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本发明提供一种反应系统，所述反应系统包含：第一反应促进剂，其能够将第一基质转化成第一物质；和多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含被密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质。第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触，且第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出。在反应系统中，或者(a)第一物质是第二基质，或第一物质能够被转化成第二基质和，在运作中，由第二反应促进剂引起的第二基质的转化比由第二反应促进剂引起的第一基质的转化发生的程度高，且由第一反应促进剂引起的第二物质的转化率较低，或(b)第二物质是第一基质，或第二物质能够被转化成第一基质和，在运作中，由第一反应促进剂引起的第一基质的转化比由第一反应促进剂引起的第二基质的转化发生的程度高，且在微胶囊中第一物质的转化率较低。

1、  一种反应系统，所述反应系统包含：
-第一反应促进剂，其能够将第一基质转化成第一物质；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含被密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触，且第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此，或者(a)第一物质是第二基质，或第一物质能够被转化成第二基质和，在运作中，由第二反应促进剂引起的第二基质的转化比由第二反应促进剂引起的第一基质的转化发生的程度高，且由第一反应促进剂引起的第二物质的转化率较低，或(b)第二物质是第一基质，或第二物质能够被转化成第一基质和，在运作中，第一反应促进剂引起的第一基质的转化比由第一反应促进剂引起的第二基质的转化发生的程度高，且在微胶囊中第一物质的转化率较低。

2、  根据权利要求1所述的反应系统，其中在(a)情况中，第一反应促进剂能够使第一基质和第二基质相互转化，和在(b)情况中，第二反应促进剂能够使第一基质和第二基质相互转化。

3、  根据权利要求1或2所述的反应系统，其中所述第一和第二反应促进剂是催化剂。

4、  根据权利要求1-3任一项所述的反应系统，所述反应系统包含一种或多种进一步的反应促进剂，其能够转化第二物质(在a情况中)或转化第一物质(在b情况中)。

5、  根据权利要求1-4任一项所述的反应系统，其中第一物质(b情况)或第二物质(a情况)较慢地穿过密封剂或不能穿过。

6、  根据权利要求1-5任一项所述的反应系统，所述反应系统还可以包含用于从第一反应促进剂和从微胶囊分离产物的分离器。

7、  根据权利要求6所述的反应系统，所述反应系统也包含用于纯化分离的产物的纯化器。

8、  根据权利要求1-7任一项所述的反应系统，其中第一反应促进剂是选择性反应促进剂。

9、  根据权利要求1-8任一项所述的反应系统，其中微胶囊能够将第二基质选择性地转化成第二物质。

10、  根据权利要求1-9任一项所述的反应系统，其中密封剂包含聚合物。

11、  根据权利要求1-10任一项所述的反应系统，其中密封剂包含至少一个带正电荷的聚合物层和至少一个带负电荷的聚合物层。

12、  根据权利要求1-11任一项所述的反应系统，其中第一和第二反应促进剂能够相互作用，以致由此使其一或两者去活化，但是在本发明的反应系统中，由于第二反应促进剂被密封，至少部分被阻止这样做。

13、  根据权利要求1-12任一项所述的反应系统，其中第一反应促进剂和微胶囊分布在反应介质中。

14、  根据权利要求1-13任一项所述的反应系统，其中微胶囊的平均直径为约0.2至约10微米。

15、  根据权利要求1-14任一项所述的反应系统，其中微胶囊包含用于吸收能量的能量吸收器，以促进由第二反应促进剂引起的反应。

16、  一种进行反应的方法，所述方法包括：
-提供反应系统，其包含(i)第一反应促进剂，所述第一反应促进剂能够将第一基质转化成第一物质；和(ii)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触和第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；和
-在反应系统中加入或第一基质或第二基质或第一基质和第二基质两者；
因此或者(a)第一物质是第二基质，或第一物质能够被转化成第二基质，使得第一基质或者直接地或间接地被转化成第二基质，和第二基质被转化成第二物质，或(b)第二物质是第一基质，或第二物质能够被转化成第一基质，使得第二基质或者直接地或间接地被转化成第一基质，和第一基质被转化成第一物质。

17、  根据权利要求16所述的方法，其中在(a)情况中，第一反应促进剂能够使第一基质和第二基质相互转化，和在(b)情况中，第二反应促进剂能够使第一基质和第二基质相互转化。

18、  根据权利要求16或17所述的方法，其中将第一基质和第二基质一起加入到反应系统中。

19、  根据权利要求16-18任一项所述的方法，所述方法包括从反应系统中分离产物。

20、  根据权利要求16-19任一项所述的方法，所述方法包括加热反应系统和/或使用能够被反应系统的组分，第一或第二基质或一种以上的这些组分吸收的波长的辐射来辐照反应系统。

21、  一种用于外消旋醇的动态动力学拆分的反应系统，所述反应系统包含：
-第一催化剂，其能够以比酯化醇的第二光学异构体高的速率酯化醇的第一光学异构体而形成醇的酯的第一光学异构体；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够使醇的第二光学异构体外消旋，其中醇的第二光学异构体能够穿过密封剂与第二催化剂接触和醇的第一光学异构体能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此在微胶囊中醇的酯的第一光学异构体的外消旋速率较低。

22、  一种用于外消旋醇的动态动力学拆分的方法，所述方法包含：
-提供反应系统，其包含(i”’)第一催化剂，所述第一催化剂能够以比酯化醇的第二光学异构体高的速率酯化醇的第一光学异构体而形成醇的酯的第一光学异构体；和(ii”’)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够使醇的第二光学异构体外消旋，其中醇的第二光学异构体能够穿过密封剂与第二催化剂接触和醇的第一光学异构体能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；因此在微胶囊中醇的酯的第一光学异构体的外消旋速率较低；和
-在反应系统中加入外消旋醇；
因此，醇的第一光学异构体被转化成酯的第一光学异构体和第二光学异构体被外消旋以形成醇的第一和第二光学异构体的混合物。

23、  一种产物，所述产物根据权利要求16-22任一项所述的方法制备。

24、  一种反应系统，所述反应系统包含：
-第一反应促进剂，其能够将第一基质转化成第一物质；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含被密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触，且第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此第一和第二反应促进剂能够相互作用，以致由此使其一或两者去活化，但是在本发明的反应系统中，由于第二反应促进剂被密封，可以至少部分被阻止这样做。

25、  根据权利要求24所述的反应系统，其中或者(a)第一物质是第二基质，或者(b)第二物质是第一基质。

26、  一种进行反应的方法，所述方法包含：
-提供反应系统，其包含(i)第一反应促进剂，所述第一反应促进剂能够将第一基质转化成第一物质；和(ii)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触和第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；和
-在反应系统中加入或第一基质或第二基质或第一基质和第二基质两者；
因此，或者(a)第一物质是第二基质，或者(b)第二物质是第一基质，和因此第一和第二反应促进剂能够相互作用从而由此去活化其一或两者，但是在反应系统中，由于第二反应促进剂被密封，至少部分被阻止这样做。

