CN115672296B - 一种苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备和应用 - Google Patents
一种苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的绿色制备，是以1,1‑二溴代对苯二乙醚为聚合单体制得短链溴乙氧基柱[5]芳烃，再经手性单一对映体(D/L)‑苯丙氨酸修饰“一锅法”制得手性填料。本发明制备的手性填料，在正反相模式下针对芳基醇：1‑苯基‑1‑丙醇、苯乙醇、1‑（4‑甲基）‑苯乙醇、1‑（3,5‑二甲基）苯乙醇、2‑苯基‑1‑丙醇、1‑苯基‑2‑丙醇、2‑甲基苯丙醇及萘乙醇均实现高的对映体选择性，并具有不同流动性体积分数响应性，温度响应性以且重复性良好，是一类极具发展潜力的新型手性色谱填料。
Description
技术领域
本发明涉及一种柱[5]芳烃硅胶手性填料，尤其涉及一种苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，同时还涉及该手性色谱填料在手性分离对映体中的应用，属于复合材料技术领域和色谱分离技术领域。
背景技术
柱[n]芳烃（n = 5,6…）因其对称疏水腔、富电子性和易衍生等特征已广泛应用于多功能材料制备，生命科学和分离分析等众多领域。手性柱[n]芳烃可通过在其边缘引入手性功能基团或构象反转得到。研究发现，柱[n]芳烃的平面手性结构可因多种诱导因素构成，如构象反转、手性或非手性客体分子、烷基链长度、反应试剂、温度或功能基团位阻等。基于手性或平面手性柱[5]芳烃大环结构可用于构筑多结构类型新手性大环结构，如对称性共聚柱[n]芳烃选择性衍生可合成手性机械自锁分子或轮烷。手性柱[5]芳烃固定在生物界面上可形成手性生物界面材料。而柱[n]芳烃手性金属有机骨架材料的构筑，可为构建手性柱[n]芳烃活性结构域骨架材料提供重要依。
手性柱[n]芳烃由于其手性官能团、富电子空腔、π-π共轭及固有平面手性构象，很容易与手性或非手性客体分子相互作用，形成自组装材料或在自组装过程中形成稳定常数不同的络合物而应用于手性或多结构化合物分离分析领域。特别地，在手性客体分子的荧光识别方面，柱[n]芳烃本身共轭体系可与缺电子体系自组装因电子转移变化而实现手性识别过程。另柱[n]芳烃在手性对映体的电化学检测和手性化合物的圆二色检测等方面也起着重要作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，并将其应用于高效液相色谱法分离芳基醇对映体。
一、苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备
（1）溴乙氧基柱[5]芳烃的制备：以1,2-二氯甲烷为溶剂，1,1-二溴代对苯二乙醚为聚合单体，多聚甲醛为聚合剂，三氯化铁作催化剂，在氮气保护下于室温下反应2.5~3.0小时；反应结束后经石油醚-乙酸乙酯（25~30:1，v/v）柱层析分离，得溴乙氧基柱[5]芳烃。其中，聚合剂多聚甲醛的用量为聚合单体1,1-二溴代对苯二乙醚摩尔量的1.0~1.2倍；催化剂三氯化铁的用量为聚合单体1,1-二溴代对苯二乙醚摩尔量的1.0~1.2倍。
溴乙氧基柱[5]芳烃的合成如下式所示：
（2）苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备：以氯化胆碱与乳酸（摩尔比为1:1.5~1:2）形成的深共熔溶剂为溶剂，二乙胺作缚酸剂，将溴乙氧基柱[5]芳烃、氨丙基硅胶、D/L-苯丙氨酸通过一锅法在85~90℃反应20~24小时，反应结束后反应液倒入乙醇中并抽滤，所得固体产物分别用乙醇、甲醇洗涤，55~60℃真空干燥20~24小时，得到D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料。其中，溴乙氧基柱[5]芳烃和氨丙基硅胶的摩尔比为1:4~1:5，溴乙氧基柱[5]芳烃和D/L-苯丙氨酸的摩尔比为1:1.0~1:1.2，溴乙氧基柱[5]芳烃和缚酸剂二乙胺摩尔比为1:4~1:6。
D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的合成如下式所示：
图1为苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料红外图。红外分析表明，3450和1640波数特征峰为N-H伸缩振动和弯曲振动峰，增强吸收峰在1721波数特征峰对应C=O伸缩振动峰，1000~1200波数特征峰为Si-O的伸缩振动吸收带，1507和1411波数特征峰为苯环弯曲振动，685波数特征峰为苯环的骨架伸缩振动。结果表明，D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料成功制备。
图2为苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料热重图。图2的热重分析表明，D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料在250℃之后，苯丙氨酸修饰溴乙氧基柱[5]芳烃开始进行热分解，在大约600℃时质量损失率为24.18%，并在600℃后开始趋于稳定，说明D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料主体已经分解完成，而未分解的物质为无机二氧化硅。
二、手性色谱填料的性能测试
1、反相模式拆分
以乙腈/水作为流动相，选择特定结构芳基醇外消旋体（a：1-苯基-1-丙醇，b：苯乙醇，c：1-(4-甲基)-苯乙醇，d：1-(3, 5-二甲基)苯乙醇，e：2-苯基-1-丙醇，f：1-苯基-2-丙醇）作为目标分析物进行对映体拆分。
