CN115554998B - 一种萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法。具体步骤为：步骤一、溶解C22酰胺硅烷后向其中滴加适量1‑萘基异氰酸酯，进行酰化反应；步骤二、在步骤一所得物中加入适量固定相基质键合，升温至130‑140°C，回流20‑30 h后过滤，洗涤，烘干备用；步骤三、将步骤二所得物溶解在75‑85°C下加入适量去离子水，发生水解反应；步骤四、对步骤三所得物升温除水，然后用封尾剂进行封尾处理，最后经过滤、洗涤、烘干得酰胺、脲基和萘嵌入的烷基固定相。此方法为在C22酰胺硅烷的侧链上嵌入萘基，既可降低固定相上硅羟基的活性，又增强了该烷基固定相的芳香选择性，并展现了对缺电子溶质的分离潜力。
Description
技术领域
本发明属于烷基固定相合成技术领域，涉及一种烷基固定相合成方法，具体涉及一种萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法。
背景技术
酰胺是最常作为极性修饰基团用于烷基键合硅胶改性的基团之一，对于增强固定相的极性和抑制固定相残余硅羟基的活性作用显著。酰胺作为典型的亲水性基团，还可一定程度上提高固定相的亲水性，甚至使固定相可以在高比例水的流动相中使用。
含多个改性基团的复合配体可以提高单基团嵌入相的相关性能。除酰胺基外，脲基也是常被应用于硅烷改性的重要基团之一，与酰胺等极性嵌入烷基固定相相似，脲基改性固定相可以与不同化合物之间形成氢键等多种相互作用机制，从而改善传统烷基键合相的不足，甚至能适应多种色谱分离模式。
除烷基键合硅胶固定相外，还有另一类具有互补选择性的固定相，即芳香固定相，目前商业化的芳香固定相种类繁多，已被报道的有苯、萘、蒽、芘键合硅胶等。还有研究者将酰胺等极性基团作为二次改性配体引入芳香固定相，Zhang等人制备了酰胺嵌入的联苯键合硅胶固定相，并证明此固定相拥有一定的亲水性，且与分析物间形成较强的 π-π 作用力，表现出对多环芳烃独特的分离能力。
然而传统烷基键合硅胶固定相难以实现极性化合物的有效分离，且在分离碱性化合物时，硅胶表面残余硅羟基与碱性待测物产生离子交换作用导致色谱峰拖尾，严重影响柱效率和分离度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，本发明以酰胺硅烷（C22-EDATMS）和 1-萘基异氰酸酯为原料，通过 1-萘基异氰酸酯对C22-EDATMS进行酰化，得到了酰胺、脲基和萘嵌入的烷基固定相C22-EDA(Nap)。此方法为在C22-EDATMS的侧链上嵌入萘基，既可降低固定相上硅羟基的活性，又增强了该烷基固定相的芳香选择性，并展现了对缺电子溶质的分离潜力，可用于分离同分异构体、多环芳烃、硝基芳烃、碱性化合物和核苷衍生物等物质。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，包括以下步骤：
步骤一、溶解C22酰胺硅烷后向其中滴加适量 1-萘基异氰酸酯，进行酰化反应；
步骤二、在步骤一所得物中加入适量固定相基质键合，升温至 130-140°C，回流20-30 h 后过滤，洗涤，烘干备用；
步骤三、将步骤三所得物溶解在75-85°C 下加入适量去离子水，发生水解反应；
步骤四、对步骤三所得物升温除水，然后用封尾剂进行封尾处理，最后经过滤、洗涤、烘干得含有萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相。
本发明的进一步改进方案为：
步骤一中，所述酰化反应的时间1.5-2.5h。
进一步的，步骤一中，C22酰胺硅烷和1-萘基异氰酸酯的物质的量之比为1：1。
进一步的，步骤二中，所述固定相基质为硅胶。
进一步的，所述硅胶的形貌为球形。
进一步的，步骤二中，硅胶投入量与步骤一所得物投入量的质量比约为10：7。
进一步的，步骤一中，使用甲苯溶解所述酰胺硅烷。
进一步的，步骤三中，使用甲苯溶解步骤二所得物。
进一步的，步骤四中所述封尾剂为六甲基二硅氮烷。
