CN102335598A - 吩噻嗪键合硅胶的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吩噻嗪键合硅胶的制备方法。本方法将吩噻嗪首先分别转化为其氨基和酰氯的衍生物，通过内嵌酰胺或脲基于硅胶键合，制备了吩噻嗪键合硅胶固定相。本发明方法使用的原材料价格低廉，制备方法简单，所制备的固定相可广泛应用于色谱分离和样品前处理中。

Description

吩噻嗪键合硅胶的制备方法

技术领域

本发明涉及一种吩噻嗪键合硅胶的制备方法，属于分析化学领域，也属于有机合成领域。

背景技术

高效液相色谱法(HPLC)是当代色谱技术最主要的组成部分，是近代分析化学中发展最快、应用最广的分离分析技术，它在化学、医药、食品、环保、生化及工业制备等众多领域发挥越来越重要的作用。在高效液相色谱系统中，固定相居于重要地位。高选择性色谱固定相的研制是现代分析化学的前沿研究领域。

尽管已开发了多种液相色谱填料，如有机高分子、石墨化碳及无机氧化物等，但硅胶仍具有不可替代的地位，目前80％以上的固定相是硅胶基质的。这是由于硅胶除了具有良好的机械强度、容易控制的孔结构和比表面积以及较好的化学稳定性和热稳定性等优点以外，还有一个突出的优点就是其表面含有丰富的硅羟基，可以进行各种表面化学键合或改性，由此制成各种各样的硅胶键合固定相，如正相、反相、离子交换、凝胶、亲和、手性等多种色谱固定相。这些固定相的出现促进了各种分离模式形成和发展，解决了多种分离分析难题，推动了高效液相色谱理论和技术发展。

以十八烷基键合硅胶(ODS)为代表的反相型固定相，因其柱效高、稳定性好、适用范围广、使用方便而迅速商品化，成为“广谱型”色谱固定相。近年来，在环境与药物分析中，使用高效液相色谱分离富含电子的药物、农药、环境污染物等已引起人们的关注。而传统的ODS固定相只能提供疏水相互作用，有时候不能满足这些色谱分离的要求。含有芳烃的键合固定相除了可以提供疏水相互作用外，还可能与这类溶质发生π-π或n-π作用，偶极-偶极作用或称电荷转移作用以及其他相互作用，如静电作用，包结络合作用等，特别适用于含有苯环类物质的分离。

苯基键合硅胶固定相是芳烃固定相中出现最早、发展最为完善的固定相之一。此外，含有多个苯环的大环芳烃键合硅胶固定相也引起了人们的关注，如萘基、蒽基、芘基、晕苯以及吩噻嗪基键合硅胶固定相等，与苯基键合固定相相比，由于硅胶表面所键合的芳环基团分子体积增大，苯环数目增加，芳环的π电子密度也增加，与溶质之间的π-π作用，电荷转移作用增强，对溶质的分离选择性增大。经研究证明，吩噻嗪是一个大的电子给体，吩噻嗪键合硅胶固定相具有很好的给电子能力，能很好地从复杂的富勒烯混合物中分离出金属富勒烯。同时，它也可以作为亲和色谱的基质分离纯化钙蛋白。

在2004年，专利CN271459A的方法报道了吩噻嗪键合硅胶的制备：将吩噻嗪首先用氢化钠去质子化，然后与烯丙基溴反应，得到烯丙基取代的吩噻嗪，将其与二甲基氢氯硅烷进行氢硅加成反应，从而得到吩噻嗪的二甲基氯硅烷偶联剂，再与硅胶进行偶联反应而得到吩噻嗪键合硅胶固定相。不难看出，该方法制备繁琐，从而导致吩噻嗪键合硅胶的成本高，难以推广使用。因此有必要开发一些新的简单的合成方法来制备吩噻嗪键合硅胶。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种成本低廉、应用方便的吩噻嗪键合硅胶的制备方法。

本发明提供的技术方案有2种，第一种是：

吩噻嗪衍生物首先与硅烷偶联剂衍生生成偶联剂中间体，然后同硅胶偶联反应，生成吩噻嗪键合硅胶。

所述吩噻嗪衍生物可以为10-(3-氨基丙基)吩噻嗪，硅烷偶联剂为3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷。衍生反应的条件为：溶剂为甲苯，先室温反应16h，再加热回流反应8h；偶联反应的条件为：甲苯作为溶剂，三乙胺作为催化剂，加热回流反应16h。