27、  一种产物，所述产物根据权利要求26所述的方法制备。

反应系统
技术领域
本发明涉及具有两种反应促进剂的反应系统，其中至少一种反应促进剂被密封在微胶囊中。
背景技术
长期以来一直研究在单反应系统中结合多成分、相互干扰催化剂的能力，尤其是在动态动力学拆分(Dynamic Kinetic Resolution)领域中。以前解决该问题的方法包括膜反应器、两相体系和催化剂的顺序添加，但是这些方法的复杂本质是一个显著的缺点。
鉴于目前对更有效催化剂的研究和伴随对天然催化体系精确性(elegance)的了解，一点也不惊奇已经开始从事模拟天然催化的广泛研究。反应在细胞内的定位已经刺激产生了大量的人造纳米反应器。通常通过使用超分子组装，尤其是自组装已经制备了这些纳米反应器。由于能够应用于许多不同的催化反应，近来这种超分子形式的催化受到了相当关注。这些系统通常由纳米或微米尺寸的胶囊组成，所述胶囊用作催化剂或者包含催化材料，且反应在其中进行。
可通过胶囊的组装(assembly)和拆卸(disassembly)来进行纳米反应器催化，从而使得产物释放出来和进一步的基质(substrate)转化。也可以制备通过基质渗透穿过胶囊壁与密封的催化剂反应而起作用的纳米反应器。
通过密封基质的几何收缩可以调节这些胶囊，从而在产物形成过程中提供区域或立体选择性。已经制备了多种不对称的胶囊，然而这些胶囊通常提供较差的对映选择性，并且证明其难于合成。而且，通过仅使某一基质接近催化剂或特定的产物从胶囊中逸出，胶囊膜的选择渗透性能够在选择性催化系统中起到关键作用。因此，这些系统为更具选择性的和可回收的催化剂制备提供了潜在的强有力的新方法。
本发明目标
本发明的目标是基本上克服或至少改进上述的一个或多个缺点。
发明概述
本发明一方面提供一种反应系统，所述反应系统包含：
-第一反应促进剂，其能够将第一基质(first substrate)转化成第一物质(first substance)；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含被密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触，且第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此，或者(a)第一物质是第二基质，或能够被转化成第二基质和，在运作中，由第二反应促进剂引起的第二基质的转化比由第二反应促进剂引起的第一基质的转化发生的程度高，且由第一反应促进剂引起的第二物质的转化率较低，任选可忽略，任选为0，或(b)第二物质是第一基质，或能够被转化成第一基质和，在运作中，第一反应促进剂引起的第一基质的转化比由第一反应促进剂引起的第二基质的转化发生的程度高，且在微胶囊中第一物质的转化率较低，任选可忽略，任选为0。
因此，在(a)情况中，由第一反应促进剂和微胶囊引起的(promotedby)总反应可以为：
S1→(P1)→S2→(MC)→C2
或
S1→(P1)→C1→S2→(MC)→C2
和在(b)情况中，由第一反应促进剂和微胶囊引起的总反应可以为：
S2→(MC)→S1→(P1)→C1
或
S2→(MC)→C2→S1→(P1)→C1
其中S1和S2分别是第一基质和第二基质，C1和C2分别是第一物质和第二物质，P1是第一反应促进剂和MC是微胶囊，所述微胶囊包含被密封在密封剂中的第二反应促进剂。在这些方程式中，符号→(X)→表示种类(species)X引起的反应。
关于方程式S1→(P1)→S2→(MC)→C2，利用第一反应促进剂P1将第一基质S1转化成第二基质S2。第二基质渗透进入微胶囊MC，且利用密封在微胶囊中的第二反应促进剂将其转化成第二物质C2。然后第二物质从微胶囊中迁移出来。第二物质可以是该反应顺序的总产物。关于方程式S1→(P1)→C1→S2→(MC)→C2，利用第一反应促进剂将第一基质S1转化成第一物质C1，然后所述第一物质C1转化成第二基质S2。然后第二基质渗透进入微胶囊MC并利用密封在微胶囊中的第二反应促进剂将其转化成第二物质C2。然后第二物质从微胶囊中迁移出来。
关于方程式S2→(MC)→S1→(P1)→C1，第二基质S2渗透进入微胶囊MC且利用密封在微胶囊中的第二反应促进剂将其转化成第一基质S1。然后第一基质从微胶囊中迁移出来且利用第一反应促进剂P1将其转化成第一物质C1，所述第一物质C1可以是该反应的总产物。关于方程式S2→(MC)→C2→S1→(P1)→C1，第二基质S2渗透进入微胶囊MC且利用密封在微胶囊中的第二反应促进剂将其转化成第二物质C2。第二物质或者从微胶囊中迁移出来且然后转化成第一基质S1，或在微胶囊中转化成第一基质且该第一基质从微胶囊中迁移出来。然后利用第一反应促进剂P1将第一基质转化成第一物质C1，所述第一物质C1可以是该反应的总产物。
在(a)情况中，由第一反应促进剂引起的第二物质的转化速率可以足够低，从而或者使得第二物质以可接受的产率和/或纯度分离，或使得第二物质进一步反应得到具有可接受的产率和/或纯度的产物。在该情况中，如果发生的话，第二物质可能转化成一种或多种不需要的副产物。还在(a)情况中，第一反应促进剂能够使第一基质和第二基质相互转化，即其可以使第一基质转化成第二基质和使第二基质转化成第一基质。在该情况中，微胶囊能够将第二基质选择性转化成第二物质，这或者是因为第二反应促进剂能够将第二基质选择性转化成第二物质或者是因为密封剂能够选择性传送第二基质。类似地，在(b)情况中，由第二反应促进剂引起的第一物质的转化速率可以足够低，从而或者使得第一物质以可接受的产率和/或纯度分离或使得进一步反应得到具有可接受的产率和/或纯度的产物。在该情况中，如果发生的话，第一物质可能转化成一种或多种不需要的副产物。还在(b)情况中，第二反应促进剂能够使第一基质和第二基质相互转化，即其可以使第一基质转化成第二基质和使第二基质转化成第一基质。在该情况中第一反应促进剂能够将第一基质选择性转化成第一物质。
第一反应促进剂和第二反应促进剂可以，独立地，包含催化剂或试剂或与催化剂组合的试剂，或者可包含一种以上的催化剂和/或试剂。在说明书中，″转化″材料可指材料的催化反应或与材料的反应或催化和反应的组合。
第一物质(在上述的b情况中)或第二物质(在上述的a情况中)可以是最终产物。或者，反应系统可以任选地包含进一步的反应促进剂(每种独立地是催化剂或试剂或与催化剂组合的试剂)，其可以被独立地密封或不被密封。所述一种或多种进一步的反应促进剂能够转化第二物质(在上述的a情况中)或转化第一物质(在上述的b情况中)。在该情况中，由第一反应促进剂和进一步反应促进剂引起的微胶囊中最终产物的转化速率可以较低，任选可忽略，任选为0。这些转化速率可以足够低，从而使最终产物以可接受的产率和纯度分离。
第一反应促进剂可以被密封或不被密封。每种所述的进一步反应促进剂(如果存在)可以，任选地和独立地，包含试剂或催化剂或与催化剂组合的试剂。每种所述的进一步反应促进剂(如果存在)可以，独立地，被密封或不被密封。密封的反应促进剂可以如第二反应促进剂，或如任何其他密封的反应促进剂一样被密封在相同的微胶囊中，或被密封在不同的微胶囊中。用于任何密封的反应促进剂的密封剂可以与用于任何其它密封的反应促进剂的密封剂相同或不同。对于任何密封的反应促进剂，反应促进剂被密封其中的密封剂可以对所需基质和密封的反应促进剂引起的所述所需基质反应的所需产物至少部分可渗透。密封剂可以对密封的反应促进剂基本上不可渗透，和可以对能够去活化反应促进剂的物质基本上不可渗透。
由第二反应促进剂引起的第一物质(上述b情况)或第二物质(上述a情况)的转化率可以较低，这或者是因为由第二反应促进剂引起的所述物质的转化速率较低，或者是因为所述物质较慢地穿过密封剂或不能穿过。所述转化速率可以为0，基本上为0或可忽略。这可能是因为由第二反应促进剂引起的所述物质的转化速率为0，基本上为0或可忽略，或这可能是因为所述物质穿过密封剂，而以0，基本上为0或可忽略的速率与第二反应促进剂接触。
该反应系统还可以包含从第一反应促进剂和微胶囊分离产物的分离器。该反应系统还可以包含用于纯化分离的产物的纯化器。产物可以包含第一物质(尤其在b情况中)或第二物质(尤其在a情况中)，或可以包含源于或者第一或者第二物质的产物，所述第一或第二物质由进一步反应促进剂引起的一种或多种反应得到(如果存在)。
基质向相应物质的转化可以是选择性转化。第一基质向第一物质的转化可以是选择性转化，即第一反应促进剂可以是选择性反应促进剂，和不能引起第二基质的转化，或可以以比第一基质较慢的速率引起第二基质的转化。第二基质向第二物质的转化可以是选择性转化，即第二反应促进剂不能引起第一基质的转化，或可以以比第二基质较慢的速率引起第一基质的转化，或者因为第二反应促进剂是选择性反应促进剂或因为第一基质不能穿过密封剂与第二反应促进剂接触，或以较慢的速率穿过，或以比第二基质较慢的速率穿过。
密封剂可以包含聚合物。密封剂可选择性渗透。密封剂可以包含聚电解质。密封剂可以包含一层以上。所述层，或每一层的厚度，可以为约2nm至约50nm。密封剂可以包含带电荷的聚合物层。密封剂可以包含至少一个带正电荷的聚合物层和至少一个带负电荷的聚合物层。如果存在一层以上的或者带正电荷的或者带负电荷的聚合物层，或两者，则带正电荷的和带负电荷的层可以交替。最内层和，独立地，最外层，可以是带负电荷的聚合物层或带正电荷的聚合物层，或可以是一些其它类型的层，例如不带电荷的层或带电荷的非-聚合物层。
第一和第二反应促进剂可以相互作用(例如反应)以致由此使其一或两者去活化，但是在本发明的反应系统，由于第二反应促进剂被密封，可以至少部分被阻止这样做。在本文中，去活化是指将反应促进剂转化成不能引起反应的形式，所述反应能够以未去活化的形式引起。密封剂可以对第一反应促进剂和第二反应促进剂不可渗透。
第一反应促进剂可以在反应介质(例如溶剂)中分散、悬浮、溶解或分布。微胶囊可以在反应介质中分散、悬浮或分布。微胶囊可以是纳米胶囊或纳米反应器。微胶囊可以具有约0.2至约10微米的平均直径。
微胶囊可以包含用于吸收能量(例如辐射)的能量吸收器，任选地用于将能量转化成一种能够被转移到第二基质和/或第二反应促进剂的形式，以促使由第二反应促进剂引起的反应。在一些具体实施方案中，能量吸收器是辐射吸收器。其可以例如能够吸收辐射从而使胶囊内的局部温度升高或散布辐射，从而加速，或影响第二基质的转化。
在一个具体实施方案中，提供一种反应系统，其包含：
-第一催化剂，其能够将第一基质转化成产物；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够将第二基质转化成第一基质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二催化剂接触，和第一基质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此，在运作中，由第一催化剂引起的第一基质的转化率比由第一催化剂引起的第二基质的转化率高，和在微胶囊中产物向副产物的转化率较低，任选可忽略，任选为0。
在另一具体实施方案中，提供一种在第二基质存在下用于第一基质的选择性反应的反应系统，所述系统包含：
-第一催化剂，其能够以比将第二基质转化成副产物高的速率将第一基质转化成产物；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够第二基质转化成第一基质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二催化剂接触和第一基质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此，在运作中，在微胶囊中产物任选地向副产物的转化率较低，任选可忽略，任选为0。
在另一个具体实施方案中，提供一种用于外消旋醇的动态动力学拆分的反应系统，其包含：
-第一催化剂，其能够以比酯化醇的第二光学异构体高的速率酯化醇的第一光学异构体而形成醇的酯的第一光学异构体；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够使醇的第二光学异构体外消旋，其中醇的第二光学异构体能够穿过密封剂与第二催化剂接触，和醇的第一光学异构体能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此在微胶囊中醇的酯的第一光学异构体的外消旋速率较低，任选可忽略，任选为0。
第一催化剂可以是手性催化剂，例如酶。第二催化剂可以是酸性催化剂，例如沸石。酶和沸石能够相互作用从而去活化酶，但是在本发明的反应系统，由于沸石被密封，可以至少部分被阻止这样做。
在本发明的第二方面中，提供一种反应系统，其包含：
-第一反应促进剂，其能够将第一基质转化成第一物质；和
-多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触，和第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；
