从而提高药物的纯度和药效。这对于药物研发和生产过程具有重要意义,有助于提升药物的质量和疗效。以氟比洛芬为例,这一药物的对映体分离研究取得了显著成果。通过精心设计和制备特定的手性吸附剂,成功地实现了R-氟比洛芬对映体的高效吸附,从而有效区分并分离了其对映体。这一技术不仅展示了手性吸附剂在药物分离领域的强大能力,也为其他类似药物的分离提供了新的思路。在农药分离领域,手性吸附剂同样展现出显著的优势。农药中的手性对映体往往具有不同的生物活性和环境效应,通过选择合适的手性吸附剂,能够降低农药对环境的污染,提高农药的使用效率,从而实现农业的可持续发展。这种优势源于手性吸附剂对手性化合物的高效识别和选择性吸附能力,使得农药中的有害成分得到有效去除,同时保留其择有效成分。这一技术对于推动绿色农药的发展具有重要意义。在精细化工领域,手性化合物的对映体分离也是一项关键技术。精细化工产品中对映体的含量和纯度往往直接影响到产品的质量和附加值。采用手性吸附法,我们能够高效、准确地分离和纯化精细化工产品中的对映体,显著提高了产品的质量和性能。这一技术的应用不仅提升了精细化工产业的竞争力,也为相关领域的研究和发展提供了有力支持。此外吸附法选择性分离手性化合物对映体还可以应用于食品添加剂、膳食保健品、手性催化等领域。这些领域对于单一对映体的需求日益增长,为吸附法选择性分离手性化合物对映体提供了广阔的应用空间。

在手性化合物对映体分离中,吸附法通过特定的手性吸附剂与对映体间的特异性相互作用,实现对映体的高效分离。手性吸附剂作为吸附法的关键组成部分,其结构设计直接影响到对映体分离的选择性和效率。传统的吸附剂,如活性炭、硅胶和氧化铝等,在业界具有广泛的应用。这些材料拥有庞大的比表面积和复杂的孔隙结构,为吸附质提供了丰富的结合位点,进而实现了高效的吸附性能。它们广泛应用于水质净化、药物分离、金属回收等多个领域,表现出卓越的吸附能力和选择性。尽管传统吸附法在处理大多数化合物时表现出色,但在面对手性化合物对映体时,其效果却受到了一定程度的限制。手性化合物对映体之间的物理和化学性质差异细微,这使得传统的吸附剂难以区分它们,从而影响了分离和纯化的效率。这一局限性在手性药物研发和生产等领域尤为突出,因为手性对映体可能具有截然不同的生物活性和药理效应。为了实现对映体的高效分离,研究者们正在不断探索新的吸附材料和吸附机制。综上所述,吸附法选择性分离手性化合物对映体的研究正面临巨大的机遇和挑战。此外,通过技术优化、绿色环保、市场需求和跨学科融合等方面的努力,相信这一领域将取得更加丰硕的成果。

1. 吸附法通过特定的吸附材料实现对映体的高效选择性分离,相比传统的溶剂萃取技术,减少了有机溶剂的使用和排放,降低了对环境的污染。此外,吸附材料通常可重复使用,进一步提高了环保性。

2. 吸附法选择性分离手性化合物对映体不仅适用于药物研发领域,还可应用于食品添加剂、膳食保健品、手性催化等多个领域,满足不同领域对单一对映体手性化合物的需求。

3. 将吸附法选择性分离手性化合物对映体的研究与生物技术、材料科学等领域进行深度融合,开发出新型吸附材料和分离技术。这种跨学科的融合和创新,为手性化合物分离技术的发展提供了新的思路和方法。

一、技术路线


二、拟解决的问题

1.制备出具有高吸附量、高选择性和高稳定性的吸附材料,实现对手性化合物对映体的高效分离。

2.确保吸附剂在长期使用过程中的稳定性和再生性。研究吸附剂的物理和化学稳定性,以及再生过程对吸附剂性能的影响,开发高效的再生方法,以提高吸附剂的使用寿命和经济性。

3.将吸附法应用于更多类型的手性化合物对映体的分离。研究不同类型手性化合物对映体的性质和分离难点,优化吸附剂的设计和合成方法,以适应更多类型手性化合物的分离需求。

三、预期成果

获取实验数据,完成数据分析报告。

总结实验结果,对比不同吸附剂和操作条件下的分离效果,根据实验结果,优化吸附剂的制备工艺和分离条件,探索吸附剂的再生与循环使用,降低生产成本。

整理和总结整个研究过程中的实验数据和研究成果。

撰写硕士学位论文,系统地阐述研究背景、方法、实验结果和结论。

第一阶段:文献调研与理论分析(第1-3个月)

 主要任务:

收集和整理与吸附法选择性分离手性化合物相关的国内外文献和研究成果。

进行现有技术的综述,分析其优缺点及应用现状,明确研究的重点和难点。

确定研究的理论基础,提出研究假设和初步方案。

 

 第二阶段:方案设计(第4-8个月)

 主要任务:

筛选出具有手性识别能力的吸附剂,了解吸附剂的物理和化学性质。

在单因素实验的基础上,通过正交实验、响应面法等优化方法,探究吸附剂用量、吸附时间、溶液浓度、pH值、温度等因素对吸附法选择性分离手性化合物对映体的影响。

 

