CN109092275A - 一种新型亲水烷基键合硅胶填料的制备方法 - Google Patents

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韩海峰
范大双
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Abstract

本发明公开了一种新型亲水烷基键合硅胶填料的制备方法，使用烷基氯硅烷为硅胶引入键合烷基，再将多甲基环多硅氧烷固载于硅胶上，最后用常规小分子封尾剂掩蔽残余硅羟基制得亲水烷基键合硅胶填料；由本发明制得的色谱填料，制备工艺为一锅多步反应，避免了多次过滤干燥，减小了溶剂用量；填料中含有丰富的硅醚键，可确保该填料在水中也可被充分浸润，更适于多肽和蛋白等大分子的分离。

Description

一种新型亲水烷基键合硅胶填料的制备方法
技术领域
本发明属于液相色谱填料制备领域，具体涉及一种无需极性基团的亲水烷基键合硅胶填料的制备方法。
背景技术
烷基键合硅胶由于其优良的化学惰性和稳定性，且便捷成熟的制备工艺，而广泛应用于反相色谱填料中。对于非极性亲脂性的分析物，常规烷基键合硅胶表现性能优异；当分析物为强极性，甚至亲水时，此类填料的保留能力无法满足现有需求。在实际操作中，往往通过降低流动相中有机相比例，来提高此类填料的保留能力，即使如此，该类填料无法在纯水环境中进行分离分析工作，因为它们无法被水浸润，因此，开发一种亲水烷基色谱填料成为本领域继续攻克的技术难题。
目前，本领域技术人员已开发出两类改进版的烷基键合硅胶填料：极性嵌入型烷基键合硅胶和极性封尾烷基键合硅胶，此两类硅胶填料已实现商品化，两类填料具有以下共同点：1）反相特征减弱；2）对极性分析物表现出异于常规烷基键合硅胶填料的选择性；3）适用于高水含量的流动相，甚至100%水相，不会发生 “去浸润”现象；4）对残余硅醇基的屏蔽作用，对于易离解分析物，尤其是碱性的分析物，此类填料可以得到超出常规烷基键合固定相的分离结果。但此类填料存在的不足之处在于：繁琐的衍生制备过程以及大量的有机溶剂消耗。因此，开发一种无需极性基团的亲水烷基键合硅胶填料亦是本领域继续攻克的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无需极性基团的亲水烷基键合硅胶填料的制备方法，使用烷基氯硅烷为硅胶引入键合烷基，再将多甲基环多硅氧烷固载于硅胶上，最后用常规小分子封尾剂掩蔽残余硅羟基，具体包括以下步骤：
A．烷基二甲基氯硅烷与硅胶的共价键合
在惰性气氛中，将活化硅胶与催化剂加入芳香烃溶液中，搅拌均匀后共沸6 h后除去水分；将烷基二甲基氯硅烷溶解于甲苯中，并在0.5~2 h内滴加至上述制得的混合溶液中，滴完升温至回流温度并保持24~48h；
B．多甲基环多硅氧烷与硅胶的共价键合
将多甲基环多硅氧烷加入步骤A制得的反应液中，回流反应24~48h；
C．封尾剂掩蔽硅羟基
将封尾剂溶解于苯溶液中，滴入步骤B制得的反应液，滴加时间为2 ~3h，滴完后回流反应12~36 h，过滤除去溶剂，填料依次用苯、乙醇、甲醇和丙酮洗涤，干燥，得到亲水烷基键合硅胶填料。
优选地，步骤A中，催化剂与烷基二甲基氯硅烷的摩尔比为1:1~3:1。
优选地，步骤A中，芳香烃为甲苯、二甲苯、乙苯或苯。
优选地，步骤A中，催化剂为吡啶、4-二甲基氨基吡啶、三乙胺、N,N-二异丙基乙胺或咪唑。
优选地，步骤A中，烷基二甲基氯硅烷中的烷基为C1~C32的饱和烷基。
优选地，所述步骤B中的多甲基环多硅氧烷为六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷或十二甲基环六硅氧烷。
优选地，步骤B中，多甲基环多硅氧烷与烷基二甲基氯硅烷的摩尔比为1:1~3:1。
优选地，步骤C中，封尾剂与烷基二甲基氯硅烷的摩尔比为1:1~2:1。
优选地，步骤C中，封尾剂为三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷、三甲基碘硅烷、三甲基硅咪唑、三甲基硅基二甲胺、N,O-双三甲硅基三氟乙酰胺、六甲基二硅氮烷。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明所采用工艺为一锅多步反应，避免了多次过滤干燥，减小了溶剂用量；
2、本发明通过调节催化剂与烷基二甲基氯硅烷的比例、多甲基环多硅氧烷的用量，从而实现对亲水烷基键合硅胶填料碳含量的调控；
3、多甲基环多硅氧烷在反应过程中，开环为链状单体后，会为亲水烷基键合硅胶填料导入丰富的硅醚键，可确保该填料在水中也可被充分浸润；
