CN102516400B

CN102516400B - 一种介孔二氧化硅基纤维素键合手性固定相的制备方法

Info

Publication number: CN102516400B
Application number: CN 201110398413
Authority: CN
Inventors: 李文智; 杜明霞; 邵鑫; 蒲锡鹏
Original assignee: Liaocheng University
Current assignee: Liaocheng University
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: CN102516400A

Abstract

本发明涉及介孔氧化硅基键合手性固定相的制备方法，具体地说就是一种以介孔氧化硅球为载体，通过键合纤维素衍生物制备成高效液相色谱手性固定相的方法，三嵌段共聚物P123为模板剂制备的介孔氧化硅球，用氨丙基三乙氧基硅烷对其氨丙基化后，把带有少量三乙氧硅丙基残基的纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)通过三乙氧硅残基的水解缩聚交联进行化学键合，用六甲基二硅胺烷为原料对残留硅羟基进行有效的封尾，得到介孔氧化硅为载体的纤维素键合手性固定相。本发明制备的纤维素键合手性固定相，手性选择剂的担载量高、封尾效果和重复性好，可用多种流动相对手性消旋体进行手性拆分，应用范围广泛。

Description

一种介孔二氧化硅基纤维素键合手性固定相的制备方法

技术领域

本发明涉及液相色谱手性固定相，具体说是将介孔二氧化硅微球作为基质制备多糖类键合手性固定相的方法。

背景技术

自赵东元等在酸性条件下采用两亲的三嵌段聚醚（P123）为模板合成了规整有序、具有二维直孔道六方相的介孔二氧化硅SBA-15以来，引起了广泛的关注。由于其具有高的比表面积和吸附容量、规则的孔道结构、孔径分布窄等特点，而且还有较高的水热稳定性、机械强度高的优点，在催化、吸附分离，色谱等研究领域有着广泛地应用前景。近几年来，SBA-15球形材料（介孔氧化硅球）已被应用与多种模式的色谱分离，例如反相色谱、电色谱、离子交换色谱、超高压液相色谱等，均得到较好的分离效果。

目前，利用高效液相色谱手性固定相法，分离或制备手性化合物，已经越来越多地应用于现代许多的研究领域。手性固定相法的关键是手性分离材料，尽管众多类型的手性分离材料相继被合成，分别利用分离各种不同类型的手性化合物，其中以大孔硅胶为载体的涂敷型和键合型多糖类的手性分离材料的应用最为广泛，但是也存在着明显的不足：涂敷型虽然其拆分能力强，但是对流动相的选择受限，如三氯甲烷、四氢呋喃等溶剂能溶解或溶胀涂敷的多糖衍生物。虽然现有的键合型能克服这些弱点，但由于所用的大孔硅胶比表面和孔径的限制致使上载的多糖衍生物不够高，导致手性拆分制备的容量不高，使得获得单一对映体的代价昂贵。

粒径微米级的介孔氧化硅球，具有高的比表面积、规则的孔道结构且孔径分布窄，良好的水热稳定性和机械强度，是理想的高效液相色谱载体材料。因此，把介孔氧化硅球作为手性液相色谱的载体材料，不仅可改善载体的传质效能、利用其高的比表面积提高多糖类衍生物的上载量增加手性拆分容量，同时若把手性选择剂有效的键合到其表面，还可克服流动相的选择性受限的问题，对手性分离科学的发展和应用具有重要的意义。

现有文献有关纤维素键合手性固定相的制备方法的报道，多采用在乙醇、水和三甲基氯硅烷体系中，把带有少量三乙氧基硅丙基的纤维素-三（3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯）通过水解缩聚交联到大孔硅胶上，对缩聚交联后残存的硅羟基同时一锅完成封端。但该方法重复性差，容易出现对残存硅羟基封端不好的现象，致使用此类手性固定相拆分胺类消旋体时出现特异性吸附。因此，应发展对残存硅羟基的有效封端方法，消除此类现象的发生，满足此类手性固定相在基础研究和应用研究等领域中进行手性拆分的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种以介孔二氧化硅球为载体的键合型手性固定相的制备方法，以提高多糖类衍生物的键合量，改善手性固定相的分离能力。

