CN111229186A - 一种色谱固定相材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种色谱固定相材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN111229186A CN201811446194.2A CN201811446194A CN111229186A CN 111229186 A CN111229186 A CN 111229186A CN 201811446194 A CN201811446194 A CN 201811446194A CN 111229186 A CN111229186 A CN 111229186A
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Abstract

本申请公开了一种色谱固定相材料，其特征在于，包括基质和修饰物；所述基质选自氮氧化硅材料中的至少一种；所述修饰物选自多糖衍生物中的至少一种；其中，所述修饰物涂覆修饰所述基质。所用的多糖和异氰酸酯的种类不同，可以分离的手性化合物的种类不同。本申请制备的多糖衍生物涂覆修饰氮氧化硅手性色谱固定相材料使用了氮氧化硅材料，其表面具有大量的硅氨基，有效降低和消除了传统硅胶表面硅羟基的存在，避免了非对映选择性作用，并提供足够的氢键作用位点，能够满足多糖衍生物的涂覆要求。本发明操作简单，生产成本低，适于产业化生产。

Description

一种色谱固定相材料及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及一种色谱固定相材料，属于材料领域。
背景技术
手性是人类赖以生存的自然界的本质属性之一。生命现象中的化学工程都是在高度不对称的环境中进行的。生物大分子如蛋白质、多糖、核酸等，全都有手性。在机体的代谢和调控过程中所涉及的物质，一般也都具有手性，它们在生物体内造成手性环境。手性药物进入生物体后，其药理作用多与它和体内靶分子之间的手性匹配和分子识别能力有关。因此含手性的药物，不同对映体显示出不同的药理作用和毒副作用。手性化合物对映体生物活性的差别说明对药物、农业和食品及其他化学品测定对映体组成和纯度的重要性。
手性异构体具有非常相似的物理化学性质，拆分比较困难，主要的拆分方法有化学拆分法、酶或微生物法、色谱拆分法。与经典的对映体拆分法相比，色谱法具有许多明显的优势，可以满足各种条件下对映体分离和测定的要求。能够进行简便快速的定性定量分析，也能进行制备规模的分离。具有手性识别能力的手性固定相的研制，是手性色谱分离技术发展的前沿领域，也是手性色谱分离技术的关键和核心。
手性固定相的研制始于20世纪70年代后期，发展非常迅速。各种类型的手性固定相(如多糖类、环糊精类、手性配体交换型、大环抗生素、蛋白类、冠醚类以及合成聚合物类等)相继研制成功，并商品化。多糖类手性固定相在手性对映体分离和制备方面显示着巨大的优势，具有非常广阔的应用前景。
国外Okamoto研究组对于多糖类手性固定相的研究是最具代表性和贡献性的，我们跟踪其在多糖类手性固定相的研究进展，发现目前研究的涂覆型多糖类手性固定相中所用的载体均为氨丙基硅胶。这不仅可以降低由于硅胶表面酸性的羟基引起的非对映选择性作用，还可以为多糖衍生物提供氢键作用，从而增加涂覆的稳定性。文献中报道的氨丙基硅胶的制备方法为用硅烷化试剂(3-氨丙基三乙氧基硅烷)与硅胶表面的羟基反应，但是，经过典型的表面键合反应(比如C18二甲基氯硅烷)后，至少大约有50％的硅羟基仍然没有反应，况且乙氧基硅烷的反应活性低于氯硅烷。因此，为了避免硅羟基对于手性识别的影响，并提供足够的氢键作用力，需要对硅胶载体进行特殊的处理。
针对传统硅胶表面的硅羟基，发明专利：201010521325.6涉及了氮氧化硅色谱固定相材料的制备方法及其应用，利用硅氨基取代氧化硅材料中的硅羟基，提供了氮氧化硅色谱固定相材料的制备方法及其在分离分析、固相萃取等领域的应用。通过高温下使用氨气与氧化硅表面的硅羟基发生取代反应生成硅氨基获得氮氧化硅材料。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种色谱固定相材料，该材料使用了氮氧化硅材料，其表面具有大量的硅氨基，有效降低和消除了传统硅胶表面硅羟基的存在，避免了非对映选择性作用，并提供足够的氢键作用位点，能够满足多糖衍生物的涂覆要求；所述方法操作简单，生产成本低，适于产业化生产。
