CN102489275A

CN102489275A - 一种苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN102489275A
Application number: CN201110439832XA
Authority: CN
Inventors: 胡锴; 张岩皓; 于阿娟; 张书胜; 王文静; 赵文杰; 冶保献
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: CN102489275B

Abstract

本发明涉及一种苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相及其制备方法和用途。本发明采用γ-氨丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，在催化剂和惰性气体保护下，与特制的硅胶反应，制得γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶，再在催化剂和惰性气体保护下与25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃反应，即制的苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相。本发明所制备的键合固定相具有键合量高、性能稳定、具有更好的分离选择性，不仅具有传统ODS反相色谱性能，而且能提供包容络合作用、氢键作用等多种作用位点，在分离一些特定的难分离的物质方面具有一定的优势。

Description

一种苯丙氨酸取代杯 [4] 芳烃键合硅胶固定相及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相及其制备方法和用途，属于功能材料合成技术，适用于高效液相色谱法分离科学技术领域。

背景技术

随着分离科学的发展，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。近年来，随着科学技术的高速发展，研究的分离体系越来越复杂，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，以及实际样品的分离分析，以十八烷基键合硅胶(ODS)为代表的反相色谱固定相已经不能满足分离分析的要求。因此，高选择性的色谱固定相的研制和开发是色谱领域研究的核心内容之一。

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，但是分离效果与固定相的性能联系紧密。杯芳烃是由苯酚单元通过亚甲基在羟基的邻位桥连而形成的低聚物，具有三维空腔和苯环骨架结构，能够与客体分子发生包结、吸附和π-π等作用，独特的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，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。

发明人采用γ-（2，3-环氧丙氧)丙基二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分别于与对叔丁基杯[4] -1, 2-冠-4酚钠盐或苯甲酰杯芳烃酚钠盐反应制得杯芳烃冠醚键合硅胶固定相或苯甲酰杯芳烃键合固定相，制备的固定相对分离多环芳烃、苯酚类、苯胺类、苯甲酸类、多环芳烃、苯的二取代位置异构体、萘酚和萘酚化合物等方面具有很好的效果；发明人在无水碳酸钾存在下，将3-氨丙基三乙氧基硅烷化硅胶与四氮杂杯[2]芳烃[2]三嗪或四氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪在N₂中于130℃下回流反应，即可制得四氮杂杯[2[芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相或四氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相，实验结果表明，采用本方法合成的杯芳烃键合固定相具有键合量较高，键合层稳定，方法简便，制备成本较低、制备方法适用面较广等特点，它不仅具有传统的ODS反相色谱性能，同时能提供包容络合、氢键作用、π-π作用、及空间匹配等多种作用位点，因而在一定程度上能够替代ODS，同时也为难分离的物质提供了分离的可能性。

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，而且难分离的物质有很多，所以研究新的杯芳烃键合硅胶固定相以取得更好的分离效果的意义十分重大。

发明内容

为解决上述问题，本发明所要解决的问题是提供一种新型杯芳烃键合硅胶固定相，所合成的杯芳烃固定相具有键合量较高、柱效高、性能稳定、应用范围比较广。

本发明的技术方案：

一种苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相，其结构式为：

。

一种苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相的制备方法，它包括以下步骤，

1、硅胶的活化：

按照多孔硅胶：盐酸溶液为20 g：500 mL的比例，将多孔硅胶置于盐酸溶液中浸泡24 h，然后磁力搅拌下回流10 h除去金属离子，过滤，用二次重蒸水反复洗至中性，干燥，脱去表面水，即得活化硅胶，储于干燥器中备用；

2、γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶的制备：

在氮气保护下，按照γ-氨丙基三甲氧基硅烷：无水甲苯：活化硅胶为5.0 mL：200mL：10.0 g的比例，依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、无水甲苯活化硅胶和催化剂0.4 mL无水三乙胺，回流24 h，然后停止反应，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，即得γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶；

3、25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃键合固定相的制备：

在氮气保护下，按照25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃：无水甲苯：γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶为3.0g：50 mL：3.0 g的比例，称取25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃，加入新蒸的无水甲苯，搅拌，加入催化剂无水三乙胺， 100°C油浴中搅拌30 min，然后停止搅拌，加入γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶，升温至110°C，回流48 h-72 h，停止反应，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于120°C下真空干燥10 h后，既得本发明的苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相。

进一步，所述的多孔硅胶的粒径5 μm，孔径100 Å，比表面积300 m²/g。

进一步，所述的盐酸溶液中盐酸和水的体积比为1:3。

本发明的苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相用作高效液相色谱分离填料。

本发明的有益效果：

本发明的苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相具有以下优点：

（1）以不同种类溶质，如多环芳烃、苯酚类位置异构体、苯胺类衍生物为探针，较系统的研究了固定相的色谱性能，发现该固定相具有较强的疏水作用，同时还有包结作用，π-π 作用等，对溶质分子有较好的识别和分离性能，所制备的键合固定相具有键合量高、性能稳定、具有更好的分离选择性。

（2）本发明的固定相不仅具有传统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，适用于靠疏水作用难以分离的物质，尤其是对一些带有极性基团的大分子化合物有较好的分离作用，如磺胺，氟喹诺酮，多环芳烃等。

（3）将本发明的固定相用作高效液相色谱分离填料，以甲醇-水(70:30, 体积比) 为流动相，流速为1.0 mL/min，以联苯为溶质，室温下测得柱效为12000板/米。

