CN103551134A

CN103551134A - 一种聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法

Info

Publication number: CN103551134A
Application number: CN201310574037.0A
Authority: CN
Inventors: 冯钰锜; 张铮
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Wuhan University WHU
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: CN103551134B

Abstract

本发明提供一种聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法。本发明以氨基硅胶上氨基为“锚”，将叠氮化的叠氮端基链转移剂接枝到硅胶表面；与此同时利用乙烯基单体上的乙烯基与叠氮端基链转移剂之间发生的可逆加成断裂链转移反应，这样就一步将聚合物键合到硅胶表面。本发明步骤简单、制备周期短，制备的固定相接枝密度高、普适性强、适用范围广，有助于开发更多带有不同功能基团的聚合物接枝硅胶固定相。

Description

一种聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法。

背景技术

近年来，聚合物接枝硅胶被广泛用于高效液相色谱固定相中，并且取得了良好的分离效果。然而，由于孔结构不均一以及较高的传质阻力，聚合物接枝硅胶基质固定相相比于传统硅胶基质色谱固定相柱效较低。孔结构不均一往往是聚合反应的不可控性导致的。可控自由基引发聚合的出现为这个问题提供了解决方案。

原子转移自由基聚合法（ATRP）、可逆加成断裂链转移法(RAFT)、氮氧自由基调介聚合法（AMRP）、开环聚合法（ROP）等可控自由基引发聚合法为制备结构均一的聚合物提供了丰富的合成策略。在众多可控自由基引发聚合方法中，ATRP法被广泛用于色谱固定相的制备中。然而传统的ATRP法难免会需要金属催化剂，导致环境污染；ATRP反应对环境中的水和氧气比较敏感，这使得工业化应用困难。

近年来，RAFT法为聚合物接枝材料的合成提供了一种更可取的合成策略。相较于ATRP法，适用于RAFT法的单体更多，聚合条件相对温和，同时还是一种很好的对聚合物末端官能化的方法。尽管如此，RAFT法用于硅胶的功能化通常需要繁琐的步骤，这样导致了生产成本的提高。高效偶联方法，如Click反应，使得聚合物分子能够简单高效的键合到硅胶上。RAFT与Click结合的策略为聚合物接枝硅胶的简单制备提供了新的思路。

聚合物接枝材料主要有两种制备方法：“由表面接枝（grafting from）”和“接枝到（grafting to）”法。在“接枝到”法中，通常是直接将制备好的聚合物键合到色谱基质表面。然而由于聚合物分子空间位阻的存在，造成这种方法所制聚合物接枝密度较低。在“由表面接枝”法中，通常先将链转移剂或引发剂键合到色谱固定相基质表面，然后在固定相表面完成聚合反应过程。这种制备方法所得聚合物接枝密度较高，但是反应过程难以控制，可能会造成孔道堵塞，而且通常需要两步以上的反应，步骤繁琐，反应周期较长。

发明内容

本发明的目的在于克服“由表面接枝”法存在的缺点与不足，提供一种步骤简单、制备周期短的聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法，包括以下步骤：将氨基硅胶分散于有机溶剂中，加入反应量的叠氮端基链转移剂、引发剂以及乙烯基单体超声混合均匀后，在惰性气体保护和机械搅拌条件下进行加热回流反应，反应完成后对产物冷却、抽滤、洗涤，真空干燥即成。

所述的叠氮端基链转移剂为S-十二烷基-S'-(α,α'-二甲基-α″-乙酰基叠氮)-三硫代碳酸酯(DIAzTC)，其分子式为：

所述的引发剂为偶氮二异丁腈或DI偶Az氮T二C异丁眯盐酸盐。

所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲亚砜。

所述的加热回流反应的时间为12～20h。

本发明的反应原理如图1所示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）本发明步骤简单、制备周期短，利用乙烯基单体上的乙烯基与链转移剂之间的RAFT反应，一步就可将聚合物键合到硅胶表面。

（2）本发明制备的固定相接枝密度高、普适性强、适用范围广，有助于开发更多带有不同功能基团的聚合物接枝硅胶色谱固定相。

附图说明

图1为本发明的反应原理图。

图2聚苯乙烯接枝硅胶柱的理论塔板高度相对流速的曲线图。

图3为奎宁与喜树碱在聚苯乙烯接枝硅胶柱和十八烷基键合硅胶柱上的色谱图。（A）为奎宁在聚苯乙烯接枝硅胶柱上的色谱图；（B）为奎宁在十八烷基键合硅胶柱上的色谱图；（C）为喜树碱在聚苯乙烯接枝硅胶柱上的分离图；（D）为喜树碱为在十八烷基键合硅胶柱上的分离图。

