一种基于纤维素衍生物的杂化手性固定相及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于纤维素衍生物的杂化手性固定相的制备方法，采用溶胶凝胶法将未取代或取代的苯基异氰酸酯纤维素衍生物与硅烷偶联剂交联制备杂化手性硅球固定相，操作简单，易于控制，所制得的杂化手性固定相的纤维素衍生物含量高，具有良好的手性拆分能力和机械强度，耐溶剂性能好且有较强的上载能力，适合用作制备色谱分离的手性固定相。

说明书

技术领域

本发明涉及手性固定相的制备领域，具体涉及一种基于纤维素衍生物的 杂化手性固定相及其制备方法。

背景技术

随着医药科学的进步与发展，手性药物的色谱拆分及光学纯度的分析变 得越来越重要，手性固定相是一种具有对映体拆分能力的色谱分离材料，目 前已商品化的手性固定相有100多种，其中纤维素衍生化手性固定相具有较 高的拆分性能和色谱上载容量，广泛应用于对映体分析与分离制备。

现有的纤维素衍生物手性固定相是将纤维素羟基衍生化后，涂覆或键合 于硅胶等载体表面制成。1986年，日本Yoshio Okamoto小组制得一系列涂 覆型手性固定相并先后开发出涂覆型纤维素衍生物商品柱，如Chiralcel OD 和OJ柱等。此后，为了克服涂敷型手性固定相中纤维素衍生物易流失及溶 剂使用范围窄等问题，Yoshio Okamoto等首次通过二异氰酸酯将纤维素衍生 物键合于氨丙基硅胶制得键合型手性柱，Chiracel IB和IC于2004年前后成 功商品化。我国，邹汉法等也在中国专利ZL200310105270.0中公开了一种 快速制备键合型多糖类手性固定相的方法，步骤为：1)于盛有有机溶剂的反 应器中，多糖与多糖衍生化试剂和含有可与多糖上羟基反应功能基的三甲氧 基硅烷或三乙氧基硅烷反应，离心分离，收集固体物备用；2)将上述制备的 含三甲氧基或三乙氧基多糖类衍生物涂布在裸露的常用于色谱填料的硅胶 基质表面，然后将其置于反应器中，加入一定比例的甲苯和吡啶，反应后， 冷却，再分别用四氢呋喃、甲醇洗涤产物，真空干燥，即可制得键合型多糖 类手性固定相。刘晓宁等则在中国专利ZL200710191730.4中公开了一种键 合-亲和复合型手性固定相的制备方法，主要步骤为：1)将多糖衍生物I经化 学键合到手性固定相基质上，获得键合型固定相；2)将多糖衍生物II经亲合 涂敷到键合型固定相上，获得键合-亲合复合型多糖手性固定相。

然而，由于涂覆或键合所使用硅胶本身孔容的限制，一般仅能键合或涂 覆约20wt％的纤维素衍生物，使得制备色谱分离过程中样品的上载量无法进 一步提高，限制了其在工业色谱中的应用。同时，涂覆型纤维素固定相只能 采用正己烷和醇类有机溶剂的混合物作为流动相，因此可能存在待分离对映 体在流动相中溶解度低等问题，使得制备色谱的处理能力大幅下降，甚至使 色谱分离过程的经济性大打折扣；若在流动相中添加丙酮、四氢呋喃、氯仿 等有机溶剂改善溶解性能，则又会导致纤维素衍生物流失从而失去手性识别 能力。键合型纤维素虽然不易被四氢呋喃等溶剂溶解或溶胀，但是由于纤维 素衍生物较大的分子尺寸以及硅胶载体本身的孔结构特征，使得手性功能基 密度较涂覆型更低，样品上载量及分离效率不及涂覆型。因此，开发一种既 有较强色谱上载容量，同时溶剂使用范围广的手性固定相具有广阔的市场需 求和应用前景。

发明内容

本发明提供了一种基于纤维素衍生物的杂化手性固定相的制备方法，所 制得的杂化手性固定相具有良好的手性拆分能力和机械强度。

一种基于纤维素衍生物的杂化手性固定相的制备方法，包括步骤：

(1)将纤维素溶于N，N-二甲基乙酰胺/氯化锂体系中，以无水吡啶为介 质，加入未取代或取代的苯基异氰酸酯衍生化试剂和三-(乙氧基硅)丙基异氰 酸酯的混合物，进行衍生化反应，衍生化反应结束后加入沉淀剂使反应产物 沉淀，过滤并干燥得到未取代或取代的苯基异氰酸酯纤维素衍生物；

