(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108483423 A(43)申请公布日 2018.09.04
(21)申请号 201810304354.3(22)申请日 2018.04.08
(71)申请人 太原理工大学
地址 030024 山西省太原市万柏林区迎泽
西大街79号(72)发明人 刘旭光 卫迎迎 陈琳 杨永珍
王军丽 于世平 (74)专利代理机构 太原市科瑞达专利代理有限
公司 14101
代理人 江淑兰(51)Int.Cl.
C01B 32/15(2017.01)C09K 11/65(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图4页
(54)发明名称
一种右旋手性碳点的快速制备方法
(57)摘要
本发明涉及一种右旋手性碳点的快速制备方法，以右旋色氨酸为碳源和手性源，氢氧化钠为改性剂，去离子水为溶剂，经水热合成法合成、透析提纯、冷冻干燥，制成右旋手性碳点；此制备方法工艺先进，技术参数数据精确翔实，合成速度快，是先进的快速制备右旋手性碳点的方法。
CN 108483423 ACN 108483423 A
权 利 要 求 书
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1.一种右旋手性碳点的快速制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：右旋色氨酸、左旋色氨酸、氢氧化钠、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位
制备方法如下：
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
(2)制备碳点水溶液
碳点水溶液的制备是在反应釜内进行的，是在加热状态下完成的；①配制溶液
称取右旋色氨酸0.5g±0.0001g、氢氧化钠0.09g±0.0001g，量取去离子水15mL±0.0001mL，加入聚四氟乙烯容器内，然后进行超声分散5min，超声波频率60KHz使其溶解，成混合溶液；
②将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜内，并密闭；③将反应釜置于加热炉内，密闭加热，加热温度120℃±1℃，加热时间16h；混合溶液在加热过程中，将发生化学反应，反应方程式如下：
式中：CDs-COONa：表面含有羧酸钠的碳量子点④反应结束后，停止加热，反应釜及其内的溶液随炉冷却至25℃；(3)过滤
①开启加热炉，打开反应釜，取出聚四氟乙烯容器及其内的混合溶液；②将冷却后的混合溶液用中速定性滤纸进行过滤，保留滤液，弃去沉淀物；(4)透析提纯
①将滤液加入透析袋中透析，透析时间96h，透析后留存透析袋内的溶液，即右旋手性碳点溶液；
②冷冻干燥
将透析提纯后的右旋手性碳点溶液移入冷冻干燥瓶中，置于-80℃的冷冻柜冷冻，然后悬挂在冷冻干燥机上进行干燥后得纯化右旋手性碳点固体粉末；
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CN 108483423 A
权 利 要 求 书
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(5)检测、分析、表征
对制备的右旋手性碳点的形貌、结构、成分、进行检测、分析、表征；用透射电子显微镜进行右旋手性碳点的形貌分析；用红外光谱仪进行右旋手性碳点的官能团分析；用紫外可见分光光度计、荧光光谱仪和圆二色谱仪进行右旋手性碳点的光学性能分析；
结论：右旋手性碳点的粒径分布较窄，其水溶液在365nm紫外灯照射下发黄绿光，在320-400nm的激发光照射下有强的发射峰，具有激发独立的性质；产物纯度达99.8％；
(6)产物储存
对制备的右旋手性碳点储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光保存，置于干燥、洁净环境，要防水、防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度10％。
2.根据权利要求1所述的一种右旋手性碳点的快速制备方法，其特征在于：右旋手性碳点水溶液的制备是在反应釜内进行的，是在加热炉加热状态下完成的；
加热炉(1)为立式，加热炉(1)的上部为炉盖(2)、下部为炉座(3)，加热炉(1)内为炉腔(13)；在炉腔(13)的内底部设有工作台(4)，在工作台(4)上置放反应釜(5)，反应釜(5)内置放聚四氟乙烯容器(6)，聚四氟乙烯容器(6)内为混合溶液(7)，反应釜(5)由反应釜盖(14)密闭；在炉座(3)上设有显示屏(8)、指示灯(9)、电源开关(10)、加热温度控制器(11)、加热时间控制器(12)。
