综述:手性纳米材料的可持续合成方法

时间:2025年8月14日
来源:Cell Reports Physical Science

编辑推荐:

这篇综述系统总结了基于可持续发展理念设计的手性纳米材料(chiral nanomaterials)在不对称催化、手性识别与分离等领域的应用进展,重点探讨了磁性纳米复合材料(MOFs)、共价有机框架(COFs)和可再生纤维素纳米晶体(CNCs)等材料的绿色合成策略与循环利用机制,为开发环境友好的手性功能材料提供了新思路。

广告
   X   

可持续方法合成手性纳米材料

手性作为生命系统的基本特征,在药物开发和化学合成中具有核心地位。近年来,将可持续发展理念融入手性纳米材料设计成为研究热点,通过可再生资源和可回收技术构建的纳米材料正推动绿色化学的发展。

可回收磁性手性纳米材料

磁性纳米材料因其易分离特性成为可持续手性材料的理想载体。研究团队通过将L-脯氨酸(L-proline)与氰尿酰氯(TCT)/Fe3O4/MIL-101(Fe)复合,开发出具有路易斯酸-碱双活性位点的催化剂,在CO2固定反应中展现出高达97%的转化率和优异的对映选择性,且能循环使用7次。

生物分子修饰是另一重要策略。短链脱氢酶(SDR)与葡萄糖脱氢酶(GDH)共固定化于Fe3O4@PDA@Cu-PABA核壳结构,实现了乙基-4-氯乙酰乙酸酯(COBE)的高效不对称还原,其酶活性稳定性较游离酶提升3倍。

可回收手性框架材料

金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)因其可设计孔道结构成为手性催化新平台。研究者将辣根过氧化物酶(HRP)和L-氨基酸氧化酶(LAAO)封装于ZIF-8中,构建了多酶级联生物反应器,通过H2O2介导的荧光信号实现了对甲硫氨酸等氨基酸对映体的精准识别。

在光催化领域,以卟啉为构筑单元的COFs材料(如(R)-DTP-COF-QA)在可见光驱动下实现了硫醚不对称氧化为亚砜的反应,对映体过量值(ee%)达93%,且循环5次后活性不变。

可再生手性纤维素纳米材料

源自竹材的纤维素纳米晶体(CNCs)通过Zn-N-S键与ZIF-8构建三维网络,其拓扑手性使CO2光还原产率提升2.3倍。

草酸法制备的羧化CNCs(OA-CNCs)呈现胆甾相液晶特性,其自组装薄膜具有有序多层结构,残余草酸可通过重结晶实现5次循环利用。

金属/类金属/无金属手性材料

金纳米螺旋体(Au helicoids)通过半胱氨酸分子修饰,构建的电化学传感器可30次重复检测酪氨酸对映体;而石墨烯量子点(N-GQDs)与CuO/ZnO形成的六方纳米复合材料,在微波辅助下高效催化2-氨基-4H-色烯合成,循环5次后活性保持90%以上。

该领域发展仍面临规模化制备、手性精确控制等挑战,但通过机器学习预测材料性能和绿色工艺开发,可持续手性纳米材料将在医药、能源等领域展现更大潜力。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有