图4为聚苯乙烯接枝硅胶柱的疏水作用色谱评价图。（A）为多环芳烃类物质的分离图；（B）为苯胺类物质的分离图；（C）为酚类物质的分离图；（D）为烷基苯类物质的分离图。（1）萘；（2）芴；（3）荧蒽；（4）乙酰苯胺；（5）邻硝基苯胺；（6）1-萘胺；（7）对苯二酚；（8）邻硝基苯酚；（9）对氯苯酚；（10）乙苯；（11）苯乙烯。

图5为聚苯乙烯接枝硅胶柱的离子交换作用色谱评价图。

图6为聚苯乙烯接枝硅胶柱在纯水下稳定性的考察图。（A）为纯水条件下的柱压变化图；（B）为纯水条件下三种苯同系物的保留因子变化图；（C）为纯水条件下三种苯同系物的理论塔板高度变化图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

除非另有说明，本发明中所采用的试剂均为分析纯试剂。

实施例1

将2g氨基硅胶分散在10mL无水甲苯中，加入1g链转移剂DIAzTC、20mg引发剂偶氮二异丁腈以及4g单体苯乙烯，混合均匀后超声5min，N₂保护和机械搅拌条件下加热回流反应20h，反应完成后，对产物冷却、抽滤，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤，真空干燥即成。

实施例2

将2g氨基硅胶分散于10mL无水甲苯中，加入1g链转移剂DIAzTC、20mg引发剂偶氮二异丁腈以及4g单体甲基丙烯酸，混合均匀后超声5min，N₂保护和机械搅拌条件下加热回流反应20h，反应完成后，对产物冷却、抽滤，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤，真空干燥即成。

实施例3

将2g氨基硅胶分散于10mL无水甲苯中，加入1g链转移剂DIAzTC、20mg引发剂偶氮二异丁腈以及2g单体苯乙烯，混合均匀后超声5min，N₂保护和机械搅拌条件下加热回流反应20h，反应完成后，对产物冷却、抽滤，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤，真空干燥即成。

实施例4

将2g氨基硅胶分散于10mL无水甲苯中，加入1g链转移剂DIAzTC、20mg引发剂偶氮二异丁腈以及1g单体苯乙烯，混合均匀后超声5min，N₂保护和机械搅拌条件下加热回流反应20h，反应完成后，对产物冷却、抽滤，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤，真空干燥即成。

实施例5

将2g氨基硅胶分散于10mL无水甲苯中，加入1g链转移剂DIAzTC、20mg引发剂偶氮二异丁眯盐酸盐以及4g单体苯乙烯，混合均匀后超声5min，N₂保护和机械搅拌条件下加热回流反应20h，反应完成后，对产物冷却、抽滤，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤，真空干燥即成。

实施例6

将2g氨基硅胶分散于10mL二甲基甲酰胺中，加入1g链转移剂DIAzTC、20mg引发剂偶氮二异丁腈以及4g单体苯乙烯，混合均匀后超声5min，N₂保护和机械搅拌条件下加热回流反应20h，反应完成后，对产物冷却、抽滤，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤，真空干燥即成。

实施例7

实施例8

将2g氨基硅胶分散于10mL二甲基甲酰胺中，加入1g链转移剂DIAzTC、20mg引发剂偶氮二异丁腈以及4g单体苯乙烯，混合均匀后超声5min，N₂保护和机械搅拌条件下加热回流反应16h，反应完成后，对产物冷却、抽滤，依次用甲苯、甲醇和丙酮洗涤，真空干燥即成。

