專(zhuān)利名稱(chēng)：鍵合有葫蘆脲的硅膠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍵合有葫蘆脲(cucurbituril)的硅膠。更具體而言，本發(fā)明涉及與葫蘆脲共價(jià)鍵合的硅膠及其制備方法，所述與葫蘆脲共價(jià)鍵合的硅膠可用于除去空氣污染物或水污染物，分離和純化生物、有機(jī)、無(wú)機(jī)或離子物質(zhì)。
背景技術(shù)：
通常，柱填料是在分離和純化各種測(cè)試樣品中用作固定相的材料。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出硅膠上鍵合有各種化合物的各種柱填料作為固定相。冠醚(韓國(guó)專(zhuān)利0263872)和環(huán)糊精(美國(guó)專(zhuān)利4,539,399)都是已知鍵合到硅膠上的代表性材料。鍵合有冠醚或環(huán)糊精的硅膠在通過(guò)與各種有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物的選擇性非共價(jià)相互作用來(lái)分離各種測(cè)試樣品中用作固定相。
與環(huán)糊精相類(lèi)似，已知葫蘆脲由于存在親水和憎水空腔而具有保留各種化合物的能力。然而，與環(huán)糊精不同的是，葫蘆脲在空腔入口處具有羰基，因此，它可以通過(guò)電荷-極性的相互作用、極性-極性的相互作用或氫鍵而保留各種離子化合物和高極性化合物。因此，葫蘆脲對(duì)各種化合物具有保留能力，例如，有機(jī)化合物如氣態(tài)化合物、脂肪族化合物和芳香族化合物；殺蟲(chóng)劑；除草劑；氨基酸；核酸；離子化合物；金屬離子；或有機(jī)金屬離子(J.Am.Chem.Soc.2001，123，11316；歐洲專(zhuān)利1094065；J.Org.Chem.1986，51，1440)。
Horst Group(歐轉(zhuǎn)專(zhuān)利1210966 A1)報(bào)道葫蘆脲、環(huán)糊精等的混合物可以用作空調(diào)的氣體過(guò)濾器以及真空吸塵器的過(guò)濾器。然而，在這種情況下，從葫蘆脲和環(huán)糊精中分離出污染物很困難，這就使得過(guò)濾器難于再利用。
對(duì)于葫蘆脲或環(huán)糊精用于通常的分離和純化，在流動(dòng)相中引入用于分離和純化測(cè)試樣的葫蘆脲或環(huán)糊精的混合物。在這種情況下，由于保留污染物的葫蘆脲或環(huán)糊精溶解在流動(dòng)相中，從流動(dòng)相中分離葫蘆脲或環(huán)糊精需要復(fù)雜的分離過(guò)程。
因此，需要一種新化合物，它在流動(dòng)相中不溶解葫蘆脲和環(huán)糊精，并且對(duì)各種測(cè)試樣具有優(yōu)異的選擇分離能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供鍵合有葫蘆脲的硅膠。
本發(fā)明也提供鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠。
本發(fā)明也提供含有鍵合有葫蘆脲的硅膠的柱填料或過(guò)濾料。
本發(fā)明還提供柱填料或過(guò)濾料的用途。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)施例1分離氨基酸的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供鍵合有葫蘆脲的硅膠，其中將式1的葫蘆脲鍵合到式2的改性硅膠上 其中n為4～20的整數(shù)，而每個(gè)R1獨(dú)立地表示帶有不飽和鍵末端的C2-C20鏈烯基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基硫烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的氨基烷基氧基或其中烷基部分具有C1-C20的羥基烷基氧基，以及其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的氨基烷基氧基或其中烷基部分具有C1-C20的羥基烷基氧基，以及式2 其中R2為(但不是限制于)烷基部分具有C2-C10的烷基硫醇基、烷基部分具有C2-C10的烷胺基、烷基部分具有C2-C10的環(huán)氧烷基氧烷基、烷基部分具有C2-C10的烷基異氰酸酯基(alkyl isocyanate group)或烷基部分具有C2-C10的烷基異硫代氰酸酯基(alkyl isothiocyanate group)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種鍵合有葫蘆脲的硅膠，它是通過(guò)將上式1的葫蘆脲與下式3的硅烷化合物鍵合，再與下式2a的硅膠結(jié)合獲得的式3 其中，Y為(但不限制于)硫醇基、氨基、環(huán)氧基、異氰酸酯基或異硫代氰酸酯基，a是1～10的整數(shù)，R是C1-C10的烷氧基、C1-C10的烷基或鹵素原子，以及式2a 其中R2為OH。