(2)将步骤(1)中的纤维素衍生物溶于有机溶剂中，再加入硅烷偶联 剂进行交联反应，将交联产物加入至表面活性剂水溶液中老化处理，所得沉 淀物经过滤、洗涤和真空干燥得到基于纤维素衍生物的杂化手性固定相，即 有机无机杂化硅球。

为了达到更好的发明效果，优选：

所述的未取代或取代的苯基异氰酸酯衍生化试剂选用

所述的三-(乙氧基硅)丙基异氰酸酯的结构式为

所述的三-(乙氧基硅)丙基异氰酸酯与未取代或取代的苯基异氰酸酯衍 生化试剂的摩尔比为1∶9-99。

所述的沉淀剂选用甲醇或乙醇。

所述的纤维素与三-(乙氧基硅)丙基异氰酸酯的质量比为3-4∶1，更利于 后续固定相多孔性质的调控。

所述的纤维素衍生物的克数与硅烷偶联剂的毫升数之比为0.02-0.1∶1， 更利于后续固定相多孔性质的调控。

所述的硅烷偶联剂选用正硅酸乙酯、双(三乙氧基硅基)甲烷、双(三乙氧 基硅基)乙烷中的一种，进一步优选正硅酸乙酯。

所述的有机溶剂选用四氢呋喃、吡啶、二甲基亚砜、三氯甲烷或二氯甲 烷。所述的有机溶剂最好加热至30℃-80℃使用，更利于纤维素衍生物的溶 解。

所述的表面活性剂选用离子型或非离子型表面活性剂，具体可选用十二 烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基 氯化铵、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)中的一种，进一步优选十二烷 基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵。所述的表面活性剂水溶液最好加热至 40℃-100℃使用，老化处理时最好剧烈搅拌10分钟-120分钟，更利于固定 相优良微观结构的形成。

所述的衍生化反应的条件为40℃-100℃(进一步优选60℃-100℃)反应 24小时-72小时。

所述的交联反应的条件为20℃-100℃下反应1小时-20小时。

所述的交联反应在pH值为2-11的条件下进行，进一步优选为在pH值 为2-7的条件下进行。

本发明所用的原料均可选用市售产品。

所述的基于纤维素衍生物的杂化手性固定相的制备方法制备的基于纤 维素衍生物的杂化手性固定相可用于制备手性柱。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明采用溶胶凝胶法将未取代或取代的苯基异氰酸酯纤维素衍生物 与硅烷偶联剂交联制备杂化手性硅球固定相，操作简单，易于控制，所制得 的杂化手性固定相的纤维素衍生物含量高，具有良好的手性拆分能力和机械 强度，耐溶剂性能好且有较强的上载能力，适合用作制备色谱分离的手性固 定相。

附图说明

图1为特罗格尔碱采用实施例8制得的手性柱的拆分效果图； 色谱条件为：柱温35℃；流动相为正己烷/异丙醇(90∶10，v/v)；流速0.3mL/min； 检测波长254nm；

图2为特罗格尔碱采用实施例8制得的手性柱的拆分效果图； 色谱条件为：柱温35℃；流动相为正己烷/氯仿/异丙醇(90∶10∶1，v/v/v)；流速 0.3mL/min；检测波长254nm；

图中，(-)表示左旋特罗格尔碱的峰，(+)表示右旋特罗格尔碱的峰，纵坐 标为响应值，横坐标为时间：分钟。

具体实施方式

实施例1：

1)苯基异氰酸酯纤维素衍生物手性硅烷单体的合成

将0.2克纤维素与适量N，N-二甲基乙酰胺和适量氯化锂置于三口烧瓶 中，搅拌回流1小时，待纤维素溶解后加入2毫升无水吡啶，再加入0.62 克(0.005mol)苯基异氰酸酯和0.05克(0.0002mol)三-(乙氧基硅)丙基异 氰酸酯的混合物，80℃下搅拌进行衍生化反应24小时，然后用200毫升甲 醇使反应产物沉淀，过滤并干燥得到纤维素衍生物；

2)有机无机杂化硅球的合成

将0.1克纤维素衍生物溶于70℃四氢呋喃后，依次加入2毫升正硅酸乙 酯和1毫升水，加酸调节pH至2，在60℃下交联反应2小时，将反应得到 的混合物滴入500毫升60℃质量百分浓度为5％的十二烷基硫酸钠水溶液 中，并于60℃剧烈搅拌120分钟，将得到的沉淀用砂芯漏斗过滤并依次用体 积百分浓度为50％的乙醇水溶液、正己烷洗涤，真空干燥8小时，即得苯基 异氰酸酯纤维素衍生手性杂化固定相。经热重与元素分析表征，该固定相中 纤维素衍生物的质量百分含量占80％；固定相比表面积为190m²/g，平均孔 径为13nm。

