杯芳烃酰胺衍生物固定相及其制备方法和用途

摘要

本发明提供一种杯芳烃酰胺衍生物固定相及其制备方法和用途。该固定相包括杯芳烃基团、脯氨酸基团和氨丙基三乙氧基键合硅胶基团。经研究发现：该固定相具有RPLC/HILIC混合模式行为，对于复杂样品的分离分析具有明显的优势，即在低比例有机相下显示疏水保留特性；而在高比例有机相下显现亲水保留特性，既可以在RPLC模式下分离疏水性化合物，又可以在HILIC模式下分离极性小分子化合物或生物样品。其制备方法包括杯芳烃脯氨酸衍生物的合成、杯芳烃脯氨酸衍生物的酰氯化、氨丙基三乙氧基硅烷键合硅胶的制备、杯芳烃酰胺衍生物固定相成品制备步骤。该制备方法简单、温和、键合量高，毒性较小、重现性好。

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其是涉及一种杯芳烃酰胺衍生物固定相及其制备方法和用途。

背景技术

杯芳烃类物质具有独特的化学结构，其骨架是苯环组成的立体空穴结构，能够与客体分子发生疏水、包结、和π～π等作用。杯芳烃作为第三代超分子化合物，集成了冠醚和环糊精的优点，它不仅原料易得，而且毒性小；分子的空腔大小可调；下缘是活泼的羟基，可通过反应引入种类繁多的基团；上缘的叔丁基可以很容易的移去而引入其它的官能团。根据苯环的个数n，将其命名为杯[n]芳烃。在杯芳烃类物质中研究较多的主要有杯[4]芳烃、杯[6]芳烃以及杯[8]芳烃。近年的研究主要以杯芳烃为基础，利用其上、下沿易于选择化学修饰的特点，设计衍生具有特定官能团的衍生物主体分子，从而使其被用于重金属离子、镧系元素的选择性萃取、中性有机分子的分离，废水控制和处理、金属回收等领域，展示了广阔的应用前景。目前报道的衍生基团主要是对杯芳烃下沿进行修饰得到的醚、酯、酰胺、羧基、羟肟等杯芳烃衍生物，但是，上述研究均选择在杯芳烃下沿进行修饰，该种修饰方式会对杯芳烃下沿各基团与金属离子的选择性配位产生影响，且通过上述修饰方法所制得的杯芳烃衍生物在被利用于上述技术领域时，通常只能表现出一种分离模式，造成分离效率低、分离纯度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对杯芳烃上沿进行修饰且能表现出反相/亲水作用混合模式的杯芳烃酰胺衍生物固定相及其制备方法和用途，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种杯芳烃酰胺衍生物固定相，包括杯芳烃基团、脯氨酸基团和氨丙基三乙氧基键合硅胶基团，三种基团通过分子键键合在一起形成分子链结构，使得该杯芳烃酰胺衍生物固定相分子链各基团之间结合牢固，其结构式如下式所示，其中圆球代表活化后的硅胶链：

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本发明还提供一种所述杯芳烃酰胺衍生物固定相的制备方法，包括以下步骤：

提供一种酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物；

提供一种氨丙基三乙氧基键合硅胶；

将所述氨丙基三乙氧基键合硅胶与所述酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物混合进行酰胺化反应，制得所述杯芳烃酰胺衍生物固定相成品。

基于上述，提供一种所述酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物的步骤包括：将脱叔丁基杯芳烃与L-脯氨酸和甲醛水溶液进行反应，得到白色产物杯芳烃脯氨酸衍生物；然后将所述杯芳烃脯氨酸衍生物进行酰氯化处理，得到浅黄色固体产物酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物。

