分子印迹催化剂的设计、合成及其智能化设计

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分子印迹和智能材料技术为智能分子印迹聚合物的设计与开发开辟了一条新道路。本文以设计与合成具有可控性能的分子印迹催化剂“开/关”为目标,通过功能单体与反应过渡态类似物TSA的合理化组装,在智能材料的存在下,合成与酯水解反应相匹配的,具有“开/关”功能的活性结构,并在系统地研究了催化酯水解反应的热力学和动力学行为的基础上,探讨了分子印迹催化剂“开/关”的形成机制和作用机理。研究表明,分子印迹催化剂的高特异催化作用与印迹结构对底物的选择性加速作用及特异性的分子诱导作用密切相关。印迹结构的存在使特异性底物具有更高的反应性及更强的作用能力,因此使反应朝着选择性的方向进行。研究还表明,印迹结构与模板的高特异性相互作用可以是其产生选择性加速及特异性的分子诱导作用的内在原因。为实现对印迹催化过程的控制,本文还设计合成出两种具有智能化、可控性的印迹催化“开/关”。基于智能材料N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)的亲水/疏水相转变机制,合成出的催化剂在较低温度时与传统的分子印迹催化剂具有相似的活性。然而,当温度高于相变点时,催化剂由于内部构象的改变,无法提供有效的催化活性。为改变传统NIPA基智能催化剂在低温时活性高、高温时活性低的缺陷,本文设计合成出了在高温时具有更高催化活性的新型智能材料。基于聚2-甲基-2丙烯酰胺基丙磺酸(PAMPS)和聚丙烯酰胺(PAAM)的静电引力作用,创新性地设计了一种拉链的拉链构筑。在低温时,由于静电引力作用,“拉链”处于关闭状态,合成的印迹催化无法提供有效的催化活性。然而,当温度高于相变点时,静电引力被破坏,“拉链”被打开,从而使合成的分子印迹催化剂有效地克服了传统PNIPA基催化剂在低温条件下的低活性、低反应性的缺陷。本研究工作在设计方法学、印迹催化原理和智能化的可控方面,构成了一个较为完整的体系,有利于促进催化智能化的应用和发展。
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