所述10-(3-氨基丙基)吩噻嗪可以由吩噻嗪反应得到：吩噻嗪单体首先转化为其氰基的衍生物，后经氢化铝锂还原得到。

所述吩噻嗪衍生物也可以为10-丙酰氯吩噻嗪，硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。衍生反应条件：甲苯作为溶剂，室温反应12h；偶联反应条件为：甲苯作溶剂，三乙胺做催化剂，回流反应16h。

所述吩噻嗪酰氯衍生物可以由吩噻嗪反应得到：吩噻嗪单体首先转化为其氰基的衍生物，后经在强碱性条件下加热水解得到吩噻嗪羧基衍生物，最后同氯化亚砜反应得到吩噻嗪酰氯衍生物。

本发明提供的另一种方案是：

硅胶和硅烷偶联剂反应生成硅胶中间体，然后与吩噻嗪衍生物反应，生成吩噻嗪键合硅胶。

所述硅烷偶联剂可以为异氰酸酯偶联剂，吩噻嗪衍生物为氨基衍生物。偶联反应条件：甲苯作溶剂，三乙胺做催化剂，回流反应16h；吩噻嗪衍生物与中间体反应条件：甲苯作溶剂，先室温反应16h，再加热回流反应8h。

所述硅烷偶联剂可以为氨基偶联剂，吩噻嗪衍生物为酰氯衍生物。偶联反应条件为：甲苯作溶剂，三乙胺做催化剂，回流反应16h；吩噻嗪衍生物与中间体反应条件为：甲苯作溶剂，室温反应16h。

总地说来，本发明合成吩噻嗪键合硅胶至少有四种路线，如下所示。其中表示活化的硅胶。

首先将价格便宜的分析纯的吩噻嗪原料转化为其氨基和酰氯的衍生物。第一种方法是氨基衍生物与异氰酸酯的硅烷偶联剂反应得到吩噻嗪的硅烷偶联剂，再同硅胶反应得到吩噻嗪键合硅胶固定相；第二种方法是酰氯衍生物与氨基的硅烷偶联剂反应得到吩噻嗪的硅烷偶联剂，再同硅胶反应得到吩噻嗪键合硅胶固定相；第三种方法是先制备氨基键合硅胶，再同吩噻嗪酰氯衍生物反应得到吩噻嗪键合硅胶固定相；第四种方法是先制备异氰酸酯键合硅胶，再同吩噻嗪氨基衍生物反应得到吩噻嗪键合硅胶固定相。这四种方法制备简单，价格便宜，重现性好，应用广泛。

本发明方法和背景技术里的提到的制备方法相比，所用到的试剂价格更便宜，制备方法相对也要简单一些，而且键合量也要更高一些。此外，他们采用的方法是硅氢加成的方法，将吩噻嗪衍生为带有双键的衍生物，然后硅氢加成得到吩噻嗪硅烷偶联剂后，再同硅胶偶联得到吩噻嗪键合硅胶；我们用的方法跟他们不一样，将吩噻嗪衍生为带有羧基和氨基的衍生物，然后进行下一步的反应；此外，目前该专利方法所制备的吩噻嗪色谱柱价格很昂贵，采用本发明方法所制备的吩噻嗪色谱柱的成本并不高，具有很大的实际应用的价值。

附图说明

图1C₆₀和C₇₀在PTZ-Si-I上的分离图。

图2C₆₀和C₇₀在PTZ-Si-II上的分离图。

图3原始富勒烯混合物色谱图。

图4富勒烯混合物经富集浓缩后的色谱图。

图5苯和六种硝基苯在PTZ-Si-I上的色谱图。

具体实施方式

实施例1吩噻嗪酰氯和氨基衍生物的制备：

(1)10-(2-氰基乙基)吩噻嗪的合成：200.0g的吩噻嗪加入到300mL的丙稀氰中，冰浴条件下加入3mL 40％的苄基氢氧化铵水溶液。反应迅速发生并放出大量的热，待反应温度将下来后，加入300mL的二氧六环，回流反应1.5h，最后将反应产物倒入水中，放置过夜。过滤，产物用冰的丙酮洗涤即可得到所要的产物10-(2-氰基乙基)吩噻嗪。