因此第一和第二反应促进剂能够相互作用从而由此去活化其一或两者，但是在反应系统中，由于第二反应促进剂被密封，至少部分被阻止这样做。
密封剂对第一应促进剂和第二反应促进剂可以是不可渗透的。在一个具体实施方案中，或者(a)第一物质是第二基质，或(b)第二物质是第一基质。
在本发明的第三方面中，提供一种进行反应的方法，所述方法包含：
-根据本发明的第一方面或第二方面提供一种反应系统；和
-在反应系统中加入或第一基质或第二基质或第一基质和第二基质两者；
因此或者(a)第一基质直接地或间接地被转化成第二基质和第二基质被转化成第二物质，或(b)第二基质直接地或间接地被转化成第一基质和第一基质被转化成第一物质。
因此提供一种进行反应的方法，所述方法包含：
-提供一种反应系统，其包含(i)第一反应促进剂，其能够将第一基质转化成第一物质；和(ii)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触和第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；和
-在反应系统中加入或第一基质或第二基质或第一基质和第二基质两者；
因此或者(a)第一物质是第二基质，或能够被转化成第二基质，使得第一基质直接地或间接地被转化成第二基质和第二基质被转化成第二物质，或(b)第二物质是第一基质，或能够被转化成第一基质，使得第二基质或者直接地或间接地被转化成第一基质和第一基质被转化成第一物质。
还提供一种进行反应的方法，所述方法包含：
-提供一种反应系统，其包含(i)第一反应促进剂，其能够将第一基质转化成第一物质；和(ii)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二反应促进剂，所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触和第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；和
-在反应系统中加入或第一基质或第二基质或第一基质和第二基质两者；
因此，第一和第二反应促进剂能够相互作用从而由此去活化其一或两者，但是在反应系统中，由于第二反应促进剂被密封，至少部分被阻止这样做。
在一个具体实施方案中，或者(a)第一物质是第二基质，或(b)第二物质是第一基质。
在(a)选择中，第一反应促进剂可以使第一基质和第二基质相互转化。在(b)选择中，第二反应促进剂可以使第一基质和第二基质相互转化。
第一反应促进剂和第二反应促进剂可以，独立地，是催化剂或试剂或催化剂和试剂的组合。可以将第一基质和第二基质一起加入到反应系统中。在该情况中，在分离步骤中，第一物质接下来可以转化成第一基质(在上述的b选择中)，或第二物质可以转化成第二基质(在上述的a选择中)，因此，这方面提供一种用于将一种基质选择性地转化成其它基质的方法。
该方法可以包括从反应系统中分离产物。所述分离可以包括过滤、离心、膜分离、沉淀、滗析、色谱分离(例如hplc，gc，gpc，sec，亲合色谱法，tlc)或这些两种或多种方法的一些组合，和还可以或可选择地包含一些其它的分离技术。
该方法可以包括加热反应系统和/或使用能够被反应系统的组分、第一或第二基质或一种以上的这些组分吸收的波长的辐射来辐照反应系统。
该方法还可以包括使总反应的产物发生反应。如上所述，该反应可以将产物转化成第一或第二基质。在这种情况中，该方法可以代表一种将一种基质选择性转化成其它基质的方法。
在一个具体实施方案中，提供一种进行反应的方法，所述方法包括：
-提供一种反应系统，其包含(i’)第一催化剂，其能够将第一基质转化成产物；和(ii’)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够将第二基质转化成第一基质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二催化剂接触和第一基质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；因此，由微胶囊引起的产物向副产物的转化率较低，任选可忽略，任选为0；和
-在反应系统中加入或第一基质或第二基质或第一基质和第二基质两者；
因此，第二基质转化成第一基质，任选与第一基质相互转化，所述第一基质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出，并被转化成产物。
可以将第一基质和第二基质一起加入到反应系统中。在该情况中，产物接下来可以转化成第一基质，因此，该具体实施方案提供一种从第二基质分离第一基质的方法。
在另一具体实施方案中，提供一种在第二基质存在下第一基质选择性反应的方法，所述方法包括：
-提供一种反应系统，其包括(i”)第一催化剂，其能够以比将第二基质转化成副产物高的速率将第一基质转化成产物；和(ii’)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够将第二基质转化成第一基质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二催化剂接触和第一基质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；因此，在微胶囊中的产物任选向副产物的转化速率较低，任选可忽略，任选为0；和
-在反应系统中加入第一基质和第二基质；
因此，第二基质转化成第一基质，任选与第一基质相互转化，所述第一基质选择性转化成产物。
在一个具体实施方案中，提供一种用于外消旋醇的动态动力学拆分的方法，其包含：
-提供一种反应系统，其包含(i”’)第一催化剂，其能够以比酯化醇的第二光学异构体高的速率酯化醇的第一光学异构体而形成醇的酯的第一光学异构体；和(ii”’)多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二催化剂，所述第二催化剂能够使醇的第二光学异构体外消旋，其中醇的第二光学异构体能够穿过密封剂与第二催化剂接触和醇的第一光学异构体能够穿过密封剂从微胶囊中穿出；因此在微胶囊中醇的酯的第一光学异构体的外消旋速率较低，任选可忽略，任选为0；和
-在反应系统中加入外消旋醇；
因此，醇的第一光学异构体转化成酯的第一光学异构体，第二光学异构体外消旋形成醇的第一和第二光学异构体的混合物。
醇的第一和第二光学异构体都可以穿过密封剂。微胶囊不能外消旋手性酯，或手性醇的外消旋速率可以较低或可忽略，因为第二催化剂不能外消旋手性酯或以较低或可忽略的速率外消旋手性酯，或因为手性酯不能穿过密封剂与第二催化剂接触或以较低或可忽略的速率穿过。
第一催化剂可以是手性催化剂，例如酶。第二催化剂可以是酸性催化剂，例如沸石。
该方法还可包括一个或多个下述步骤：
-从反应系统中分离手性酯；
-纯化手性酯；
-水解手性酯从而生成醇的第一光学异构体；和
-纯化醇的第一异构体。
在本发明的第四方面中，提供一种反应器，其包含：
-反应器容器；和
-根据本发明第一方面或第二方面的反应系统，所述反应系统配置在反应器容器中。
反应系统还可包含用于从第一反应促进剂和微胶囊分离产物的分离器。该反应系统还可以包含用于纯化分离的产物的纯化器。该反应系统还可以包含用于向反应器中添加基质、试剂和/或反应介质的加料口。该反应系统还可以包含用于从反应器中取出产物的产物口。
在本发明的第五方面中，提供一种通过根据本发明的第一方面或第二方面的反应系统制备的产物，或根据本发明的第三方面的方法制备的产物。产物可以是手性产物。产物可以是非对映异构产物。产物可以包含至少约80％的单光学异构体，或单非对映异构体，或其至少约85、90或95％。
附图说明
现在对照附图，仅举例描述本发明的优选的具体实施方案，其中：
图1说明了本发明几个具体实施方案的运作；
图2说明了经典动力学拆分和动态动力学拆分(DKR)的方案；
图3说明了部分的糖酵解路线方案；
图4显示了β沸石的结构；
图5显示了一些常用聚电解质的化学结构；
图6显示了Pd催化的Sonogashira交叉偶联的纳米反应器的方案；
图7显示了直接涂层的沸石粒子的显微照片；
图8是沸石纳米反应器的落射荧光(epifluorescence)显微照片；
图9显示用于各种沸石催化剂的(R)-1-苯基乙醇的外消旋的图像；
图10是说明1-苯基乙醇的动态动力学拆分的方案；
图11显示了碳酸钙模板的显微照片；
图12显示了空的聚电解质胶囊的显微照片；
图13是β沸石的XRD(x-射线衍射)图形；
图14显示了β沸石的SEM(扫描电子镜显微照片)；
图15显示包含沸石的模板的显微照片；
图16是说明(R)-1-苯基乙醇的酸催化的外消旋的机理的方案；
图17是说明(R)-1-苯基乙醇的外消旋和脱水作用的方案；
图18是显示在不同溶剂中1-苯基乙醇相对于时间的选择性酯化的图形；
图19显示了CALB-活性基质和(-)-薄荷醇的化学结构；和
图20是在不同溶剂中1-茚满醇(indanol)相对于时间的选择性酯化的图形。
优选的具体实施方案的详细描述
本发明涉及包含第一反应促进剂和多种微胶囊的反应系统，每种所述的微胶囊包含密封在密封剂中的第二反应促进剂。在本发明说明书的上下文中，所述术语如“第一”反应促进剂、“第二”反应促进剂等用于识别不同的种类，不应用于解释作为表明它们在任何特定的反应顺序中所起作用的顺序。在反应系统中，第一反应促进剂能够将第一基质转化成第一物质，和第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质。第二基质能够穿过密封剂与第二催化剂接触，和第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出。第一基质和第二产物可任选地也能穿过密封剂。在反应系统的一些具体实施方案中，或(a)第一物质是第二基质，或(b)第二物质是第一基质。在一些具体实施方案中，在(a)选择中，由第一反应促进剂引起的第二物质的转化(例如转化速率)较低，和在(b)选择中，在微胶囊中的第一物质的转化(例如转化速率)较低。在一些具体实施方案中，第一和第二反应促进剂能够相互转化，从而由此去活化其一或两者，但是在反应系统中，由于第二反应促进剂被密封，可以至少部分被阻止这样做。在本文中，“至少部分被阻止”是指密封阻止或抑制第二反应促进剂的去活化。因此，本发明提供一种好处，即在需要相互不相容的反应促进剂(例如催化剂)用于反应时(例如包括一个以上的步骤)，可阻止这些反应促进剂彼此之间相互作用，同时保持反应在单反应容器中进行的便利。相对于在类似系统(其中第二反应促进剂不被密封且能够与第一反应促进剂相互作用)中的由第一反应促进剂引起的第二反应促进剂的去活化，或由第二反应促进剂引起的第一反应促进剂的去活化，在本发明的系统中，由第一反应促进剂引起的第二反应促进剂的去活化，或由第二反应促进剂引起的第一反应促进剂的去活化可以，例如，小于约50％，或小于约40，30，20，10，5，2，1，0.5或0.1％，和可以例如为约0.01，0.05，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45或50％，尽管在一些情况中，其可以大于约50％，例如为约50％至约90％。可以完全阻止本发明的反应系统中的去活化。图1中说明了本发明具体实施方案的实施例，如下文详细所述。
在(a)情况中，由第一反应促进剂引起的第二物质的转化速率可以足够低，从而或者使得第二物质以可接受的产率和/或纯度分离或使得第二物质进一步反应得到具有可接受的产率和/或纯度的产物。因此，第一反应促进剂转化比率，其定义为由第一反应促进剂引起的第一基质的转化速率与由第一反应促进剂引起的第二基质的转化速率的比率，可以大于约2，或大于约3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，50或100。其可以为约2至1000，或5至1000，5至1000，10至1000，50至1000，100至1000，500至1000，2至100，2至50，2至20，2至10，2至5，5至100，10至100，50至100或10至50，例如约2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45，50，60，70，80，90，100，200，300，400，500，600，700，800，900或1000，或可以大于1000。可接受的产率，和独立地可接受的纯度，可以大于约50％，或大于约60，70，80，90，95或99％，例如约50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，96，97，98，99，99.5或99.9％，以重量或摩尔计。还在(a)情况中，第一反应促进剂能够使第一基质和第二基质相互转化，即其可以使第一基质转化成第二基质和使第二基质转化成第一基质。因此例如，第一基质可以是手性化合物的第一光学异构体，和第二基质可以是手性化合物的第二光学异构体，和第一反应促进剂可以是能够外消旋手性化合物的催化剂，例如酸催化剂。如果第二反应促进剂是酯化催化剂，其选择性地酯化第二光学异构体从而形成光活性酯，那么第一反应促进剂不应任意大程度地外消旋该光活性酯，从而分离出相对较纯的产物(这里的相对较纯定义为上述的可接受的纯度)。