本申请提供一种表面涂覆修饰氮氧化硅色谱固定相材料及其制备方法，将不同的多糖衍生物涂覆到氮氧化硅材料表面，制备得到用于手性化合物分离的色谱固定相材料。所用的多糖和异氰酸酯的种类不同，可以分离的手性化合物的种类不同。
本申请的所述方法中首先分别制备氮氧化硅材料和多糖衍生物，然后将多糖衍生物涂覆到氮氧化硅材料表面，制备出涂覆型多糖类手性固定相。
所述色谱固定相材料，其特征在于，包括基质和修饰物；
所述基质选自氮氧化硅材料中的至少一种
所述修饰物选自多糖衍生物中的至少一种；
其中，所述修饰物涂覆修饰所述基质。
可选地，所述多糖衍生物涂覆修饰氮氧化硅材料。
可选地，所述色谱固定相材料为手性色谱固定相材料。
可选地，所述氮氧化硅材料选自具有式I所示化学式的化合物中的至少一种：
SiOxNy式I
其中，2x+3y＝4，0≤x<2，0<y≤4/3；
所述多糖衍生物选自具有式II-1所示结构的化合物、具有式II-2所示结构的化合物中的至少一种：
Figure BDA0001885766030000031
其中，n1，n2独立地选自20～300之间的自然数；
R1、R2独立的选自具有式III-1所示的基团、具有式III-2所示的基团中的至少一种：
Figure BDA0001885766030000032
其中，R3选自Cl、甲基、乙基、H中的一种；
R4选自甲基或乙基。
可选地，R3选自Cl、甲基、H中的一种；
R4为甲基。
可选地，所述修饰物和基质的质量比0.05～0.3:1；
其中，所述修饰物的质量以多糖衍生物的质量计；
所述基质的质量以氮氧化硅材料的质量计。
可选地，所述修饰物与所述基质的质量比上限选自0.08:1、0.1:1、0.12:1、0.15:1、0.18:1、0.2:1、0.25:1、0.28:1或0.3:1；下限选自0.05:1、0.08:1、0.1:1、0.12:1、0.15:1、0.18:1、0.2:1、0.25:1或0.28:1。
可选地，所述色谱固定相材料中多糖衍生物与氮氧化硅材料的质量比为0.05～0.3:1。
可选地，所述氮氧化硅材料中氮的质量百分含量为0.1～40％；
所述氧化硅材料的颗粒性状为球形，粒径为1～10微米，孔径为10～400nm。
根据本申请的另一方面，提供了所述的色谱固定相材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)获得氮氧化硅材料；
(2)获得多糖衍生物；
(3)将含有多糖衍生物的溶液与所述氮氧化硅材料混合，去除溶剂，获得所述色谱固定性材料。
可选地，所述氮氧化硅材料的获得方式包括：
将氧化硅进行氮化处理，得到所述氮氧化硅材料。
可选地，所述氮化处理的条件为：在氨气气氛下，700～1200℃氮化时1～200小时。
可选地，所述氮化处理中，氨气的流量为0.01～5L/min。
可选地，氮化处理的温度上限选自800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1100℃或1200℃；下限选自700℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃或1100℃。
作为其中一种具体的实施方式，所述氮氧化硅材料的制备方法包括：
1)将氧化硅材料放入高温炉中；
2)在通有纯净干燥的氨气的高温炉中进行氮化处理，制得氮氧化硅材料；
可选地，步骤2)的高温氮化处理时氨气的流量为0.01～5L/min，氮化温度为700～1200℃，氮化时间为1～200小时；通过控制氨气流量，氮化温度和氮化时间，可以获得氮含量质量百分比为0.1～40％的氮氧化硅材料。
可选地，步骤(2)中所述多糖衍生物的获得方式包括：
将异氰酸酯与含有多糖的悬浮液反应，分离，得到所述多糖衍生物。
