一种基于多巴胺的仿生分子、及其合成与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于多巴胺的仿生分子、及其合成与应用，其中该基于多巴胺的仿生分子具有如下式(M1)的结构式，该基于多巴胺的仿生分子即6‑(2‑乙氨基)‑3‑羟基‑2(1氢)‑吡啶酮氢溴酸盐分子。本发明专利技术通过对关键基于多巴胺的仿生分子的分子结构、及其制备方式、以及应用及其应用方式进行改进，提供了一种新型的基于多巴胺材料的仿生分子，并扩展了基于多巴胺材料的仿生材料的应用领域，该基于多巴胺材料的仿生分子及其聚合物、衍生材料等能够用于能源、材料科学等领域，尤其适用于作为碳源在电催化中的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物仿生
，更具体地，涉及一种基于多巴胺的仿生分子、及其合成与应用，该基于多巴胺的仿生分子，其碳纳米材料非常适用于在电催化中应用。
技术介绍
自从上世纪六十年代生物仿生学概念的提出，这方面的研究引起了研究者极大的兴趣。深入地研究自然现象及规律，不仅可以激发研究者开发具有优异性能的新材料，而且能为关键科学问题的解决提供了新途径，并推动材料科学的发展。具有代表性的例子是蚌可在不同表面上依附。研究发现，界面上多巴胺的存在是蚌具有强大黏附能力的主要原因。基于该发现，科学家开发了一种新的涂层材料----聚多巴胺(PDA)，该材料可沉积在任意基底上，这为表面修饰及表面涂层的研究开辟了新的方法。最近十年，基于聚多巴胺的材料得到了迅速的发展，目前在能源、材料科学及环境科学等领域有广泛的应用。尽管如此，绝大部分研究都是通过合成PDA杂化材料来开发其应用，从分子设计的角度来设计新型多巴胺仿生材料，并研究其分子结构对其性能的影响，在这方面鲜有人研究。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种基于多巴胺的仿生分子、及其合成与应用，其中通过对其关键基于多巴胺的仿生分子(即，6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐)的分子结构、及其制备方式(尤其是制备过程整体的工艺设置、以及各个反应步骤中的反应参数，如反应物的配比、反应温度、时间)、以及该基于多巴胺的仿生分子的应用及其应用方式(如聚合物的聚合方式、聚合物及其衍生物的应用等)进行改进，与现有技术相比，提供了一种新型的基于多巴胺材料的仿生分子，并扩展了基于多巴胺材料的仿生材料的应用领域，该基于多巴胺材料的仿生分子及其聚合物、衍生材料等能够用于能源、材料科学等领域，尤其适用于作为碳源在电催化中的应用。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于多巴胺的仿生分子，其特征在于，具有如下式(M1)的结构式：该基于多巴胺的仿生分子即6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐分子。按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述基于多巴胺的仿生分子的制备方法，其特征在于，该制备方法是将6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶、氟化锌和2-三甲基硅基乙腈在Pd2(dba)3和P(t-Bu3)3催化下偶联生成6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈；然后，再将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈溶于甲醇溶液中，接着加入镍和浓盐酸，然后再通入氢气进行氢化反应制备6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺；接着，将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺在乙酸和氢溴酸的混合溶液中制备6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐；优选的，该制备方法，包括以下步骤：(1)将2-溴-6-碘吡啶-3-醇与1-氯甲基-4-甲氧基苯在DMF溶液中反应得到2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶；(2)将所述2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与甲醇钠在DMF溶液中发生取代反应制备6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶；(3)将所述6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶、氟化锌和2-三甲基硅基乙腈在Pd2(dba)3和P(t-Bu3)3催化下偶联生成6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈；(4)将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈溶于甲醇溶液中，接着加入镍和浓盐酸，然后再通入氢气进行氢化反应制备6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺；(5)将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺在乙酸和氢溴酸的混合溶液中制备6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐。作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述2-溴-6-碘吡啶-3-醇与所述1-氯甲基-4-甲氧基苯两者的摩尔比为1：(1～1.2)，所述反应是在80℃～100℃下进行取代反应9～27小时；优选的，所述2-溴-6-碘吡啶-3-醇与所述1-氯甲基-4-甲氧基苯两者的摩尔比为1：1.1，所述反应是在90℃下进行取代反应18小时；所述步骤(2)中，所述2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与所述甲醇钠两者的摩尔比为1：(1～2)，所述反应是在80℃～100℃下进行取代反应1～3小时；优选的，所述2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与所述甲醇钠两者的摩尔比为1：1.5，所述反应是在90℃下进行取代反应2小时；所述步骤(3)中，所述6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与所述氟化锌及所述2-三甲基硅基乙腈三者的摩尔比为1：1：(1.1～1.3)，所述Pd2(dba)3与所述P(t-Bu)3的摩尔比为1：(3～2)；所述反应是在120℃～180℃下进行偶联反应4～10小时；优选的，所述6