(2)10-(2-羧基乙基)吩噻嗪的合成：25.0g的10-(2-氰基乙基)吩噻嗪和25.0g的氢氧化钠加入到75mL水和250mL甲醇中，回流反应15h。产物倒入冰水中，用稀盐酸酸化，过滤，用乙醇重结晶，即得到10-(2-羧基乙基)吩噻嗪。

(3)10-(3-氨基丙基)吩噻嗪的合成：12.6g的10-(2-氰基乙基)吩噻嗪放入索氏提取器中，用250mL含有4.0g氢化铝锂的乙醚溶液进行提取。反应72h后，连续加入4mL水、3mL 20％的氢氧化钠溶液以及14mL水来终止反应。过滤除去无机盐。通入氯化氢气体，有固体析出，即得到10-(3-氨基丙基)吩噻嗪的盐酸盐。10g的10-(3-氨基丙基)吩噻嗪的盐酸盐溶解在热水中，用20％的氢氧化钠溶液调节pH至9.0，加入100mL的乙酸乙酯，收集有机相，水相用30mL乙酸乙酯提取4次。合并有机相，无水硫酸钠干燥，过滤，减压浓缩除去有机相，即可得到10-(3-氨基丙基)吩噻嗪。

实施例2吩噻嗪键合硅胶固定相PTZ-Si-I的合成：

3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷(1.73g)加入到50mL甲苯中，再加入3.53g 10-(3-氨基丙基)吩噻嗪，室温反应16h后加热回流反应8h，之后加入3.0g活化的硅胶，加热回流反应16h，反应结束后，用甲苯、甲醇、丙酮分别洗涤材料数次。抽滤，真空干燥，备用。

实施例3吩噻嗪键合硅胶固定相PTZ-Si-II的合成：

10-(2-羧基乙基)吩噻嗪(0.98g)溶于15ml的二氯甲烷，缓慢滴加15ml二氯亚砜，并在60℃下回流12个小时，得到吩噻嗪的酰氯衍生物；真空条件下蒸出溶剂二氯甲烷和过量的二氯亚砜，向反应烧瓶中加入50ml的甲苯和0.79g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂，室温下搅拌反应12h。加入3.0g硅胶，110℃下反应16h。分别用甲苯和二氯甲烷清洗反应产物，真空干燥，待用。

实施例4吩噻嗪键合硅胶固定相PTZ-Si-III的合成：

首先制备氨基键合硅胶，取3.0g经真空干燥过的硅胶于100ml三口烧瓶中，加入50ml经处理过的无水甲苯和1.89g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷，磁力搅拌，滴入3滴三乙胺.于N2氛中在100-120℃油浴中加热回流反应16h后，冷却，抽虑，依次用甲苯，丙酮洗涤，真空干燥5h后待用。取3.0氨基键合硅胶，加入以上的吩噻嗪酰氯衍生物的甲苯溶液，滴入3滴三乙胺搅拌，机械搅拌于N₂氛中在室温反应16h后，抽滤，依次用甲苯，丙酮洗涤。

实施例5吩噻嗪键合硅胶固定相PTZ-Si-IV的合成：

首先制备异氰酸酯键合硅胶，取3.0g经真空干燥过的硅胶于100ml三口烧瓶中，加入50ml经处理过的无水甲苯和2.11g 3-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷，磁力搅拌，滴入3滴三乙胺.于N₂氛中在100-120℃油浴中加热回流，反应16h后，冷却，抽虑，依次用甲苯，丙酮洗涤，真空干燥5h后待用。取3.0异氰酸酯基键合硅胶加入到50mL甲苯中，再加入3.53g 10-(3-氨基丙基)吩噻嗪，滴入3滴三乙胺，机械搅拌于N₂氛中先室温反应16h，再在100-120℃油浴中加热反应8h后，冷却，抽滤，依次用甲苯，丙酮洗涤。

实施例6装柱

匀浆法将吩噻嗪键合硅胶固定相(5μm)填充入150×4.6mmi.d.和250×4.6mmi.d.不锈钢柱，以100mL甲苯平衡色谱柱。

实施例7C₆₀和C₇₀的分离

PTZ-Si-I为固定相(250×4.6mmi.d.)，以甲苯为流动相，进样C₆₀和C₇₀混合物，色谱可达到基线分离，分离因子为1.6，如图1所示。说明该固定相可用于C₆₀和C₇₀的制备分离。