为实现上述的目的，本发明采用的技术方案为：

一种介孔氧化硅基纤维素键合手性固定相的制备方法，对以三嵌段共聚物P123为模板制备的介孔氧化硅球氨丙基化后，把带有少量三乙氧硅丙基残基的纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)通过三乙氧硅丙基残基的水解缩聚进行化学键合，再以六甲基二硅胺烷为原料对残留硅羟基进行有效的封端，得到介孔氧化硅为基体的纤维素键合手性固定相。

前面所述的制备方法，优选的方案在于：具体步骤如下：

1）取适量的纤维素衍生物溶解在四氢呋喃中，加入氨丙基化介孔氧化硅球，旋转蒸发除去四氢呋喃，得氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物；

2）把氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物，在含有少量吡啶的乙醇中加热回流进行水解缩聚，过滤分离、真空干燥后分散到干燥的甲苯中，氮气保护下用六甲基二硅胺烷进行封端，分离所得产物并依次用甲苯、四氢呋喃、丙酮、异丙醇彻底洗涤后，真空干燥，得到以介孔氧化硅球为基体的纤维素键合手性固定相。

所述的制备方法，优选的方案在于：步骤1）所谓的纤维素衍生物是纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯-三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯)，三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯占纤维素中羟基总量的2%~3％，优选2.5%。

所述的制备方法，优选的方案在于：步骤1）所用各物料的质量比例为，纤维素衍生物 : 四氢呋喃 : 氨丙基介孔氧化硅球 = 1 : 40~60 : 1.2~1.3（优选为，纤维素衍生物 : 四氢呋喃 : 氨丙基介孔氧化硅球 = 1 : 45 : 1.25）。

所述的制备方法，优选的方案在于：步骤1）旋转蒸发时的温度控制为30～40℃（优选为35℃）。

所述的制备方法，优选的方案在于：步骤2）所用乙醇的质量浓度是85-95%（优选90%）。

所述的制备方法，优选的方案在于：步骤2）所用各物料的质量比例为，氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物:干燥甲苯:六甲基二硅胺烷＝1:50～80:0.5～1。

所述的制备方法，优选的方案在于：步骤2）用六甲基二硅胺烷进行封端时温度控制为80~90℃（优选为85℃）。

所述的制备方法，优选的方案在于：步骤2）真空干燥时温度控制为50~60℃（优选为55℃），时间是10~15 h（优选为12 h）。

采用匀浆法把制备的键合型手性填料装入不锈钢柱管，装柱后，在手性色谱模式下用流动相洗脱至基线平衡后，进行手性化合物消旋体的拆分。

本发明具有如下优点：

(1) 应用范围广泛。本发明所制备的介孔二氧化硅基纤维素键合型手性固定相的方法，可扩展到淀粉类和壳聚糖类键合手性固定相的制备。另外，由于分子间的缩聚作用将多糖类衍生物固定介孔二氧化硅微球上，可以在常规和非常规的流动相下进行手性拆分。

(2) 手性选择剂的键合量大。介孔二氧化硅具有高的比表面积、大的孔径、规则的孔道结构，可以上载较多的手性选择剂，提高键合量增加手性识别位点。适用于手性化合物的液相色谱半制备。

(3) 制备过程简单、重复性好，有利于手性固定相的商品化。本发明所用的基本原料经济、制备过程温和、所需设备简单，适于大规模生产。制备的键合手性固定相可以避免手性选择剂的流失，与涂敷型相比具有更好的流动相兼容性。

附图说明

图1 是实施例1中所用介孔氧化硅球的电镜照片；

图2 是实施例1中制备纤维素键合手性固定相过程的示意图；

图3 是实施例1中所拆分的消旋体的化学结构图。

具体实施方式

下面通过具体实例和附图，对本发明做进一步说明。实例仅限于说明本发明，而非对本发明的限定。

实施例中所用原料皆可从市场购买，比如P123、TMB、TEOS、微晶纤维素、异氰酸丙基三乙氧基硅烷、3,5-二甲基苯基异氰酸酯、六甲基二硅胺烷、氨丙基三乙氧基硅烷、所用溶剂等分别购自百灵威科技有限公司和阿拉丁试剂有限公司。另外，介孔氧化硅球（参考：Yu Han, Su Seong Lee, Jackie Y. Ying, Spherical Siliceous Mesocellular Foam Particles for High-Speed Size Exclusion Chromatography, Chem. Mater., 2007, 19, 2292-2298；Huihui Wan, Lin Liu, Cunman Li, et al. Facile synthesis of mesoporous SBA-15 silica spheres and its application for high-performance liquid chromatography, J. Colloid Interf. Sci., 2009, 337, 420-426）和纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯-三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯)(参考：T. Ikai, C. Yamamoto, M. Kamigaito, et al, Immobilized-type chiral packing materials for HPLC based on polysaccharide derivatives, J. Chromatogr. B, 2008, 875, 2-11)，采用现有已知方法合成。