类似地，在(b)情况中，在微胶囊中的第一物质的转化速率可以足够低，从而或者使得第一物质以可接受的产率和/或纯度分离或使得第一物质进一步反应得到具有可接受的产率和/或纯度的产物，这里可接受的产率和纯度如前所述。在该情况中，在微胶囊中的第一物质可以转化成一种或多种不需要的副产物(如果发生)。还在(b)情况中，第二反应促进剂能够使第一基质和第二基质在微胶囊中相互转化，即其可以使第一基质转化成第二基质和使第二基质转化成第一基质。因此例如，第一基质可以是手性化合物的第一光学异构体，和第二基质可以是手性化合物的第二光学异构体，和第二反应促进剂可以是能够外消旋手性化合物的催化剂，例如酸催化剂，该催化剂被密封在密封剂中。如果第一反应促进剂是酯化催化剂，其选择性酯化第一光学异构体从而形成光活性酯，那么第二反应促进剂不能任意大程度地外消旋该光活性酯，从而分离出相对较纯的产物(这里的相对较纯定义为上述的可接受的纯度)。
反应系统可以包含一种或多种进一步反应促进剂(例如，试剂或催化剂)，其能够将第一个双偶合(two coupled reaction)反应(即，由第一反应促进剂和微胶囊引起的反应)的产物转化成最终产物(接下来可以将其从反应系统中分离出来)。在该情况中，在微胶囊中的由第一和进一步反应促进剂引起的最终产物的转化可以较低，任选可忽略，任选为0。这些转化速率可以足够低，从而使得最终产物以可接受的产率和纯度(如前述定义)分离出来。或者由于第二反应促进剂不能转化最终产物，或者由于至少部分阻止最终产物与第二反应促进剂接触的物理阻挡，或者由于两者，这些速率可以较低，可忽略或为0。
第一反应促进剂可以被密封或不被密封。第一和第二反应促进剂可以，独立地，包含一种或多种促进种类(facilitating species)。如果反应促进剂包含一种以上的促进种类(例如2，3，4或5种促进种类)，这些种类可以一起运作，从而促进由那种反应促进剂引起的反应。每种所述的促进种类可以，独立地，为催化剂或试剂。如果反应促进剂包含一种以上的促进种类，所述促进种类可以顺序运作或协同运作，或一些可以顺序进行，一些协同运作。协同运作的例子可以是，如果例如，第一反应促进剂包含催化剂和试剂，则试剂能够在催化剂的催化作用下与第一基质反应从而形成第一物质。顺序运作的例子可以是，如果例如，第一反应促进剂包含两种催化剂，则第一基质的一种催化剂催化的反应形成中间体，和该中间体的另一种催化剂催化的反应形成第一物质。因此，在顺序运作中，包含一种以上促进种类的反应促进剂将促进包括一串(a cascade of)分开的反应步骤的反应。本领域技术人员也可以容易地想到其它排列(例如，两种催化剂和试剂，因此试剂在一种催化剂的催化作用下与第一基质反应从而形成中间体，和该中间体的另一种催化剂催化的反应形成第一物质)。
每种进一步反应促进剂(如果存在)可以，独立地，被密封或不被密封。密封的反应促进剂可以如第二反应促进剂(任选与第二反应促进剂分离，例如在微胶囊的不同层中，或在微胶囊中的分离的位点)，或如任何其他密封的反应促进剂一样被密封在相同的微胶囊中，或被密封在不同的微胶囊中。用于任何密封的反应促进剂的密封剂可以与用于任何其它密封的反应促进剂的密封剂相同或不同。
密封剂应该对其中用于反应促进剂的基质和对由所述反应促进剂制备的物质可渗透。密封剂可能对反应系统中任何一种或多种其它组分(反应促进剂，试剂，溶剂，其它基质，物质和产物)不可渗透，或具有较低的渗透性。特别地，如果第一和第二反应促进剂彼此不相容(即能够相互作用从而由此使其一或两者去活化)，则密封剂应该对第一和第二反应促进剂不可渗透，或具有较低的渗透性。密封剂可以掺入能够通过密封剂选择性渗透的化学个体(chemical entities)。例如，公知某些蛋白质或通道结构(channel structure)能够通过膜选择性传送特定的种类，和可以将这些蛋白质或通道结构掺入到密封剂中用于选择性渗透。每种密封剂，独立地，可以包含聚合物或聚合物的混合物，或一些其它密封剂。这种或每种聚合物可以是聚电解质。密封剂可以包括一个以上的层，例如2，3，4，5，6，7，8，9或10层。该层或每层可以为约2至约50纳米厚，或为约2至40，2至30，2至20，5至50，10至50，20至50，5至30或10至30纳米厚，例如约2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45或50纳米厚，或可以大于50纳米厚。每层可以，独立地包含聚合物或聚合物的混合物或一些其它材料。密封剂可以包含一层或多层带电荷的聚合物层。密封剂可以包含一层或多层带正电荷的聚合物层和一层或多层带负电荷的聚合物层。密封剂可以包含交替的带正电荷的聚合物层和带负电荷的聚合物层。在一些具体实施方案中，密封剂，或其一层或多层，包含促进特定物质由此渗透的官能团。在一些具体实施方案中，密封剂，或其一层或多层，包含减缓或阻止特定物质由此渗透的官能团。
第一和第二反应促进剂，和如果存在，进一步反应促进剂，每种可以独立地以固体、液体、溶解的物质、乳化的物质、气体或任何其它合适的形式存在于反应系统中。在一些具体实施方案中，第一和第二反应促进剂之一为固体，其它在溶液中。特别地，第一反应促进剂可以在溶液中，和第二反应促进剂可以为固体。本文中描述的多种基质、物质和产物，其每一种可以独立地存在于溶液中。
本发明还提供一种包含密封在密封剂中的反应促进剂的微胶囊。特别地，当在本发明的反应系统中使用时，或在本发明的方法中使用时，本发明提供一种包含密封在密封剂中的反应促进剂的微胶囊。更特别地，提供一种一起包含反应促进剂、基质和产物的微胶囊，所述反应促进剂、基质和产物被密封在密封剂中，其中反应促进剂能够促使基质反应形成产物。在一个实施例中，提供一种包含沸石和苄基醇(benzylic alcohols)的对映体对(enantiomeric pair)的微胶囊，所述沸石和醇的对被密封在聚合物密封剂中，其中醇能够穿过密封剂。
由第二反应促进剂引起的第一物质(上述b情况)或第二物质(上述a情况)的转化可以较低，这或者是因为由第二反应促进剂引起的所述物质的转化速率较低，或者是因为所述物质较慢地穿过密封剂与第二反应促进剂接触。穿过密封剂的较慢速率可能是因为物质的分子大小，或因为极性、电荷、疏水性/亲水性、特殊的亲合力或一些其它性质。在一种或其它反应促进剂(或两者)为固体的情况中，这些可能被物理阻止，不能穿过密封剂。
反应系统还可以包含用于从第一反应促进剂和微胶囊分离产物的分离器。分离器可以包括过滤器、微过滤器、超过滤器、亲合吸附剂、选择性渗透膜或一些其它合适的分离器，或可以包含这些的两种或两种以上的组合。根据产物、第一反应促进剂和微胶囊，任选以及系统其它性质的本质，合适分离器的本质对本领域技术人员来说是显而易见的。
反应系统也可以包含用于纯化分离的产物的纯化器。纯化器可以从试剂和/或从副产物和/或从一些其它不需要的物质分离出产物。再次，本领域技术人员将会容易地理解合适的纯化器。这些纯化器可以，例如包括蒸馏装置、膜分离装置、色谱分离器(gc，hplc，gpc，sec，tlc等)和其它。
基质向相应物质的转化可以是选择性转化。第一基质向第一物质的转化可以是选择性转化，即第一反应促进剂可以是选择性反应促进剂，和不能引起第二基质的转化，或可以以比第一基质较慢的速率引起第二基质的转化。第一反应促进剂的选择性(即，由第一反应促进剂引起的第一基质的转化速率除以由第一反应促进剂引起的第二基质的转化速率)可以大于约1，或大于约1.5，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，50或100。其可以为约1至约100，或约2至1000，或5至1000，5至1000，10至1000，50至1000，100至1000，500至1000，2至100，2至50，2至20，2至10，2至5，5至100，10至100，50至100或10至50，例如约1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45，50，60，70，80，90，100，200，300，400，500，600，700，800，900或1000或可以大于1000。第二基质向第二物质的转化可以是选择性转化，即微胶囊不能引起第一基质的转化，或可以以比第二基质较慢的速率引起第一基质的转化，或者因为第二反应促进剂是选择性反应促进剂或因为第一基质不能穿过密封剂与第二反应促进剂接触，或以较慢的速率穿过。微胶囊的选择性(即，在微胶囊中第二基质的转化速率除以在微胶囊中第一基质的转化速率)可以大于约1，或大于约1.5，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，50或100。其可以为约1至约1000，或约2至1000，或5至1000，5至1000，10至1000，50至1000，100至1000，500至1000，2至100，2至50，2至20，2至10，2至5，5至100，10至100，50至100或10至50，例如约1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，2，3，4，5，6，7，8，9，10，15，20，25，30，35，40，45，50，60，70，80，90，100，200，300，400，500，600，700，800，900或1000或可以大于1000。
第一和第二反应促进剂可以相互作用(例如反应)以致由此使其一或两者去活化，但是在本发明的反应系统，由于第二反应促进剂被密封，可以至少部分被阻止这样做。例如，如果一种反应促进剂是酶，而另一种反应促进剂是酸催化剂，酸催化剂能够使酶去活化(例如，变性)，使得酶无法起到其正常的作用。然而，酸催化剂被密封(或者可选择地酶被密封)将至少部分阻止两者之间的相互作用，从而使得两者在单反应系统中保持活性。
第一反应促进剂可以在反应介质(例如溶剂)中分散、悬浮、溶解或分布。反应介质可以包含一种以上的溶剂，或溶剂和助溶剂。反应介质可以包含表面活性剂，例如乳化剂。合适的溶剂将取决于第一反应促进剂、基质、由第一反应促进剂和微胶囊制备的物质、微胶囊(尤其是密封剂)等的一种或多种性质。反应介质可以是或者极性或者非极性的有机反应介质。反应介质可以是水性的，且可以包含水溶液。反应介质可以包含有机组分和水性组分的组合。反应介质可以包含无机的非水性组分。根据需要，反应介质可以包含一种或多种盐。反应介质能够溶解、分散、悬浮或乳化第一反应促进剂，且能够分散或悬浮微胶囊。反应介质可以具有合适的极性，从而能够与微胶囊相容。
微胶囊的平均(重均或数均)直径可以为约0.2至约10微米，或约0.2至5，0.2至2，0.2至1，0.5至5，0.5至2，0.5至1，1至10，2至10，5至10，1至5或2至5微米，例如约0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1，1.5，2，2.5，3，3.5，4，4.5，5，5.5，6，6.5，7，7.5，8，8.5，9，9.5或10微米，或者可以大于约10微米或小于约0.2微米。如果系统包含一种以上的微胶囊(例如，如果一种以上的反应促进剂被密封在不同的微胶囊中)，则每种微胶囊可以，独立地，具有上述的平均直径。微胶囊可以是球形，或接近球形，或可以是卵形、多面体、扁球形、片形、圆形、不规则形状或一些其它合适的形状。在微胶囊不是球形的情况时，上述的直径可以是最大直径、最小直径、平均直径或一些其它合适的尺寸。
微胶囊可以包含用于吸收能量(例如辐射)的能量吸收器，任选地用于将能量转化成一种能够被转移到第二基质和/或第二反应促进剂的形式，以促使由第二反应促进剂引起的反应。在一些具体实施方案中，能量吸收器是辐射吸收器。其可以例如能够吸收辐射从而使胶囊内的局部温度升高，从而加速第二反应促进剂引起的基质的转化。例如，第二反应促进剂可以包含能够将微波辐射能量转化成热的金属。在该情况中，微胶囊中的局部温度可以为约40至250℃，或约40至200，40至150，40至100，40至60，50至250，100至250，150至250，50至150，50至100或100至150℃，例如约40，50，60，70，80，90，100，120，140，160，180，200，220，240或250℃，或一些其它温度。在一些具体实施方案中，微胶囊外的温度保持在较低的温度，例如低于约0，5，10，15，20或25℃，和如上所述，微胶囊内的局部温度保持在较高的温度。在该情况中，微胶囊内的温度可以为约0至40℃，或0至20，0至10，10至40，20至40，10至30或15至25℃，例如约0，5，10，15，20，25，30，35或40℃。可选择地，微胶囊可以包含用于吸收辐射(例如，紫外辐射)的光敏剂或光引发剂(例如安息香醚)以催化辐射引起的基质的反应。在该情况中，密封剂应该对光敏剂或光引发剂吸收的辐射波长基本上可透过(例如，至少透过约50，60，70，80，90或95％)。
