CN102091596A

CN102091596A - 苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN102091596A
Application number: CN2011100028893A
Authority: CN
Inventors: 张书胜; 胡锴; 李勇波; 闻付勇; 陈孝武; 齐若冰; 崔师伟; 吴养洁
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明公开了一种苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相,是采用γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，在催化剂和惰性气体保护下，与硅胶反应，制得γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶，再在强碱性条件、催化剂和惰性气体保护下与苯甲酰杯芳烃酚钠盐反应，制得苯甲酰杯芳烃键合固定相，最后再用三甲基氯硅烷进行封尾处理即可。由于制备的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相具有键合量高、性能稳定、具有更好的分离选择性的特点，它不仅具有传统ODS反相色谱性能，同时能提供包结络合作用、氢键作用等多种作用位点；作为高效液相色谱法的色谱柱填料，可用于分离多环芳烃、苯的二取代位置异构体、α-萘酚和β-萘酚等化合物。

Description

苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及分离技术，尤其是涉及一种具有高效液相色谱分离效果的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相，本发明还涉及该固定相的制备方法和应用。

背景技术

随着分离科学的发展，液相色谱特别是高效液相色谱以其高灵敏度、高选择性、高柱效、重复性好和操作简便等特点，在石油、化工、环保、食品、医药、法检、临床和天然产物分析中，扮演着非常重要的角色，成为分离复杂样品的一项重要技术。随着科技的发展，不断出现各种高沸点复杂混合物，特别是结构和性质相似的位置异构体和光学异构体的分离，如何提高高效液相色谱的分离效果,是现代分离科学中一直在努力探讨的课题。

色谱分离的核心是固定相、流动相与被分离组分间的相互作用，尽管影响因素众多，但分离效果与固定相、流动相对被分离溶质的识别及形成的超分子的稳定性差异有关，杯芳烃具有三维空腔，可以接受客体分子，与中性分子和带电离子发生可逆的包合作用，结构特点使其具有良好的分子识别功能，它在色谱领域将有良好的应用前景。自1982 年杯芳烃首次用于色谱分离以来,杯芳烃及其衍生物在现代分离科学领域如色谱和毛细管电泳中的应用逐渐增多。

1983年Mangia首次报道对叔丁基杯[8]芳烃涂于硅烷化的红色硅藻土上作气相色谱固定相，成功地实现了醇类、氯代烃和芳香烃的分离；结果表明杯芳烃的自由羟基是影响色谱性能的重要因素，开创了杯芳烃在色谱中应用的先河。与气相色谱相比，杯芳烃在液相色谱中的应用较晚，直到1993年才有相关报道，但其在液相色谱的应用不存在气相色谱中的诸多缺点，所以发展较快。

在国内, 武汉大学的冯钰锜、达世禄课题组在1998年以γ-(环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，用高氯酸为催化剂制备了对叔丁基杯[6]芳烃键合硅胶固定相，其键合量和柱效较低, 对多环芳烃、二取代苯位置异构体和核苷的分离，取得了一定的进展。此后又制备了含酰胺基对叔丁基杯[4、6、8]芳烃键合硅胶固定相，系统研究了多环芳烃、二取代苯位置异构体、核苷及碱基和喹诺酮类药物的色谱性能，并与ODS键合相的色谱性能进行比较，结果表明，杯芳烃键合相的色谱性能呈现出明显优势。2004年，他们使用碱性催化剂和相转移催化剂制备了对叔丁基杯[4、6、8]芳烃和对-叔丁基杯[6]芳烃-1,4-苯并冠-4-键合硅胶固定相，并考查了多环芳烃、取代芳烃位置异构体、核苷、碱基、水溶性维生素以及激素类和磺胺类药物在这些固定相上的色谱行为。通过比较发现在碱催化条件下，键合量和柱效比在酸催化条件下有所增加，效果明显优于ODS柱和环糊精柱。此后，尽管陆续有相关报道，但是受限于杯芳烃键合相的种类很少，键合相性能有所局限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种键合量较高、柱效高、性能稳定、应用范围较广的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相，本发明还同时提供了该固定相的制备方法以及该固定相的应用。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相，其结构式为：