实施例1 一种介孔氧化硅基纤维素键合手性固定相的制备方法

把1.5 g的介孔氧化硅球（平均粒径，4.5 μm；比表面积，546 m²/g；孔径，21 nm）进行活化干燥后，放入到干燥的250 mL三口烧瓶中，装上温度计和回流冷凝管，加入80 g的无水甲苯(提前用金属钠干燥)和15 g的氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），氮气保护，电磁搅拌、加热回流10~15 h；反应完成后，进行过滤分离，依次用无水甲苯、丙酮各洗涤三次，晾干；再在50~60℃真空干燥4~6 h，得到干燥的1.9 g氨丙基化介孔氧化硅球。

取1 g纤维素放入到干燥的100 mL三口烧瓶中，放入50~60 g的干燥的吡啶(提前用氢化钙干燥)，装上温度计和回流冷凝管，氮气保护，电磁搅拌下，100~110℃溶胀20~24 h；加入0.15 g异氰酸丙基三乙氧基硅烷，反应15 h后再加入3,5-二甲基苯基异氰酸酯6~8 g的3,5-二甲基苯基异氰酸酯，继续反应24 h。把反应体系冷却至室温后，将反应物倒入盛有大量甲醇的烧杯中，过滤、甲醇洗涤、真空干燥，即得到含有三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯的纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)。取上述产物1.5 g溶解在60 g THF中，加入1.9 g的氨丙基化的介孔氧化硅球，在30～40℃，采用旋转蒸发法将将溶剂溶剂旋干，得到氨丙基介孔氧化硅球纤维素衍生物的复合物；

取2 g的氨丙基介孔氧化硅球纤维素衍生物的复合物，放入到100 mL的烧瓶中，加入18 g乙醇、2 g水和0.5 g的吡啶，电磁搅拌、加热回流2~3 h进行水解缩聚交联，分离后，在50~60℃真空干燥10~15 h；干燥完毕后，将其转移到干燥的250 mL三口烧瓶中，加入100 g无水甲苯和1.5 g六甲基二硅胺烷，氮气保护、电磁搅拌，在80~90℃进行封端，所得产品分别用甲苯、四氢呋喃、丙酮和异丙醇进行彻底洗涤，在50℃真空干燥备用。

把所制备的介孔二氧化硅基键合型手性分离材料，采用匀浆法装入250 mm×4.6 mm i.d.的不锈钢柱管中，在手性色谱模式下以在不同的流动相下对多种不同的手性化合物（见图1）进行拆分，拆分结果见表1，表1 是十种消旋体在手性固定相上用三种流动相进行对映体分离的色谱拆分结果。

表1 采用制备的手性固定相对手性消旋体的拆分结果*

* H，正己烷；I，异丙醇；C，三氯甲烷；T，四氢呋喃；k ₁，先洗脱对映体的保留因子；a，对映异构体的分离因子；R _s，对映异构体的分离度。色谱条件：流速，1mL min^-1；检测波长，254 nm；定量管，20μL；分离温度，室温；死时间：用均三叔丁基苯测定；流动相，分别为正己烷:异丙醇（V:V，90:10），正己烷:三氯甲烷:异丙醇（V:V:V，90:9:1），正己烷:四氢呋喃:异丙醇（V:V:V，90:9:1）。

实施例2 一种介孔氧化硅基纤维素键合手性固定相的制备方法，具体步骤如下：

1）取适量的介孔氧化硅球进行活化、干燥后，用氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）进行氨丙基化，分离后用无水甲苯、丙酮洗涤三次、在50℃真空干燥4 h得到氨丙基化的介孔氧化硅球；

所用各物料的质量比例为，介孔氧化硅球: KH-550 : 无水甲苯= 1.0 : 10 : 50。

2）取适量的纤维素衍生物 [纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯-三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯)，三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯占纤维素中羟基总量的2%] 溶解在四氢呋喃中，加入氨丙基化介孔氧化硅球，在30℃旋转蒸发除去四氢呋喃，得到氨丙基介孔氧化硅球纤维素衍生物的复合物;