一种形式，本发明的反应系统包含能够将第一基质转化成第一物质的第一反应促进剂，和多种微胶囊，每种所述的微胶囊包含被密封在密封剂中的第二反应促进剂。所述第二反应促进剂能够将第二基质转化成第二物质，其中第二基质能够穿过密封剂与第二反应促进剂接触，且第二物质能够穿过密封剂从微胶囊中穿出。在该特殊的形式中，第一和第二反应促进剂可以相互作用以致由此使其一或两者去活化，但是在本发明的反应系统，由于第二反应促进剂被密封，可以至少部分被阻止这样做。优选地在本发明的该形式中，密封剂基本上对第一反应促进剂和第二反应促进剂不可渗透。本发明的该形式能够提供一种系统，其中相互不相容的反应促进剂能够共存，且一种反应促进剂能够与其它反应促进剂基本上不相互作用(例如去活化)地发挥它们各自的功能。
在一些具体实施方案中，或者(a)第一物质是第二基质，或(b)第二物质是第一基质。在该情况中，系统能够促使由两种反应促进剂引起的顺序反应。在第三，和任选地进一步反应促进剂的作用下，这些顺序反应的产物可以进一步反应。因此例如，第三反应促进剂可以存在于反应系统中，其被密封从而至少部分阻止与第一反应促进剂的相互作用。该反应促进剂能够促进第二物质(上述a选择)或第一物质(上述b选择)的产物的反应。可选择地(或另外)，反应系统可以包含通过能够至少部分阻止反应促进剂和微胶囊穿过的选择性渗透膜与第一反应促进剂和微胶囊分开的第三反应促进剂。例如，本文所述的DKR系统可以通过膜与水解的催化剂隔开，所述膜至少部分阻止催化剂和微胶囊的穿过，和还至少部分阻止醇光学异构体的穿过，但是允许其酯穿过。在该情况中，向膜的DKR一面添加外消旋醇将产生本文其它地方所述的醇的单光学异构体的酯。然后该酯穿过膜，在其中被水解催化剂水解，从而仅再生出醇的单光学异构体。如果在该实施例中，水解催化剂被微密封，则这将便于醇的单光学异构体的隔离，所述醇的单光学异构体是所需产物。如下文中详述，这在图1b中进行阐述。
在本发明的该形式的另一个具体实施方案中，由一种反应促进剂制备的物质能够穿过选择性膜到达第三反应促进剂，且由此制备的物质能够穿回膜以用作用于其它反应促进剂的基质。如下文中详述，这在图1c中进行阐述。
如上所述，本发明也提供一种使用反应系统进行反应的方法。当在反应系统中加入或第一基质或第二基质或第一基质和第二基质两者时，或者(a)第一基质被转化成第二基质和第二基质被转化成第二物质，或(b)第二基质被转化成第一基质和第一基质被转化成第一物质。
可以搅拌、振荡、混合、超声或搅动反应系统以利于系统的相关组分与基质有效接触。搅动不应足够强烈从而避免导致微胶囊破裂。因此，本发明的反应器可以包含搅拌机(agitator)，例如搅拌器(stirrer)、振动器、混合器、超声仪或其它搅拌机。可以在基本上不引起反应系统的组分破坏的任何合适温度和压力下进行该方法。通常使用大气压，但是本领域技术人员也会容易理解反应需要不同的压力(例如，高压)的情况。如果需要高压，则本发明的反应器可以包含用于包含反应系统的压力容器。反应温度应足以在可接受的时间内获得所需的转化，而不会引起反应促进剂、密封剂、基质、由反应促进剂制备的物质和最终产物(如果从反应促进剂制备的物质中分离出来)的去活化和/或降解(例如，变性(denaturation)，转换成不需要的副产物等)。在本文中，去活化是指一种物种转化成不能起到其正常功能，或更少能起到其正常功能的形式。性能的减少可以是，例如，至少约50，60，70，80，90或95％，且可以是约50，55，60，65，70，75，80，85，90，91，92，93，94，95，96，97，98，99，99.5或99.9％，虽然在一些情况中，其可以小于约50％，例如约10至约50％。因此，反应促进剂的去活化可以指其被抑制。在本文中，去活化可以指完全去活化，例如性能的减少为100％的情况。温度通常为约0至100℃，或约0至50，0至20，0至10，10至100，20至100，50至100，10至90，10至50，20至50或20至40℃，例如约0，5，10，15，20，25，30，35，40，45，50，60，70，80，90或100℃，虽然偶尔温度可以在100℃以上或0℃以下。温度可以为室温或环境温度。因此，反应器配置用于控制反应系统的温度的温度控制器。温度控制器可以包含加热器和/或冷却器和可以包含控制单元。
该方法可以包括使用能够被反应系统的组分、第一或第二基质或这些一种以上的组分吸收的波长辐射来辐照反应系统。辐射可以是红外线(IR)、紫外线(UV)、可见光、微波、超声波或其它合适的辐射。
图1a阐述了本发明的一个具体实施方案。图1a中，系统10包含能够以比将第二基质S2转化成副产物P2高的速率，将第一基质S1转化成产物P1的第一催化剂C1。系统10还包含多种微胶囊20，为了简化的目的，图1a中仅显示了其中的一种。每种微胶囊20包含密封在密封剂30中的第二催化剂C2。催化剂C2能够使基质S1和S2相互转化。基质S1和S2能够穿过密封剂30。通过催化剂C2不能将产物P1转化成副产物P2，任选地因为P2不能穿过密封剂30。催化剂C1悬浮或溶解在载体液体40中，和微胶囊20悬浮在载体液体40中。可通过搅拌帮助悬浮(未在图1a中表示)。基质S1和S2以及产物P1也可以在液体40中溶解。反应系统10可以包含在容器50中。
在运作中，将S1和S2的混合物(通常为等摩尔混合物)添加到反应系统10中。S1转化成产物P1，而S2向副产物P2的转化率相当低。P1不能被催化剂C1或C2转化，因此在系统10中累积。由于S1转化成P1的消耗，这导致在系统10中S2相对于S1过量。S1和S2能够穿过密封剂30与催化剂C2接触，所述催化剂使S1和S2相互转化，从而再生成S1和S2的等摩尔混合物。然后该混合物从微胶囊20中穿出。该方法使得S1从S2得到连续的供给，其将被转化成产物P1。在不存在相互转化催化剂C2时，由S1和S2的等摩尔混合物获得的产物P1的最大产率将为50％，然而，由于C2从S2提供了额外的S1，因此大于50％的产率是可能的。
图1b描述了另一个具体实施方案。在图1b中，系统100包含DKR面(side)110和水解面120，它们由选择性膜130分开并且包含在容器140中。面110包含酯化催化剂C1，所述C1能够选择性催化醇异构体A1与试剂R的反应以形成光活性酯E1。面110还包含密封在密封剂150中的补偿(equilibration)催化剂C2。催化剂C1和C2能够相互作用从而至少部分去活化C1，然而由于C2被密封，至少部分被阻止这样做。密封剂阻止催化剂C1和C2的穿过，且优选阻止酯E1的穿过，但是允许醇A1和A2穿过。面120包含水解催化剂C3，所述C3能够水解酯E1从而再生得到醇光学异构体A1。选择性膜130将面110和面120分开，且能够至少部分阻止催化剂C1和醇光学异构体A1和A2以及包含催化剂C2的微胶囊的穿过。膜130能够允许酯E1穿过。
在系统100的运作中，当将光学异构体A1和A2，或任选地仅异构体A2，添加到容器140的面110中时，A1(如果存在)和A2穿过密封剂150进入微胶囊，并被催化剂C2所补偿。A1和A2从微胶囊中穿出，在微胶囊中催化剂C1催化A1的酯化从而形成E1。在C2作用下，通过渗透密封剂和利用A1补偿，A2被A1再次补偿。E1穿过膜130达到面120，并被催化剂C3水解从而再生成A1。A1不能够穿过膜130，因此被包在系统100的面120中。因此，系统提供了或者由A2或者由A1和A2的混合物选择性生成A1的方法。随着通过转化成E1，A1被连续从DKR面110除去，A2通过催化剂C2被连续转化成A1。
图1c阐述了一个进一步的具体实施方案。在图1c中，反应系统200包含能够将第一基质S1转化成第一物质P1的第一催化剂C1。系统200还包含多种微胶囊210(为了简化的原因，仅显示了其中一种)。每种微胶囊210包含密封在密封剂220中的第二催化剂C2，所述第二反应促进剂能够将第二基质S2转化成第二物质P2。第二基质S2能够穿过密封剂220与第二催化剂C2接触和第二物质P2能够穿过密封剂220从微胶囊210中穿出。在该实施例中，第一和第二催化剂C1和C2能够相互作用，从而由此去活化其一或两者，但是在反应系统200中，由于第二反应促进剂C2被密封剂220密封，至少部分被阻止这样做。密封剂220对第一反应促进剂C1和第二反应促进剂C2不可渗透。催化剂C1和C2位于容器240内的载体液体230中。容器240也包含膜250和催化剂C3(也任选位于载体液体230或一些其它载体液体中)。膜250将催化剂C1和微胶囊210与催化剂C3分开，因为其对于它们不可渗透。这种分开目的在于阻止催化剂C1和C2与催化剂C3之间相互作用，或可能易于产物P2的分离，或可能为了一些其它目的，例如阻止P1向S2转化的副产物与C1或C2接触。膜250能够允许物质P1和基质S2穿过。其可任选地对S1、P2和P1向S2转化的副产物中的一种或多种不可渗透。催化剂C3能够催化物质P1向基质S2的转化。
在运作中，当将基质S1添加到容器240中时，其可以通过C1被转化成P1。然后P1穿过膜250并通过C3转化成S2。然后S2穿过膜250并进入微胶囊210(穿过密封剂220)，在微胶囊中其通过C2被转化成P2。在该实施例中，P2是反应的最终产物。在一些情况中，P2可能对催化剂C3敏感，并且其通过膜250至少部分被阻止接触C3，其中所述P2不能穿过膜250。
图1d阐述了本发明的再一个具体实施方案。在图1d中，系统300包含能分别促进基质S1向产物P1，S2向产物P2，S3向产物P4和S4向产物P4的反应的反应促进剂C1、C2、C3和C4。微胶囊M2和M4分别包含反应促进剂C2和C4，所述C2和C4分别密封在密封剂E2和E4中。为了简化的目的，仅显示了每种微胶囊M2和M4的其一，然而在实践中，每种存在多个微胶囊。系统300位于容器310中，所述容器310包含被选择性渗透膜325分开的两个室315和320。催化剂C1和微胶囊M2位于室315中，催化剂C3和微胶囊M4位于室320中。室315和320也包含载体液体，任选为溶剂，和催化剂C1和C3，且微胶囊M2和M4分散在载体液体中。通常在系统300中，C1和C2不相容(即可能相互作用，由此使其一或其它的去活化)和C3和C4不相容。可选择地，C2和C4的微密封可以用于简化产物的分离。在系统300中，S2和S4能够分别穿过密封剂E2和E4以分别进入微胶囊M2和M4，且P2和P4能够分别穿过密封剂E2和E4以分别从微胶囊M2和M4中出来。膜325通常对催化剂C1和C3以及微胶囊M2和M4不可渗透，虽然在某些模式中不是这种情况。
将会容易理解存在运作系统300的多种模式。例如在一种模式中，产物P1用作基质S2，产物P2用作基质S3和产物P3用作基质S4。在这种模式中，在室315中添加基质S1导致通过C1将S1转化成S2。然后S2穿过密封剂E2进入微胶囊M2，并通过反应促进剂C2转化成S3，然后所述S3穿过E2从M2出来，并穿过膜325。然后其通过C3转化形成S4。S4穿过密封剂E4进入微胶囊M4导致通过C4转化成P4，然后所述P4穿过E4作为一串反应的最终产物从M4出来。例如如果C3和C4不相容且C1和C2不相容，和如果P4与C1不相容且不能渗透膜325，则这种模式可能是有用的。可选择地，在简化从S1和S2，和/或从C1分离最终产物P4中，这种模式是有用的。在另一种可能的模式中，C2是S1和S2的补偿催化剂，和C4是S3和S4的补偿催化剂。在这种模式中，P2用作S1，P1用作S4，和P4用作S3。因此，在运作中，当将S1和S2一起添加到室315中时，S1通过C1转化成P1，和S2进入微胶囊M2，在微胶囊M2中所述S2被S1补偿从而为催化剂C1提供额外的进料以生成P1。然后P1穿过膜325进入室320。然后其进入微胶囊M4，在微胶囊M4中其用作S4，所述S4被S3(即P4)补偿。S3从微胶囊M4中出来并通过催化剂C3转化成最终产物P3。如上所述，可以容易地设计出许多其它的系统300的运作模式。另外，可以添加通过选择性渗透膜与前述室分开的其它室，其可以包含密封和/或未密封的反应促进剂，从而进行更复杂的一连串反应。
在本发明的一个具体实施方案中，密封的催化剂引起手性分子中光学中心的外消旋，和另一种催化剂提供一种光学异构体的选择性反应。将会理解许多化合物包含可能或者通过相同的机理或者通过不同的机理异构化的两个或两个以上的中心。例如，分子可以包含两个不对称的中心，这提供非对映异构体对的可能，或者其可以包含一个不对称的中心和一个双键，这提供所述双键的顺式和反式异构体的光学异构体的可能。在后一种情况中，例如，该具体实施方案可以被扩展，使得存在两种补偿催化剂，一种用于补偿每个异构化的位点(即双键或不对称的中心)，和两种选择性转化催化剂，每一种用于选择性转化异构化位点的特定构型，在这种方式中，该具体实施方案可以提供由非对映异构体的混合物或由具有两个异构化位点的其它化合物选择性获得一种或多种产物的方法。很明显地，也可以设计其它相关的运作模式。