4、本发明制得的填料具有丰富的甲基，更适于多肽和蛋白等大分子的分离。
附图说明
图1为本发明制得的十八烷基键合色谱填料间隔30min后进样的前后对比色谱分离图
图2本参比填料Chromatorex C18 SPS-100-10间隔30min后进样的前后对比色谱分离图。
具体实施方式
为使本领域技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合附图及具体实施例进一步说明，此处实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
A. 辛基二甲基硅烷与硅胶的共价键合 在惰性气氛中，取100 g硅胶（富士硅胶，直径10 μm，比表面积350 m2/g）与20 mL吡啶混合于400 mL苯中，预热至100 °C，共沸6 h后除去水分，制得硅胶悬浮液；称取21.7 g 辛基二甲基氯硅烷溶解于50 mL甲苯中，滴入硅胶悬浮液，保证1 h内滴完，滴完后加热至回流，保持24 h； B．八甲基环四硅氧烷和硅胶的共价键合 向步骤A制得的反应液中，一次性投入八甲基环四硅氧烷32 g，回流反应48小时； C．三甲基碘硅烷掩蔽硅羟基 称取28g三甲基碘硅烷溶解于50 mL苯，滴入步骤B制得的混合液，滴加时间为2 h，滴完后回流反应12 h；布氏漏斗过滤除去溶剂，将填料依次用苯、乙醇、甲醇和丙酮洗涤后，常压80 °C下干燥2 h后得到亲水辛基键合色谱，有机元素分析测得该填料碳含量为12.4%。
实施例2
A. 十八烷基二甲基硅烷与硅胶的共价键合 在惰性气氛中，取50g硅胶（Daiso硅胶，直径10 μm，比表面积450 m2/g）与11mL吡啶混合于200 mL二甲苯中，预热至100 °C，共沸6 h后除去水分，制得硅胶悬浮液；称取24g 十八烷基二甲基硅烷溶解于25mL甲苯中，滴入硅胶悬浮液，保证0.5h内滴完，滴完后加热至回流，保持24 h；
B．六甲基环三硅氧烷与硅胶的共价键合
向步骤A制得的反应液中，一次性投入六甲基环三硅氧烷15 g，回流反应24h；
C．六甲基二硅氮烷掩蔽硅羟基
称取15g六甲基二硅氮烷溶解于25mL苯中，滴入步骤B制得的混合液，滴加时间为1 h，滴完后回流反应24 h；布氏漏斗过滤除去溶剂，将填料依次用苯、乙醇、甲醇和丙酮洗涤后，常压80 °C下干燥2 h后得到亲水十八烷基键合色谱填料，有机元素分析测得该填料碳含量为17.2%。
实施例3
A．丁基二甲基硅烷与硅胶的共价键合 在惰性气氛中，取250g硅胶（富士硅胶，直径10μm，比表面积350 m2/g）与55mL吡啶混合于1.0L甲苯中，预热至100 °C，共沸6 h后除去水分，制得硅胶悬浮液；称取53g 丁基二甲基硅烷溶解于120mL苯中，滴入硅胶悬浮液，保证2h内滴完，滴完后加热至回流，保持24 h；
B．十甲基环五硅氧烷与硅胶的共价键合
向步骤A制得的反应液中，一次性投入十甲基环五硅氧烷97g，回流反应48h；
C．三甲基氯硅烷掩蔽硅羟基
称取40g三甲基氯硅烷溶解于25 mL苯中，滴入步骤B制得的混合液，滴加时间为1 h，滴完后回流反应24 h；布氏漏斗过滤除去溶剂，将填料依次用苯、乙醇、甲醇和丙酮洗涤后，常压80 °C下干燥2 h后得到亲水丁基键合色谱填料，有机元素分析测得该填料碳含量为6.4%。
性能测试
亲水浸润性测试
以实施例2中的十八烷基键合色谱填料为考察对象，参比填料为富士Chromatorex C18SPS-100-10，流动相为100%水，柱温为30 °C，流速为1.0 mL/min，分析物为胞苷(cytodine)和尿苷(uridine)，进样量为10 μL。
具体操作步骤：首先用纯水平衡色谱柱2 h，平衡后进样，命名为Before stop-flow；完成后关闭色谱仪高压泵，等待30 min，再次开启高压泵，平衡30 min后进样，命名为After stop-flow。亲水十八烷基键合填料分离结果的色谱图如图1，由图1可知，胞苷和尿苷两种物质的色谱图中的保留时间未发生明显的变化，说明由本发明制得的十八烷基键合色谱填料具有显著的亲水能力，能够被纯水完全浸润，长时间用水冲洗也未造成保留能力下降。Chromatorex C18 SPS-100-10分离结果的色谱图如图2，由图2可知，胞苷和尿苷两种物质的色谱图中的保留时间发生明显的变化，间隔30min继续进样后，胞苷和尿苷两种物质几乎无保留的同时从色谱柱中流出，说明参比的色谱填料在很短的时间内发生“去浸润”，并完全丧失反相保留能力。

