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许多手性药物由于对映体之间的药效、活性差别,必须在完成手性分离后才允许使用。而且,近年来手性药物的种类及需求也不断扩大,这使得开发高效的手性药物分离方法成为一项重大的科学任务。除了结晶分离法、生物酶分离法,色谱分离法是最主要的手性分离手段。但在分离需求与日俱增的背景下,色谱分离法耗时、成本高的缺点也凸显了出来。也正是在这种背景下,膜分离法应运而生,并且凭借其分离规模大、成本低等优点从各类手性分离方法中脱颖而出,成为后起之秀。
手性分离膜是由手性识别受体功能化的多孔渗透膜,孔径介于2~50 nm。其中,孔径不仅直接影响分离通量,也关系着手性分离的关键指标——对映选择性。当孔径过大时,其与药物分子尺寸不匹配,导致手性药物分离的选择性差。因此,调控手性分离膜的孔径是实现高选择性分离的策略之一。
共价有机框架以其孔径可调、可功能化等优点,常被用作分子筛。基于尺寸匹配策略,华中师范大学李海兵教授团队利用共价有机框架调控纳米通道膜的孔径,从而实现高选择性的手性药物分离。
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原位填充共价有机框架后,分离膜的孔径由400 nm减小到2 nm,实现了纳米通道与药物分子的尺寸匹配。对比发现:共价有机框架填充后,分离膜的手性修饰密度也随之提高。在对萘普生对映体的识别传输中,与表面修饰的手性纳米通道相比,手性共价有机框架填充的纳米通道的选择性提高了20倍,并且成功实现了萘普生等药物的手性分离。有限元理论模拟也验证了:当孔径减小到2 nm后,纳米通道门控对萘普生对映体的选择性提高,使药物对映体在纳米通道内发生选择性的富集及传输,最终实现了手性分离。

在该工作中,李海兵教授团队首次将手性共价有机框架原位填充到纳米通道中,利用尺寸匹配策略解决了手性膜分离研究中存在的选择性问题,并且为手性分离提供了一种具有潜在应用价值的新型膜材料。
论文信息
Chiral Covalent Organic Framework Packed Nanochannel Membrane for Enantioseparation
Siyun Zhang, Juan Zhou, Haibing Li
Angewandte Chemie International Edition

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