[发明专利]一种基于多孔框架材料的光/酶级联反应催化剂其制备及应用

说明书

本发明涉及功能化的多孔有机框架材料的合成以及制备成非均相的光生物催化剂在不对称催化领域的应用。创造性的利用具有光催化功能的多孔框架材料与生物酶进行级联构建成非均相催化剂。本发明是由有光催化功能的有单体或配体合成的的功能性多孔框架材料。通过改变光催化功能的单体和配体合成的多种光催化剂实现与生物酶的级联，构建的非均相催化剂对2‑苯基吲哚的不对称催化具有较高的产率(59％)和高选择性(91:9)。采用光催化剂与生物催化剂的负载制备的非均相光生物催化剂打破了传统生物催化剂与传统光催化剂的界线。该技术扩大了生物催化的工业应用范围，为光生物催化剂的级联在不对称催化领域的应用提供了新的思路。

技术领域

本发明属于有机功能材料领域，具体涉及一种基于多孔框架材料的光/酶级联反应催化剂，其制备以及应用。

背景技术

遵循着绿色、环保、节能、可持续发展的原则，人类对化学合成在环境友好方面也提出了较高的要求。可见光作为一种资源丰富、成本低、可再生的绿色能源，有着广阔的应用前景。如何能高效快捷的利用可见光，通过光催化剂吸收可见光的能量引起电子迁移实现可见光催化，是当前光催化研究的热点，尤其是当前有机化学研究的热门领域之一。可见光催化不仅可以合成一些简单的有机化合物，而且可以合成一些具有生物活性的复杂分子，因此可见光催化已经成为一种强大而高效的有机合成方法和手段。

酶催化反应具有高效率和高选择性，在合成复杂的天然产物及代谢产物中占有重要的地位。然而，在自然界中，即使是高度进化的生物酶只能催化有限的反应，这极大的限制了生物酶在有机合成中的进一步应用。受光合作用的启发(光生电子转移到生物酶催化完成氧化还原反应)，科学家近年来研究发现光/酶联合催化系统可以有效解决酶催化反应单一和受限的问题，不但可以高效催化天然酶能够进行的反应类型，还可以催化天然酶不能催化的有机反应。光催化反应通常可以在室温或接近室温的条件下发生，这为与酶催化结合提供了可能。另外，光催化反应通常涉及电子和能量转移，产生的中间体对水稳定，并可与酶促反应兼容。为了遵循绿色发展的原则，为了减少量浪费和降低成本，化学家把注意力转向了级联反应方向，将化学催化剂的反应活性与酶活性位点所产生的选择性结合起来。目前，这个新兴领域的研究正在引起科学家的关注。

尽管越来越多的重要化学-酶的的不对称手性可以通过光催化来实现，但是可见化学- 酶催化体系还面临着一些问题和挑战：(1)常用的可见光催化剂不便于回收利用，废料会对环境造成重金属污染，并且均相催化剂在光催化反应中容易发生分解而失去活性。(2)，化学催化剂与生物酶之间存在传质阻力；(3)生物酶的价格昂贵，化学稳定性和热稳定性差，易失活。为克服上述手性催化体系的局限性，制备一种基于多孔框架材料的光/酶级联反应催化剂以及在手性催化领域具有重大意义。

随着科学技术的发展，越来越多的新型材料应用于人类的日常生活中。其中，功能性的多孔材料因其在气体储存与分离、催化、探针等众多领域发挥不可替代的作用，引起了广大科研工作者的高度重视。相比较传统材料，多孔框架材料(金属-有机框架材料、共价有机框架材料)具有结构稳定、比表面积高、孔道可调节，结构可设计等良好性能，便与研究和分析其作用机制。将其构建为固定化酶和光催化剂的载体，不仅可以实现催化剂的高效负载和精确固定，大大提高了固定化酶和光催化剂的负载效率和稳定性。多孔框架材料易于功能化和后修饰的特点，也为提高催化剂与载体材料之间作用力从而防止催化剂泄露，并发展高效连续转化的新型反应器提供了优良的平台。

发明内容

本发明旨在创建一种光/酶级联反应催化剂，针对具有光催化功能的有机单体或有机配体合成多孔框架材料，并成熟运用原位包裹、吸附法、共价法以及交联法等方法对具有手性催化功能的天然酶进行负载。实现了光/酶级联催化反应的不对称催化。

一方面，本发明提供一种基于多孔框架材料的光/酶级联反应催化剂，其特征在于，所述催化剂包括具有光催化功能的有机配体或有机单体构筑的多孔框架材料，以及包覆在其中的具有手性催化功能的天然酶，所述多孔框架材料为金属有机框架材料(MOFs)或共价有机框架材料(COFs)。