 第三阶段:实验验证与数据分析(第9-12个月)

 主要任务:

利用高效液相色谱(HPLC)等分析手段,对分离后的手性化合物对映体进行定量分析。计算分离因子(a)和分离度(Rs),评估吸附法选择性分离手性化合物对映体的效果。

 

 第四阶段:项目总结与结题报告撰写(第13-15个月)

 主要任务:

整理和总结整个研究过程中的实验数据和研究成果。

系统地阐述研究背景、方法、实验结果和结论。

准备结题答辩材料,包括PPT和答辩报告。

 第五阶段:答辩与后续研究(第16-18个月)

 主要任务:

进行结题答辩,回答评审专家的问题。

根据答辩意见,对结题报告进行最终修改和完善。

探讨后续研究方向,制定进一步的研究计划。

吸附法选择性分离手性化合物对映体是一种绿色、环保的分离技术。通过吸附法选择性分离手性化合物对映体,可以将低效、无效甚至有害的对映体转化为有效成分加以利用,从而提高资源利用效率。这不仅可以降低生产成本,还可以减少废物排放,符合绿色生产的理念。与传统的分离方法相比,它可以减少有机溶剂的使用和排放,降低对环境的污染。此外,通过优化吸附材料的制备工艺和回收再利用,可以进一步降低对环境的影响,实现可持续发展。随着科技的进步,吸附法选择性分离手性化合物对映体的技术将得到进一步优化,研究人员将不断探索新的吸附材料、改进制备工艺、优化分离条件,以提高分离效率和纯度。吸附法的核心在于利用物质在固体表面上的吸附性质。手性吸附剂能够实现对映体之间的高效分离,从而在药物、农药以及精细化工等多个领域展现出广阔的应用前景。在药物分离中,手性吸附剂扮演着关键角色。通过利用其特定的手性识别能力,手性吸附剂能够有效地分离药物对映体,从而提高药物的纯度和药效。这对于药物研发和生产过程具有重要意义,有助于提升药物的质量和疗效。以氟比洛芬为例,这一药物的对映体分离研究取得了显著成果。通过精心设计和制备特定的手性吸附剂,成功地实现了R-氟比洛芬对映体的高效吸附,从而有效区分并分离了其对映体。这一技术不仅展示了手性吸附剂在药物分离领域的强大能力,也为其他类似药物的分离提供了新的思路。在农药分离领域,手性吸附剂同样展现出显著的优势。农药中的手性对映体往往具有不同的生物活性和环境效应,通过选择合适的手性吸附剂,能够降低农药对环境的污染,提高农药的使用效率,从而实现农业的可持续发展。这种优势源于手性吸附剂对手性化合物的高效识别和选择性吸附能力,使得农药中的有害成分得到有效去除,同时保留其择有效成分。这一技术对于推动绿色农药的发展具有重要意义。在精细化工领域,手性化合物的对映体分离也是一项关键技术。精细化工产品中对映体的含量和纯度往往直接影响到产品的质量和附加值。采用手性吸附法,我们能够高效、准确地分离和纯化精细化工产品中的对映体,显著提高了产品的质量和性能。这一技术的应用不仅提升了精细化工产业的竞争力,也为相关领域的研究和发展提供了有力支持。此外吸附法选择性分离手性化合物对映体还可以应用于食品添加剂、膳食保健品、手性催化等领域。这些领域对于单一对映体的需求日益增长,为吸附法选择性分离手性化合物对映体提供了广阔的应用空间。

实验设备如IR、HPLC、GC、MP等配备良好,足以满足实验课题所需的条件

手性吸附剂作为吸附法的关键组成部分,其结构设计直接影响到对映体分离的选择性和效率。传统的吸附剂,如活性炭、硅胶和氧化铝等,在业界具有广泛的应用。这些材料拥有庞大的比表面积和复杂的孔隙结构,为吸附质提供了丰富的结合位点,进而实现了高效的吸附性能。它们广泛应用于水质净化、药物分离、金属回收等多个领域,表现出卓越的吸附能力和选择性。尽管传统吸附法在处理大多数化合物时表现出色,但在面对手性化合物对映体时,其效果却受到了一定程度的限制。手性化合物对映体之间的物理和化学性质差异细微,这使得传统的吸附剂难以区分它们,从而影响了分离和纯化的效率。这一局限性在手性药物研发和生产等领域尤为突出,因为手性对映体可能具有截然不同的生物活性和药理效应。为了实现对映体的高效分离,研究者们正在不断探索新的吸附材料和吸附机制。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 10000.00 6000.00 4000.00
1. 业务费 2000.00 1500.00 500.00
(1)计算、分析、测试费 1000.00 1H-NMR,FTIR,XRD等仪器 1000.00 0.00
(2)能源动力费 0.00 0.00 0.00
(3)会议、差旅费 1000.00 奉贤徐汇校区往返 500.00 500.00
(4)文献检索费 0.00 0.00 0.00
(5)论文出版费 0.00 0.00 0.00
2. 仪器设备购置费 0.00 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 1000.00 实验大衣、防护眼镜宁、手套、笔记本等 1000.00 0.00
4. 材料费 7000.00 实验试剂与溶剂等购买费用 3500.00 3500.00

项目附件

  • 大学生创新创业训练计划项目申报书-创新训练类-彭阳峰.doc
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结束