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与所述氟化锌及所述2-三甲基硅基乙腈三者的摩尔比为1：1：1.2，所述Pd2(dba)3与所述P(t-Bu)3的摩尔比为2：5；所述反应是在150℃下进行偶联反应7小时；所述步骤(4)中，所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈与所述镍的摩尔比为(5～15)：1，所述甲醇与所述浓盐酸的体积比为5：(3～1)，所述浓盐酸的质量百分浓度为35％～37.5％；所述氢化反应的时间为1～3小时；优选的，所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈与镍的摩尔比为10：1，所述甲醇与所述浓盐酸的体积比为10：3；所述氢化反应的时间为2小时；所述步骤(5)中，所述氢溴酸与所述乙酸的质量比为1：(3～1)；所述反应是在60℃～100℃下进行消去反应8～16小时；优选的，所述步骤(5)中，所述氢溴酸与所述乙酸的质量比为2：3；所述反应是在80℃下进行消去反应12小时。按照本专利技术的一方面，本专利技术提供了以上述基于多巴胺的仿生分子为单体聚合得到的聚合物。作为本专利技术的进一步优选，所述聚合物为均聚物，该均聚物具有如下式(PAHPO)的结构式：按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述基于多巴胺的仿生分子的聚合方法，其特征在于，将6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐分散于水溶液中，然后调节该水溶液的pH值至8～9，然后在空气的氧化下形成聚合物。作为本专利技术的进一步优选，形成的所述聚合物为均聚物，该均聚物具有如下式(PAHPO)的结构式：作为本专利技术的进一步优选，所述水溶液中还容纳有基底，形成的所述聚合物沉积在该基底上；所述基底为二氧化硅球、金属镍基片和聚氨酯基片中的至少一种。按照本专利技术的一方面，本专利技术提供了利用上述基于多巴胺的仿生分子制备氮掺杂碳纳米胶囊的方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)将6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐分散于水溶液中，使得该水溶液中所述6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐的浓度为2mg/mL～4mg/mL，然后调节该水溶液的pH值至8～9；接着，向该水溶液中投入二氧化硅球，使所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多巴胺的仿生分子，其特征在于，具有如下式(M1)的结构式：该基于多巴胺的仿生分子即6‑(2‑乙氨基)‑3‑羟基‑2(1氢)‑吡啶酮氢溴酸盐分子。

【技术特征摘要】
1.一种基于多巴胺的仿生分子，其特征在于，具有如下式(M1)的结构式：该基于多巴胺的仿生分子即6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐分子。2.制备如权利要求1所述基于多巴胺的仿生分子的方法，其特征在于，该制备方法是将6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶、氟化锌和2-三甲基硅基乙腈在Pd2(dba)3和P(t-Bu3)3催化下偶联生成6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈；然后，再将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈溶于甲醇溶液中，接着加入镍和浓盐酸，然后再通入氢气进行氢化反应制备6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺；接着，将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺在乙酸和氢溴酸的混合溶液中制备6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐；优选的，该制备方法，包括以下步骤：(1)将2-溴-6-碘吡啶-3-醇与1-氯甲基-4-甲氧基苯在DMF溶液中反应得到2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶；(2)将所述2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与甲醇钠在DMF溶液中发生取代反应制备6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶；(3)将所述6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶、氟化锌和2-三甲基硅基乙腈在Pd2(dba)3和P(t-Bu3)3催化下偶联生成6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈；(4)将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙腈溶于甲醇溶液中，接着加入镍和浓盐酸，然后再通入氢气进行氢化反应制备6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺；(5)将所述6-甲氧基-5-[(4-甲氧基苯)甲氧基]-2-吡啶乙胺在乙酸和氢溴酸的混合溶液中制备6-(2-乙氨基)-3-羟基-2(1氢)-吡啶酮氢溴酸盐。3.如权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述2-溴-6-碘吡啶-3-醇与所述1-氯甲基-4-甲氧基苯两者的摩尔比为1：(1～1.2)，所述反应是在80℃～100℃下进行取代反应9～27小时；优选的，所述2-溴-6-碘吡啶-3-醇与所述1-氯甲基-4-甲氧基苯两者的摩尔比为1：1.1，所述反应是在90℃下进行取代反应18小时；所述步骤(2)中，所述2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与所述甲醇钠两者的摩尔比为1：(1～2)，所述反应是在80℃～100℃下进行取代反应1～3小时；优选的，所述2-溴-6-碘-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与所述甲醇钠两者的摩尔比为1：1.5，所述反应是在90℃下进行取代反应2小时；所述步骤(3)中，所述6-碘-2-甲氧基-3-[(4-甲氧基苯)甲氧基]吡啶与所述氟化锌及所述2-三甲基硅基乙腈三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，易征然，张哲野，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42