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说 明 书
一种右旋手性碳点的快速制备方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种右旋手性碳点的快速制备方法，属于纳米碳材料碳点的制备及应用的技术领域。
背景技术
[0002]碳材料碳点具有良好的荧光性质，具有低成本、低毒性和良好的生物相容性，在生物成像、生物传感和药物输送方面具有潜在的生物学应用；目前，碳点的合成、结构性能和应用方面已有较大的进步。其手性碳点已成为关注的焦点。[0003]手性是指实物与其镜像不能相互重叠的现象，它广泛存在于自然界中，存在于作为生命活动重要基础的生物大分子中，如蛋白质、多糖、核酸和酶等，几乎全是手性的，这些分子在体内具有重要生理功能，而且存在于超分子和纳米结构中；手性纳米颗粒的研究，推动了手性在识别，传感，成像，催化等方面的应用。[0004]赋予碳点手性特征，可制备出同时具有荧光和手性性能的左旋或右旋手性碳点，使碳点在手性识别、手性检测、手性传感方面有更广泛的应用；目前手性碳点的合成方法分为一步法和两步法，一步法是将碳源和手性配体置于同一体系，或直接以手性配体为碳源，制得手性碳点；两步法是先制备碳点，再用手性配体进行修饰，得到手性碳点；目前这一技术还处于科学研究中。
发明内容
[0005]发明目的
[0006]本发明的目的是针对背景技术状况，以生物小分子右旋色氨酸为碳源和手性源，去离子水为溶剂，经水热法合成、透析提纯、冷冻干燥，制成右旋手性碳点；以左旋色氨酸为碳源和手性源，去离子水为溶剂，经水热法合成制成左旋手性碳点，以扩大手性碳点的使用范围。
[0007]技术方案
[0008]本发明使用的化学物质材料为：右旋色氨酸、左旋色氨酸、氢氧化钠、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位
[0009]
[0010][0011][0012]
制备方法如下：
(1)精选化学物质材料
对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：
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说 明 书
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[0013]
(2)制备碳点水溶液
[0015]碳点水溶液的制备是在反应釜内进行的，是在加热状态下完成的；[0016]①配制溶液
[0017]称取右旋色氨酸0.5g±0.0001g、氢氧化钠0.09g±0.0001g，量取去离子水15mL±0.0001mL，加入聚四氟乙烯容器内，然后进行超声分散5min，超声波频率60KHz，使其溶解，成混合溶液；
[0018]②将盛有混合溶液的聚四氟乙烯容器置于反应釜内，并密闭；[0019]③将反应釜置于加热炉内，密闭加热，加热温度120℃±1℃，加热时间16h；[0020]混合溶液在加热过程中，将发生化学反应，反应方程式如下：
[0021]
[0014]
式中：CDs-COONa：表面含有羧酸钠的碳量子点[0023]④反应结束后，停止加热，反应釜及其内的溶液随炉冷却至25℃；[0024](3)过滤
[0025]①开启加热炉，打开反应釜，取出聚四氟乙烯容器及其内的混合溶液；[0026]②将混合溶液用三层中速定性滤纸进行过滤，保留滤液，弃去沉淀物；[0027](4)透析提纯
[0028]①将滤液加入透析袋中透析，透析时间96h，透析后留存透析袋内的溶液，即右旋手性碳点溶液；[0029]②冷冻干燥
[0030]将透析提纯后的右旋手性碳点溶液移入干燥瓶中，然后置于真空冷冻干燥箱中，真空度2Pa，冷冻干燥温度-80℃，冷冻干燥时间8h；冷冻干燥后得右旋手性碳点固体粉末，即终产物；[0031](5)检测、分析、表征
[0032]对制备的右旋手性碳点的形貌、结构、成分进行检测、分析、表征；[0033]用透射电子显微镜进行右旋手性碳点的形貌分析；[0034]用红外光谱仪进行右旋手性碳点的官能团分析；[0035]用紫外可见分光光度计、荧光光谱仪和圆二色谱仪进行右旋手性碳点的光学性能分析；
[0036]结论：右旋手性碳点的粒径分布较窄，其水溶液在365nm紫外灯照射下发黄绿光，在320-400nm的激发光照射下有强的发射峰，具有激发独立的性质；产物纯度达99.8％；[0037](6)产物储存
[0038]对制备的右旋手性碳点储存于棕色透明的玻璃容器中，密闭避光保存，置于干燥、
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[0022]
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说 明 书