实施例9

上述实施例中的用于溶解氨基硅胶的甲苯或二甲基甲酰胺可由甲醇、乙醇或二甲亚砜替代，不影响结果。

性能测试

下面对实施例1所制备的聚合物接枝硅胶色谱固定相进行性能测试，通过下述试验对本发明做进一步的介绍。

1.匀浆法将实施例1所制备的聚合物接枝硅胶色谱固定相(粒径为5μm)填充入不锈钢柱（15cm×4.6mm i.d.），制备得到聚苯乙烯接枝硅胶柱。

2.以上述聚苯乙烯接枝硅胶柱为色谱柱，考察不同流速下，乙酰苯、甲苯和萘三种分析物在聚苯乙烯接枝硅胶固定相上的理论塔板高度。流动相是体积比为50/50的乙腈/水，紫外检测波长为254nm。聚苯乙烯接枝硅胶固定相的理论塔板高度相对流速度的曲线图如图2所示，对乙酰苯、甲苯和萘三种分析物的最低理论塔板高度分别为13.2、13.1和12.2μm，换算成理论塔板数即为75800、76300和82000N/m。

3.以上述聚苯乙烯接枝硅胶柱和十八烷基键合硅胶柱为色谱柱，考察相同色谱条件下，两种色谱柱对碱性药物分子奎宁和喜树碱的保留效果。流动相为乙腈/甲酸铵水溶液（20mM,pH7）（50/50,v/v），流速为1mL/min，紫外检测波长为254nm。如图3所示，两种碱性药物分子在聚苯乙烯接枝硅胶柱上的拖尾因子要小于十八烷基键合硅胶柱。

4.疏水作用色谱评价

以上述聚苯乙烯接枝硅胶柱为色谱柱，考察不同比例有机相下，多环芳烃类、苯胺类、酚类以及烷基苯类物质在聚苯乙烯接枝硅胶柱上的保留效果。A为多环芳烃类物质的分离图，流动相是一定体积比的乙腈/水溶液（v/v分别为50/50,45/55,40/60）；B为苯胺类物质的分离图，流动相是一定体积比的乙腈/20mM甲酸铵水溶液（v/v分别为50/50,40/60,30/70）；C为酚类物质的分离图，流动相是一定体积比的乙腈/甲酸铵水溶液（20mM,pH7）（v/v分别为50/50,40/60,30/70）；D为烷基苯类物质的分离图，流动相是一定体积比的乙腈/水溶液（v/v分别为50/50,40/60,30/70）。流速为1mL/min，紫外检测波长为254nm。如图4所示，随着乙腈比例的提高，几种物质的保留都变弱。

5.离子交换色谱评价

以上述聚苯乙烯接枝硅胶柱为色谱柱，考察不同甲酸铵浓度下，邻氯苯甲酸、苯甲酸和水杨酸三种有机酸在聚苯乙烯接枝硅胶柱上的保留效果。流动相为乙腈/甲酸铵水溶液（甲酸铵浓度分别为10、20、30、40mM）（50/50,v/v），流速为1mL/min，紫外检测波长为254nm。如图5所示，随甲酸铵浓度的增加，三种有机酸的保留逐渐减弱。

6.纯水下稳定性考察

以上述聚苯乙烯接枝硅胶柱为分离柱，以苯、甲苯和乙苯为探针，考察经过200～1000mL纯水冲洗后，苯、甲苯和乙苯在聚苯乙烯接枝硅胶柱的保留时间、柱压以及柱效的稳定性。流动相是体积比为50/50的乙腈/水，流速为1mL/min，紫外检测波长为254nm，将苯、甲苯和乙苯的混合溶液重复进样3次。如图6所示，经过1L三次水冲洗后，聚苯乙烯接枝硅胶柱的柱压以及对三种苯同系物的保留时间和柱效都比较稳定，因此该聚苯乙烯接枝硅胶柱在纯水下稳定性良好。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于所述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims

1.一种聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法，其特征在于：将氨基硅胶分散于有机溶剂中，加入反应量的叠氮端基链转移剂、引发剂以及乙烯基单体超声混合均匀后，在惰性气体保护和机械搅拌条件下进行加热回流反应，反应完成后，对产物冷却、抽滤、洗涤，真空干燥即成。

2.根据权利要求1所述的叠氮端基链转移剂为S-十二烷基-S'-(α,α'-二甲基-α″-乙酰基叠氮)-三硫代碳酸酯(DIAzTC)，其分子式为：

。

3.根据权利要求1所述的聚合D物IA接zT枝C硅胶色谱固定相的制备方法，其特征在于：所述的引发剂为偶氮二异丁腈或偶氮二异丁眯盐酸盐。

4.根据权利要求1所述的聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为甲醇、乙醇、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲亚砜。

5.根据权利要求1所述的聚合物接枝硅胶色谱固定相的制备方法，其特征在于：所述的加热回流反应的时间为12～20h。