进一步的，步骤二中所述洗涤所用洗涤剂为甲苯；和/或，步骤四中所述洗涤所用洗涤剂为沸甲醇。
本发明中萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相的合成路线如下：
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明以酰胺硅烷（C22-EDATMS）和 1-萘基异氰酸酯为原料，通过 1-萘基异氰酸酯对C22-EDATMS进行酰化，得到了萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)。此方法为在C22-EDATMS的侧链上嵌入萘基，如图12所示，键合过程对硅胶微球的形状、分布影响极小，且硅球无碎裂，彰显出固定相的分离稳定性良好（图12）。既可降低固定相上硅羟基的活性，又增强了该烷基固定相的芳香选择性，并展现了对缺电子溶质的分离潜力，可用于分离同分异构体、多环芳烃、硝基芳烃、碱性化合物和核苷衍生物等物质。
附图说明
图1为各组分在C18上的log P和log k关系图；
图2为各组分在C22-EDA(Nap)上的log P和log k关系图；
图3为各组分在C22-EDA(U)上的log P和log k关系图；
图4为三苯基异构体在(a) C18柱和(b) C22-EDA(Nap)柱上的液相色谱图；
图5为四种雌激素在(a) C18柱和(b) C22-EDA(Nap)柱上的色谱图；
图6为SRM1647e在(a) C18柱、(b) C22-EDA(Nap)、(c) C22-EDA(U)和(d) C22-EDA柱上的色谱图；
图7为硝基芳烃的保留因子对比图；
图8为黄嘌呤衍生物在(a) C22-EDA(Nap)、(b) C22-EDA(U)和(c) C22-EDA柱上的色谱图；
图9为萘的保留因子变化曲线；
图10为萘的柱效率变化曲线；
图11为萘的拖尾因子变化曲线；
图12为(a) 裸硅胶与(b) C22-EDA(Nap)的 SEM 图；
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步详细地描述本发明；应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明的技术解决方案，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：
在甲苯中单独溶解酰胺硅烷（C22-EDATMS），常温下滴加等摩尔当量的 1-萘基异氰酸酯，反应 2 h；再称取 11 g 硅胶投至刚刚C22酰胺硅烷与1-萘基异氰酸酯反应物中，升温至 135°C，回流 24 h 后过滤，用热甲苯洗涤三次，烘干备用；（3）随后用甲苯作溶剂，溶解与硅胶键合后的反应物，80°C 下加入 5 mL 去离子水，水解除去硅烷中多余烷氧基；（4）水解完成后，升温除水，随后用六甲基二硅氮烷投入反应物中进行封尾处理，随后过滤、沸甲醇洗涤，烘干得萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)。
本实施例制备的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)与商用C18 、双极性嵌入的烷基固定相C22-EDA(U)进行对比实验，对烷基苯、烷基联苯和线性稠环芳烃三组样品进行分离，结果如图1-3所示。
为了研究极性基团对固定相疏水选择性和芳香选择性的影响，通过分离烷基苯、烷基联苯和线性稠环芳烃三组样品对C22-EDA(Nap)进行了考察，烷基苯的保留主要由疏水作用控制，而烷基联苯和多环芳烃的保留除了与固定相之间存在疏水作用以外，还存在羰基π-苯π作用，这种作用随着组分中的芳香环增加而增强。为了直观地显示固定相与溶质之间的两种相互作用的差异，构建了各组分保留因子（k）与辛醇-水分配系数（log P）的对数曲线，曲线的斜率被认为是选择性的一个指标，斜率越大意味着选择性越高。如图1-3所示，三种固定相上烷基苯和烷基联苯的曲线基本平行，且C18上的烷基苯和烷基联苯的曲线斜率大于其他两种固定相，说明了C18的疏水选择性大于亲水基团嵌入的C22固定相。同时，C18上多环芳烃的曲线斜率小于烷基苯和烷基联苯，而C22-EDA(Nap)和C22-EDA(U)的表现相反，这进一步说明含羰基极性基团的嵌入有助于增强固定相与芳香溶质之间的羰基π-苯π相互作用，从而增强其芳香选择性。同时，从图2和图3中可以清晰地观察到，C22-EDA(Nap)上多环芳烃的曲线斜率大于C22-EDA(U)，这说明萘基的嵌入对增强固定相的芳香选择性有显著作用。
