CN106823465A - 巯基苯并咪唑磺酸型有机‑无机杂化整体柱及制备和应用 - Google Patents

巯基苯并咪唑磺酸型有机‑无机杂化整体柱及制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种巯基苯并咪唑磺酸型有机‑无机杂化整体柱及其制备方法和应用，以2‑巯基苯并咪唑‑5‑磺酸钠为功能单体，与无机单体和杂化单体、引发剂和致孔剂于冰浴下超声混合均匀，注入经乙烯基改性的石英毛细管中，通过“巯‑烯”点击和“一锅”反应，热引发聚合，经清洗、干燥得到巯基苯并咪唑磺酸型有机‑无机杂化整体柱。本发明利用“巯‑烯”点击化学反应将巯基苯并咪唑磺酸型化合物键合到硅胶骨架中，所制得巯基苯并咪唑磺酸型有机‑无机杂化整体柱骨架具有很好的通透性、多孔性以及化学和机械稳定性，可以实现对有机小分子、核苷、生物碱、麻醉剂或蛋白质等生物分子的分离。

Description

巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱及制备和应用
技术领域
本发明属于毛细管整体柱的制备领域，具体涉及一种巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱及其制备方法和应用。
背景技术
有机-无机杂化整体柱是在无机硅胶基质整体柱基础上发展起来的，通过在硅烷化试剂上键合上有机功能单体，制备具有所需分离效果的整体柱。相比于有机聚合物整体柱和无机硅胶整体柱，有机-无机杂化整体柱具有良好的机械稳定性、宽的pH耐受范围、高渗透性及高柱效等优点，因此也被应用于色谱分离、固定相微萃取及样品富集中。
“一锅”法是将有机功能单体直接加入到硅烷化试剂水解后的反应混合液中，并添加适量的引发剂等，在合适的温度下，硅烷化试剂在溶胶-凝胶过程中发生共缩聚反应，同时其特定功能团与有机功能单体的活性基团发生自由基聚合反应，从而一步制备各种功能化的有机-无机杂化整体柱，免去了繁琐的柱后修饰。
“巯-烯”点击化学反应因其在温和的反应条件下具有简易性、高效性、高选择性及高转换率而备受关注。“巯-烯”点击形成稳定的共价键能够承受高压条件下的冲击已被广泛应用于有机-无机杂化整柱固定相制备中。Yao课题组（Yang H, Chen Y, Liu Y, et al.One-pot synthesis of (3-sulfopropyl methacrylate potassium)-silica hybridmonolith via thiol-ene click chemistry for CEC. Electrophoresis, 2013, 34,510–517.）和Feng课题组（Chen M L, Zhang J, Zhang Z, et al. Facile preparationof organic-silica hybrid monolith for capillary hydrophilic liquidchromatography based on " thiol-ene" click chemistry. Journal ofChromatography A, 2013, 1284, 118–125.）以（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷（MPTMS）和四甲氧基硅烷（TMOS）为前驱体，以含有乙烯基的有机化合物为有机单体，成功的利用“巯-烯”点击化学结合“一锅”法制备有机-无机杂化整体柱。然而，这种方法仍然会发生有机单体的自聚而影响整体柱的渗透率及柱效(Lin Z, Tan X, Yu R, et al. One-pot preparationof glutathione-silica hybrid monolith for mixed-mode capillary liquidchromatography based on "thiol-ene" click chemistry. Journal ofChromatography A, 2014, 1355, 228–237.)
