CN113181890B - 一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备和应用 - Google Patents

一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种手性胺功能化柱[5]芳烃手性色谱固定相的制备方法，是在氮气保护下，以对苯二酚衍生物1,4‑双(6‑溴己氧基)苯为重复单元制得十溴己氧基柱[5]芳烃，再经手性前体(R/S)‑α‑苯乙胺衍生“一锅法”制得。本发明制备的胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相材料，显示出高度选择性和宽的外消旋体拆分种类，在正反相模式下可对1‑苯基‑1‑丙醇、1‑(4‑甲基苯基)‑乙醇、α‑苯乙醇、安息香、安息香甲醚、黄烷酮、α‑苯乙胺、阿替洛尔等可实现高选择性分离，Rs的最大值分别为13.05和6.28。同时，该类色谱固定相键合量高、对映体分离的稳定性和重复性高，是一类很有应用前景的新型手性色谱固定相。

Description

一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备和应用
技术领域
本发明提供了胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备及手性分离应用，涉及的领域是高效液相色谱手性固定相对映体色谱拆分。
背景技术
柱[n](n=5,6…)芳烃作为新一代超分子有机共聚物，其独特的对称性疏水空腔及边缘易修饰性（或易手性修饰）使柱[n](n=5,6…)芳烃及其衍生物自从2008年被制备以来在分离分析领域得到广泛的应用。随着研究的深入，手性柱[n]芳烃相关的研究也越来越多，研究发现柱[n]芳烃(n=5,6…)具有pR/pS平面手性性质，通过改变取代基大小或位阻、溶剂、温度、手性客体分子及非手性客体分子的引入均可引起柱[n]芳烃(n=5,6…)平面手性构型翻转。因此，控制优化制备条件合成单一手性（或平面手性）柱[n]芳烃，可选择性应用于手性合成、手性传感、手性记忆材料或其他手性功能材料方面，开拓柱[5]芳烃的应用范围。
手性柱[n]芳烃及其衍生物材料制备及应用研究也随之展开，目前报道有柱[n]芳烃空腔边缘对称性位置进行选择性手性（或单一平面手性）精准修饰可构筑手性机械自锁分子或者手性轮烷，单一手性（或氨基酸对映体）改性并固载于生物界面可用于构筑柱[n]芳烃基手性生物界面材料、手性骨架材料或手性纳米材料。同时，手性柱[n]芳烃结构因其自身手性性质，结合其疏水空腔对客体分子具有较好的包结作用在手性HPLC检测手性氨基酸对映体、荧光法检测手性客体分子、电化学法检测检测手性对映体和圆二色谱等分析领域具有非常广泛的应用。而柱[n](n=5,6…)芳烃自身对称性空腔、易手性修饰、氢键、静电、π-π以及包结作用等优势可用于精准构筑柱[5]芳烃基手性固定相并与对映体与之间形成瞬间络合物，根据络合过程难易程度或络合物稳定程度，经过多次交换可实现对映体间分离。
发明内容
本发明的目的是提供一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相材料及其制备方法；
本发明的另一目的是提供上述胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相材料，并将其应用于HPLC分离不同类型的手性外消旋体研究。评价正反相模式下对不同种类、结构类型手性外消旋体进行对映体拆分性能。考察其稳定性和重复性，希望该CSP可应用于针对特定结构手性外消旋体分离分析领域，具有重要的研究价值和应用前景。
本发明的目的在于提供一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相简便、高效制备方法及用途，开拓新型柱[5]芳烃手性色谱固定相的种类，该方法所制备的手性固定相柱[5]芳烃衍生物负载量高、手性分离选择性强、耐酸碱稳定以及重复性好。
一、胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定材料的制备
（1）1,4-双(6-溴己氧基)苯的制备：以乙腈为溶剂，碳酸钾和碘化钾为催化剂，对苯二酚与1,6-二溴己烷于80~85℃反应20~24小时，反应结束后抽滤，所得滤液在50~50℃减压蒸馏获得固体粉末，再向固体粉末中加入氯仿使固体完全溶解，柱层析分离获得白色粉末即为1,4-双(6-溴己氧基)苯。其中，对苯二酚与1,6-二溴己烷的质量比为1:5~1:6；碳酸钾的用量为对苯二酚质量的2.5~3倍，碘化钾的用量为对苯二酚质量的0.8~1倍；其反应式如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