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洁净环境，要防水、防晒、防潮、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度10％。[0039]有益效果
[0040]本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是以右旋色氨酸为碳源和手性源，氢氧化钠为改性剂，去离子水为溶剂，经水热合成法合成、透析提纯、真空冷冻干燥，制成右旋手性碳点；此制备方法工艺先进，数据精确翔实，产物纯度高达99.8％，是先进的右旋手性碳点的制备方法。
附图说明：[0041]图1、右旋手性碳点水溶液水热合成状态图[0042]图2、右旋手性碳点形貌图[0043]图3、右旋色氨酸和右旋手性碳点红外光谱比较图[0044]图4、右旋手性碳点紫外-可见吸收光谱图[0045]图5、右旋手性碳点不同激发波长下荧光光谱图[0046]图6、右旋手性碳点和左旋手性碳点圆二色谱图[0047]图中所示，附图标记清单如下：[0048]1、加热炉，2、炉盖，3、炉座，4、工作台，5、反应釜，6、聚四氟乙烯容器，7、混合溶液，8、显示屏，9、指示灯，10、电源开关，11、加热温度控制器，12、加热时间控制器，13、炉腔，14、反应釜盖。
具体实施方式：
[0049]以下结合附图对本发明做进一步说明：[0050]图1所示，右旋手性碳点水溶液制备状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。[0051]制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。[0052]右旋手性碳点水溶液的制备是在反应釜内进行的，是在加热炉加热状态下完成的；[0053]加热炉1为立式，加热炉1的上部为炉盖2、下部为炉座3，加热炉1内为炉腔13；在炉腔13的内底部设有工作台4，在工作台4上置放反应釜5，反应釜5内置放聚四氟乙烯容器6，聚四氟乙烯容器6内为混合溶液7，反应釜5由反应釜盖14密闭；在炉座3上设有显示屏8、指示灯9、电源开关10、加热温度控制器11、加热时间控制器12。[0054]图2所示，为右旋手性碳点的形貌图，图中所示，右旋手性碳点呈类球形，粒径分布较窄，分散性良好，没有明显的团聚。[0055]图3所示，为右旋色氨酸和右旋手性碳点红外光谱比较图，图中所示，可以看出右旋手性碳点光谱有别于右旋色氨酸的光谱，但左旋手性碳点和右旋手性碳点有着相似的特征峰，在3402cm-1处的吸收带归属于O-H的伸缩振动，3254cm-1处的吸收带对应于N-H的伸缩振动，这些官能团提高了手性碳点在水溶液中的亲水性；3061cm-1处的吸收带归因于-NH，1662cm-1处的吸收带归属于C＝O的振动，1600cm-1和1400cm-1附近的吸收带分别代表COO-不对称和对称的伸缩振动，在1244cm-1处吸收带归因于NHC＝O，1110cm-1处的吸收带对应于C-O的伸缩振动；上述结果证实手性碳点表面含有羧基，氨基和酰胺键；这些亲水性的官能团
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使得手性碳点在水中有良好的分散性。[0056]图4所示，为右旋手性碳点水溶液的紫外-可见吸收光谱图，图中所示，右旋手性碳点水溶液均在220nm和280nm附近有吸收。[0057]图5所示，为右旋手性碳点水溶液在不同激发波长下荧光光谱图，图中所示，右旋手性碳点在320-400nm的激发光下在475nm附近有强的发射峰，属于黄绿光，且具有激发独立的性质。
[0058]图6所示，为左旋手性碳点和右旋手性碳点水溶液的圆二色谱图，图中所示，左旋手性碳点和右旋手性碳点的圆二色信号是相反和对称的，说明左旋手性碳点和右旋手性碳点是对映体。[0059]实施例1[0060]左旋手性碳点的制备方法如下：[0061](1)称取左旋色氨酸0.5g±0.0001g、氢氧化钠0.09g±0.0001g，量取去离子水15mL±0.0001mL，加入另一聚四氟乙烯容器内，然后加入另一个加热炉内，并密封；[0062]水热合成反应温度120℃±1℃，加热时间16h；[0063]反应后随炉冷却至25℃；[0064](2)过滤，用三层中速定性滤纸进行过滤；[0065](3)透析袋透析提纯：将滤液加入透析袋中透析，透析时间96h，透析后留存透析袋内的溶液，即左旋手性碳点溶液；[0066](4)真空冷冻干燥，真空度2Pa，冷冻干燥温度-80℃，冷冻干燥时间8h；[0067]冷冻干燥后成终产物：左旋手性碳点。
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说 明 书 附 图
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