專利名稱：環(huán)糊精支載超親核催化劑及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生化技術(shù)領(lǐng)域中的催化劑，特別是人工酶模型。
背景技術(shù)：
除了少數(shù)幾個(gè)酶是由RNA所構(gòu)成之外，酶均由蛋白質(zhì)來(lái)承擔(dān)。它們顯示了高特異性和高催化效率。這可解釋為底物與酶的活性部位的形狀能像鑰匙插入特定的鎖一樣地識(shí)別過(guò)程。催化活性部位是由一個(gè)與底物分子形狀上互補(bǔ)的空洞和一些催化基團(tuán)(如絲氨酸蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等中的咪唑基)所構(gòu)成。
β-環(huán)糊精是由6個(gè)或更多個(gè)α-1，4-D-吡喃型葡萄糖單元的環(huán)狀低聚物。它們有一個(gè)能包絡(luò)疏水客體的疏水空洞。環(huán)糊精從前經(jīng)常被用于合成出酶的簡(jiǎn)化的有機(jī)模型(參見(jiàn)Breslow，R.，Dong，S.D.Biomimetic reactions catalyzed by cyclodextrinsand their derivatives.Chem.Rev.，1998，981997-2011；--Breslow，R.Artificialenzymes.Science，1982，218532-537；--Liu，L.，Rozenman，M.，Breslow，R.Hydrophobic effects on rates and substrate selectivities in polymeric transaminasemimics.J.Am.Chem.Soc.，2002，124(43)12660-12661；--Breslow，R.Biomimetic selectivity.Chem.Rec.，2001，1(1)3-11；--Ueno，A.，& Breslow，R.，Selective sulfonation of a secondary hydroxyl group of beta-cyclodextrin.TetrahedronLett.，1982，233451)。
在過(guò)去的20年，對(duì)烷氨基吡啶超親核試劑催化行為的研究受到了極大的關(guān)注(參見(jiàn)Vaidya，R.A.，& Mathias，L.J.Polymeric supernucleophilic pyridine catalystshomogeneous esterolysis of p-nitrophenyl esters.J.Am.Cherm.Soc.，1986，1085514-5520；--Delaney，E.J.，Wood，L.E.，& Klotz，I.M.Poly(ethylenimines)withalternative(alkylamino)pyridines as nucleophilic catalysts.J.Am.Cherm.Soc.，1982，104799-807；--Huang，J.T.，Sun J.W.，Cao，A.L.，& Shi，Y.Synthesis andpolymerization of diallylaromatic amines as supernucleophilic reagents.Polymer，1996，37(5)837-841)。4-(N，N-二甲基氨基)吡啶和4-四氫吡咯基吡啶作為超親核催化劑在?；退夥磻?yīng)中已顯示出了極高的速率加速。它具有比咪唑和吡啶更強(qiáng)的親核能力。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中烷氨基吡啶超親核催化劑無(wú)分子識(shí)別的能力的問(wèn)題，提供一種環(huán)糊精支載超親核催化劑及制備方法。
本發(fā)明所提供的環(huán)糊精支載超親核催化劑，其特征在于——催化劑載體為β-環(huán)糊精；——催化基團(tuán)為4-(N，N-二烷基氨基)吡啶；——載體與催化基團(tuán)以共價(jià)鍵的方式連接。
如圖1所示。以吡啶衍生物為原料合成4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶。產(chǎn)物含有烷氨基吡啶催化基團(tuán)，分子中的羥基可與β-環(huán)糊精第一面連接，合成出4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶，使烷氨基吡啶催化基團(tuán)以共價(jià)鍵的方式連接到β-環(huán)糊精上。
上述環(huán)糊精支載超親核催化劑的制備方法，包括——4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶的制備氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在28.5～57g的4-氰基吡啶的50～100mL的25％的鹽酸溶液中滴加21～40g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌5～8h；將混合物倒入64.5～121g的N-甲基-N-羥乙基胺的400～800mL水溶液中，在室溫下攪拌8～12h；向混合物中加入500～1000mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流1～3h，移出有機(jī)層，減壓蒸餾，得到4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶；——4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制備在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將0.2～0.6g的4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶加入由0.5～1.5g的6-O-(2-萘基磺?；?-β-環(huán)糊精的150～300mL的30％的乙醇所構(gòu)成的溶液中，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值到10.0，然后混合物在室溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌3天；用1M的鹽酸中和混合物，并濃縮至30mL，且加入硅膠柱，以2～31的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明將超親核催化基團(tuán)劑與環(huán)糊精連接起來(lái)，合成出4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶，該化合物既有環(huán)糊精疏水的空洞，又有烷氨基吡啶催化基團(tuán)。作為催化劑可提供一種仿酶的催化模型。采用本發(fā)明提供的催化劑催化乙酸對(duì)硝基苯酯的水解反應(yīng)，可提高反應(yīng)速率40倍。這樣，既可在超親核催化劑中添加了對(duì)底物進(jìn)行專一性結(jié)合和催化的分子識(shí)別功能，又可在β-環(huán)糊精結(jié)構(gòu)中引入了新型的催化基團(tuán)。同時(shí)加強(qiáng)了催化劑的催化活性和特異性。

圖1是4-N-甲基-N-(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶的催化過(guò)程；圖2是4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶催化水解乙酸對(duì)硝基苯酯。其中●，催化反應(yīng)；○，空白反應(yīng)。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1、1、4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶的制備氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在28.5g的4-氰基吡啶的50mL的25％的鹽酸溶液中滴加21.0g的2-乙烯基吡啶。混合物在60℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌6h。將混合物倒入64.5g的N-甲基-N-羥乙基胺的400mL水溶液中，在室溫下攪拌10h。向混合物中加入500mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流2h。移出有機(jī)層，減壓蒸餾，得到4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶；2、4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制備在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在0.5g的6-O-(2-萘基磺?；?-β-環(huán)糊精的150mL的30％的乙醇中加入0.2g的4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶中。加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值到10.0，然后混合物在室溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌3天。用1M的鹽酸中和混合物，并濃縮至30mL，且加入硅膠柱，以2L的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶。參見(jiàn)圖1。