所用各物料的质量比例为，纤维素衍生物 : 四氢呋喃 : 氨丙基介孔氧化硅球 = 1 : 40 : 1.2。

3）把氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物，在90％的乙醇中（含少量吡啶）加热回流进行水解缩聚，过滤分离、真空干燥后分散到干燥的甲苯中，氮气保护下在80℃用六甲基二硅胺烷进行封端，分离所得产物并依次用甲苯、四氢呋喃、丙酮、异丙醇彻底洗涤后，在50℃真空干燥10h，得到以介孔氧化硅球为基体的纤维素键合型手性填料;

所用物料的质量比例为，氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物 : 干燥甲苯 : 六甲基二硅胺烷＝ 1 : 50 : 0.5。

实施例3 一种介孔氧化硅基纤维素键合手性固定相的制备方法，具体步骤如下：

1）取适量的介孔氧化硅球进行活化、干燥后，用氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）进行氨丙基化，分离后用无水甲苯、丙酮洗涤三次、在60℃真空干燥6 h得到氨丙基化的介孔氧化硅球；所用各物料的质量比例为，介孔氧化硅球: KH-550 : 无水甲苯= 1.0 : 15 : 60。

2）取适量的纤维素衍生物 [纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯-三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯)，三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯占纤维素中羟基总量的3％] 溶解在四氢呋喃中，加入氨丙基化介孔氧化硅球，在40℃旋转蒸发除去四氢呋喃，得到氨丙基介孔氧化硅球纤维素衍生物的复合物;所用各物料的质量比例为，纤维素衍生物 : 四氢呋喃 : 氨丙基介孔氧化硅球 = 1 : 60 : 1.3。

3）把氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物，在90％的乙醇中（含少量吡啶）加热回流进行水解缩聚，过滤分离、真空干燥后分散到干燥的甲苯中，氮气保护下在90℃用六甲基二硅胺烷进行封端，分离所得产物并依次用甲苯、四氢呋喃、丙酮、异丙醇彻底洗涤后，在60℃真空干燥15 h，得到以介孔氧化硅球为基体的纤维素键合型手性填料;所用物料的质量比例为，氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物 : 干燥甲苯 : 六甲基二硅胺烷＝ 1 : 80 : 1。

Claims

1.一种介孔二氧化硅基纤维素键合手性固定相的制备方法，其特征在于：对以三嵌段共聚物P123为模板制备的介孔氧化硅球氨丙基化后，把氨丙基化的介孔氧化硅球与带有少量三乙氧硅丙基残基的纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)进行复合，通过三乙氧硅丙基残基的水解缩聚进行化学键合，再以六甲基二硅胺烷为原料对残留硅羟基进行有效的封端，得到介孔氧化硅为基体的纤维素键合手性固定相，具体步骤如下：

1）取适量的纤维素衍生物溶解在四氢呋喃中，加入氨丙基化介孔氧化硅球，旋转蒸发除去四氢呋喃，得氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物，所用各物料的质量比例为，纤维素衍生物:四氢呋喃:氨丙基介孔氧化硅球=1:40～60:1.2～1.3，所述纤维素衍生物是纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯-三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯)，三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯占纤维素中羟基总量的2%～3％，旋转蒸发时的温度控制为30～40℃；

2）把氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物，在含有少量吡啶的乙醇中加热回流进行水解缩聚，过滤分离、真空干燥后分散到干燥的甲苯中，氮气保护下用六甲基二硅胺烷进行封端，封端时温度控制为80～90℃，分离所得产物并依次用甲苯、四氢呋喃、丙酮、异丙醇彻底洗涤后，真空干燥，得到以介孔氧化硅球为基体的纤维素键合手性固定相，所用各物料的质量比例为，氨丙基介孔氧化硅球纤维素复合物:干燥甲苯:六甲基二硅胺烷＝1:50～80:0.5～1，真空干燥时温度控制为50～60℃，时间是10～15h。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）三乙氧基硅丙基氨基甲酸酯占纤维素中羟基总量的2.5%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）所用各物料的质量比例为，纤维素衍生物:四氢呋喃:氨丙基介孔氧化硅球=1:45:1.25。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）旋转蒸发时的温度控制为35℃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所用乙醇的质量浓度是85-95%。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：乙醇的质量浓度是90%。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）用六甲基二硅胺烷进行封端时温度控制为85℃。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤2）真空干燥时温度控制为55℃，时间是12h。