在一些具体实施方案中，本发明涉及使得其它不相容催化剂共存的新系统，即相对于另一种催化剂，使用聚合物纳米胶囊包围和保护一种催化剂。
聚合物纳米胶囊及其制备构成了在药物/DNA释放、生物传感器、聚合物化学、纳米粒子合成和催化应用中一个令人兴奋的研究领域。特别地，已经广泛地研究了使用层层(LbL)自组装将聚电解质(PE)纳米胶囊组装到合适的模板。已经发现得到的聚电解质多层胶囊膜在多种溶剂中是结实、稳定的，且对于小分子可选择性渗透(但是对于大分子不可)。这些性质使得空的聚电解质纳米胶囊成为用于催化纳米反应器的优异的候选者，因为它们能够密封大分子催化剂(例如酶或纳米粒子)，而允许小分子基质和产物容易地穿过膜。
一种获得纯对映异构体的一种方法是手性池(chiral pool)的动力学拆分。这需要(entail)一种选择性催化剂，其比转化其它对映异构体更快地将外消旋混合物中的一种对映异构体转化成其产物(图2(a))。图2显示(a)经典动力学拆分，其中将基质S_R转化成产物P_R比将基质S_S转化成产物P_S快(例如，通过酶)，这样生成对映异构体过量的产物P_R，和(b)动态动力学拆分，其中拆分步骤如(a)中进行，这样生成了对映异构体过量的基质S_S和产物P_R。然而，外消旋催化剂同时将过量S_S对映异构体原位转化成S_R。如果拆分步骤非常具有选择性(k_R＞＞k_S)和比外消旋反应慢得多(k_rac＞＞k_R，k_S)，则能够获得接近定量的P_R产率。
然而，经典动力学拆分局限于50％的最大理论产率。通过引入原料的原位外消旋从而理论上得到一种对映异构体的定量产率，动态动力学拆分(DKR)对该方法进行了改进(图2(b))。涉及异构化催化剂和选择性拆分催化剂的组合的天然形成的方法是公知的(图3)。图3显示了部分的糖酵解路线，其中果糖-1，6-二磷酸盐(fructose-1，6-bisphosphate)(FBP)被酶醛缩酶(enzyme aldolase)分开从而形成异构产物GAP和DHAP。这些产物被酶TIM异构化，且仅异构体GAP同时被酶GADPH转化成1，3-二磷酸甘油酸酯(1，3-bisphosphoglycerate)(1，3-BPG)。
尤其已经广泛研究了仲醇的DKR。通常使用脂肪酶作为选择性酯化催化剂和外消旋催化剂组合来进行拆分步骤而进行这些反应。外消旋催化剂包括铑、钯和钌种类。实际上，在应用于各种仲醇基质以及二醇和手性伯胺时，CALB酶和钌外消旋催化剂的组合证明是一种非常有效的DKR的通用方法。也已经报道了使用CALB利用固体酸性H-β沸石作为外消旋催化剂的苄基仲醇的DKR，但是涉及通过两相系统由pH-敏感的酶来多价螯合(sequester)沸石。这阐述了在DKR反应中催化剂之间相互容忍的极其重要性，甚至已经全面研究了非常成功的钌外消旋催化剂类，从而设计与酶更相容的催化剂。
南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica Lipase B)(CALB)是在很多种化学合成中非常通用的酶催化剂。其可以由南极假丝酵母(yeast Candida antarctica)分离出来，且能够进行甘油三酯的高度选择性水解。CALB由317氨基酸残基组成和具有33kDa的分子量。其为尺寸大约为的球状蛋白质，且包含对活性位点非常严格的入口，认为所述入口负责酶的高度基质选择性和立体选择性。CALB还催化许多基质的选择性酯化(和水解)，且在许多不同的有机介质中显示了活性，使得其可在有机合成中用作非常具有吸引力的选择性催化剂。
β沸石是具有三维的、由保持电荷平衡所必需的大量阳离子补偿的带有负电荷的框架的多孔硅铝酸盐材料(参见图4)。其孔构成直径为6.6或的通道，这些通道在整个结构中彼此相互垂直生长。1967年第一次被合成，该材料被广泛用于烃的多种催化反应，例如裂解、烷基化、异构化和歧化反应。β沸石易于制备，且可以变化合成步骤从而得到小到200纳米的纳米晶体(nanocrystal)。当使用质子作为反离子获得电荷平衡时，该材料变得高度酸化。这种酸的形式，H-β沸石，显示了强的局部酸性，其不会漏进水溶剂中。图4显示了β沸石的结构，显示了(a)显示孔通道的框架结构：在顶点上的Si/Al原子，在线中点上的氧原子；和(b)显示在二氧化硅网络中的Al掺杂结构，所述二氧化硅网络使得在框架上产生负电荷，和因此反离子(A⁺)的示意图。
H-β沸石的局部酸性(localized acidity)使得其成为一种用于密封的理想的酸催化剂，其保证任何的酸催化反应将仅在胶囊内发生。而且，作为多相催化剂，沸石能够容易地呆在对于小分子基质和产物仍旧是多孔的胶囊中。在作为双功能催化剂的能力中，沸石也是用于密封的有利催化剂，其结合了酸性和氢化-脱氢性质。酸性沸石经常负载在精细分散的金属上，例如铂或钯金属，从而得到具有这两种催化活性的材料。这些双功能催化剂已经被广泛用于烃的多种催化反应。在密封中，支持双催化功能的单沸石的能力结合使用选择性膜能够提升用于选择性催化的新系统。例如，酮能够被还原成仲醇，且该产物由密封的双功能催化剂的双氢化-脱氢活性和酸性原位外消旋。另外，催化剂能够被仅允许一种产物对映异构体逸出的选择性膜密封。该系统能够提供选择性还原，例如理论产率高达100％，而不需要昂贵的和合成艰难的传统的选择性催化剂。
层层(Layer-by-Layer)(LbL)组装使得带正电荷的种类和带负电荷的种类在表面上交替吸收从而形成结实的多层膜。聚电解质，具有含有电解质基团的单体单元的聚合物非常适合该任务。在涂层过程中，它们显示了对大多数表面的良好粘合和由溶液中同种电荷种类之间的静电排斥引起的膜厚度的自调节。在文献中通常使用的一些聚电解质的例子包括聚(丙烯酸)(PAA)，聚(烯丙胺盐酸盐)(PAH)，聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDA)和聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)(图5)。图5显示了聚电解质(a)聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)和(b)聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDA)的结构。
原来LbL组装用于在平面上制造聚电解质薄膜，近来已经被采用在胶体粒子上形成多层膜。通过使用有机或盐胶体模板，有可能生产出能够通过模板的溶解形成中空的纳米胶囊。得到的纳米胶囊在溶液中稳定，且趋于保持它们模板的形状。虽然拉伸和干燥能够使胶囊变形，但是这些影响通常通过添加水而被逆转。
多层PE胶囊膜也显示了非常有用的半透性性质，其排斥高分子量分子但是允许低分子量种类的扩散。这种性质在允许大分子种类例如酶和多相催化剂的密封中是重要的。
聚电解质纳米胶囊主要应用于药物/DNA传送，生物传感器，聚合物化学，纳米粒子合成和催化。LbL组装使得催化剂被密封，从而形成具有多种有用性质的细胞样(cell-like)的纳米反应器。由于PE胶囊的半透性，膜组分的仔细选择能够产生一种阻止催化剂从外部环境进入胶囊同时允许所需基质扩散进入胶囊和进入催化剂的催化系统。迄今为止，通常在隔离(如模板或室)中使用胶囊用于纳米粒子或聚合物结构的组装。已经成功地使用具有嵌在膜中的催化剂材料的胶囊作为纳米反应器，如图6所示。图6显示了在它们的膜中由包含Pd团簇(cluster)(2摩尔％)的纳米胶囊催化的苯乙炔(1)和4-碘甲苯(2)之间的Sonogashira交叉偶合反应。形成具有大于99％选择性的产物，对-甲基二苯基乙炔(3)。而且，对于在生物合成中使用的酶密封存有相当的兴趣，且已经成功地制备出包含催化活性酶的纳米反应器。而且，已经发现这些纳米反应器阻止密封的酶免受高分子量抑制剂的干扰，所述抑制剂不能透过半透性的胶囊膜。而且，在产生立体中心的反应中，使用手性的选择性可渗透膜包围催化剂能够产生对映异构体过量(enantiomeric excess)。在以前，薄的光活性聚电解质膜显示一些对映选择性，因此能够成为所述膜的优异候选者。最终，在膜中使用手性组分能够在反应中通过试剂和/或产物对映异构体的选择性渗透增加对映选择，从而提供新的不对称合成路线。
聚电解质膜对大分子种类的不可渗透性增加了在经由密封的催化剂区室化(compartmentalization)中的应用。长期以来一直研究在单反应系统中结合多成分、相互干扰催化剂的能力，尤其是在动态动力学拆分领域中。以前解决该问题的方法包括膜反应器、两相体系和催化剂的顺序添加。然而，本发明公开通过将膜反应器的完全组装减小到真实的纳米范围的尺寸，能够发现一种通常单罐(one-pot)的单相溶液(其具有相关的好处)。
本文中描述了使用聚电解质胶囊保护pH-敏感的酶，南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)免受固体酸H-β沸石的干扰(通过密封后者)，因此能够在仲醇的单罐动态动力学拆分(DKR)中使用两种催化剂。使用这种方法，得到了毫无疑义地超过经典动力学拆分的50％的最大理论产率的产率(因此证明了动态动力学拆分的运作)。而且，显示了胶囊的保护能力。
使用文献中描述的LbL方法将聚电解质聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDA)和聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)交替沉积在H-β沸石粒子的表面上。使用荧光显微镜证明了沸石粒子的密封，因为当在UV范围内激发时，胶囊膜显示了弱的蓝色荧光(图7)。图7显示直接涂层的沸石粒子(x100放大倍数)。
作为胶囊纳米反应器的交替路线，将碳酸钙沉淀在沸石纳米粒子上，从而产生平均尺寸为8-10微米的球形模板。经过这些模板的PE涂层和碳酸钙基体的溶解，得到包含“松散”的沸石粒子的中空胶囊。通过在密封之前离子交换的荧光团[Ru(bipy)₃]²⁺的静电固定得到的沸石粒子的荧光标记，使得能够使用荧光显微镜检测得到的纳米反应器(图8)。图8显示了沸石纳米反应器的落射荧光(epifluorescence)显微照片(x100放大倍数)，其显示了由聚电解质胶囊包围的荧光标记的沸石。
这些纳米反应器作为用于仲醇的外消旋的催化剂进行试验，一种酸性沸石(尤其是H-β沸石)对于催化井(catalyze well)公知的反应。由于酸性沸石被碱性模板所猝灭，经由碳酸钙模板制备的纳米反应器不显示任何活性。图9显示了对于各种沸石催化剂，(R)-1-苯基乙醇的外消旋的时间进度。如图9所示，直接涂层的沸石保持其催化活性，仅有由于基质扩散穿过PE胶囊膜引起的很少的消减。反应条件是(R)-1-苯基乙醇(100微升，0.827毫摩尔)，沸石催化剂(10毫克)，正十二烷(内标，100微升，0.439毫摩尔)，甲苯(50毫升)大气压力，60℃。
已获得用于外消旋化的催化活性的沸石纳米反应器，其保持与酶CALB结合从而进行仲醇的DKR(参见图10)。图10说明了1-苯基乙醇的动态动力学拆分的方案，其使用H-β沸石纳米反应器和CALB，以及用作酰基给体的乙酸乙烯酯。
以前已经使用这种沸石/酶结合的催化剂用于这种反应，但是需要两相体系和酶固定化来获得催化剂彼此之间的宏观分离。正如对于大多数酶，CALB的活性和选择性对pH非常敏感，因此酶预期与酸性沸石不相容。希望通过使用具有对大分子酶不可渗透的膜的沸石纳米反应器，能够使两种催化剂掺入单反应系统中从而进行DKR。
使用多种溶剂、基质和基质/催化剂浓度比来尝试DKR反应。对于每套反应条件，使用两种对比试验：一种使用未密封的沸石，而不使用沸石纳米反应器，和另一种不使用沸石。使用这些对比试验来评估纳米胶囊对催化剂相容性的影响。
结果给出几种趋势。第一种，当游离的未密封的沸石加入到酶中，酶选择的酯的产率和ee一般较差，表明酸性沸石实际上与pH-敏感的酶相互干扰。第二种，当使用胶囊时，胶囊显著减弱了这种相互干扰，对于使用纳米反应器的反应，其得到比未密封的沸石的反应显著较高的产率和ee。显示这是由于大分子酶被排斥在纳米反应器的内部之外，和因此其被保护远离酸性沸石。分离试验表明随着时间没有显著的酯产物的外消旋(正如预期)，沸石催化本身也没有显示显著的非手性酯化，因此证明在ee(对映异构体过量)中还原的归属(attribution)和对酶产生的减损。PE胶囊自身也没有显示任何催化活性。
