1、第八章 分子印迹技术,分子印迹技术（molecular imprinting technique, MIT） 20世纪70年代 1993年Mosbach等在上发表茶碱分子印迹聚合物（molecular imprinted Polymers, MIPs） 1992年12篇，1999年150篇左右全世界至少有100多个学术机构和企、事业团体在从事MIPs的研发工作 国家有瑞典、日本、德国、美国、英国、中国等十多个 国内研究单位有大连化物所、南开大学、兰州化物所、上海大学、军事科学院毒物所、湖南大学、东南大学、防化研究所等,分子印迹技术的特点,1、色谱中对映体和异构体分离 2、固相萃取 3、化学仿生
2、传感器 4、模拟酶催化 5、临床药物分析 6、膜分离技术,分子印迹聚合物的制备,制备方法： 以目标分子为模板，将具有结构互补的功能聚合物单体分子通过共价键或非共价键的方式与模板分子结合，加入单体进行聚合反应，反应完成后将模板分子提取出来后形成具有空穴的能识别模板分子的高分子（MIPs）。 三个步骤： 1、模板分子与功能单体通过氢键作用、离子作用或疏水作用在溶液体系中形成主-客体配合物。 2、光、热引发在大量交联剂存在下进行自由基聚合反应，将主-客体配合物固定在高度交联高分子母体中。 3、洗去模板分子得到具有确定空间构型的空穴和功能基在该空穴中精确排列的刚性聚合物，对模板分子富集、分离和检测方面
3、具有特效选择性。,分子印迹的理论及机理研究,一、分子预组装过程 1、分子预组装过程为共价键合作用。 2、常用的共价结合物质包括硼酸酯、席夫碱、缩醛酮和螯合物。 3、如一般条件下能够形成相当稳定的三角形的硼酸酯，在碱性水溶液中或在氨、哌啶等碱性氮存在下则形成四角形的硼酸酯。它能与二醇极快达到平衡，其平衡速度与非共价键作用相当。 4、空穴中含有两个硼酸基团的MIPs可用于拆分外消旋体，而三个或以上结合位点的MIPs由于交换速度很慢而分离能力低。,分子印迹的理论及机理研究,二、分子自组装过程 1、分子自组装过程为非共价键结合作用。 2、常见的非共价键结合作用有氢键、静电引力、金属螯合作用、电荷转移、
4、疏水作用以及范德华力等。 3、利用最多的是氢键，每一种作用对外消旋体的拆分效果都已经进行了研究，结果表明：使用单一的非共价键结合作用制得的MIPs的选择性较低，而多种作用的协同效应使制得的MIPs具有较高的选择性和分离能力。,分子印迹的过程,分子印迹的表征方法,在不同的应用领域，有不同的表征方法 1、色谱固定相、手性分离与固相萃取中，有分离因子、分离度Rs、保留时间tR、结合常数KD、离解常数Ka、富集系数等来表征MIPs的选择性。 2、化学传感器中，需要借用各种电化学参数如电流、电导、电容和电压以及各种光学参数如吸光度、荧光强度、位移等来表征MIPs的选择性好坏。 3、催化领域有催化效率、反
5、应速度、结合量等来表征MIPs的选择性的好坏。,MIPs的特点,一、很好的物理与化学稳定性 1、抵抗很强的机械作用力 2、能耐高温、高压 3、能抵抗酸、碱、高浓度离子及有机溶剂的作用 4、在复杂的化学环境中能保持稳定 二、立体结构的独特性与天然本体（抗体）等同的选择性 三、寿命长：反复使用8个月后其识别能力基本无变化 四、MIPs往往价格昂贵,MIPs的应用,一、化学仿生传感器 MIPs传感器兼有生物传感器和化学传感器的优点，是未来传感器发展的方向。,应用于MIPs传感器的分析物和换能器,MIPs的应用,二、对映体及异构体的分离 1992年，美国国家食品与药物管理局(FDA)要求凡新的光活性药
