一种耐碱的富含锆离子的双有机配体MOF材料及其制备和应用

一种耐碱的富含锆离子的双有机配体mof材料及其制备和应用
技术领域
1.本发明涉及功能材料领域，特别涉及基于含氨基和硝基官能团的双配体的含锆mof及其提高锆离子含量的后修饰制备方法。


背景技术：

2.金属-有机框架(metal-organic frameworks)，简称mofs，是一类以有机分子为桥联配体、金属离子为连接节点的配位聚合物材料，具有组成形式多样、拓扑结构丰富、比表面积大、孔径可调节、便于后修饰等特性，被广泛应用于储能、分离、催化、化学传感和生物医药等领域。其中uio系列材料主要是指含锆的正八面体与对苯二甲酸有机配体相连，形成包含八面体中心孔笼和八个四面体角笼的三维微孔结构。
3.uio系列mofs的锆金属中心可选择性富集磷酸化多肽，并消除非特异性干扰，实现复杂生物体系中目标多肽的高特异性捕获。虽然已报道的许多zr-mofs在水溶液甚至是酸性条件下都是稳定的，但很少有zr-mofs在碱性溶液中稳定，而碱性溶液是在zr-mofs上洗脱捕获的磷酸化多肽的必要步骤。配体在洗脱过程中崩溃，使基于质谱的磷酸化蛋白组学分析成为一个巨大的挑战。因此，如何找到一种更耐碱性的zr-mof材料，能够高效的吸附磷酸化多肽，已成为领域内诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服目前锆基mof材料在富集应用中不耐碱的问题，有鉴于此，本发明提供一种具有双配体的双金属中心的锆基金属有机骨架材料，通过引入硝基对苯二甲酸配体，增强uio系列zr-mof的碱稳定性，再进一步以配体含有氨基的金属有机骨架材料为母体，修饰可螯合金属离子的官能团，最终制得富含锆离子的碱稳定性锆基mof材料，从而实现复杂样品中磷酸肽的高效特异性富集和分析。
5.本发明提供上述耐碱性双配体固载锆离子的金属有机骨架材料的制备方法，含有硝基官能团和氨基官能团的锆基金属有机骨架材料的制备过程参照文献1，
6.非专利文献1，rada zh等，journal of chemical&engineering data，2015，60卷，2152-2161页
7.本发明采用的技术方案如下：
8.—种耐碱的富含锆离子的双有机配体mof材料制备方法，包括以下制备步骤：
9.1)四氯化锆、氨基对苯二甲酸和硝基对苯二甲酸溶于n,n-二甲基甲酰胺混合搅拌均匀，并转移至反应容器中，再加热反应，冷却至室温。
10.2)将步骤1)所得固体依次用n,n-二甲基甲酰胺、甲醇洗涤处理并真空干燥，材料保存备用。
11.3)将步骤2)所得材料超声分散于有机溶剂，加入含磷化合物和烷基胺将金属有机骨架材料上含有氨基的配体修饰上磷氧官能团，反应结束后，用溶剂洗涤多次，干燥。
12.4)将步骤3)所得干燥后固体超声分散于一定浓度的金属锆盐溶液中，反应结束后，用溶剂洗涤多次，干燥并保存于阴凉避光处。
13.优选地，步骤1)中所述四氯化锆浓度为10-12mg/ml；所述氨基对苯二甲酸浓度为11-20mg/ml；所述氨基对苯二甲酸和硝基对苯二甲酸摩尔比为12:3-12:6。
14.优选地，步骤1)中所述加热反应为120-140℃反应24-48h。
15.优选地，步骤2)中所述的干燥是指在40-80℃干燥6-12h。
16.优选地，步骤3)中所述有机溶剂为甲醇或乙腈，反应装置，保持密封、室温、避光条件，反应时间4h以上；所述材料在有机溶剂中浓度优选0.1-10mg/ml；所述含磷化合物优选三氯氧磷，与配体的摩尔比范围优选1-10；所述烷基胺为2,4,6-三甲基吡啶，与配体的摩尔比范围优选1-10。
17.优选地，步骤4)中所述含锆化合物优选硫酸盐和二氯氧盐，优选室温、避光条件，反应时间4h以上，含锆化合物与配体的摩尔比范围为优选1-10。
18.一种富含锆离子的耐碱性双配体锆基金属有机骨架材料通过上述方法制得。
19.本发明具有如下优点及有益效果：
20.(1)与现有基于酚卟啉的耐碱性zr-mof相比，本发明制备的基于羧酸盐型的zr-mof通过硝基基团的引入增强了材料对的强碱性溶液的耐受性，同时通过后续修饰使材料均由更高的锆离子含量，提供更多的金属活性位点。