3、測(cè)試用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量催化活性。以水循環(huán)器使反應(yīng)溫度維持在25±0.1℃。通過(guò)乙酸對(duì)硝基苯酯的水解反應(yīng)，測(cè)量在400nm吸收的變化，對(duì)水中溶質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化進(jìn)行分光光度監(jiān)視跟蹤，參見(jiàn)圖2。
實(shí)施例21、4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶的制備氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在40g的4-氰基吡啶的70mL的25％的鹽酸溶液中滴加30g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌7h；將混合物倒入90g的N-甲基-N-羥乙基胺的600mL水溶液中，在室溫下攪拌10h；向混合物中加入750mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流3h，移出有機(jī)層，減壓蒸餾，得到4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶；
2、4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制備在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-環(huán)糊精的220mL的30％的乙醇中加入0.4g的4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶中，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值到10.0，然后混合物在室溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌3天；用1M的鹽酸中和混合物，并濃縮至30mL，且加入硅膠柱，以3L的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
實(shí)施例31、4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶的制備氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在55g的4-氰基吡啶的100mL的25％的鹽酸溶液中滴加40g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌8h；將混合物倒入121g的N-甲基-N-羥乙基胺的800mL水溶液中，在室溫下攪拌12h；向混合物中加入1000mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流3h，移出有機(jī)層，減壓蒸餾，得到4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶；2、4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制備在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在1.5g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-環(huán)糊精的300mL的30％的乙醇中加入0.6g的4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶中，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值到10.0，然后混合物在室溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌3天；用1M的鹽酸中和混合物，并濃縮至30mL，且加入硅膠柱，以3L的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)糊精支載超親核催化劑，其特征在于——催化劑載體為β-環(huán)糊精；——催化基團(tuán)為4-(N，N-二烷基氨基)吡啶；——載體與催化基團(tuán)以共價(jià)鍵的方式連接。
2.一種權(quán)利要求1所述的環(huán)糊精支載超親核催化劑的制備方法，其特征是該方法包括——4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶的制備氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在28.5～57g的4-氰基吡啶的50～100mL的25％的鹽酸溶液中滴加21～40g的2-乙烯基吡啶，混合物在60℃和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌5～8h；將混合物倒入64.5～121g的N-甲基-N-羥乙基胺的400～800mL水溶液中，在室溫下攪拌8～12h；向混合物中加入500～1000mL 40％的NaOH水溶液，混合物再回流1～3h，移出有機(jī)層，減壓蒸餾，得到4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶；——4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶的制備在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將0.2～0.6g的4-(N-甲基-N-(2-羥基甲基)氨基)吡啶加入由0.5～1.5g的6-O-(2-萘基磺酰基)-β-環(huán)糊精的150～300mL的30％的乙醇所構(gòu)成的溶液中，加入碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值到10.0，然后混合物在室溫和氮?dú)獗Ｗo(hù)下攪拌3天；用1M的鹽酸中和混合物，并濃縮至30mL，且加入硅膠柱，以2～31的5∶5∶3的2-丙醇-氨水-乙酸乙酯混合液洗提，得到4-N-甲基-N-[(6-脫氧-6-β-環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶。
全文摘要
一種環(huán)糊精支載超親核催化劑及制備方法。本發(fā)明催化劑以4－氰基吡啶為原料先合成4－(N－甲基－N－(2－羥基甲基)氨基)吡啶，再與β－環(huán)糊精連接，得到4－N－甲基－N－[(6－脫氧－6－β－環(huán)糊精)硫代甲基]氨基吡啶，使超親核催化基團(tuán)以共價(jià)鍵的方式連接到β－環(huán)糊精上。該化合物既有環(huán)糊精疏水的空洞，又有烷氨基吡啶催化基團(tuán)。作為催化劑可提供一種仿酶的催化模型。采用本發(fā)明提供的催化劑催化乙酸對(duì)硝基苯酯的水解反應(yīng)，可提高反應(yīng)速率40倍。
文檔編號(hào)B01J37/00GK1785521SQ20051012220
公開(kāi)日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者黃積濤, 鄭嗣華, 張嘉琪, 謝秀榮, 黃衛(wèi)洪 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)