图2-3中，溶质各组分保留因子：1. 苯; 2. 乙苯; 3. 正丁基苯; 4. 正己基苯;5. 正辛基苯; 6. 正葵基苯; 7. 正十二烷基苯; 8. 联苯; 9. 对乙基联苯; 10. 对丁基联苯; 11. 对己基联苯; 12. 苯; 13. 萘; 14. 蒽; 15. 四苯喹嗪
本实施例制备的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)与商用C18进行对比实验，对空间异构体三联苯进行分析，结果如图4。
选用两组含同分异构体的混合物作为分析物，在 C22-EDA(Nap)上进行了等度洗脱，并在 C18 柱上进行了对比实验。对空间异构体三联苯进行了分析，从色谱图（图4）可以看出，C22-EDA(Nap)可以轻松识别对三联苯、邻三联苯、间三联苯三种同分异构体，而 C18则无法完全识别，这得益于固定相与苯环间的羰基 π-苯π 堆积。
本实施例制备的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)与商用C18进行对比实验，对雌酮、雌三醇、α-雌二醇和β-雌二醇进行分离，其中α-雌二醇和β-雌二醇属于位置异构体，结果如图5。
在C22-EDA(Nap)和C18上分离了四种雌激素，分别为雌酮、雌三醇、α-雌二醇和β-雌二醇，其中α-雌二醇和β-雌二醇属于位置异构体。从分离效果图（图5）来看，在同样的色谱条件下，常规C18柱完全无法分离两种同分异构体，且雌三醇和雌二醇的色谱峰发生了一定程度的重叠。而在C22-EDA(Nap)柱上，两种位置异构体得到了有效分离，彰显了这种复合配改性的固定相对雌激素的多环结构良好的亲和力。
图5中，峰值识别：1. 雌三醇; 2. 雌酮; 3. α-雌二醇; 4. β-雌二醇.
本实施例制备的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)与商用C18、双极性嵌入的烷基固定相C22-EDA(U)和单极性嵌入的烷基固定相C22-EDA进行对比实验，对SRM1647e进行分离，结果如图6。
鉴于复合配体改性的C22固定相对三苯基异构体和雌激素多环结构良好的亲和力，在三种新制备固定相上分离了16种多环芳烃（PAHs）混合物（SRM1647e），探索其多环芳烃的分离潜力，分离色谱图如图6所示。SRM1647e通常需要具备高载碳量和高形状选择性的固定相才能实现完全分离，从分离图可以观察到，即使C18拥有较高的含碳量，但仍然不能分离全部组分。C22-EDA(Nap)、C22-EDA(U)和C22-EDA可以识别大部分组分，只有苊/芴、苯并[a]蒽/䓛、苯并[g,h,i]苝/茚并[1,2,3-cd]芘这几组芳香环结构高度相似的组分没有实现完全分离，可能是这几种填料的键合度稍低所致。有趣的是，对于苯并[b]荧蒽和苯并[k]荧蒽以及苯并[g,h,i]苝和茚并[1,2,3-cd]的分离，只有C22-EDA(Nap)可以实现，而C18、C22-EDA(U)和C22-EDA上的分离度不佳。由此可见，与较小的多环芳烃相比，萘基的嵌入使固定相对较大多环芳烃的分辨率有所提高。
图6中，峰值识别：1. 萘; 2. 苊; 3. 苊烯; 4. 芴; 5. 菲; 6. 蒽; 7. 荧蒽;8. 芘; 9. 苯并蒽; 10. 䓛; 11. 苯并[b]荧蒽; 12. 苯并[k]荧蒽; 13.苯并[a]芘; 14.二苯并[a.h]蒽; 15. 苯并[g,h,i]二萘嵌苯; 16.茚并[1,2,3-cd]芘.