优选地，提供一种所述酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物的步骤为：取0.6g～0.9g的脱叔丁基杯芳烃溶解于15mL～30mL的四氢呋喃溶液中，在酸性条件下，向所述四氢呋喃溶液中加入0.5g～2g的L-脯氨酸、0.5mL～1.5mL的甲醛水溶液进行反应，经过滤、洗涤、重结晶、真空干燥得到杯芳烃脯氨酸衍生物；然后在惰性气体条件下，将0.6g～1.5g所述杯芳烃酰胺衍生物与1.0mL～2.0mL草酰氯在无水二氯甲烷中进行反应，经过滤、旋蒸后制得酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物。其中洗涤过程的洗涤溶液采用四氢呋喃溶液，重结晶溶液为甲醇和水的混合溶液。

基于上述，提供一种所述氨丙基三乙氧基键合硅胶的步骤包括：将活化硅胶与氨丙基三乙氧基硅烷进行反应，制得所述氨丙基三乙氧基键合硅胶。

优选地，提供一种所述氨丙基三乙氧基键合硅胶的步骤为：将10g～15g的活化硅胶与10mL～15mL的氨丙基三乙氧基硅烷在添加了三乙胺的无水甲苯中进行反应，经抽滤、洗涤、干燥后制得所述氨丙基三乙氧基键合硅胶。其中，洗涤过程中依次采用甲苯、丙酮、二次重蒸水、丙酮分别对抽滤后的固体物洗涤三次。

优选地，制得所述活化硅胶的步骤包括：将硅胶浸入盐酸溶液中浸泡，然后经搅拌、回流、过滤洗涤、干燥制得活化硅胶。其中，洗涤过程中依次采用甲苯、丙酮、二次重蒸水、丙酮分别对抽滤后的固体物洗涤三次。

优选地，所述硅胶为多孔硅胶，其规格为粒径5μm，孔径100?，比表面积300m²/g。

优选地，制得所述杯芳烃酰胺衍生物固定相成品的步骤为：在惰性气体条件下，将2g～5g的所述氨丙基三乙氧基键合硅胶与0.5g～1.5g的所述酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物在无水二氯甲烷中进行反应，经抽滤、洗涤、真空干燥制得所述杯芳烃酰胺衍生物固定相成品。

经研究发现：该固定相具有RPLC/HILIC混合模式行为，对于复杂样品的分离分析具有明显的优势，即在低比例有机相下显示疏水保留特性；而在高比例有机相下显现亲水保留特性，既可以在RPLC模式下分离疏水性化合物，又可以在HILIC模式下分离极性小分子化合物或生物样品。因此,本发明还提供一种利用所述的杯芳烃酰胺衍生物固定相作为高效液相色谱分离填充料的用途。

本发明提供的杯芳烃酰胺衍生物固定相，该固定相在具有杯芳烃的三维空腔和苯环骨架结构，能够与客体分子发生疏水、包结、和π～π等作用的同时，还保留了脯氨酸的极易溶于水，能够与客体分子发生亲水、静电和氢键等功能特性；因此，该固定相具有反相/亲水作用混合模式行为，即RPLC/HILIC混合模式行为，对于复杂样品的分离分析具有明显的优势，特别适用于仅靠疏水作用难以分离的物质，既可以在RPLC模式下分离疏水性化合物，如单取代苯；又可以在HILIC模式下分离极性小分子化合物或生物样品，如苯酚、磺胺、核苷等。同时，三种基团通过分子键键合在一起形成分子链结构，使得该杯芳烃酰胺衍生物固定相分子链各基团之间结合牢固，不容易被溶剂洗脱。本发明提供的杯芳烃酰胺衍生物固定相的制备方法简单、温和、键合量高，毒性较小、重现性好，具有很好的应用前景。

附图说明

图1是实施例1提供的杯芳烃酰胺衍生物固定相的结构式。

图2是实施例1提供的杯芳烃酰胺衍生物固定相的反应过程示意图。

图3～图7分别是实施例1提供的杯芳烃酰胺衍生物固定相作为高效液相色谱分离材料的分离效果图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种杯芳烃酰胺衍生物固定相，包括杯芳烃基团、脯氨酸基团和氨丙基三乙氧基键合硅胶基团，其结构式如下式所示，其中圆球代表活化后的硅胶链：