（2）十溴己氧基柱[5]芳烃的制备：以1,4-双(6-溴己氧基)苯为重复单元，三氟化硼乙醚作催化剂，多聚甲醛为聚合剂，在室温反应1.5~2.0h；反应结束后经石油醚:乙酸乙酯（25~30:1，v/v）柱层析分离，得十溴己氧基柱[5]芳烃。其中，三氟化硼乙醚的用量为1,4-双(6-溴己氧基)苯质量的0.4~0.6倍；多聚甲醛的用量为1,4-双(6-溴己氧基)苯质量的0.4~0.8倍。其反应式如下：
Figure 553097DEST_PATH_IMAGE002
（3）胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定材料的制备：以甲苯为溶剂，三乙胺作催化剂，十溴己氧基柱[5]芳烃与氨丙基硅胶、（R/S）-α-苯乙胺于80~85℃反应20~24小时，反应结束后过滤，固体产物分别用乙醇和甲醇洗涤，在55~60℃的真空烘箱中干燥8~10小时，获得的淡黄色粉末状固体，即为胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定材料，标记为Sil-rP5/Sil-sP5。其中，十溴己氧基柱[5]芳烃与氨丙基硅胶的质量比为1:2.5~1:6；十溴己氧基柱[5]芳烃与(R/S)-α-苯乙胺的质量比为1:0.5~1:2.0；十溴己氧基柱[5]芳烃与三乙胺的质量比为1:0.3~1:0.5。其反应式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
图1为胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相红外谱图。红外光谱显示，3500 cm-1处吸收峰为N-H伸缩振动；2931和2852cm-1为苯环亚甲基C-H伸缩振动；1640cm-1为N-H弯曲振动；1500cm-1为苯环亚甲基C-H弯曲振动；1200~1000cm-1强宽吸收带为Si-O键伸缩振动；725cm-1为苯环C-H骨架伸缩振动。以上分析表明，该系列手性固定相均已成功制备。
图2胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相热重分析谱图。热重分析谱图显示，Sil-sP5和Sil-rP5稳定时分别为79%和76%，键合量达到14%~17%之间。大约在280~300℃开始进行热分解，热稳定性较好。热重分析表明Sil-sP5和Sil-rP5手性固定相的成功制备。
二、胺基功能化手性柱[5]芳烃作为固定相分离对映体的应用
1、反相模式下对映体选择性评价
在反相模式下，采用乙腈/水（25:75，v/v）为流动相，流速 1.0 mL/min，进样量10uL，检测波长254 nm，室温检测。以1-苯基-1-丙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇、α-苯乙醇、安息香、绿原酸及三唑醇作为外消旋体为拆分对象进行手性分离评价。
图3为反相模式下对映体选择性分离性能。结果显示，本发明制备的柱[5]芳烃基手性Sil-sP5和Sil-rP5对1-苯基-1-丙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇、α-苯乙醇、安息香、绿原酸及三唑醇均取得了很好的分离效果，Rs值分别为1.91、4.93、2.72、6.28、1.43、1.93。表明柱[5]芳烃基手性Sil-sP5和Sil-rP5在反相模式下具有较好的手性分离效果。
2、正相模式下对映体选择性评价
在正相模式下，采用正己烷/异丙醇（90:10，v/v）为流动相，流速 1.0 mL/min，进样量10 uL，检测波长254 nm，室温检测。以1-苯基-1-丙醇、α-苯乙醇、安息香、安息香甲醚、黄烷酮、α-苯乙胺、阿替洛尔及三唑醇作为外消旋体拆分对象进行手性分离评价。
图4为正相模式下对映体选择性分离性能。结果显示，本发明制备的柱[5]芳烃基手性Sil-sP5和Sil-rP5对1-苯基-1-丙醇、α-苯乙醇、安息香、安息香甲醚、黄烷酮、α-苯乙胺、阿替洛尔及三唑醇均取得了很好的分离效果，Rs值分别为13.05、9.51、12.27、9.03、4.11、6.56、2.03、3.16。表明该类手性固定相在正相模式下具有良好的对映体分离性能。
此外，大多数对映体能够获得更高的分离Rs，或许是由于柱[5]芳烃的对称性疏水空腔、手性修饰功能基团、氢键、π-π及胺基功能化手性柱[5]芳烃固定相与手性对映体间包结作用等可形成瞬间络合物，根据络合过程难易程度或络合物稳定程度，经过多次交换可实现对映体间分离。
3、重复性和稳定性
稳定性和重复性在柱的性能评价中也起着重要作用。通过反向模式下1-苯基-1-丙醇分离得到的保留时间的RSD计算该类手性柱的持续稳定性。RSD值范围为0.08%~0.14%之间。采用α-苯乙醇对该类手性固定相进行柱间重复性实验，发现Rs值的RSD值范围为1.04~1.32%（图5）。结果表明，该类胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相在反相和正相模式下均具有良好的重复性和重现性。