实施例8C₆₀和C₇₀的分离

PTZ-Si-II为固定相(150×4.6mmi.d.)，氯苯为流动相，进样C₆₀和C₇₀混合物，色谱可达到基线分离，分离因子为1.6，如图2所示。说明该固定相也可用于C₆₀和C₇₀的制备分离。

实施例9制备色谱分离纯化C₆₀和C₇₀

以PTZ-Si-III为制备色谱的固定相，从复杂的富勒烯混合物中分离纯化C₆₀和C₇₀：将PTZ-Si-III填入固相萃取的小柱中，上样30mL富勒烯混合物，用乙醇先洗去稠环芳烃，再用甲苯洗脱富勒烯C₆₀和C₇₀，经浓缩后的色谱图如下图4所示。同原始溶液相比，富勒烯在浓缩液中的含量大大增加。

实施例10硝基苯类物质的分离

以PTZ-Si-I和PTZ-Si-II为固定相(150×4.6mmi.d.)，甲醇-水(60/40，v/v)为流动相，在25℃下，分别进样硝基苯，硝基甲苯以及二硝基甲苯异构体的混合溶液，各物质在两种吩噻嗪键合硅胶固定相上均有不同程度的保留，如下图5所示，其中，1.苯，2.硝基苯 3.邻二硝基苯，4.对硝基甲苯，5.对二硝基苯，6.间二硝基苯，7.2，4-二硝基氯苯。

实施例11环境水样中硝基苯类物质的萃取

将PTZ-Si-I和PTZ-Si-II作为固相萃取的吸附剂萃取环境水样中的硝基苯类物质，采用气相色谱-质谱进行分离和检测，建立了一种环境水样中硝基苯类物质的检测方法，硝基苯在两种材料上的回收率都是100％，检出限可以达到0.06-0.3ng/mL，可以满足实际检测的要求。

Claims (10)

1.一种吩噻嗪键合硅胶的制备方法, 其特征在于：吩噻嗪衍生物首先与硅烷偶联剂衍生生成偶联剂中间体，然后同硅胶偶联反应，生成吩噻嗪键合硅胶。

2.根据权利要求1所述的制备方法, 其特征在于：所述吩噻嗪衍生物为10-（3-氨基丙基）吩噻嗪，硅烷偶联剂为异氰酸酯基硅烷偶联剂。

3.根据权利要求2所述的制备方法, 其特征在于，衍生反应的条件为：溶剂为甲苯,先室温反应16 h，再加热回流反应8 h；偶联反应的条件为：甲苯作为溶剂，三乙胺作为催化剂，加热回流反应16 h。

4.根据权利要求1所述的制备方法, 其特征在于：所述吩噻嗪衍生物为10-丙酰氯吩噻嗪，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。

5.根据权利要求4所述的制备方法, 其特征在于，衍生反应条件为：甲苯作为溶剂，室温反应12 h；偶联反应条件为：甲苯作溶剂，三乙胺做催化剂，回流反应16h。

6.一种吩噻嗪键合硅胶的制备方法, 其特征在于：硅胶和硅烷偶联剂反应生成硅胶中间体，然后与吩噻嗪衍生物反应，生成吩噻嗪键合硅胶。

7.根据权利要求6所述的制备方法, 其特征在于：所述硅烷偶联剂为异氰酸酯硅烷偶联剂，吩噻嗪衍生物为氨基衍生物。

8.根据权利要求7所述的制备方法, 其特征在于，偶联反应条件为：甲苯作溶剂，三乙胺做催化剂，回流反应16 h；吩噻嗪衍生物与中间体反应条件为：甲苯作溶剂，先室温反应16 h，再加热回流反应8 h。

9.根据权利要求6所述的制备方法, 其特征在于：所述硅烷偶联剂为氨基偶联剂，吩噻嗪衍生物为酰氯衍生物。

10.根据权利要求1所述的制备方法, 其特征在于：偶联反应条件为：甲苯作溶剂，三乙胺做催化剂，回流反应16 h；吩噻嗪衍生物与中间体反应条件为：甲苯作溶剂，室温反应16 h。

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