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本实施例所述的杯芳烃酰胺衍生物固定相可通过如图2所示的反应过程得到，具体制备过程包括以下步骤：

杯芳烃脯氨酸衍生物（Ⅰ）的合成：取0.8g脱叔丁基杯芳烃于50mL圆底烧瓶中，磁力搅拌下加入20mL四氢呋喃溶液，再依次加入1g的L-脯氨酸，2mL的冰醋酸以及质量分数为37%的甲醛水溶液1mL，室温下反应36h，经过滤后用四氢呋喃洗涤5次，所得固体再利用甲醇和水进行重结晶，然后80℃下真空干燥12h得到白色产物杯芳烃脯氨酸衍生物。

杯芳烃脯氨酸衍生物的酰氯化（Ⅱ）：取0.8g杯芳烃脯氨酸衍生物于25mL三口瓶中，磁力搅拌下加入10mL无水二氯甲烷混匀，氮气保护下逐滴缓慢加入2mL草酰氯，室温下反应5h，经过滤、旋蒸除去反应液，得浅黄色固体产物即酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物。

硅胶（Ⅲ）活化：称取10g粒径为5μm、孔径为100?、比表面积为300m²/g的多孔硅胶，浸入到250mL体积比为1：3的质量百分数为37%的浓HCl与水组成的混合溶液中浸泡24h，然后在机械搅拌下回流10h，除去金属离子，再用G5砂芯漏斗过滤，用高纯水反复洗至中性，在160℃下干燥10h脱去表面水，即得活化硅胶，并储于干燥器中备用。

氨丙基三乙氧基硅烷键合硅胶（Ⅳ）的制备：取12mL氨丙基三乙氧基硅烷于250mL三口瓶中，加入新蒸的无水甲苯120mL，搅拌下加入12g所述活化硅胶，在氮气保护下回流8h进行反应。反应结束后，用G5砂芯漏斗抽滤，依次用甲苯、丙酮、二次重蒸水、丙酮各洗涤三次，80℃下真空干燥24h，得到氨丙基三乙氧基键合硅胶。

杯芳烃酰胺衍生物固定相成品（Ⅴ）的制备：取3g所述氨丙基三乙氧基键合硅胶于250mL三口瓶中，机械搅拌下加入50mL无水二氯甲烷，另取1.2mL三乙胺混匀；同时取0.8g酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物溶于100mL无水二氯甲烷，在氮气保护下逐滴加入反应液中，室温下反应24h，经抽滤后，依次用二氯甲烷、甲醇对抽滤所得固体物进行洗涤三次，并在100℃下真空干燥24h，得浅黄色固体产物杯芳烃酰胺衍生物固定相成品。

本发明的杯芳烃酰胺衍生物固定相元素分析结果见下表1：

表1元素分析结果

物相N(%)C(%)H(%)氨丙基三乙氧基硅胶（Ⅳ）1.515.341.19杯芳烃酰胺衍生物固定相（Ⅴ）2.2214.661.96

利用元素分析可以证明每一步都成功实现了反应，硅胶本身不含N，证明氨丙基三乙氧基硅烷成功键合到硅胶上；最终产物中的N、C、H含量都明显增加，说明杯芳烃成功键合到了氨丙基三乙氧基硅胶上。

本实施例还提供一种利用上述制备方法制得的杯芳烃酰胺衍生物固定相用作高效液相色谱的分离填充料的用途。

实施例2

本实施例提供的一种杯芳烃酰胺衍生物固定相，其结构式为与实施例1中的结构式相同。

本实施例还提供一种制备所述杯芳烃酰胺衍生物固定相的制备方法，整个反应过程如图2所示，具体制备过程与实施例1中的制备步骤大致相同，不同之处在于：

在杯芳烃脯氨酸衍生物（Ⅰ）的合成步骤中，采用溶解于40mL四氢呋喃溶液中的1.5g脱叔丁基杯芳与5g的L-脯氨酸、3mL的冰醋酸以及2mL质量百分数为30%的甲醛水溶液进行反应。