21.(2)本发明制备的金属有机配位聚合物，采用溶剂热的方法合成，操作简单，后修饰方法容易实现，重复性好，在分离富集和气体吸附、催化等领域具有非常好的潜在应用。
22.本发明一种具有双配体的双金属中心的锆基金属有机骨架材料，通过引入硝基对苯二甲酸配体，增强氨基uio-66的碱稳定性，并进一步在氨基配体上固载锆离子，使材料兼具更强的稳定性和更丰富的金属位点，在磷酸肽的高效富集和分析中有巨大的应用潜力。
附图说明
23.图1为实施例1中(i)双配体uio66材料(含硝基氨基双配体)、(ii)经1％nh3·
h2o处理后的双配体uio66材料和(iii)经1％nh3·
h2o处理后的原始材料(只含氨基配体)。
24.图2为实施例1中(i)双配体uio66材料(含硝基氨基双配体)、(ii)中间材料(修饰磷氧基团)和(iii)最终材料(负载金属离子)的透射电子显微镜图。
25.图3为实施例1中原始材料(只含氨基配体)、双配体uio66材料(含硝基氨基双配体)、中间材料(修饰磷氧基团)和最终材料(负载金属离子)的粉末x射线衍射图。
26.图4为实施例1中原始材料(只含氨基配体)、双配体uio66材料(含硝基氨基双配体)、中间材料(修饰磷氧基团)和最终材料(负载金属离子)红外光谱图。
27.图5为实施例1富含锆离子的双配体锆基金属有机骨架材料对β-casein酶解液富集后的目标磷酸化肽段(m/z＝2061，2556，3122)及其去磷酸化多肽(*标记)质谱图。
具体实施方式
28.下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但本发明并不限于下述实施例。
29.实施例1
30.1.0.24g zrcl4、0.22g 2-氨基对苯二甲酸和0.085g 2-硝基对苯二甲酸(摩尔比
12:4)充分溶解于20ml dmf，转移至以聚四氟乙烯作内衬的不锈钢高压釜中，密封120℃加热24h。
31.2.冷却后，离心回收固体，用大量dmf和甲醇清洗，60℃真空干燥10h后得到淡黄色固体。
32.3.将2中产物50mg分散于50ml乙腈中，加入0.2mmol 2,4,6-三甲基吡啶搅拌10分钟，
33.4.加入0.2mmol pocl3搅拌10分钟，密封容器，在室温下反应12h后，
34.5.将4中产物分别用乙腈和水进行清洗3次，真空干燥过夜。
35.6.将5中产物干燥所得固体加入10ml浓度为50mm的zrocl2水溶液中搅拌12h。
36.7.将6中产物用水洗涤后真空干燥保存，得到富含锆离子的耐碱性双配体锆基金属有机骨架材料。
37.8.将将50μg 7中产物与1pmol的β-casein酶解液样品加入150μl含80％乙腈(v/v)和6％tfa(v/v)的孵育液中振荡20min；随后通过离心回收材料并用移液枪吸去上清，分别用150μl50％乙腈(v/v)、200mm nacl和6％tfa(v/v)的洗涤液a和含50％乙腈(v/v)和0.1％tfa(v/v)的洗涤液b进行洗涤；最后，加入10μl 10％nh3·
h2o(w/w)洗脱液超声20min后洗脱得目标磷酸化多肽。
38.实施例2-6
39.在实施例1操作条件的基础上，改变下列条件进行试验:
40.实施例2-6与实施例1不同之处见下表
41.表1：实施例2-6与实施例1之间的差异
[0042][0043]
通过icp-oes对氨水处理后的双配体锆基金属有机配体框架材料崩解的高元素进行测定，相比原来单氨基对苯二甲酸配体的uio66-nh2材料，崩解程度有大幅下降，有效提高了锆基金属有机配体框架材料的耐碱性。通过透射电子显微镜分别对上述实例中的双配体锆金属有机骨架材料进行观察，其形貌均保留uio66系列zr-mof的原有八面体状态。选取实例1中原始材料(只含氨基配体)、双配体uio66材料(含硝基氨基双配体)、中间材料(修饰磷氧基团)和最终材料(负载金属离子)进行粉末x射线衍射和红外表征，后续修饰过程有效且未破坏锆金属有机骨架原有结构有效实现了更高含量的锆金属离子的负载。
[0044]
将富含锆离子的双配体锆基金属有机骨架材料应用于生物复杂样品的前处理后，发现其在磷酸肽富集中具有更高的灵敏度和选择性，有望成为一种高效的生物样品富集材料。