2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠是带有巯基的有机功能单体，能够与硅烷化试剂的双键发生“巯-烯”点击化学反应，而且自身不会发生自聚，制备得到的杂化整体柱骨架孔径分布均匀，渗透性良好。此外该有机单体带有磺酸根既具备亲水性又能够提供离子交换位点，对有机小分子和复杂的生物分子都具有良好的分离能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱及其制备方法和应用。利用“巯-烯”点击反应将2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠共价键合到硅胶骨架中，所制得的有机-无机杂化整体柱具有良好的通透性、多孔性以及化学和机械稳定性，可以实现对有机小分子以及复杂生物分子的分离。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种有机-无机杂化整体柱的制备方法：以2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠为有机功能单体，结合“巯-烯”点击反应和“一锅”法制成杂化整体柱。
所述巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，包括以下步骤：
1）将聚乙二醇和尿素混合后溶解于醋酸溶液中，置于0℃下搅拌，同时向醋酸溶液中逐滴滴加由无机单体和杂化单体组成的预聚混合液，冰浴下搅拌反应1 h，形成均匀的粘稠液；然后将2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠有机功能单体、引发剂、致孔剂加入到粘稠液中，冰浴超声溶解脱气，制得混合溶液；
2）将步骤1）制得的混合溶液注入经预处理的毛细管内，密封后置于水浴锅内反应，最后将毛细管取出，用甲醇或乙腈冲洗后制得有机-无机杂化整体柱。
步骤1）所述的无机单体为甲基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷中的一种；所述的杂化单体为3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种；无机单体和杂化单体的体积比为2:1～6:1。
步骤1）中聚乙二醇和尿素的质量比为0.8:1～2:1。
步骤1）中预聚混合液与2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠有机功能单体的质量比为77:1～153:1。
步骤1）中所述的致孔剂为乙二醇、二甘醇、聚乙二醇或1,4-丁二醇；所述的引发剂为偶氮二异丁腈；致孔剂与2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠的质量比为2.6:1～5.3:1；引发剂的用量占2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠有机功能单体重量的2%～5%。
步骤2）中，水浴锅内反应温度为40~75℃，反应时间为12~24 h。
一种如上所述的制备方法制得的有机-无机杂化整体柱，可用于有机小分子、核苷、生物碱、麻醉剂或蛋白质生物分子的分离。
本发明的显著优点在于：
本发明利用“巯-烯”点击化学将2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠键合到硅胶骨架中，所制得的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱具有良好的通透性、多孔性以及化学和机械稳定性，可以实现对有机小分子、核苷、生物碱、麻醉剂或蛋白质等复杂生物分子的分离。
附图说明
图1为实施例1所制得的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱截面扫描电镜图；
图2为实施例1所制得的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱柱体与管内壁连接处的扫描电镜图；
图3为实施例2中甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、硫脲4种混合样的分离色谱图；
图4为实施例3中不同pH条件下苯胺类的分离色谱图；
图5为实施例4中4种核苷碱基混合样的分离色谱图；
图6为实施例5中6种生物碱的分离色谱图；
图7为实施例6中6种麻醉剂的分离色谱图；
图8为实施例7中5种蛋白质的分离色谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。但本发明并不限于以下实施例。
本发明提供的制备整体柱的方法，所用的聚合物分离介质是2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠，该聚合体系还包括四甲氧基硅烷和3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷两种硅烷化试剂、致孔剂乙二醇和引发剂偶氮二异丁腈。
实施例1
一种有机-无机杂化整体柱的制备方法，具体步骤为：
1.柱子预处理
将毛细管内壁依次用丙酮冲洗1 h，清水冲洗1 h，氢氧化钠冲洗12 h，清水冲洗2 h，盐酸冲洗3 h，清水冲洗2 h，甲醇冲洗30 min，最后通氮气吹干；
2.硅烷化
在预处理过的毛细管内注入无水甲醇和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（γ-MAPS）体积比为1:1的混合液，在45℃下反应12 h，然后用甲醇冲洗30 min，在60℃下氮气吹干；
3.柱内合成
称取540 mg PEG10000于25 mL的血清瓶中，超声溶解于5 mL，0.01 mol/L的醋酸溶液中。将该混合液置于0℃的冰浴锅中并在磁力搅拌器上匀速搅拌，在搅拌的同时匀速逐滴滴加四甲氧基硅烷（TMOS）（1800 μL）和3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（γ-MAPS）（400μL）的混合液直到滴加完毕，后继续在磁力搅拌器上搅拌一个小时；
准确称取2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠 25 mg、尿素 300 mg、乙二醇 80 μL及偶氮二异丁腈（AIBN） 1mg于500μL上述搅拌混合溶液中，涡旋振荡混合均匀后，超声20 min使其形成均一透明的混合液。将得到的预聚混合液用注射器缓慢注入50 cm长的经过预处理的毛细管中，注入至长度约为25 cm处，毛细管两端用橡胶垫片密封后，放入40℃水浴锅中反应12h，继续在75℃条件下反应12 h。反应结束后，用甲醇为流动相在高压恒流泵的作用下将致孔剂以及未反应的物质冲洗干净，制得2-巯基苯并咪唑-5-磺酸型有机-无机杂化整体柱；
用扫描电子显微镜观察上述制备得到的整体柱的柱体微观形貌，可以得知材料具有均匀多孔和连续的三维骨架，如图1所示；
用扫描电子显微镜观察上述制备得到的整体柱的柱体微观形貌，可以得知整体柱基质和石英毛细管内壁键合完好，能耐受20兆帕的泵压，具有较好的机械稳定性，如图2所示。
应用实施例1