在杯芳烃脯氨酸衍生物的酰氯化步骤中采用1.9g的所述杯芳烃脯氨酸衍生物与3mL的草酰氯在无水二氯甲烷中进行反应。

在氨丙基三乙氧基硅烷键合硅胶（Ⅳ）的制备步骤中采用20mL氨丙基三乙氧基硅烷与15g活化硅胶在无水二氯甲烷中进行反应。

在杯芳烃酰胺衍生物固定相成品（Ⅴ）的制备步骤中采用5g所述氨丙基三乙氧基键合硅胶与1.3g酰氯化处理的杯芳烃脯氨酸衍生物在无水二氯甲烷中进行反应。

本实施例还提供一种利用上述制备方法制得的杯芳烃酰胺衍生物固定相用作高效液相色谱的分离填充料的用途。

实验验证

本实验采用实施例1中制得的杯芳烃酰胺衍生物固定相用作高效液相色谱的分离填充料进行材料分离试验，具体试验步骤如下：

1、色谱柱的装填

制备的杯芳烃酰胺衍生物固定相以四氯化碳作为匀浆液，甲醇作为顶替液，装柱压力为45MPa，将所制备的色谱填充料装入150×4.6I.D.mm清洗干净的不锈钢管柱中，20min后，缓慢地降压，停泵。将填满填充料的柱子装上滤片和柱接头，标上柱方向、填充料、柱尺寸和装柱日期。在0.2mL/min的流速下用甲醇冲洗一天，使用前再用流动相平衡。

2、对不同种类化合物的分离

以乙腈与水的混合溶液为流动相，可成功实现对结构近似、分离难度大的物质的分离，如单取代苯、黄酮酚类、核苷等。具体分离效果分别见图3～图7。

图3为RPLC模式下对五种单取代苯的分离。色谱分离条件：流动相为乙腈：水=45：55，流速为0.8mL/min，检测波长为254nm，柱温为30℃。色谱峰：1、苯胺；2、苯乙酮；3、氯苯；4、硝基苯；5、碘苯。结果显示：五种单取代苯能得到较好的分离。

图4为HILIC模式下对三种酚类的分离。色谱分离条件：流动相为乙腈：水=90：10，流速为1.5mL/min，检测波长为254nm，柱温为30℃。色谱峰：1、苯酚；2、间苯二酚；3、间苯三酚。结果显示：三种酚类能得到较好的分离。

图5为HILIC模式下对五种核苷的分离。色谱分离条件：流动相为乙腈：水=92：8，流速为1.0mL/min，检测波长为254nm，柱温为30℃。色谱峰：1、4,6-二氯嘧啶；2、5-甲基尿苷；3、2-氨基-6-氯嘌呤；4、腺嘌呤；5、无环鸟苷。结果显示：五种核苷能得到较好的分离。

图6为HILIC模式下对五种磺胺的分离。色谱分离条件：流动相为乙腈：水=93：7，流速为1.0mL/min，检测波长为270nm，柱温为30℃。色谱峰：1、磺胺嘧啶；2、磺胺甲嘧啶；3、磺胺间二甲氧嘧啶；4、磺胺二甲异嘧啶；5、磺胺异恶唑。结果显示：五种核苷能得到较好的分离。

图7为HILIC模式下对四种胺类的分离。色谱分离条件：当流动相为乙腈：水=90：10时，流动相梯度选取为0～2.5min；当流动相为乙腈：水=（75～90）：（10～25）时，流动相梯度选取为2.5～15min；流速为1.3mL/min，检测波长为220nm，柱温为30℃。色谱峰：1、丙烯酰胺；2、双氰胺；3、三聚氰胺；4、六次甲基亚胺。结果显示：四种胺类能得到较好的分离。

由此可见，利用本发明所述的制备方法制得的杯芳烃酰胺衍生物固定相用作高效液相色谱的分离填充料，具有很好的分离选择性，既可以在RPLC模式下分离疏水性化合物，如单取代苯；又可以在HILIC模式下分离极性小分子化合物或生物样品，如苯酚、磺胺、核苷等。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。