6、物都必须把光学异构体分离出来，分别测定其药物动力学和毒理学的各项指标，目前，一半以上的MIPs工作是关于手性及异构体分离的。 应用MIPs作手性分离的对映体和异构体见下页,MIPs的应用,第九章 大环配合物,大环配合物是指环骨架上含有O、N、P、As、S、Se等多个配位原子的多齿配体所形成的环状配合物。,一、冠醚配合物及其应用 1、Peterson：二苯并-18-冠-6与K+离子结合能力远大于Na+和Cs+离子。苯并-15-冠-5与Na+离子结合能力远大于K+和Li+离子。12-冠-4与Li+离子结合能力远大于Na+和K+离子。,2、Lehn：二维环状冠醚扩展到三维穴醚。2、2、2适合K+离子
7、，其结合常数是二苯并-18-冠-6的几万倍；2、2、1适合Na+离子。2、1、1适合Cs+离子。,3、Cram：球醚。三人分享1987年Nobel化学奖。后来发展金属杂冠醚等，在分子识别和催化及分离科学上得到大量应用。,卟啉的结构,二、卟啉配合物及其应用,原血红素的结构,血红蛋白的亚单元配位结构,叶绿素a的结构,卟啉超分子与分子识别,一、对无机分子与离子的识别 1、为模拟血红蛋白和肌红蛋白的可逆配氧功能，20世纪70年代合成了大量的金属卟啉，对氧气、一氧化碳、二氧化碳等小分子有不同程度的识别功能。 2、Lehn合成了冠醚与卟啉的复合物，当Ag+离子进入卟啉环以后，对荧光有淬灭作用，因为锌卟啉受
8、光激发后，电子从卟啉向冠醚转移。,卟啉超分子与分子识别,二、对有机物的识别 1、Ogoshi H等人合成顺、反-5、15-二(8-喹啉基)八乙基卟啉，该主体分子和客体分子发生多重作用而产生识别功能。如在中性水溶液中可以把苯丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸迅速萃取到氯仿有机相，而丙氨酸和丝氨酸却不能被萃取，利用该配合物可以实现亲脂性的氨基酸的跨膜运输。 2、Bonar-law等把一个甾体二醇与锌卟啉桥连得到的主体物质在非极性溶剂中可识别乙醇，其结合常数达108 L/mol。曹锡章等合成的面对面四偶氮桥连金属卟啉配合物对氨基酸具有特定的识别能力，其结合常数大小顺序为：酪氨酸精氨酸谷氨酸苯丙氨酸脯氨酸。,卟
9、啉超分子与分子识别,三、对手性分子的识别 1、Ogoshi等人研究了具有C2对称轴的手性卟啉对手性氨基酸的识别行为，发现其（S,S）(+)构象对D,L-亮氨酸及其甲酯、 D,L-脯氨酸及其甲酯、 D,L-苯丙氨酸及其甲酯、 D,L-亮氨酸苄基酯表现出2.02.8倍的对映选择性 。 2、Kurod等人合成的手性双桥连卟啉的锌配合物可选择性识别L-氨基酸甲酯，其结合常数高达103104 L/mol。 3、Bonar-law等人合成的锌卟啉可选择性识别一些生物碱，如与吗啡构成两个强的氢键，加上NZn之间的配位作用，产生三点定向，对吗啡(-)的识别是吗啡(+)的43倍。,维生素B12以及它的衍生物的共
10、同结构,三、杂原子大环配合物及其应用,杂原子大环配合物的结构,1、希夫碱类 2、维生素类 3、杂原子如S、Se、P作配位原子 4、金属原子成环,杂原子大环配合物在分子识别及运输中的作用,一、阳离子的识别，特别是非球形对称的阳离子如Ag+、Hg2+等需设计含S、N等配位原子构成的多齿配体，形成多核配合物进行识别。 二、阴离子识别，含氮的穴状配位原子质子化后可成为阴离子受体，由空穴大小决定被识别物的性质。 三、中性分子识别，报道不多，少量关于酚类物质。 四、离子运输，大量人工Fe3+离子载体都是大环化合物，许多载体含有三个儿茶酚单位，其中六个氧原子以脱质子化的形式与金属离子形成八面体配合物，与Fe3+离子的稳定常数达10521059。,其他重要载体,一、杯芳烃 二、树状化合物 三、富勒烯,