可选地，所述异氰酸酯包括苯基异氰酸酯、3,5-二甲基苯基异氰酸酯、4-甲基苯基异氰酸酯中的至少一种。
可选地，所述多糖与所述异氰酸酯的摩尔比为1：3～6。
可选地，所述多糖与所述异氰酸酯的摩尔比上限选自1:3.5、1:4、1:4.5、1:5、1:5.5或1:6；下限选自1:3、1:3.5、1:4、1:4.5、1:5或1:5.5。
可选地，所述多糖与所述异氰酸酯的摩尔比为1：5。
可选地，所述多糖选自微晶纤维素、直链淀粉中的至少一种。
可选地，所述反应的温度为80～150℃。
可选地，所述反应的时间为12～120h。
可选地，所述含有多糖的悬浮液为：将多糖悬浮液吡啶中。
可选地，所述多糖与所述吡啶的比例为1:20～1:100。
可选地，所述吡啶为干燥的吡啶。
可选地，所述分离为：反应后物质加入到甲醇中。
可选地，步骤(3)中所述混合包括搅拌混合(或混合后搅拌)。
可选地，步骤(3)中所述含有多糖衍生物的溶液的溶剂选自丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、氯仿中的至少一种。
可选地，步骤(3)中所述去除溶剂的方法包括蒸发。
可选地，所述蒸发的条件包括：蒸发的温度为10～100℃，时间为2～72h。
在上述所述条件参数范围内，均可实现所述技术方案，解决所述技术问题，获得所述技术效果。具体参数可根据实际需要进行选择。
作为其中一种具体的实施方式，所述方法包括：
(a)氮氧化硅材料的制备
将氧化硅在通有氨气的高温炉中进行氮化处理，制得氮氧化硅材料。
(b)多糖类衍生物的制备
将多糖悬浮于干燥的吡啶中，与苯基异氰酸酯在一定温度下，反应一定时间后，冷却至室温，倒入搅拌的甲醇中，过滤、洗涤、真空干燥得多糖衍生物。
(c)涂覆
将多糖衍生物溶解到溶剂中，将溶液加到装有氮氧化硅材料的烧瓶中，除去溶剂，即可制得涂覆型多糖衍生物手性固定相。
本申请的又一方面，提供了上述任一项所述的色谱固定相材料、根据上述任一项所述的方法制备得到的色谱固定相材料在手性化合物分离中的应用。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的方法制备过程简单，工业化生产成本低，有利于实现商业化应用。
2)本申请中提供的多糖衍生物涂覆修饰氮氧化硅手性色谱固定相材料的制备方法操作简便，可使用的多糖衍生物类型众多，改变多糖或者苯基异氰酸酯的种类可以制备出不同类型的多糖衍生物，从而得到不同类型的手性固定相。
3)本申请制备的多糖衍生物涂覆修饰氮氧化硅手性色谱固定相材料稳定性好，多次进样重复性好。
4)本申请制备的多糖衍生物涂覆修饰氮氧化硅手性色谱固定相材料使用了氮氧化硅材料，其表面具有大量的硅氨基，有效降低和消除了传统硅胶表面硅羟基的存在，可避免非对映选择性作用，并提供足够的氢键作用位点，能够满足多糖衍生物的涂覆要求。
附图说明
图1是实施例1中分离反式-1,2-二苯乙烯氧化物得到的色谱图。
图2是实施例1中分离DL-黄烷酮得到的色谱图。
图3是实施例1中分离Troger’s碱(特罗格尔碱)得到的色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
本申请的实施例中分析方法如下：
元素分析采用德国制造的Vario EL Cube元素分析仪。
色谱物质分析/分离采用岛津LC-2030高效液相色谱仪。
根据本申请的一种实施方式，所述多糖衍生物涂覆修饰氮氧化硅手性色谱固定相材料及其制备方法，其特征在于：其制备方法按照以下步骤进行：
(1)氮氧化硅材料的制备
将氧化硅在通有氨气的高温炉中进行氮化处理，制得氮氧化硅材料。
(2)多糖类衍生物的制备
将多糖悬浮于干燥的吡啶中，与苯基异氰酸酯在一定温度下，反应一定时间后，冷却至室温，倒入搅拌的甲醇中，过滤、洗涤、真空干燥得多糖衍生物。
(3)涂覆
将多糖衍生物溶解到溶剂中，将溶液加到装有氮氧化硅材料的烧瓶中，除去溶剂，即可制得涂覆型多糖衍生物手性固定相。
可选地，步骤(1)中所述的被涂覆修饰的氮氧化硅基质材料的特征分子式为SiOxNy，其中2x+3y＝4,0≤x<2,0<y≤4/3。
可选地，步骤(2)中所述的多糖衍生物的结构式如式(I)，式(II)所示，其中X为3,5-(CH3)2，H，4-CH3或者4-Cl，n为20-300之间的