Claims (9)

1. 一种新型亲水烷基键合硅胶填料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
烷基二甲基氯硅烷与硅胶的共价键合
在惰性气氛中，将活化硅胶与催化剂加入芳香烃溶液中，搅拌均匀后共沸6 h后除去水分；将烷基二甲基氯硅烷溶解于甲苯中，并在0.5~2 h内滴加至上述制得的混合溶液中，滴完升温至回流温度并保持24~48h；
B．多甲基环多硅氧烷与硅胶的共价键合
将多甲基环多硅氧烷加入步骤A制得的反应液中，回流反应24~48h；
C．封尾剂掩蔽硅羟基
将封尾剂溶解于苯溶液中，滴入步骤B制得的反应液，滴加时间为2 ~3h，滴完后回流反应12~36 h，过滤除去溶剂，填料依次用苯、乙醇、甲醇和丙酮洗涤，干燥，得到亲水烷基键合硅胶填料。
2.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：步骤A中，催化剂与烷基二甲基氯硅烷的摩尔比为1:1~3:1。
3.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：步骤A中，芳香烃为甲苯、二甲苯、乙苯或苯。
4.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：步骤A中，催化剂为吡啶、4-二甲基氨基吡啶、三乙胺、N,N-二异丙基乙胺或咪唑。
5.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：步骤A中，烷基二甲基氯硅烷中的烷基为C1~C32的饱和烷基。
6.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：所述步骤B中的多甲基环多硅氧烷为六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷或十二甲基环六硅氧烷。
7.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：步骤B中，多甲基环多硅氧烷与烷基二甲基氯硅烷的摩尔比为1:1~3:1。
8.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：步骤C中，封尾剂与烷基二甲基氯硅烷的摩尔比为1:1~2:1。
9.根据权利要求1所述的一种新型亲水烷基键合硅胶填料，其特征在于：步骤C中，封尾剂为三甲基氯硅烷、三甲基溴硅烷、三甲基碘硅烷、三甲基硅咪唑、三甲基硅基二甲胺、N,O-双三甲硅基三氟乙酰胺、六甲基二硅氮烷。
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