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水溶液为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B；色谱条件：100%B；泵流速为0.03 mL/min；检测波长为214 nm；甲苯、硫脲、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺（各0.1 mg/mL）的混合液在上述实施例1中制得的2-巯基苯并咪唑-5-磺酸型有机-无机杂化整体柱上实现高效选择性的分离，其色谱分离图如图3所示，色谱图中的峰依次为1：甲苯，2：N，N-二甲基甲酰胺，3：硫脲，4：二甲亚砜。
应用实施例2
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈磷酸盐缓冲液（150 mM，pH=3、4、7）为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B；色谱条件：90% B；泵流速为0.03 mL/min；检测波长为214 nm；苯胺、邻苯二胺、邻硝基苯胺、二苯胺（各0.1 mg/mL）的混合液在上述实施例1中制得的2-巯基苯并咪唑-5-磺酸型有机-无机杂化整体柱上实现高效选择性的分离，其色谱分离图如图4所示，色谱图中的峰依次为1：苯胺，2：邻苯二胺，3：邻硝基苯胺，4：二苯胺。
应用实施例3
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈磷酸盐缓冲液（150 mM，pH=7）为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B；色谱条件：85% B；泵流速为0.03 mL/min；检测波长为214 nm；胸腺嘧啶、巯嘌呤、2-脱氧腺苷、腺嘌呤（各0.1 mg/mL）的混合液在上述实施例1中制得的2-巯基苯并咪唑-5-磺酸型有机-无机杂化整体柱上实现高效选择性的分离，其色谱分离图如图5所示，色谱图中的峰依次为1：2-脱氧腺苷，2：腺嘌呤，3：巯嘌呤，4：胸腺嘧啶。
应用实施例4
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈磷酸盐缓冲液（150 mM，pH=7）为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B；色谱条件：90% B；泵流速为0.03 mL/min；检测波长为214 nm；青藤碱、阿托品、盐酸小襞碱、秋水仙碱、胡椒碱、可可碱（各0.1 mg/mL）的混合液在上述实施例1中制得的2-巯基苯并咪唑-5-磺酸型有机-无机杂化整体柱上实现高效选择性的分离，其色谱分离图如图6所示，色谱图中的峰依次为1：青藤碱，2：阿托品，3 ：盐酸小襞碱， 4：秋水仙碱，5：胡椒碱，6：可可碱。
应用实施例5
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈磷酸盐缓冲液（150 mM，pH=7）为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B；色谱条件：90%B；泵流速为0.03 mL/min；检测波长为214 nm；盐酸罂粟碱、三唑仑、匹莫林、磷酸可待因、吗啡和盐酸美沙酮（各0.1 mg/mL）的混合液在上述实施例1中制得的2-巯基苯并咪唑-5-磺酸型有机-无机杂化整体柱上实现高效选择性的分离，其色谱分离图如图7所示，色谱图中的峰依次为1：盐酸罂粟碱，2：三唑仑，3：匹莫林，4：磷酸可待因，5：吗啡，6：盐酸美沙酮。
应用实施例6
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B；色谱条件：梯度：0～60 min ，20%～50%B；泵流速为0.05 mL/min；检测波长为214 nm；核糖核酸酶A、细胞色素C、辣根过氧化物酶、血红蛋白、转铁蛋白（各0.1 mg/mL）的混合液在上述实施例1中制得的2-巯基苯并咪唑-5-磺酸型有机-无机杂化整体柱上实现高效选择性的分离，其色谱分离图如图8所示，色谱图中的峰依次为1：核糖核酸酶A，2：辣根过氧化物酶，3：细胞色素C，4：血红蛋白，5：转铁蛋白。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：以2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠为有机功能单体，结合“巯-烯”点击反应和“一锅”法制成巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱。
2.根据权利要求1所述巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将聚乙二醇和尿素混合后溶解于醋酸溶液中，置于0℃下搅拌，同时向醋酸溶液中逐滴滴加由无机单体和杂化单体组成的预聚混合液，冰浴下搅拌反应1 h，形成均匀的粘稠液；然后将2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠有机功能单体、引发剂、致孔剂加入到粘稠液中，冰浴超声溶解脱气，制得混合溶液；
2）将步骤1）制得的混合溶液注入经预处理的毛细管内，密封后置于水浴锅内反应，最后将毛细管取出，用甲醇或乙腈冲洗后制得巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱。
3.根据权利要求2所述的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：步骤1）所述的无机单体为甲基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷或四乙氧基硅烷中的一种；所述的杂化单体为3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的一种；无机单体和杂化单体的体积比为2:1～6:1。
4.根据权利要求2所述的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：步骤1）中聚乙二醇和尿素的质量比为0.8:1～2:1。
5.根据权利要求2所述的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：步骤1）中预聚混合液与2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠有机功能单体的质量比为77:1～153:1。
6.根据权利要求2所述的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述的致孔剂为乙二醇、二甘醇、聚乙二醇或1,4-丁二醇；所述的引发剂为偶氮二异丁腈；致孔剂与2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠的质量比为2.6:1～5.3:1；引发剂的用量占2-巯基苯并咪唑-5-磺酸钠有机功能单体重量的2%～5%。
7.根据权利要求2所述的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：步骤2）中水浴锅内反应温度为40~75℃，反应时间为12~24 h。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱。
9.一种如权利要求8所述的巯基苯并咪唑磺酸型有机-无机杂化整体柱的应用，其特征在于：用于有机小分子、核苷、生物碱、麻醉剂或蛋白质生物分子的分离。
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