实施例2：

1)4-氯苯基异氰酸酯纤维素衍生物手性硅烷单体的合成

将0.2克纤维素与适量N，N-二甲基乙酰胺与适量氯化锂置于三口烧瓶 中，70℃下搅拌回流1小时，待纤维素溶解后加入2毫升无水吡啶。再加入 1.23克4-氯苯基异氰酸酯(0.008mol)和0.05克(0.0002mol)三-(乙氧基硅) 丙基异氰酸酯混合物，80℃下搅拌进行衍生化反应24小时，然后用200毫 升乙醇使反应产物沉淀，过滤并干燥得到纤维素衍生物；

2)有机无机杂化硅球的合成

将0.11克纤维素衍生物溶于70℃四氢呋喃后，依次加入4毫升正硅酸 乙酯和1毫升水，调节pH至3，在60℃下交联反应2小时，将反应得到的 混合物滴入500毫升60℃质量百分浓度为5％的十二烷基硫酸钠水溶液中， 并于60℃剧烈搅拌50分钟，将得到的沉淀用砂芯漏斗过滤并依次用体积百 分浓度为50％的乙醇水溶液、正己烷洗涤，真空干燥8小时，即得4-氯苯基 异氰酸酯纤维素衍生手性杂化硅球固定相。经热重与元素分析表征，该固定 相中纤维素衍生物的质量百分含量占65％；固定相比表面积为197m²/g，平 均孔径为14.6nm。

实施例3：

1)对甲基苯基异氰酸酯纤维素衍生物手性硅烷单体的合成

将0.2克纤维素与适量N，N-二甲基乙酰胺与适量氯化锂置于三口烧瓶 中，70℃下搅拌回流1小时，待纤维素溶解后加入2毫升无水吡啶。再加入 0.85克对甲基苯基异氰酸酯(0.0064mol)和0.05克(0.0002mol)三-(乙氧 基硅)丙基异氰酸酯的混合物，80℃下搅拌进行衍生化反应24小时，然后用 200毫升甲醇使反应产物沉淀，过滤并干燥得到纤维素衍生物；

2)有机无机杂化硅球的合成

将0.09克纤维素衍生物溶于70℃四氢呋喃后，依次加入3毫升正硅酸 乙酯和1毫升水，调节pH至7，在60℃下交联反应2小时，将反应得到的 混合物滴入500毫升60℃质量百分浓度为5％的十二烷基硫酸钠水溶液中， 并于60℃剧烈搅拌10分钟，将得到的沉淀用砂芯漏斗过滤并依次用体积百 分浓度为50％的乙醇水溶液、正己烷洗涤，真空干燥8小时，即得对甲基苯 基异氰酸酯纤维素衍生手性杂化硅球固定相。经热重与元素分析表征，该固 定相中纤维素衍生物的质量百分含量占72％：；固定相比表面积为200m²/g， 平均孔径为15nm。

实施例4：

1)3，5-二氯苯基异氰酸酯纤维素衍生物手性硅烷单体的合成

将0.2克纤维素与适量N，N-二甲基乙酰胺和适量氯化锂置于三口烧瓶 中，70℃下搅拌回流1小时，待纤维素溶解后加入2毫升无水吡啶，再加入 1.24克3，5-二氯苯基异氰酸酯(0.0066mol)和0.05克(0.0002mol)三-(乙 氧基硅)丙基异氰酸酯的混合物，80℃下搅拌进行衍生化反应24小时，然后 用200毫升甲醇使反应产物沉淀，过滤并干燥得到纤维素衍生物；

2)有机无机杂化硅球的合成

将0.13克纤维素衍生物溶于70℃四氢呋喃后，依次加入2毫升正硅酸 乙酯和1毫升水，加酸调节pH至3，在60℃下交联反应2小时，将反应得 到的混合物滴入500毫升60℃质量百分浓度为5％的十六烷基三甲基溴化铵 水溶液中，并于60℃剧烈搅拌80分钟，将得到的沉淀用砂芯漏斗过滤并依 次用体积百分浓度为50％的乙醇水溶液、正己烷洗涤，真空干燥8小时，即 得3，5-二氯苯基异氰酸酯纤维素衍生手性杂化固定相。经热重与元素分析表 征，该固定相中纤维素衍生物的质量百分含量占83％；固定相比表面积为 220m²/g，平均孔径为12nm。