本实施例制备的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)与单极性嵌入的烷基固定相C22-EDA 、双极性嵌入的烷基固定相C22-EDA(U)进行对比实验，对三种硝基取代度不同的缺电子芳香族化合物进行洗脱，并构建了溶质在各色谱柱上保留因子的对比图，结果如图7。
除π-π堆积作用外，电子受体-供体相互作用是另一种常见的π-π相互作用，这种作用也被称为电荷转移，往往存在于富电子芳烃和缺电子芳烃之间。萘是典型的强给电子体，酰胺则是弱给电子体，为了考察C22-EDA(Nap)固定相在给电子体和吸电子体之间的电荷转移能力，用三种硝基取代度不同的缺电子芳香族化合物作为分析物在C22-EDA(Nap)柱和C22-EDA(U)柱、C22-EDA柱上进行了洗脱，并构建了溶质在各色谱柱上保留因子的对比图，如图7所示。在C22-EDA和C22-EDA(U)柱上，三种溶质的保留因子与其疏水性大小成正比，而在C22-EDA(Nap)柱上，溶质的保留顺序与其电子缺乏状态一致，且三种硝基芳烃在后者上的保留能力显著增强，体现了萘基嵌入相特殊的电荷转移能力。由此可得出结论，萘基和酰胺的协同作用有助于增强烷基键合固定相的电荷转移能力，提高固定相的硝基选择性。
本实施例制备的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap)与单极性嵌入的烷基固定相C22-EDA 、双极性嵌入的烷基固定相C22-EDA(U)进行对比实验，对黄嘌呤衍生物进行分离，结果如图8。
以六种黄嘌呤衍生物分别对单极性嵌入相、双极性嵌入相、萘基嵌入相对碱性化合物的分离能力做了进一步考察。图8展示了三种固定相对黄嘌呤衍生物优异的分离能力，且溶质在双极性嵌入相和萘基嵌入相的保留时间更长，显示出了嵌入基团数量对分析物保留的有利影响。
本实施例制备的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相C22-EDA(Nap) 色谱柱稳定性考察，结果如图9-11。
C22-EDA(Nap)的稳定性考察结果见图9-11。在酸液和碱液冲洗前后，萘的保留因子、柱效率、拖尾因子的变化曲线皆表现平缓，证明C22-EDA(Nap)有着良好的耐酸性和耐碱性。
上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、溶解C22酰胺硅烷后向其中滴加适量 1-萘基异氰酸酯，进行酰化反应；
步骤二、在步骤一所得物中加入适量固定相基质键合，升温至 130-140°C，回流20-30h 后过滤，洗涤，烘干备用；所述固定相基质为硅胶；所述硅胶投入量与步骤一所得物投入量的质量比为10：7；
步骤三、将步骤二所得物溶解，在75-85°C 下加入适量去离子水，发生水解反应；
步骤四、对步骤三所得物升温除水，然后用封尾剂进行封尾处理，最后经过滤、洗涤、烘干得含有萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相。
2.根据权利要求1所述的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，步骤一中，所述酰化反应的时间1.5-2.5h。
3.根据权利要求1所述的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，所述步骤一中C22酰胺硅烷和1-萘基异氰酸酯的物质的量之比为1：1。
4.根据权利要求1所述的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，所述硅胶的形貌为球形。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，步骤一中，使用甲苯溶解所述C22酰胺硅烷。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，步骤三中，使用甲苯溶解步骤二所得物。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，步骤四中所述封尾剂为六甲基二硅氮烷。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的萘嵌入的混合配体修饰的烷基固定相合成方法，其特征在于，步骤二中所述洗涤所用洗涤剂为甲苯；步骤四中所述洗涤所用洗涤剂为沸甲醇。
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| GR01 | Patent grant | ||
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