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研究人员制备 cTpPa-1@PAN 膜用于对映体拆分，分离柠檬烯外消旋体 ee 值达 99.3%，展示其潜力。
在化学和生物领域，对映体就像一对 “双胞胎” 分子，虽然长得极为相似，但却有着截然不同的 “性格”，它们在食品、化妆品、制药和农业等行业的表现大相径庭。例如，在制药领域，一种药物的不同对映体可能一个能治病救人，另一个却可能产生严重的副作用。因此，获取纯净的对映体化合物至关重要。
目前，手性分离技术是获取纯净对映体的关键手段。其中，膜辅助手性拆分技术凭借低成本、可连续操作、高容量以及大规模应用潜力等优势，备受关注。然而，传统的手性分离膜主要由均相手性聚合物材料构成，存在着一个棘手的问题 —— 膜对映体的对映选择性和通量之间存在 “权衡” 关系，这就好比鱼和熊掌难以兼得，严重限制了手性分离膜的性能提升。
为了解决这一难题，研究人员将目光投向了基于多孔和微孔材料的手性分离膜。金属有机框架（MOFs）这类多孔材料虽然有着化学稳定性好、固有孔隙率高以及组成、结构和功能可调性强等优点，但以其为基础的手性分离膜仍有提升空间。相比之下，共价有机框架（COF）因其完全有机的特性，被认为与聚合物材料相容性更好，在制备高质量聚合物基复合膜方面潜力巨大，而且多数 COF 通道尺寸更匹配手性分子，有利于对映体的吸附和传输。尽管已有一些基于 COF 的手性分离膜的研究报道，但设计和制备兼具高对映选择性和对映体通量的手性 COF 基膜仍是一个充满挑战却极具吸引力的研究方向。
在此背景下，[第一作者单位] 的 Fanmengjing Wang、Yizhihao Lu 等研究人员开展了深入研究。他们成功制备了一种基于手性 TpPa-1 的膜（cTpPa-1@PAN 膜）用于对映体拆分，并将研究成果发表在《Advanced Membranes》上。这一研究成果为手性分离领域带来了新的突破，为高效获取纯净对映体提供了新的可能。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先，通过自制的扩散池，采用反扩散法制备 cTpPa-1@PAN 膜，利用这种方法能够精确控制膜的生长过程。其次，使用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散 X 射线光谱（EDX）、X 射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、原子力显微镜（AFM）和接触角测量仪等多种表征技术，对膜的微观结构、元素组成、晶体结构、功能基团、表面粗糙度和润湿性等进行全面分析，从而深入了解膜的性质。此外，利用自制的扩散装置，结合气相色谱分析（GC），测试膜的对映选择性分离能力，准确测定对映体的浓度，评估膜的性能。
下面来看具体的研究结果：
- cTpPa-1@PAN 膜的制备与表征：研究人员以 S-1 - 苯乙胺（S-1-PEA）为催化剂，通过手性诱导法在聚合物基底上原位生长 cTpPa-1，再经反扩散法和退火处理制备 cTpPa-1@PAN 膜。XRD 分析表明，高温处理有效促进了膜的结晶；FTIR 检测到 C=O、C=C、C-H 和 C-N 等特征振动带，证实了手性 TpPa-1 的成功生长；CD 分析确认了 cTpPa-1 的同手性；SEM 和 AFM 结果显示，cTpPa-1 层在 PAN 基底上连续、无缺陷生长，膜的厚度约为 0.5μm，表面粗糙度显著增加；接触角测量表明 cTpPa-1@PAN 膜具有疏水性。
- cTpPa-1@PAN 膜的对映选择性分离性能：通过浓度驱动的手性分离实验测试膜的对映选择性。结果显示，退火后的 cTpPa-1@PAN 膜对柠檬烯外消旋体的对映选择性从约 3.8% ee 大幅提升至 99.3% ee，R - 对映体通量为 5.5 mmol m?2 h?1，且在 10 h 的分离过程中仍保持较高选择性（81.5% ee）。研究还发现，进料溶剂极性对膜性能影响显著，非极性的正己烷作溶剂时，对映选择性可达 99.3% ee，而极性更强的乙醇和甲醇作溶剂时，对映选择性分别降至 80.2% ee 和 5.5% ee，这是因为极性溶剂分子会占据手性选择位点，干扰对映体与活性位点的相互作用。此外，该膜对不同动力学直径的手性分子分离能力不同，对柠檬烯外消旋体的分离效果最佳（99.3% ee），对 2 - 苯基 - 1 - 丙醇和 1 - 苯乙醇的对映选择性较低（分别为 22.2% ee 和 5% ee），这表明对映体与手性选择通道的尺寸匹配程度是影响分离性能的关键因素。
- cTpPa-1 在制备手性分离膜中的通用性：研究人员制备了 cTpPa-1/PES 混合基质膜（MMM），以证明 cTpPa-1 在制备手性分离膜方面的通用性。PXRD、FTIR、SEM、EDX 等表征手段证实了 cTpPa-1 成功掺入 PES 基质。该膜对柠檬烯外消旋体的分离实验显示，其对映选择性为 68.5% ee，S - 对映体通量为 2.8 mmol m?2 h?1 ，且对映选择性随时间逐渐降低。与其他手性膜相比，cTpPa-1@PAN 膜和 cTpPa-1/PES MMM 在对映体通量和对映选择性方面表现更优。
- cTpPa-1 基复合膜的对映选择性分离机制及性能比较：通过 cTpPa-1 晶体对柠檬烯外消旋体的吸附实验探究分离机制。结果表明，S-(-)- 柠檬烯分子被选择性吸附，主要作用力包括官能团间的空间位阻和柠檬烯碳碳双键与 cTpPa-1 苯环间的 π-π 相互作用。cTpPa-1@PAN 膜遵循延迟传输机制，R-(+)- 柠檬烯分子透过膜的速率更快；cTpPa-1/PES MMM 遵循促进传输机制，S - 对映体通过 “吸附 - 解吸 - 吸附” 过程穿过膜。cTpPa-1@PAN 膜的分离性能优于 cTpPa-1/PES MMM，这主要归因于两者不同的微观结构、膜形态、cTpPa-1 浓度以及膜厚度。
综上所述，研究人员通过手性诱导法原位生长功能化 COF，制备了 cTpPa-1@PAN 膜用于手性拆分。该膜在分离柠檬烯外消旋体时展现出高效的对映体拆分能力，对映选择性高达 99.3% ee，通量为 5.5 mmol m?2 h?1。研究还探讨了进料溶剂极性和手性分子动力学直径对膜性能的影响，证实了 cTpPa-1 在制备手性复合膜中的通用性，并深入研究了两种 cTpPa-1 基复合膜的分离机制。这一研究成果为高质量手性分离膜的设计提供了新思路，充分展示了手性 COF 在高效对映体分离领域的巨大潜力，有望推动食品、化妆品、制药和农业等行业在对映体分离技术方面的发展，助力获取更纯净、更高效的对映体化合物，为相关产业的发展提供有力的技术支持。