Figure BDA0001885766030000071
自然数。
可选地，步骤(3)中所述的涂覆型多糖衍生物手性固定相中的多糖衍生物与氮氧化硅材料的质量比为0.05～0.3:1。
可选地，所述的氮氧化硅材料的制备方法中氧化硅材料的颗粒性状为球形，粒径大小为1-10微米，孔径为10-400nm。
可选地，所述的氮氧化硅材料的制备过程包括以下步骤：
1)将氧化硅材料放入高温炉中；
2)在通有纯净干燥的氨气的高温炉中进行氮化处理，制得氮氧化硅材料；
根据权利要求6所述的材料的应用，其特征在于：步骤2)的高温氮化处理时氨气的流量为0.01-5L/min，氮化温度为700-1200℃，氮化时间为1-200小时；通过控制氨气流量，氮化温度和氮化时间，可以获得氮含量质量百分比为0.1-40％的氮氧化硅材料。
可选地，多糖包括微晶纤维素，直链淀粉等。
可选地，其制备方法特征在于：
1)多糖与异氰酸酯的摩尔比为：1:3～6；
2)反应时间为12～120h；
3)反应温度为80～150℃
可选地，涂覆过程所用的溶剂可以为丙酮，四氢呋喃，二甲基亚砜，氯仿等中的一种或者几种混合物。
可选地，涂覆过程除去溶剂所用的方法是蒸发，蒸发的温度为10～100℃，时间为2～72h。
实施例1
氮氧化硅材料的制备：
将颗粒粒径大小为5微米，孔径大小为80nm的多孔球形氧化硅材料在通有纯净干燥的氨气的高温炉中进行氮化处理，高温氮化处理时氨气的流量为0.2L/min，氮化温度为850℃，氮化时间为20h。元素分析显示氮氧化硅材料的氮含量为8.0wt％。
对上述氮氧化硅材料进行形貌和孔分析，得到：氧化硅材料的颗粒性状为球形，粒径为1～10微米，孔径为10～400nm。
多糖衍生物的制备：
1g微晶纤维素加入到100ml三口瓶中，70℃真空干燥6h，加入60ml干燥的吡啶，搅拌均匀后，加入5g 3,5-二甲基苯基异氰酸酯，升温至80℃，氮气气氛下反应48h，将产物倒入1L甲醇中，过滤，洗涤，真空干燥得到纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)。
涂覆方法：
将0.5g纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)溶解到10ml四氢呋喃中，加入2g氮氧化硅材料，室温下搅拌5h后，40℃蒸发除去四氢呋喃，得到纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)涂覆修饰的氮氧化硅手性色谱固定相材料。
评价方法：
使用所制备的纤维素衍生物涂覆的氮氧化硅手性色谱固定相材料，用匀浆法填充到4.6*150mm不锈钢色谱柱中，在正相模式下以一系列标准化合物为探针分子评价材料(反式-1,2-二苯乙烯氧化物、DL-黄烷酮、Troger’s碱)的分离性能。如图1、图2、图3所示，色谱条件为：流动相，正己烷：异丙醇＝9:1，流速0.5ml/min，柱温30℃，紫外检测波长254nm。所测试的外消旋化合物均得到了较好的拆分。
实施例2
氮氧化硅的制备方法，涂覆方法以及评价方法均同实施例1，其中多糖衍生物的制备方法如下：
1g直链淀粉加入到100ml三口瓶中，70℃真空干燥6h，加入60ml干燥的吡啶，搅拌均匀后，加入5g 3,5-二甲基苯基异氰酸酯，升温至80℃，氮气气氛下反应48h，将产物倒入1L甲醇中，过滤，洗涤，真空干燥得到淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)。
实施例3
氮氧化硅的制备方法，涂覆方法以及评价方法均同实施例1，其中多糖衍生物的制备方法如下：
1g微晶纤维素加入到100ml三口瓶中，70℃真空干燥6h，加入60ml干燥的吡啶，搅拌均匀后，加入5g苯基异氰酸酯，升温至80℃，氮气气氛下反应48h，将产物倒入1L甲醇中，过滤，洗涤，真空干燥得到纤维素-三(苯基氨基甲酸酯)。
实施例4
氮氧化硅的制备方法，涂覆方法以及评价方法均同实施例1，其中多糖衍生物的制备方法如下：
