手性卟啉配位物nanotweezers及其製備方法和在單壁碳納米管分離中的應用的製作方法

2023-04-24 22:25:16 1

專利名稱：手性卟啉配位物nanotweezers及其製備方法和在單壁碳納米管分離中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及手性卟啉配位物nanotweezers及其製備方法，還涉及該手性卟啉配位物nanotweezers從單壁碳納米管中分離窄(n，m)值分布、旋光性碳管的方法。
背景技術：
近二十年來，基於單壁碳納米管(SWNTs)的研究一直是全世界最熱門的研究課題之一，其主要原因在於它具有優異的性能和廣闊的應用前景。然而在目前條件下，無論哪種製備方法得到的碳納米管均是粗細各異、多(n，m)組分的混合物。此外，許多製備方法所得的產物中還混合各種雜質，如無定形碳、富勒烯、催化劑顆粒及碳納米球等。這些雜質和多 (n,m)組分極大地限制了碳納米管在材料、生物、光電器件等領域的研究和應用。如何將結構和性能分散的碳納米管進行有效的分離，製備單一導電性質或單一(n，m)組分、單一旋光性碳管，這已成為當前碳管研究的熱點和難點之一。單壁碳納米管分為手性(chiral)碳管和非手性(achiral)碳管。原像與化學結構上鏡像對稱而又不能完全重合的碳管定義為手性碳納米管，否則為非手性碳納米管。通常碳納米管成品含有50%左旋碳管和50%右旋碳管，左旋碳管的旋光性和右旋碳管的旋光性恰好相互抵消，故其成品無光學活性。研究人員通常從導電性質(金屬性/半導體性)、(n，m)值、長度、直徑四個方面開展碳管分離工作。有關窄(n，m)分布、旋光性碳納米管的分離研究剛剛起步，已經取得了一些初步成果，代表性的方法有=(I)DNA生物大分子輔助的分離法。Zheng等[G.Dukovic， Μ. Balaz, P. Doak, N. D. Berova, Μ. Zheng, R. S. Mclean and L. E. Brus, J. Am. Chem. Soc., 2006，128,9004-9005]報導了利用DNA纏繞在特定手性的(6, 碳納米管，從而製備具有旋光性的(6，5)碳納米管/DNA複合體。該方法最顯著的缺點是成本過高，且當分離劑DNA除去後，圓二色(CD)光譜測試發現分離所得的碳納米管無光學活性。(2)密度梯度離心分離法。Hersam 等[A. A. Green,M. C. Duch and Μ. C. Hersam, Nano Res.，2009，2，69-77]運用密度梯度離心分離法成功實現幾種(n，m)值碳納米管的光學活性分離。但這種分離方法也存在一些問題。首先是實驗步驟比較複雜，碳納米管的利用率低；其次，分離成本高，不利於實現大量、高純碳納米管的分離且附帶表面活性劑，影響其後續應用和推廣。

發明內容
本發明的目的是提供了一種手性卟啉配位物nanotweezers，其可以用於從單壁碳納米管中有效分離出窄(n，m)分布、旋光性碳管。本發明的目的還在於提供所述的手性卟啉配位物nanotweezers的製備方法。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是手性卟啉配位物 nanotweezers，其具有如下通式R或通式S所表示的化學結構式
權利要求
1.手性卟啉配位物nanotweezer分子，其特徵在於其具有如下通式R或通式S所表示的化學結構式
2.根據權利要求1所述的手性卟啉配位物nanotweezers分子，其特徵在於所述的可溶性芳基為以下結構通式中的任意一種
3.根據權利要求1所述的手性卟啉配位物nanotweezers分子，其特徵在於所述的過渡金屬元素是鋅、錳、鉬、銅或鎳。
4.權利要求1所述的手性卟啉配位物nanotweezers分子的製備方法，其特徵在於包括有以下步驟1)以二吡咯基甲烷、左旋N-BOC-苯丙氨醛或右旋N-BOC-苯丙氨醛為反應原料，在路易斯酸三氟乙酸的催化下，通過縮合反應得到手性卟啉配體，然後通過溴化反應和過渡金屬元素配位反應製備得到單溴卟啉配位物，最後通過鈀催化與4，4，5，5，4' ,4' ,5'， 5'-八甲基_2，2'-雙1，3，2_ 二氧雜硼烷偶聯反應製得相應的左旋5- ，4，5，5_四甲基-1，3，2-二氧雜硼烷基)-10,20-二(N-B0C-苯丙氨基)過渡金屬卟啉或右旋5-G，4，5， 5-四甲基-1，3，2-二氧雜硼烷基)-10,20-二(N-B0C-苯丙氨基)過渡金屬卟啉；2)以步驟1)所得的左旋5- ，4，5，5-四甲基-1，3，2-二氧雜硼烷基)-10,20-二 (N-B0C-苯丙氨基)過渡金屬卟啉或右旋5- (4，4，5，5-四甲基-1，3，2- 二氧雜硼烷基)-10, 20-二(N-B0C-苯丙氨基)過渡金屬卟啉與二溴橋連單元Ar通過鈀催化偶聯反應，其中硼酸脂與二溴橋連單元Ar化合物的摩爾比為2 1，得到目標產物左旋或右旋卟啉配位物 nanotweezers。
5.權利要求1所述的手性卟啉配位物nanotweezers分子的應用方法，其特徵在於取 1重量份的待分離的碳納米管和0. 5 2重量份的手性卟啉配位物nanotweezers分子，將二者加入有機溶劑中，進行超聲混合，使手性卟啉配位物nanotweezers分子充分吸附待分離的碳納米管，然後去除沉澱保留清液，再將懸浮清液中的碳管分離出來，用四氫呋喃和吡啶數次洗滌除去碳管上吸附的手性卟啉配位物nanotweezers，得到窄(n，m)值分布、旋光性碳管產品。
6.根據權利要求5所述的手性卟啉配位物nanotweezers分子的應用方法，其特徵是所述的有機溶劑為甲醇、乙醇、氯仿、N，N-二甲基甲醯胺或者甲苯。
7.根據權利要求5或6所述的手性卟啉配位物nanotweezers分子的應用方法，其特徵是所述的碳納米管為 CoMoCAT SffeNTs SG65 或者 CoMoCAT SffeNTs SG76。
全文摘要
本發明涉及手性卟啉配位物nanotweezers及其製備方法及該手性卟啉配位物nanotweezers從單壁碳納米管中分離窄(n，m)值分布、旋光性碳管的方法，其具有如下通式R或通式S所表示的化學結構式其中，Ar為可溶性芳基；M為過渡金屬元素；所述的通式R為右旋nanotweezer分子，通式S為左旋nanotweezer分子。本發明的有益效果在於本發明手性卟啉配位物可以從單壁碳納米管中有效分離出窄(n，m)值分布、旋光性碳管，而且分離的方法較為簡單和實用，分離得到的碳納米管具有雙重性質其一具有光學活性，可用於手性傳感器研究；其二具有窄(n，m)值分布，可構築各種有機光電器件，。
文檔編號C07D487/22GK102268002SQ20111015469
公開日2011年12月7日 申請日期2011年6月10日 優先權日2011年6月10日
發明者李昱達, 汪鋒, 陳啟明 申請人:武漢工程大學