第三种，通过调节沸石纳米反应器和CALB的相对浓度，获得了所需产物对映异构体的产率，其毫无疑义地超过了经典拆分的50％的障碍，因此证明了DKR的出现。对于试验的两种基质，得到的最好结果是对于1-苯基乙醇以81％ee得到63％产率的(R)-酯(70％的酯总产率)和对于1-茚满醇以92％ee得到57％产率的选择性酯对映异构体(59％的酯的总产率)。虽然获得了粗定量的转化率，但是大量原料由于脱水副反应而损失，限制了总的酯产率。进一步优选的反应(尤其是抑制完全的脱水反应，例如通过使用富含水的溶剂)能够导致得到甚至更好的产率和对映选择性。
总之，发明人已经制备了催化活性的纳米反应器，并使用它们得到用于仲醇的DKR的新催化系统。更一般地，本发明提供了一种催化剂保护的新方法，其能够使得在将来更广泛和灵活地使用多催化剂系统。使用聚电解质的LbL沉积来密封H-β沸石粒子，发现得到的纳米反应器具有催化活性。也使用包围沸石的碳酸钙模板(其在涂层之后被溶解)制备具有较大内部容积的纳米反应器。
而且，纳米反应器与酶CALB结合从而提供仲醇的动态动力学拆分的新路线。对于1-苯基乙醇和1-茚满醇成功地进行该反应。已经获得高达70％的产物产率。已经获得高达92％的对映异构体过量。而且，催化剂的密封显著地改进了产物产率和ee，表明胶囊膜积极地保护pH-敏感的酶免受酸性沸石的干扰。这表明了聚电解质纳米反应器不仅在DKR中，而且用于催化剂保护和更一般地反应区室化的用途。
在单反应系统中掺入多成分-相互干扰催化剂和使反应区室化的能力具有广泛的应用，尤其是对成串(cascade)反应和DKR。
实施例
实施例阐述了本发明对动态动力学拆分的应用。描述了胶囊的合成。提供了H-β沸石和南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)作为两种多成分-相互干扰催化剂(由于前者的酸性和后者的pH-敏感性)，如果在单系统中结合，其能够进行仲醇的动态动力学拆分。密封的目标是H-β沸石，其作为甚至在水性系统中显示非常局部的酸性的固体酸催化剂，和讨论了形成相应聚电解质纳米反应器的各种方法。表征了这些纳米反应器，并最终与用于几种仲醇的成功的动态动力学拆分的脂肪酶结合，因此阐明了一种在多催化剂系统中催化剂保护和分离的新方法。
一种最常用的制备纳米胶囊的合成方案是具有带正电荷聚电解质和带负电荷聚电解质的交替层的模板的涂层，然后溶解掉模板。碳酸钙是一种特别方便的模板，因为小(1-10微米)的球形粒子易于制备且能够最终通过在EDTA溶液中简单地溶解除去。这种模板被温和地除去与某些胶体模板需要苛刻的酸性条件形成对比。
根据文献的方法，通过在快速搅拌下，结合氯化钙和碳酸钠的水溶液之后沉淀获得碳酸钙核模板。图11显示了不同形态的碳酸钙模板的透射光学显微照片(x40放大倍数)：(a)球和块的混合物(粒度5-20微米)。(b)主要为球的样品(平均直径～5微米)。因此，经过光学显微镜的检测，发现模板的粒度和形态随搅拌的速度和时间变化的非常显著，得到非晶球，结晶块或最普通的两种的某些混合物(参见图11(a))。粒度在5-30微米之间变化。通过在500rpm下搅拌经过3分钟向碳酸钠溶液缓慢添加氯化钙溶液，获得具有更均匀的球形和平均直径为5微米(通过光学显微镜测得，如图11(b)所示)的模板。
通过利用聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDA)和聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)溶液的几次交替处理的碳酸钙核模板的LbL涂层，和然后利用EDTA溶液溶解掉核来制备中空的聚电解质纳米胶囊。图12显示中空聚电解质胶囊的显微照片：(a)透射光学显微照片；(b)相同区域的落射荧光显微照片；和(c)胶囊的SEM，为了照相的需要，在真空条件下是塌陷和聚集的。使用透射光学显微镜(transmitted lightmicroscopy)检测胶囊，发现其保持模板的球形和具有约2-3微米的直径，如图12(a)所示。还使用落射荧光显微镜检测胶囊，当在UV范围内进行激发时，其显示了弱的蓝色荧光，这归结于发荧光的PSS聚电解质(图12(b))。得到胶囊的SEM图像，其显示经过干燥，胶囊的形态有一些变形(图12(c))。虽然这些胶囊由3个PDA/PSS双层组成，但是制备方法包括一次沉积一层，因此使得能够对PE层数和由此对胶囊厚度的精确控制。该方法还对纳米胶囊的内部、外部和净电荷进行控制，其能够潜在用于调节渗透性。
由于其非常局部的(localized)酸性活性，H-β沸石被认为是用作密封的候选催化剂。具体而言，由于其质子被紧紧固定在带负电荷的框架中，因此利用密封的沸石的任何反应应该完全在胶囊内发生。能够想到，因此在相同的系统中能够使用胶囊来保护酶不与沸石反应，而允许基质和产物渗透，并正常进行反应。
使用Aerosil 200作为二氧化硅源和四乙基氢氧化氨作为模板来制备β沸石。X-射线衍射图形在2θ7.8和22.58°具有峰，其用于识别β沸石(参见图13)。经过SEM检测，发现沸石粒子大约为球形且直径约为200纳米(图14)。图14显示了β沸石的SEM，显示了平均直径约为200纳米的晶体聚集体(aggregate)。
通过沸石与硝酸铵水溶液的离子交换，然后在550℃下在空气中过夜煅烧，得到酸的形式，H-β沸石。
虽然使用SEM技术能够容易地获得沸石本身的图像，但是更难以检测沸石的密封。SEM不能够对胶囊的内部进行成像，和传统的透射光学显微镜在分解(resolving)亚微米的沸石粒子时将显得非常困难。然而，由于已经合成的聚电解质胶囊的荧光性质，落射荧光显微镜似乎是一种检测沸石密封的好的检测方法。以这种方式，能够使用发强光的荧光团标记通常不可分解的沸石粒子，因此在它们胶囊的内部成像。而且，因为β沸石具有需要阳离子以获得电荷平衡的带负电荷的框架，能够通过反离子与合适的荧光阳离子的离子交换容易地获得荧光标记。选择金属配合物[Ru(bipy)₃]²⁺，因为它是公知的荧光团且其发光性质已被广泛地研究。干燥后，H-β沸石与[Ru(bipy)₃]Cl₂水溶液的离子交换产生桃色的荧光沸石粒子，其使用荧光显微镜能够容易地分辨。
由水溶液得到的聚电解质的表面沉淀(LbL组装)提供了一种密封沸石粒子的理想方法。这通过将沸石粒子嵌在碳酸钙核模板中，然后进行聚电解质涂层并溶解掉模板，从而在中空的胶囊中留下“游离”的沸石粒子来首先尝试。通过在快速搅拌下，在沸石的水悬浮液中缓慢加入碳酸钠和氯化钙的水溶液来制备含沸石的碳酸钙模板。这种方法产生无定形的直径为8-10微米(通过光学显微镜测得)的球形碳酸钙粒子。当使用荧光标记的沸石时，落射荧光显微镜显示单独的沸石粒子并没有游离保留在悬浮液中，而是实际上被嵌在碳酸钙模板中，如图15所示。图15显示包含碳酸钙模板的荧光标记的β沸石的显微照片(x40放大倍数)：(a)落射荧光显微图像(λ_ex 450-490纳米)；和(b)相同区域的光学显微图像，其显示观察到荧光的区域被碳酸钙模板所占据。这表明了沸石粒子被嵌在模板中。
这些模板接下来的密封和使用EDTA水溶液的碳酸钙的溶解得到密封的沸石纳米反应器。如落射荧光显微照片所示(图8)，在胶囊的蓝色荧光中仅观察到标记的沸石的橙色荧光，因此表明沸石的成功密封。
通过直接PE涂层其表面而不使用碳酸钙也能密封沸石。这种方法具有避免与碳酸钙沉淀和随后溶解相关的多余步骤的优点。通过透射光学显微镜图像(显示了沸石粒子(图7(a)))与落射荧光显微镜图像(显示了荧光涂层(图7(b)))的比较，证实了通过这种方法沸石粒子被密封。这种涂层方法消除了荧光标记的需要，因为通过在落射荧光图像中的荧光涂层伴随有透射光学显微镜图像中沸石粒子能够检测密封。使用两种不同的聚电解质溶液：具有0.5M的氯化钠添加剂的那些聚电解质溶液和不具有0.5M的氯化钠添加剂的那些聚电解质溶液。两种方法都提供有效的密封。
通过观察它们外消旋(R)-1-苯基乙醇的速率来测试所有形式的涂层的沸石纳米反应器的催化活性。从图9可以看出，游离的沸石外消旋基质最快，而使用不含氯化钠添加剂的聚电解质溶液密封的沸石稍微较慢。反应速率的这种较小降低可能是由于限制基质扩散穿过胶囊膜。对于其它应用，已经报道由于基质扩散穿过PE胶囊膜的催化活性的类似减少。
包含0.5M氯化钠的聚电解质溶液涂层的沸石的活性小得多，尽管其最终能够外消旋基质(因此在18小时后，74％ee和3天后9％ee)。这种催化活性的减少归结于在涂层过程中酸性位点与聚电解质溶液中Na⁺离子的离子交换。然而，甚至在1天后，由碳酸钙模板制备的沸石纳米反应器不显示任何的外消旋。这种活性的缺失归结于在沉淀过程中由碱性碳酸钙模板引起的沸石酸性的猝灭。本发明人假设两种纳米反应器的活性损失能够通过与稀酸溶液的离子交换而逆转，从而提供在这些方法中用于活性损失的机理试验和催化剂去活化的方法。最后，应注意空纳米胶囊本身不显示基质的外消旋。
由于在密封的样品中，不用氯化钠添加剂涂层的沸石粒子显示最好的催化活性，因此在后面所有反应中只使用以这种方式涂层的沸石。
存在许多手性仲醇的外消旋的潜在方法。图16显示了(R)-1-苯基乙醇的酸催化外消旋的机理。在酸性条件下，通过羟基的质子化，水的损失，和前手性的平面sp²碳正离子(carbenium ion)的形成，可以外消旋手性醇。由于添加水是非选择性的，因此产生外消旋混合物(图16)。由酸性沸石，例如H-β沸石引起的外消旋机理被证明是由布朗斯台德酸催化，而不是路易斯酸催化，如图16所示。的确，通过在基质存在下沸石的颜色变化进一步证明了碳正离子中间体的产生，在1-苯基乙醇的情况中为橙色和在1-茚满醇的情况中为粉色。类似颜色变化已经被归结于在沸石上相关碳正离子的形成。而且，沸石的带负电荷的框架和分子大小的孔(约)是碳正离子的良好宿主(host)。这种性质使得沸石成为用于形成和稳定碳正离子的良好介质。这些特性可能对H-β沸石作为外消旋催化剂的功效做出贡献。
在沸石的孔中的碳正离子的形成和稳定也引起了问题。在长的反应时间内，沸石趋于消耗所有的基质，其将基质或者转化成碳正离子或，还进一步转化成脱水产物(图17)。图17阐述了(R)-1-苯基乙醇的外消旋机理，其显示脱水副反应得到副产物苯乙烯。的确，对于1-苯基乙醇的外消旋，随着时间形成增加量的苯乙烯。通过在富含水的环境中进行反应能够抑制该消除。不幸地，在使用脂肪酶催化的酯化作为拆分步骤的DKR反应中，过量的水也能够促进产物的脂肪酶催化的水解，从而损害了酯化反应。由于这种原因，在过去的DKR反应中，试验两相体系作为解决酶和沸石不相容的传统方法。
提供南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)作为水性制品(固定化脂肪酶(Lipozyme)CALB L)。由于其与大多数有机溶剂不相混溶(因此在这些介质中反应较慢)和使沸石催化剂去活化的趋势(可能由于在水性制剂中防腐剂盐的离子交换)，这种制品不适用。因此，对去离子水广泛透析酶并冷冻干燥，得到浅黄橙色片状的纯酶。由于在水性制品中存在防冻剂(甘油和山梨醇)，单独冷冻干燥没有效果。
为了确保冷冻干燥的酶的完整性，在前述已经成功与CALB一起使用的各种有机溶剂中通过监测1-苯基乙醇与乙酸乙烯酯在这些溶剂中的酯化速度来测试其活性。在所有情况中，选择性形成具有大于99％的对映异构体过量的(R)-乙酰基酯。而且，1-苯基乙醇的(R)-对映异构体的选择与文献中记载的脂肪酶通常的对映选择性优选一致，这大半能从基质的取代基的立体体积和酶活性位点的立体化学来预测，一般地，取代基的立体尺寸决定酶的优选和，通常，对于给定的基质得到脂肪酶和蛋白酶对立的对映-优选(enantio-preference)。
图18显示了1-苯基乙醇与乙酸乙烯酯在不同溶剂中的CALB催化的选择性酯化相对于时间的进展的图形。反应条件：外消旋1-苯基乙醇(20微升，0.165毫摩尔)，乙酸乙烯酯(10当量(eq)，2当量/小时(eq/h))，干CALB(10毫克)，正十二烷(内标，20微升，88微摩尔)，溶剂(10毫升)，大气压力，60℃。从图18可以看出，辛烷和甲苯被证明是试验的最有效的有机溶剂，而更极性的四氢呋喃(THF)和乙腈更少有效。一般地对于CALB和酶，这种随疏水性增加活性的趋势是公知的。假设水在酶周围形成单层，其提供对催化关键的一定的润滑性和柔韧性。因此，疏水溶剂提供更高的活性，因为酶能够更容易地从它们中提取水。
检测了密封在沸石纳米反应器和CALB中的各个催化剂的性质，其保留测试它们在单反应系统中共存的能力。动态动力学拆分是一种用于该目的的优异的试验反应，因为其要求原料的选择性转化和原位外消旋。在该情况中，使用密封的沸石作为外消旋催化剂和CALB作为对映选择性酯化催化剂尝试仲醇的动态动力学拆分(参见图10)。在多种不同的条件下进行这些反应，改变溶剂和相关催化剂和基质浓度(参见表1)。选择基质1-苯基乙醇，因为以前测试其易于外消旋和CALB催化的选择性酯化，还因为公知其对映异构体能够使用手性GC很好地拆分。还使用游离的(未密封)沸石或不用沸石来代替涂层的沸石纳米反应器进行对比反应。这样做是为了估计沸石-酶相互干扰的效果和沸石密封对于减小这些效果的能力。