综上所述，本发明制备的胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相材料，显示出高度选择性和宽的外消旋体拆分种类，在正反相模式下可对1-苯基-1-丙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇、α-苯乙醇、安息香、安息香甲醚、黄烷酮、α-苯乙胺、阿替洛尔、绿原酸及三唑醇等可实现高选择性分离，Rs的最大值分别为13.05和6.28。同时，该类色谱固定相键合量高、对映体分离的稳定性和重复性高，是一类很有应用前景的新型手性色谱固定相。
附图说明
图1胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相红外谱图。
图2胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相热重分析谱图。
图3反相模式下对映体选择性分离。
图4正相模式下对映体选择性分离。
图5胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相对1-苯基-1-丙醇重复性测定。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相材料的制备及作为色谱固定相的应用做进一步说明。
实施例一、Sil-sP5的制备和应用
1、Sil-sP5的制备
（1）将0.5~0.6g对苯二酚、1.0~1.2g 1,4-二溴己烷、5.0~6.0g 碳酸钾2.5~3.0g和0.5~1.0g碘化钾溶于450~500mL乙腈溶液，在80~85℃反应20~24小时，反应结束后抽滤，所得滤液在50~50℃减压蒸馏获得固体粉末，再向固体粉末中加入35~40 mL氯仿使固体完全溶解，加入10~15g层析硅胶50~50℃减压蒸馏后，经体积比为石油醚：乙酸乙酯=20：1的柱层析分离获得白色粉末得1,4-双(6-溴己氧基)苯；
（2）以2.5~3.0g 1,4-双(6-溴己氧基)苯为重复单元，1.2~1.7 mL三氟化硼乙醚作催化剂，1.0~1.5g多聚甲醛为聚合剂反应1.5~2.0h，反应结束后经石油醚:乙酸乙酯（25~30:1，v/v）柱层析分离得十溴己氧基柱[5]芳烃；
（3）将1.0~1.5g十溴己氧基柱[5]芳烃、2.5~3.0g氨丙基硅胶及0.5~0.8g S-α-苯乙胺溶解于50~60 mL甲苯中，0.3~0.5g三乙胺作催化剂，80~85℃反应20~24小时，反应结束后过滤，将获得的固体产物分别用50~60mL乙醇和80~90 mL甲醇洗涤2~3次；最后在55~60℃的真空烘箱中干燥8~10小时后，获得淡黄色粉末状固体即为Sil-sP5。
Sil-sP5红外光谱显示，3500 cm-1处吸收峰为N-H伸缩振动；2931和2852cm-1为苯环亚甲基C-H伸缩振动；1640cm-1为N-H弯曲振动；1500cm-1为苯环亚甲基C-H弯曲振动；1200~1000cm-1强宽吸收带为Si-O键伸缩振动；725cm-1为苯环C-H骨架伸缩振动；热重分析Sil-sP5为79%，键合量达到14%~17%之间。大约在280~300℃开始进行热分解，热稳定性较好。红外和热重分析表明Sil-sP5手性固定相已成功制备。
2、Sil-sP5手性拆分消旋体的应用
用Sil-sP5装填成柱，以1-苯基-1-丙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇、α-苯乙醇、安息香、绿原酸及三唑醇作为外消旋体为拆分对象进行手性色谱分离。在反相模式下，采用乙腈/水（25:75，v/v）为流动相，流速 1.0 mL/min，进样量10 uL，检测波长254 nm，室温检测。结果显示，Sil-sP5对1-苯基-1-丙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇、α-苯乙醇、安息香、绿原酸及三唑醇均取得了很好的分离效果，Rs值分别为1.91、4.93、2.72、6.28、1.43、1.93（图3）。
用Sil-sP5装填成柱，以1-苯基-1-丙醇、α-苯乙醇、安息香、安息香甲醚、黄烷酮、α-苯乙胺、阿替洛尔及三唑醇作为外消旋体拆分对象进行手性色谱分离：在正相模式下，采用正己烷/异丙醇（90:10，v/v）为流动相，流速 1.0 mL/min，进样量10 uL，检测波长254nm，室温检测。正相模式下对映体选择性分离性能。结果显示， Sil-sP5和Sil-rP5对1-苯基-1-丙醇、α-苯乙醇、安息香、安息香甲醚、黄烷酮、α-苯乙胺、阿替洛尔及三唑醇均取得了很好的分离效果，Rs值分别为13.05、9.51、12.27、9.03、4.11、6.56、2.03、3.16。