实施例5：

1)3-甲基-5-氯苯基异氰酸酯纤维素衍生物手性硅烷单体的合成

将0.2克纤维素与适量N，N-二甲基乙酰胺与适量氯化锂置于三口烧瓶 中，70℃下搅拌回流1小时，待纤维素溶解后加入2毫升无水吡啶。再加入 3.32克3-甲基-5-氯苯基异氰酸酯(0.0198mol)和0.05克(0.0002mol)三-(乙 氧基硅)丙基异氰酸酯混合物，100℃下搅拌进行衍生化反应72小时，然后 用200毫升乙醇使反应产物沉淀，过滤并干燥得到纤维素衍生物；

2)有机无机杂化硅球的合成

将0.1克纤维素衍生物溶于80℃吡啶后，依次加入4毫升双(三乙氧基 硅基)甲烷和1毫升水，调节pH至3，在100℃下交联反应1小时，将反应 得到的混合物滴入500毫升40℃质量百分浓度为10％的十二烷基苯磺酸钠 水溶液中，并于40℃剧烈搅拌120分钟，将得到的沉淀用砂芯漏斗过滤并依 次用体积百分浓度为50％的乙醇水溶液、正己烷洗涤，真空干燥8小时，即 得3-甲基-5-氯苯基异氰酸酯纤维素衍生手性杂化硅球固定相。经热重与元素 分析表征，该固定相中纤维素衍生物的质量百分含量占64％；固定相比表面 积为180m²/g，平均孔径为15nm。

实施例6：

1)3-甲基-5-氯苯基异氰酸酯纤维素衍生物手性硅烷单体的合成

将0.2克纤维素与适量N，N-二甲基乙酰胺与适量氯化锂置于三口烧瓶 中，70℃下搅拌回流1小时，待纤维素溶解后加入2毫升无水吡啶。再加入 0.3克3-甲基-5-氯苯基异氰酸酯(0.0018mol)和0.05克(0.0002mol)三-(乙 氧基硅)丙基异氰酸酯混合物，60℃下搅拌进行衍生化反应48小时，然后用 200毫升乙醇使反应产物沉淀，过滤并干燥得到纤维素衍生物；

2)有机无机杂化硅球的合成

将0.1克纤维素衍生物溶于30℃三氯甲烷后，依次加入4毫升双(三乙 氧基硅基)乙烷和1毫升水，调节pH至2，在20℃下交联反应20小时，将 反应得到的混合物滴入500毫升100℃质量百分浓度为3％的十八烷基三甲 基氯化铵水溶液中，并于100℃剧烈搅拌10分钟，将得到的沉淀用砂芯漏斗 过滤并依次用体积百分浓度为50％的乙醇水溶液、正己烷洗涤，真空干燥8 小时，即得3-甲基-5-氯苯基异氰酸酯纤维素衍生手性杂化硅球固定相。经热 重与元素分析表征，该固定相中纤维素衍生物的质量百分含量占65％；固定 相比表面积为186m²/g，平均孔径为15nm。

实施例7：

1)对甲基苯基异氰酸酯纤维素衍生物手性硅烷单体的合成

将0.2克纤维素与适量N，N-二甲基乙酰胺与适量氯化锂置于三口烧瓶 中，70℃下搅拌回流1小时，待纤维素溶解后加入2毫升无水吡啶。再加入 1.33克对甲基苯基异氰酸酯(0.01mol)和0.05克(0.0002mol)三-(乙氧基 硅)丙基异氰酸酯混合物，40℃下搅拌进行衍生化反应55小时，然后用200 毫升乙醇使反应产物沉淀，过滤并干燥得到纤维素衍生物；

2)有机无机杂化硅球的合成

将0.1克纤维素衍生物溶于50℃二甲基亚砜后，依次加入4毫升双(三 乙氧基硅基)乙烷和1毫升水，调节pH至11，在50℃下交联反应10小时， 将反应得到的混合物滴入500毫升80℃质量百分浓度为5％的Triton X-100 水溶液中，并于80℃剧烈搅拌30分钟，将得到的沉淀用砂芯漏斗过滤并依 次用体积百分浓度为50％的乙醇水溶液、正己烷洗涤，真空干燥8小时，即 得对甲基苯基异氰酸酯纤维素衍生手性杂化硅球固定相。经热重与元素分析 表征，该固定相中纤维素衍生物的质量百分含量占62％；固定相比表面积为 182m²/g，平均孔径为15.5nm。

实施例8：

以实施例4制备的3，5-二氯苯基异氰酸酯纤维素衍生手性杂化硅球固定 相用湿法装柱制备规格为4.6mm×150mm的手性柱。制得的手性柱用于拆分 特罗格尔碱色谱条件为：柱温35℃；流动相为正己烷/异丙醇 (90∶10，v/v)；流速0.3mL/min；检测波长254nm；拆分效果见图1和图2。