。

本发明采用γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，在催化剂和惰性气体保护下，与硅胶反应，制得γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶，再在强碱性条件、催化剂和惰性气体保护下与苯甲酰杯芳烃酚钠盐反应，制得苯甲酰杯芳烃键合固定相，最后再用三甲基氯硅烷进行封尾处理。本发明可按硅胶﹕γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷(KH-560)﹕无水甲苯（新蒸）为10 g﹕40-60 mmol﹕100 ml的比例，将粒径为5 μm的硅胶(silica gel) 加入到新蒸的无水甲苯中，加入偶联剂KH-560，加入催化剂，升温至110-120°C，在回流状态下反应24-48 h，后趁热抽滤，洗涤，100°C以下真空充分干燥，得γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶；以摩尔比为1:10-20的苯甲酰杯芳烃与氢化钠为反应物，以甲苯为溶剂，惰性气体保护，在60-80°C条件下反应0.5-2 h得到苯甲酰杯芳烃酚钠盐；在0.2-3 mmol的苯甲酰杯芳烃酚钠盐中加入3 g γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶，搅拌升温至100-120°C，惰性气体保护，催化剂存在下反应48-72 h，趁热抽滤，洗涤，烘干，得到苯甲酰杯芳烃固定相；在3 g制得的苯甲酰杯芳烃键合固定相中加入0.1-0.2 mol的三甲基氯硅烷，甲苯为溶剂，惰性气体保护下，在100-120°C 下反应48-72 h，洗涤，干燥。见图2。

所述的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相作为高效液相色谱法的色谱柱填料，可用于分离多环芳烃、苯的二取代位置异构体、α-萘酚和β-萘酚化合物。

本发明的优点在于经实验，所制备的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相具有键合量高、性能稳定、具有更好的分离选择性；它不仅具有传统ODS反相色谱性能，同时能提供包容络合作用、氢键作用等多种作用位点；作为高效液相色谱法的色谱柱填料，可用于分离多环芳烃、苯的二取代位置异构体、α-萘酚和β-萘酚等化合物。

附图说明

图1是本发明的结构式。

图2是本发明的制备流程图。

图3是本发明用于分离多环芳烃的分离色谱图。

图4是本发明用于分离苯的二取代位置异构体的分离色谱图。

图5是本发明用于分离萘酚化合物的分离色谱图。

具体实施方式

1、硅胶的活化

称取20 g多孔硅胶(粒径5 μm, 孔径100 Å，表面积300 m²/g)浸入500 ml HCl/H₂O(1:3,v/v)中浸泡24 h，然后磁力搅拌下回流10 h除去金属离子，再用G5砂芯漏斗过滤，用二次重蒸水反复洗至中性，在160°C下干燥10 h脱去表面水,即得活化硅胶，储于干燥器中备用。

2、γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶的制备

取20.0 ml硅烷化试剂KH-560于500 ml三口圆底烧瓶中，加入200ml新蒸的无水甲苯，在磁力搅拌下，加入20.0 g活化硅胶，加入0.4 ml三乙胺（无水），装上回流管和CaCl₂干燥管，在惰性气体保护下回流24-48 h。停止反应，用G5砂芯漏斗过滤，依次用甲苯、丙酮、二次重蒸水、丙酮洗涤，在80°C下真空干燥8 h，即得γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶。

3、苯甲酰基杯[4, 6, 8]芳烃键合硅胶固定相(BCSn, n=4, 6, 8)的制备

分别称取2.5 g苯甲酰基杯[4、6、8]芳烃于100 ml三口圆底烧瓶中，加入50 ml新蒸的无水甲苯，磁力搅拌下，加入1.2 g NaH，N₂保护下，80°C油浴中搅拌30 min。停止搅拌，静止1 h，取上清液于另一个100ml三口圆底烧瓶中，向其中加入四丁基溴化铵和3.0 g γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶，装上回流冷凝管、CaCl₂干燥管、氮气保护，迅速升温至80°C，在微回流状态下反应48 -72 h。停止反应，用G5砂芯漏斗趁热过滤，洗涤至滤液无色澄清为止，最后将所得键合硅胶固定相(苯甲酰基杯[4]芳烃键合硅胶固定相BCS4、苯甲酰基杯[6]芳烃键合硅胶固定相BCS6、苯甲酰基杯[8]芳烃键合硅胶固定相BCS8)于120°C下真空干燥10 h后储于干燥器中备用。

4、苯甲酰基杯[4, 6, 8]芳烃键合硅胶固定相的封尾

取所制备的苯甲酰基杯芳烃键合硅胶3.0 g，放入250 ml三口烧瓶，再依次加入25 ml三甲基氯硅烷和80 ml无水甲苯，回流反应48-72 h后停止加热，用G5砂芯漏斗趁热过滤，洗涤。将所得到的封尾固定相于120°C下真空干燥10 h后储于干燥器中备用。所得到的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相的结构式如图1所示。