附图说明

图1为本发明制备的固定相的红外光谱图。

图2为应用实例1的分离色谱图。

图3为应用实例2的分离色谱图。

图4为应用实例3的分离色谱图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明。

一、本发明的苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相通过下式所述的反应过程得到：

。

二、本发明苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相的制备方法：

1、硅胶的活化

称取20 g特制多孔硅胶(粒径5 μm，孔径100 Å，比表面积300 m²/g)浸入500 mL HCl/H₂O（其中HCl：H₂O 的体积比为1:3）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-氨丙基三甲氧基键合硅胶的制备

取5.0 mL γ-氨丙基三甲氧基硅烷于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10.0 g活化硅胶，加入0.4 mL催化剂无水三乙胺，装上回流管和CaCl₂干燥管，在氮气保护下回流24 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-氨丙基三甲氧基键合硅胶。

3、25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃键合固定相的制备

称取3.0 g 25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]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0.1 mL的催化剂三乙胺，N₂保护下，100°C油浴中搅拌30 min。停止搅拌，加入3.0 g γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶，装上回流冷凝管、CaCl₂干燥管、氮气保护，迅速升温至110°C，在微回流状态下反应48 h-72 h。停止反应，用G5砂芯漏斗趁热过滤，多次洗涤，至滤液无色澄清为止，最后将所得键合硅胶固定相于120°C下真空干燥10 h后，既得本发明的苯丙氨酸取代杯芳烃键合硅胶固定相。

三、键合硅胶固定相的表征

经元素分析，测得所制备的25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃键合固定相碳含量是14.38%，经计算得到键合量是每克硅胶键合0.116 mmol杯芳烃。

热重分析结果是在30-650°C范围内，失重17.3 %，起始失重温度大于300°C。杯芳烃的键合量比较高，而且失重温度在300°C以上，化学性能较为稳定。

固定相红外图谱见图1，图中有1458.4 cm^-1，1542.8 cm^-1，1560.3 cm^-1等吸收峰，证实了苯环结构的存在，1637.5 cm^-1是羰基的吸收峰，3431.8是胺基的吸收峰，这些吸收基团的存在，说明了杯芳烃成功地与硅胶键合。

经红外光谱、热分析和元素分析表征，该固定相合成成功。

四、本发明的固定相用作高效液相色谱的分离填充料

1 、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＋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6 h，再用流动相平衡。

2 、实际进样分离实验

以乙腈-水或乙腈-缓冲溶液等为流动相，考察本发明的固定相对多环芳烃、磺胺和氟喹诺酮等溶质的保留行为及分离能力。样品均用甲醇溶解，保存于冰箱中，样品浓度在10-50 mg/mL之间，进样量为5 μL。所有的色谱测定均在室温30℃下进行，每个样品至少重复测定两次。

应用实例 1

样品为苯、联苯、苊、蒽、芘和屈（Chrysene）六种多环芳烃混合物，浓度20 mg/mL。

色谱分离条件是流动相: 乙腈：水=50:50, 流速：0.8 mL/min, 检测波长是254nm。

结果见图2，由图2中可以看出，六种多环芳烃可以实现分离。

应用实例 2

样品为氧氟沙星、洛美沙星、恩诺沙星和沙拉沙星的混合物，浓度为15 mg/mL。

色谱分离条件是乙腈：甲醇：0.05 mol/L 柠檬酸溶液=15:5:80, 流速:1.0 mL/min,检测波长:230 nm。

结果见图3，由图3可以看出，四种氟喹诺酮得到了很好的分离，可以进一步用于氟喹诺酮类药物的同时分离分析。

应用实例 3

样品为磺胺、磺胺甲氧嗪、磺胺甲基异恶唑、磺胺间甲氧基嘧啶和磺胺二甲异恶唑的混合物，浓度为25 mg/mL。

色谱分离条件是流动相: 乙腈：0.5%乙酸（30:70，v/v）, 流速：0.8 mL/min, 检测波长：270 nm。

结果见图4，由图4中可以看出五种磺胺在固定相上可以实现同时分离。

由以上的进样分离的结果可以得到所制备的固定相与ODS固定相相比，有更多的作用机理，适用于靠疏水作用难以分离的物质，尤其是对一些带有极性基团的大分子化合物有较好的分离作用，如磺胺，氟喹诺酮，多环芳烃等。

Claims

1.一种苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相，其特征在于，它的结构式为：

Figure 201110439832X100001DEST_PATH_IMAGE001

。

2.一种苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤，

（1）、硅胶的活化：

（2）、γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶的制备：

在氮气的保护下，按照γ-氨丙基三甲氧基硅烷：无水甲苯：活化硅胶为5.0 mL：200mL：10.0 g的比例，依次加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷、无水甲苯活化硅胶和催化剂0.4 mL无水三乙胺，回流24 h，然后停止反应，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，即得γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶；

（3）、25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃键合固定相的制备：

在氮气保护下，按照25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃：无水甲苯：γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶为3.0g：50 mL：3.0 g的比例，称取25,27-二(L-苯丙氨酸甲酯-N-羰基甲氧基)-26,28-二羟基-对叔丁基杯[4]芳烃，加入新蒸的无水甲苯，搅拌，加入催化剂无水三乙胺， 100°C油浴中搅拌30 min，然后停止搅拌，加入γ-氨丙基三甲氧基键合硅胶，升温至110°C，在微回流状态下反应48 h-72 h，停止反应，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于120°C下真空干燥10 h后，既得本发明的苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的多孔硅胶的粒径5 μm，孔径100 Å，比表面积300 m²/g。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的盐酸溶液中盐酸和水的体积比为1：3。

5.权利要求1所述的苯丙氨酸取代杯[4]芳烃键合硅胶固定相用作高效液相色谱分离填料。