图3为丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料反相拆分色谱图。从图3的结果可知，丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于6种芳基醇外消旋体均达较高的分离度。
2、正相模式下拆分
以正己烷-异丙醇体积比为95:5为流动相，选择特定结构芳基醇外消旋体（a：1-苯基-1-丙醇，b：苯乙醇，c：1-(4-甲基)-苯乙醇，d：2-甲基苯丙醇，e：2-苯基-1-丙醇，f：萘乙醇）作为目标分析物进行对映体拆分。
图4为苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料正相拆分色谱图。从实验结果可知，丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于6种芳基醇外消旋体均达较高的分离度，具有较好的对映体拆分能力。
3、流动相体积分数等对分离度影响
反相模式拆分：以乙腈-水作为流动相，考察D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于1-苯基-1-丙醇分离度的影响。图5a为不同乙醇体积分数对分离度影响。结果表明，随着乙腈体积分数的增加，该手性色谱柱对映体的保留时间减小。图5b为不同流动相体积分数下的保留时间、分离因子和分离度变化趋势。结果表明，随着流动相体积分数的增加，手性色谱柱对映体的分离度减小。综合考虑保留时间和分离度的因素，流动相乙腈-水中，选择乙腈的体积百分数以10%为宜。
同样的实验表明，正相模式拆分下，流动相中，正己烷与异丙醇体积比为95:5为宜。
4、温度对于手性色谱柱对映体拆分性能的影响
反相模式下，在乙腈/水（10/90, 体积比）条件下，D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对1-苯基-1-丙醇进行手性拆分。图6为温度对于手性色谱柱对映体拆分性能的影响实验，其中，第一个峰的出峰时间为保留时间1，第二个峰的出峰时间为保留时间2，保留时间2和保留时间1的比值为分离因。实验结果表明，随着温度的增加，保留时间减小，分离度逐渐增大。这可能是由于温度的升高增强了手性填料中柱[5]芳烃主体和客体分子之间相互作用力，使得主-客体络合物趋于更加稳定的形式。另外，升高温度可以减小流动相的粘度，导致保留时间减小、分离度增大。
通过不同流动相体积分数对分离度影响、温度响应性实验，证实苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料具有良好的溶剂体积分数和温度响应性。
5、重复性考察
重复性是色谱柱性能评价的一项重要指标。通过对手性对映体 1-苯基-1-丙醇进行6次重复进样分析，计算分离度值评估苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料稳定性。实验结果发现，对映体色谱图的峰面积、峰高及保留时间几乎没有变化，说明手性色谱柱的重复性较好。经计算，分离度的相对标准偏差值小于1.5%，稳定性良好。
综上所述，本发明以1,1-二溴代对苯二乙醚为聚合单体先制得短链溴乙氧基柱[5]芳烃，再经手性单一对映体(D/L)-苯丙氨酸修饰通过“一锅法”制得苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料，该手性填料在正反相模式下对于芳基醇：1-苯基-1-丙醇、苯乙醇、1-（4-甲基）-苯乙醇、1-（3,5-二甲基）苯乙醇、2-苯基-1-丙醇、1-苯基-2-丙醇、2-甲基苯丙醇及萘乙醇均显示出高的对映体选择性，温度响应性明显，重复性良好，是一类极具发展潜力的新型手性色谱填料。
附图说明
图1为苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料红外图。
图2为苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料热重图。
图3为苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料反相拆分色谱图。
图4为苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料正相拆分色谱图。
图5为不同乙醇体积分数对分离度影响。
图6为温度对于手性色谱柱对映体拆分性能的影响。
具体实施方式
实施例1、D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料的制备，包括以下步骤：
（1）溴乙氧基柱[5]芳烃的制备：取3.0克1,1-二溴代对苯二乙醚，1.5克多聚甲醛，1.6克三氯化铁，加入到80毫升1,2-二氯甲烷中，氮气保护下，在室温下反应2.5小时；反应结束后经石油醚:乙酸乙酯（25:1，体积比）柱层析分离，得溴乙氧基柱[5]芳烃；
（2）苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料的制备：取0.6克溴乙氧基柱[5]芳烃，3.0克氨丙基硅胶，0.6克D/L-苯丙氨酸，0.6克二乙胺加入到60毫升氯化胆碱与乳酸（摩尔比为1:1.5）形成的深共熔溶剂中，在85摄氏度“一锅法”反应24小时，反应结束后将反应液倒入100ml的乙醇中并抽滤，抽滤后所得固体产物分别用乙醇、甲醇洗涤，在55摄氏度的真空烘箱中干燥24小时，获得D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料。手性色谱填料的元素分析结果见表1：