5、固定相表征

所键合的三种苯甲酰杯芳烃固定相的键合量和热重分析结果如下表：

从上表中可以看出，杯芳烃的键合量比较多，而且失重温度都在300°C以上，化学性能较为稳定。

6、色谱柱的装填

所制备的固定相用匀浆法分别装入150×4.6 mm i.d.清洗干净的不锈钢管柱中，匀浆液是二氧六环和四氯化碳，顶替液是甲醇，装柱压力为50 MPa。具体步骤：称取2.5 g 杯芳烃键合硅胶固定相倒入100 ml小烧杯中，加入30 ml二氧六环和20ml四氯化碳，超声混匀5 min，迅速倒入装柱机的匀浆罐中，启泵，用顶替液甲醇充满匀浆罐后立即拧紧上盖，压力迅速上升至50 MPa，调节泵的频率使压力维持在50MPa，半小时后，缓慢地降压，停泵。待压力完全降至零后，小心卸下充满填料的柱子装上滤片和柱接头，标上柱方向、填料、柱尺寸和装柱日期。在0.8 ml/min的流速下用甲醇冲洗6h，再用流动相平衡。

应用实例：

以乙腈-水(流速为1.0ml/min)、甲醇-水或甲醇-磷酸盐缓冲溶液(流速为0.8ml/min) 为流动相，考察了固定相对多环芳烃、二取代苯位置异构体、萘酚等溶质的保留行为及分离能力，各类溶质都得到了较好的分离。样品均用甲醇溶解，保存于冰箱中，样品浓度在50-100 mg/ml之间，进样量为5 μl。所有的色谱测定均在室温(26±2℃)下进行，每个样品至少重复测定两次。

由于难分离物质对的分离一直是色谱分离的难点和重点。ODS固定相的色谱柱广泛应用于日常的分离分析，但是ODS固定相的分离主要是基于疏水作用，所以，疏水性差异极小的物质之间的分离选择性很差。从图3、图4、图5和下面附表中可以看出，选用多环芳烃、二取代苯位置异构体、萘酚等一些难分离的物质对考察了苯甲酰杯芳烃色谱柱的分离选择性，发现这些物质在色谱柱上都能得到较好的分离，分离的主要机理是疏水作用，同时氢键作用、π-π作用、包结作用是提高分离选择性的重要因素。

图3为多环芳烃在BCS4(a), BCS6(b), BCS8(c)柱上的分离色谱图(流动相：乙腈:水=60:40, 流速：1.0 ml/min, 检测波长:258nm,峰：1.苯 2.甲苯 3.联苯 4.苊 5.蒽 6.芘 7.屈)；

图4为苯二酚在BCS4(a), BCS6(b), BCS8(c)柱上的分离色谱图(流动相：甲醇:水=40:60, 流速：0.8ml/min, 检测波长：280nm,峰：1.对苯二酚 2. 间苯

二酚 3. 邻苯二酚)

图5为萘酚在BCS4(a), BCS6(b), BCS8(c)柱上的分离色谱图(流动相：甲醇:水=50:50, 流速：0.8ml/min, 检测波长：275 nm,峰：α, α-萘酚，β, β-

萘酚)

附表：苯甲酰固定相分离苯的位置异构体的保留因子和分离因子

a: 流动相: 甲醇:0.01 mol/L KH₂PO₄＝40:60; b: 流动相: 甲醇:水＝40:60。

Claims

1.一种苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相，其特征在于：所述固定相的结构式为：

Figure 2011100028893100001DEST_PATH_IMAGE001

。

2.

根据权利要求1所述的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相的制备方法，其特征在于：采用γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，在催化剂和惰性气体保护下，与硅胶反应，制得γ-缩水甘油醚氧丙基键合硅胶，再在强碱性条件、催化剂和惰性气体保护下与苯甲酰杯芳烃酚钠盐反应，制得苯甲酰杯芳烃键合固定相，最后再用三甲基氯硅烷进行封尾处理。

3.根据权利要求1所述的苯甲酰杯芳烃键合硅胶固定相作为高效液相色谱法的色谱柱填料，在分离多环芳烃、苯的二取代位置异构体、α-萘酚和β-萘酚化合物方面的应用。