实施例二、Sil-rP5的制备和应用
1、Sil-rP5的制备
步骤（3）中将S-α-苯乙胺换为R-α-苯乙胺，其与和实施例1相同。获得的产物为Sil-rP5。
Sil-rP5红外光谱显示，3500 cm-1处吸收峰为N-H伸缩振动；2931和2852cm-1为苯环亚甲基C-H伸缩振动；1640cm-1为N-H弯曲振动；1500cm-1为苯环亚甲基C-H弯曲振动；1200~1000cm-1强宽吸收带为Si-O键伸缩振动；725cm-1为苯环C-H骨架伸缩振动；热重分析Sil-rP5为74%，键合量达到14%~17%之间。大约在280~300℃开始进行热分解，热稳定性较好。红外和热重分析表明Sil-rP5手性固定相已成功制备。
2、Sil-rP5的制备和应用
用Sil-rP5装填成柱，以1-苯基-1-丙醇、α-苯乙醇、安息香、安息香甲醚、黄烷酮、α-苯乙胺、阿替洛尔及三唑醇作为外消旋体为拆分对象。在正反相模式下进行手性色谱分离：，检测方法与结果同实施例1。

Claims (10)

1.一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相，其结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
2.如权利要求1所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，包括以下步骤：
（1）1,4-双(6-溴己氧基)苯的制备：以乙腈为溶剂，碳酸钾和碘化钾为催化剂，对苯二酚与1,6-二溴己烷于80~85℃反应20~24小时，反应结束后抽滤，所得滤液在50℃减压蒸馏获得固体粉末，再向固体粉末中加入氯仿使固体完全溶解，柱层析分离，获得白色粉末即为1,4-双(6-溴己氧基)苯；
（2）十溴己氧基柱[5]芳烃的制备：氮气保护下，以1,4-双(6-溴己氧基)苯、多聚甲醛为重复单元，三氟化硼乙醚作催化剂，在室温反应1.5~2.0h；反应结束后经柱层析分离，得十溴己氧基柱[5]芳烃；
（3）手性胺功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备：以甲苯为溶剂，三乙胺作催化剂，十溴己氧基柱[5]芳烃与氨丙基硅胶、R/S-α-苯乙胺于80~85℃反应20~24小时，反应结束后过滤，固体产物分别用乙醇、甲醇洗涤，在55~60℃的真空烘箱中干燥8~10小时，获得的淡黄色粉末状固体，即为胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相材料。
3.如权利要求2所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，对苯二酚与1,6-二溴己烷的质量比为1:5~1:6。
4.如权利要求2所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，碳酸钾的用量为对苯二酚质量的2.5~3倍，碘化钾的用量为对苯二酚质量的0.8~1倍。
5.如权利要求2所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，三氟化硼乙醚的用量为1,4-双(6-溴己氧基)苯质量的0.4~0.6倍。
6.如权利要求2所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，多聚甲醛的用量为1,4-双(6-溴己氧基)苯质量的0.4~0.8倍。
7.如权利要求2所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，十溴己氧基柱[5]芳烃与氨丙基硅胶的质量比为1:2.5~1:6。
8.如权利要求2所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，十溴己氧基柱[5]芳烃与R/S-α-苯乙胺的质量比为1:0.5~1:2.0。
9.如权利要求2所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，十溴己氧基柱[5]芳烃与三乙胺的质量比为1:0.3~1:0.5。
10.如权利要求1所述一种胺基功能化手性柱[5]芳烃色谱固定相在手性分离外消旋体中的应用，其特征在于：所述外消旋体为1-苯基-1-丙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇、α-苯乙醇、安息香、绿原酸、三唑醇、安息香甲醚、黄烷酮、α-苯乙胺、阿替洛尔。
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