1g淀粉加入到100ml三口瓶中，70℃真空干燥6h，加入60ml干燥的吡啶，搅拌均匀后，加入5g 4-甲基苯基异氰酸酯，升温至80℃，氮气气氛下反应48h，将产物倒入1L甲醇中，过滤，洗涤，真空干燥得到淀粉-三(4-甲基苯基氨基甲酸酯)。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (9)

1.一种色谱固定相材料，其特征在于，包括基质和修饰物；
所述基质选自氮氧化硅材料中的至少一种；
所述修饰物选自多糖衍生物中的至少一种；
其中，所述修饰物涂覆修饰所述基质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮氧化硅材料选自具有式I所示化学式的化合物中的至少一种：
SiOxNy 式I
其中，2x+3y＝4，0≤x<2，0<y≤4/3；
所述多糖衍生物选自具有式II-1所示结构的化合物、具有式II-2所示结构的化合物中的至少一种：
Figure FDA0001885766020000011
其中，n1，n2独立地选自20～300之间的自然数；
R1、R2独立的选自具有式III-1所示的基团、具有式III-2所示的基团中的至少一种：
Figure FDA0001885766020000012
Figure FDA0001885766020000021
其中，R3选自Cl、甲基、乙基、H中的一种；
R4选自甲基或乙基；
优选地，R3选自Cl、甲基、H中的一种；
R4为甲基。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述修饰物和基质的质量比0.05～0.3:1；
其中，所述修饰物的质量以多糖衍生物的质量计；
所述基质的质量以氮氧化硅材料的质量计。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述氮氧化硅材料中氮的质量百分含量为0.1～40％；
所述氧化硅材料的颗粒性状为球形，粒径为1～10微米，孔径为10～400nm。
5.权利要求1至4任一项所述的色谱固定相材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)获得氮氧化硅材料；
(2)获得多糖衍生物；
(3)将含有多糖衍生物的溶液与所述氮氧化硅材料混合，去除溶剂，获得所述色谱固定性材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氮氧化硅材料的获得方式包括：
将氧化硅进行氮化处理，得到所述氮氧化硅材料；
优选地，所述氮化处理的条件为：在氨气气氛下，700～1200℃氮化时1～200小时；
优选地，所述氮化处理中，氨气的流量为0.01～5L/min。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述多糖衍生物的获得方式包括：
将异氰酸酯与含有多糖的悬浮液反应，分离，得到所述多糖衍生物；
优选地，所述异氰酸酯包括苯基异氰酸酯、3,5-二甲基苯基异氰酸酯、4-甲基苯基异氰酸酯中的至少一种；
优选地，所述多糖与所述异氰酸酯的摩尔比为1：3～6；
优选地，所述多糖选自微晶纤维素、直链淀粉中的至少一种；
优选地，所述反应的温度为80～150℃；
优选地，所述反应的时间为12～120h；
优选地，所述含有多糖的悬浮液为：将多糖悬浮液吡啶中；
优选地，所述分离为：反应后物质加入到甲醇中。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述含有多糖衍生物的溶液的溶剂选自丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、氯仿中的至少一种；
步骤(3)中所述去除溶剂的方法包括蒸发；
优选地，所述蒸发的条件包括：蒸发的温度为10～100℃，时间为2～72h。
9.权利要求1至4任一项所述的色谱固定相材料、根据权利要求5至8任一项所述的方法制备得到的色谱固定相材料在手性化合物分离中的应用。
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