如表1所示，当沸石催化剂被密封时，这些反应的主要特征明显改进，在产率和对映选择性上，相对于不使用沸石，当使用游离的沸石时，获得显著较差的对映选择性。这些数据表明沸石与酶的活性和选择性显著地相互干扰(通过与游离的沸石和不使用沸石的结果比较：尤其参见表1中的条目d)和还表明当使用胶囊时胶囊基本上减弱了这种相互干扰。该结果并不令人惊奇，因为酶公知为pH-敏感的催化剂，且在暴露于酸性或碱性环境时能够显示非常不同的活性和选择性，在该情况中为局部酸性的沸石表面。半透性胶囊预期排除大分子酶，因此减少由沸石引起的相互干扰。而且，随着时间试验没有显示显著的酯产物的外消旋，沸石催化剂本身也没有显示显著的非手性酯化，因此证实ee的减少(reduction)是由于酶被损害。
而且，虽然通过使用较低的沸石/酶比例来进一步减少酶的损害能够获得较高的对映异构体过量(比较表1中的条目c和d)，但是太低的沸石浓度能够减少外消旋的速率至使得DKR有效进行所必须的速率以下(即大于50％的产率：参见表1中的条目a)。通过调节沸石纳米反应器和CALB的相对浓度，获得了选择的产物对映异构体的产率，其毫无疑义地超过了经典动力学拆分的50％的障碍，因此证明了动态动力学拆分的出现。目前，得到的最好结果是在22小时后以81％ee得到63％的(R)-酯产率(表1中的条目e)。
然而，由副反应导致的所需产物的显著损失仍然明显。虽然转化经常是定量的(在表1中条目c-e)，但形成大量的苯乙烯(当使用密封的沸石时高达26％，当使用游离的沸石时高达38％)。而且，酯的总产率最佳限制到65-70％，其进一步说明脱水副反应的重要性。甚至考虑到脱水副反应，大量的试剂仍然未予说明(例如，表1中，使用游离的沸石，对于条目c为34％)，怀疑其中许多被多价螯合在沸石的孔中作为稳定的碳正离子。
对于这些副反应的损失一种潜在的解决方法是在系统中添加非常少量的水(低于溶剂的饱和水平)。这不仅可能导致消除反应速率的降低，也可能导致酶催化的酯化速率的显著增加。通过添加足够少量的水，能够想象到酶活性的改进能够超过酯水解速率的伴随增加。
由于观察到1-苯基乙醇进行了成功的动态动力学拆分，使用几种其它的基质来测试该方案的通用性。事实上，对于大量的基质，使用酶CALB的其它动态动力学拆分反应也证明是成功的。一些成功的基质如图19中所示。
测试基质2-5(图19)作为本发明DKR方案的候选者。发现所有四个基质都单独与酶反应，但是具有某些限制。基质4，α-乙烯基苄基醇，进行酯化非常慢，在48小时后仅得到73％的选择的对映异构体的转化(即，37％的外消旋混合物)。基质5，1-苯基乙胺，仅在1小时后就以两种对映异构体形式消耗，但是与预期的对映选择性相反，得到多种产物，包括外消旋的1-苯基乙基乙酰胺。而且，2-辛醇(3)，虽然选择性酯化得相当块(在24小时后88％的选择的对映异构体的转化，具有＞99％ee的产物)，但是在与H-β沸石反应1天后，没有显示外消旋。也测试了(-)-薄荷醇(7)的外消旋活性，但是在与H-β沸石反应1天后其也没有显示外消旋。
相反，1-茚满醇(2)被证明是一种非常有希望的基质。在辛烷和甲苯中CALB催化的酯化速率的测试表明在两种溶剂中1-茚满醇被非常快地和选择性地酯化(＞99％ee)，甚至比1-苯基乙醇在辛烷中还快，如图20中所示。图20显示了1-茚满醇与乙酸乙烯酯在不同溶剂中的CALB催化的选择性酯化相对于时间的进展(以及与1-苯基乙醇在该情况下的比较)的图形。反应条件：外消旋基质(0.165毫摩尔)，乙酸乙烯酯(153微升，1.65毫摩尔，2当量/小时)，干CALB(10毫克)，正十二烷(内标，20微升，88微摩尔)，溶剂(10毫升)，大气压力，60℃。
在对映富集的(enantio-enriched)1-茚满醇中添加沸石得到非常快的外消旋和基质的消耗，且由于产生碳正离子，沸石的颜色变成亮粉红色。在气相色谱中也观察到脱水产物茚的形成。
给出各种催化剂对1-茚满醇的活性，使用密封的沸石纳米反应器和干CALB在辛烷中尝试DKR反应。使用3毫克涂层的沸石和10毫克CALB和其它标准反应条件，仅在2小时后，以92％ee获得57％的1-茚满基乙酸酯(1-indanyl acetate)的选择的对映异构体产率。如对于1-苯基乙醇所观察到的，使用未涂层沸石的对比反应进行得非常差，在2小时后仅以83％ee得到42％的1-茚满基乙酸酯的选择的对映异构体产率，这也证明了纳米胶囊的保护能力。
因此，看起来虽然沸石对于苄基醇例如1-茚满醇和1-苯基乙醇的外消旋是非常活性的催化剂，但是它们对于脂肪醇例如2-辛醇和薄荷醇没有活性。这种现象可能是由于在外消旋过程中形成的碳正离子中间体的相对稳定性(参见图16)，其对于苄基醇是共振稳定的，而对于脂肪醇不是如此。这样H-β沸石外消旋(和因此本发明的DKR方案)对于具有共振稳定的α-取代基的基质最适合。然而，显示该方案以中等至良好的ee成功地得到大于50％的一些基质的选择的对映异构体产率。这是迄今在动态动力学拆分中使用纳米反应器的第一个催化剂保护的例子，其也代表了一种用于多催化系统的催化剂保护的新方法。
试验细节
未经处理地(as received)使用下述试剂：含水四乙基氢氧化铵(35重量％)，次磷酸(50重量％)，聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(MW 100-200kDa，在水中20重量％)，聚(4-苯乙烯磺酸钠)(MW 70kDa)，α-甲基苄基乙酸酯，α-乙烯基苄基醇，L-薄荷醇(Sigma-Aldrich)；氯化钠，硝酸铵，乙二胺四乙酸二钠盐，甲苯，吡啶(Ajax)；氯化钾，1-苯基乙醇，乙酰氯，2，2’-二吡啶，丙酮(Merck)；无定形二氧化硅(Aerosil200)(Degussa)；氢氧化钠(APS)；铝酸钠(50-56重量％Al₂O₃，40-45重量％Na₂O)(Riedel-de)；水合氯化钌(III)，氯化钯(II)(Strem)；二水合氯化钙，碳酸钠(AnalaR)；正十二烷(BDH)；己烷，乙酸乙酯(Redox)；1-茚满醇，(R)-(+)-1-苯基乙醇，1-苯基乙胺(Alfa-Aesar)；2-辛醇，茚(Fluka)。固定化脂肪酶(Lipozyme)南极假丝酵母脂肪酶B(在水性制剂中1-10重量％)由Novozymes友情提供，并使用PROGEN蛇皮褶皱的透析管(SnakeSkin PleatedDialysis Tubing)(10,000 MWCO，22毫米)对(against)去离子水广泛透析，且在使用前使用冻干机进行冷冻干燥。使用用于闪蒸塔的Ajax硅胶(230-400目)进行色谱法，在Merck板上进行制备薄层色谱法(preparative thin-layer chromatography)(TLC)。除非另有说明，使用配有隔膜泵和动力学压力调节器的旋转蒸发仪除去溶剂。对甲苯和二乙醚进行脱氧，并使用由文献中描述改进的装置在活化的氧化铝上进行干燥。
使用300K的Bruker DPX300谱仪记录¹H NMR(300.13MHz)和¹³C(¹H)NMR(75.48MHz)谱，并相对于残留溶剂进行内标。使用在70eV电离能下操作的Finnigan LCQ离子阱谱仪(ESI)或者FinniganPolaris Q离子阱质谱仪，和具有15米ZB-5柱、5％苯基95％二甲基聚硅氧烷的痕量(Trace)GC(GC/MS)获得质谱。使用在3.0kV下操作的JSM-6000F扫描电子显微镜获得场发射扫描电子显微图。使用配有液氮冷却的锗固态检测器的Siemens D5000X-射线衍射仪，使用40kV的Cu Kα辐射记录X-射线衍射图案。使用配有Nomarski DIC光学和Nikon Plan Fluor x10(NA 0.30，干)，x20(NA 0.50，干)，x40(NA0.75，干)和x100(NA 1.30，油)物镜的Nikon Eclipse E800荧光显微镜进行透射光学显微镜法(LM)和落射荧光显微镜法(FM)。使用DAPI滤波装置(BP330-380，DIC400，LP420)来观察PE-胶囊和[Ru(bipy)₃]²⁺荧光。使用PCO Sensicam 12-位(bit)冷却成像相机(cooled imagingcamera)捕获图像。在或甘油或水中在载物片上安置Sensicam样品且由玻璃盖玻片覆盖。使用配有VarianCP-Chirasil-Dex CB柱(25米x0.32毫米I.D.；0.25微米膜厚)，分流/不分流进样口和FID检测器的Hewlett-Packard 5890A气相色谱仪进行气相色谱法。使用GCChemStation软件收集和分析数据。使用Varian Gary 1E紫外-可见光分光光度计记录紫外-可见光光谱。
使用批料组成1.97 Na₂O∶1.00 K₂O∶12.5(TEA)₂O∶Al₂O₃∶50SiO₂∶750H₂O∶2.9 HCl来制备H-β沸石。聚丙烯容器装有蒸馏水(4.66毫升，259毫摩尔)，含水的四乙基氢氧化铵(35重量％，10.40克，71毫摩尔)，氯化钠(52毫克，0.91毫摩尔)和氯化钾(144毫克，1.96毫摩尔)。搅拌该混合物直至形成澄清溶液。添加无定形二氧化硅(2.93克，48.9毫摩尔)并搅拌该混合物1小时从而得到澄清溶液。添加在蒸馏水(2.00毫升，111毫摩尔)中的氢氧化钠(33毫克，0.83毫摩尔)和铝酸钠(179毫克，～0.93毫摩尔Al₂O₃，～1.2毫摩尔Na₂O)的溶液，并剧烈搅拌该混合物1小时从而得到均匀的凝胶。在135℃下在特氟隆(Teflon)-衬里的不锈钢高压釜中加热凝胶20小时。冷却后，离心反应混合物(4000rpm，20分钟)并使用蒸馏水洗涤(3x10毫升)。在120℃下过夜干燥沸石晶体从而形成白色的固体微晶层。在1℃/分钟的升温速度(ramp rate)之后，在550℃下在空气中煅烧沸石6小时，然后在1M的硝酸铵水溶液(3x90毫升)中悬浮20分钟，使用蒸馏水(3x30毫升)洗涤，并在80℃下干燥从而得到NH₄-β沸石。再在550℃下煅烧过夜该产物，得到细的白色结晶粉末的酸性H-β沸石(1.11克，～45％产率，以Al计)：XRD 2θ(I_rel)7.82(100)，22.58°(87)(对比文献(c.f.lit.)7.69，22.4°)。
使用文献方法(J.A.Broomhead，C.G.Young，Inorg.Synth.1982，21，127-128)制备发荧光的[Ru(bipy)₃]Cl₂·6H₂O。因此，在120℃下预干燥RuCl₃·xH₂O(0.5克)3小时，研磨，并在120℃下进一步加热1小时。然后将干燥的RuCl₃(431毫克，2.08毫摩尔)和2，2’-二吡啶(0.97克，6.2毫摩尔)加入到去离子水中(40毫升)。加入新制备的次膦酸钠溶液(2毫升，～40重量％)并在回流下加热该混合物40分钟，在此期间，溶液的颜色由绿色变成棕色，然后变成橙色。过滤反应混合物以除去未溶解的材料。加入氯化钾(13.6克，0.184摩尔)，其使粗产物作为橙红色固体沉淀出来。然后在回流下加热该混合物1小时从而得到深红色的溶液，经过冷却到室温，其产生红色晶体。通过过滤和使用冰冷的含水丙酮(2x4毫升，8％体积/体积)和丙酮(30毫升)洗涤，然后在空气中干燥，从而除去晶体，得到雪亮的红色片状晶体(844毫克，54％)：¹H NMR(CD₃OD，ppm)δ7.19(d，6H)，6.61(td，6H)，6.31(d，6H)，5.97(td，6H)；MS m/z(％)285.2(100)[M]²⁺(计算值285.1)，157.1(8)[二吡啶+1]⁺(计算值157.1)；紫外-可见光(EtOH，纳米)λ_max449(ε＝9000M^-1cm^-1)。
H-β沸石(99毫克)与[Ru(bipy)₃]Cl₂(3x1毫升，14毫摩尔)的水溶液进行离子交换。将沸石离心(13400rpm，5分钟)，使用蒸馏水(3x1毫升)洗涤，然后在120℃下干燥4小时，得到细的桃色粉末(91毫克)。
使用PdCl₂(140微升，0.14M)水溶液浸渍H-β沸石(100毫克)，并保持20分钟。在110℃下干燥沸石3小时，然后在300℃下煅烧4小时，得到负载Pd的沸石(2重量％)灰色粉末(104毫克)。
如下制备核模板。使用去离子水(160毫升)稀释CaCl₂水溶液(20毫升，1M)。将Na₂CO₃水溶液(20毫升，1M)快速加入到剧烈搅拌的溶液中，导致形成白色的悬浮液。离心分离该悬浮液(2000rpm，10分钟)，并使用蒸馏水(3x70毫升)和丙酮(50毫升)洗涤固体。然后将CaCO₃固体再悬浮在丙酮(50毫升)中，并在60℃下干燥，得到细的白色粉末模板(1.34克)，其粒度为5-10微米(由光学显微镜测得)。
如下制备聚电解质胶囊。使用层层(LbL)方法，利用聚电解质涂层前述制备的碳酸钙核模板。沉积聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDA，MW100-200kDa)从而由水溶液(4g L^-1PDA，0.5M NaCl)形成正电荷层(positive layer)。沉积聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS，MW 70kDa)从而由水溶液(5g L^-1PSS，0.5M NaCl)形成负电荷层(negative layer)。由PDA开始，以300微升的份将这些溶液交替加入到CaCO₃模板(99毫克)从而形成多层，每次保持混合物20分钟，并在添加间隙离心(13,400rpm，90秒)并使用水洗涤(3x1毫升)。在添加3个PE双层后，通过使用EDTA溶液洗涤(3x1毫升，0.2M，pH 7)除去CaCO₃核，并在该溶液中培养(incubate)该胶囊10小时。然后将胶囊离心(13,400rpm，5分钟)，使用水(1毫升)和乙醇(3x1毫升)洗涤胶囊，并保存在乙醇中。
研磨H-β沸石(215毫克)并悬浮在去离子水(～5毫升)中。超声该混合物从而弄碎晶体聚集体，得到浑浊的白色悬浮液。使用去离子水(1.8升)稀释沸石悬浮液，并将Na₂CO₃水溶液(0.40M，100毫升)和CaCl₂·2H₂O(0.40M，100毫升)水溶液经由加料漏斗非常缓慢地(～1滴/5秒)添加到剧烈搅拌的悬浮液中。形成白色的悬浮液并轻轻倒出上清液。洗涤CaCO₃模板(3xH₂O和1x丙酮)，再次悬浮在丙酮中，在50℃下真空干燥，得到含沸石的模板，其为细的白色粉末(3.14克)。光学显微镜显示主要为直径为1-5微米的球形粒子。密封该模板并使用2.4.2节描述的方案溶解模板，从而得到密封的沸石。
如前所述，使用PDA和PSS溶液直接涂层H-β沸石(25毫克)。还使用PDA和PSS溶液(未添加氯化钠)进行涂层方法。在任一种情况中，都使用水(1毫升)和乙醇(3x1毫升)洗涤涂层的沸石，并再次悬浮在乙醇中用于存储。
用于1-苯基乙醇外消旋的典型反应条件如下：将甲苯(50毫升)加入到游离或密封的H-β沸石催化剂(10毫克，如前述制备)，或者大约等数量的空纳米胶囊(如前述制备)中，并且搅拌。加入基质(R)-1-苯基乙醇(100微升，0.827毫摩尔)和正十二烷(内标，100微升，0.439毫摩尔)，并在60℃下加热反应混合物。使用GC监测反应，和通过比较气相色谱中峰信号的积分面积测得对映异构体过量。
除非另有说明，酶催化的选择性酯化的典型反应条件如下：将干脂肪酶(10毫克)加入到溶剂(10毫升)中，并简单超声该混合物使酶溶解。将基质(0.165毫摩尔)和正十二烷(内标，20微升，88微摩尔)加入到该磁力搅拌的溶液中。在60℃下加热反应混合物，并以2当量/小时的速度引入乙酸乙烯酯(153微升，1.65毫摩尔)。使用GC监测反应，和通过比较气相色谱中峰信号的积分面积测得对映异构体过量。在使用基质和产物校准后，使用GC测量产率。
按如下制备用于校准的1-茚满基乙酸酯。将干燥的二乙醚(30毫升)，1-茚满醇(202毫克，1.51毫摩尔)和吡啶(241微升，2.98毫摩尔)组合起来。将乙酰氯(1.06毫升，14.9毫摩尔)加入到溶液中，形成白色沉淀。在室温下搅拌该混合物过夜，过滤，并在真空下从滤液中除去溶剂、过量的吡啶和乙酰氯。通过柱色谱法提纯残留物(1∶8乙酸乙酯/己烷)，得到具有非常浅黄色的油状产物(72毫克，27％)：¹H NMR(CD₃OD，ppm)δ7.35(d，1H)，7.26(m，2H)，7.20(m，1H)，6.14(dd，1H)，2.96(m，1H)，2.75(m，1H)，2.45(m，1H)，2.06(m，1H)，2.02(s，3H)；¹³C{¹H}NMR(CD₃CN，ppm)δ171.7，145.5，142.3，129.8，127.5，126.3，125.8，79.0，33.0，30.7，21.4。
除非另有说明，用于DKR反应的典型反应条件如下：将干CALB酶(10毫克)加入到溶剂(10毫升)中，并简单超声该混合物来溶解酶。加入基质(0.165毫摩尔)，正十二烷(内标，20微升，88微摩尔)和PE涂层的H-β沸石纳米反应器(10毫克)。在60℃下加热反应混合物，并以2当量/小时的速度引入乙酸乙烯酯(153微升，10当量)。使用GC监测反应，和通过比较气相色谱中峰信号的积分面积测得对映异构体过量。在使用基质和产物校准后，使用GC测量产率。
用于沸石催化剂催化的(R)-1-苯基乙醇外消旋的典型反应条件如下：将(R)-1-苯基乙醇(100微升，0.827毫摩尔)，沸石催化剂(10毫克)，正十二烷(内标，100微升，0.439毫摩尔)和甲苯(50毫升)组合起来，并在60℃下空气中加热。用于仲醇的DKR的典型反应条件如下：将干CALB酶(10毫克)加入到溶剂(甲苯或辛烷，10毫升)中，并简单超声该混合物来溶解酶。加入基质(0.165毫摩尔)，正十二烷(内标，20微升，88微摩尔)和PE涂层的H-β沸石纳米反应器(10毫克)。在60℃下在空气中加热反应混合物，并以2当量/小时的速度引入乙酸乙烯酯(153微升，10当量)。使用GC(VarianCP-Chirasil-Dex CB柱)监测两个反应，和通过比较气相色谱中峰信号的积分面积测得对映异构体过量。在使用基质和产物校准后，使用GC测量产率。