元素分析结果显示，氨丙基硅胶的氮含量为1.51%，碳含量为4.52%。而D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料中氮含量分别为2.25%和1.91%，碳含量分别为16.38%和16.73%。可见，引入手性氨基酸取代柱[5]芳烃之后，D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料的碳含量会显著增加，说明该手性填料的成功制备。
实施例2、手性色谱填料拆分芳基醇外消旋体
1、反相模式拆分
采用苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料，以乙腈/水（10/90, v/v）作为流动相，选择特定结构的芳基醇外消旋体（a：1-苯基-1-丙醇，b：苯乙醇，c：1-(4-甲基)-苯乙醇，d：1-(3, 5-二甲基)苯乙醇，e：2-苯基-1-丙醇，f：1-苯基-2-丙醇）作为目标分析物进行对映体拆分。分别量取a ~ f样品10 μL，在乙腈/水（10/90, 体积比）为流动相，流速1.0毫升/分钟，检测波长254纳米，柱温25摄氏度条件下进行高效液相色谱分离。
结果显示，反相模式下，D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于6种芳基醇外消旋体均达较高的分离度，D-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于1-苯基-1-丙醇的分离度最高达到4.15,L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于苯乙醇的分离度最高达到2.06（见图3）。
2、正相模式下拆分
采用苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料，分别量取a ~ f样品10 μL，以正己烷-异丙醇（体积比为95:5）为流动相，流速1.0毫升/分钟，检测波长254纳米，柱温25摄氏度选择特定结构芳基醇外消旋体（a：1-苯基-1-丙醇，b：苯乙醇，c：1-(4-甲基)-苯乙醇，d：2-甲基苯丙醇，e：2-苯基-1-丙醇，f：萘乙醇）作为目标分析物进行对映体拆分。
结果显示，D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于6种芳基醇外消旋体均达较高的分离度，其中D-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于苯乙醇的分离度最高达到5.97，L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性填料对于1-苯基-1-丙醇的分离度最高达到6.51（见图4）。
Claims (10)
1.苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，包括以下步骤：
（1）溴乙氧基柱[5]芳烃的制备：以1,2-二氯甲烷为溶剂，1,1-二溴代对苯二乙醚为聚合单体，多聚甲醛为聚合剂，三氯化铁作催化剂，在氮气保护下于室温下反应2.5~3.0小时；反应结束后经石油醚-乙酸乙酯柱层析分离，得溴乙氧基柱[5]芳烃；
（2）苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备：以氯化胆碱与乳酸形成的深共熔溶剂为溶剂，二乙胺作缚酸剂，将溴乙氧基柱[5]芳烃、氨丙基硅胶、D/L-苯丙氨酸在85~90℃通过一锅法反应20~24小时，反应结束后反应液倒入乙醇中并抽滤，所得固体产物分别用乙醇、甲醇洗涤，55~60℃真空干燥20~24小时，得到D/L-苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料。
2.如权利要求1所述苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，聚合剂多聚甲醛的用量为聚合单体1,1-二溴代对苯二乙醚摩尔量的1.0~1.2倍。
3.如权利要求1所述苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，催化剂三氯化铁的用量为聚合单体1,1-二溴代对苯二乙醚摩尔量的1.0~1.2倍。
4.如权利要求1所述苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，石油醚-乙酸乙酯中石油醚与乙酸乙酯的体积比为25:1~30:1。
5.如权利要求1所述苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）的深共熔溶剂中，氯化胆碱与乳酸的摩尔比为1:1.5~1:2。
6.如权利要求1所述苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，溴乙氧基柱[5]芳烃和氨丙基硅胶的摩尔比为1:4~1:5。
7.如权利要求1所述苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，溴乙氧基柱[5]芳烃和D/L-苯丙氨酸的摩尔比为1:1.0~1:1.2。
8.如权利要求1所述苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，溴乙氧基柱[5]芳烃和缚酸剂二乙胺摩尔比为1:4~1:6。
9.如权利要求1所述方法制备的苯丙氨酸修饰短链柱[5]芳烃手性色谱填料在分离芳基醇外消旋体中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述芳基醇外消旋体为1-苯基-1-丙醇、苯乙醇、1-（4-甲基）-苯乙醇、1-（3, 5-二甲基）苯乙醇、2-苯基-1-丙醇、1-苯基-2-丙醇、2-甲基苯丙醇、萘乙醇。
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