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠，其中上述式1的葫蘆脲衍生物和下面式8的環(huán)糊精鍵合到上述式2的改性硅膠上式8 其中R3為羥基或帶有取代或未取代C1～C20鏈烯基部分的鏈烯氧基，而k是6～8的整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供柱填料或過(guò)濾料，它們含有鍵合有葫蘆脲或葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供柱填料或過(guò)濾料的用途，用于分離親水性氨基酸、生物堿、蛋白質(zhì)、核酸、光學(xué)或非光學(xué)活性不對(duì)稱(chēng)物質(zhì)、藥物、離子物質(zhì)、胺或氣態(tài)化合物。
下面詳細(xì)描述本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，帶有合適功能基的下面式1表示的葫蘆脲衍生物用于共價(jià)結(jié)合到硅膠上。
式1 其中n為4～20的整數(shù)，尤其是5～8的整數(shù)，而每個(gè)R1獨(dú)立地表示帶有不飽和鍵末端的C2-C20鏈烯基氧基、烷基部分具有C1-C20的羧烷基硫烷基氧基、烷基部分具有C1-C20的羧基烷氧基、烷基部分具有C1-C20尤其是C1～C8的氨基烷氧基、或烷基部分具有C1-C20、尤其是C1～C8的羥基烷氧基。
在式1中，右側(cè)式是相應(yīng)于左側(cè)式的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)式。雖然式1只表述了兩個(gè)R1，但是R1的數(shù)可以相應(yīng)于n增加。例如，當(dāng)n為6，R1總數(shù)等于12。
式1中，帶有不飽和鍵末端的C2-C20鏈烯基氧可以是烯丙基氧基或丙烯基氧基，羧烷基硫烷基氧基可以是3-羧基乙基硫烷基丙基氧基或3-羧基丁基硫烷基丙基氧基，羧基烷氧基可以是2-羧基乙基氧基或4-羧基丁基氧基；氨基烷氧基可以是2-氨基乙基氧基或4-氨基丁基氧基，而羥基烷氧基可以是2-羥基乙基氧基或3-羥基丙基氧基。
羥基葫蘆脲或其母體葫蘆脲用作用于上述式1的葫蘆脲衍生物的合成材料。在本申請(qǐng)人申請(qǐng)的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)02-68362、02-318、01-57573、01-39756和00-33026中一起公開(kāi)了羥基葫蘆脲和葫蘆脲的實(shí)例，以及它們的結(jié)構(gòu)式和合成方法，這些專(zhuān)利的內(nèi)容全部并入此處作為參考。
式1的葫蘆脲衍生物共價(jià)結(jié)合到由各種不同官能團(tuán)之一末端改性的下面式2的硅膠上，以獲得所需化合物
式2 其中R2可以是根據(jù)所需目的的各種官能團(tuán)中的任一個(gè)，并且優(yōu)選是其中烷基部分具有C2-C10尤其是C3～C8的烷基硫醇基、烷基部分具有C2-C10尤其是C3～C8的烷基胺基，烷基部分具有C2-C10尤其是C3～C8的環(huán)氧烷基氧烷基，烷基部分具有C2-C10尤其是C3～C8的烷基異氰酸酯基或烷基部分具有C2-C10尤其是C3～C8的烷基異硫代氰酸酯基。
烷基部分具有C2-C10的烷基硫醇基可以是3-巰基丙基或5-巰基戊基，其中烷基部分具有C2-C10的烷基胺基可以是3-氨基丙基或5-氨基戊基，其中烷基部分具有C2-C10的環(huán)氧烷基氧烷基可以是縮水甘油氧丙基，其中烷基部分具有C2-C10的烷基異氰酸酯基可以是3-異氰酸丙酯基或5-異氰酸戊酯基，而其中烷基部分具有C3～C8的烷基異硫代氰酸酯基可以是3-[3-(4-異硫代氰酸苯酯基)-硫脲基]-丙基。
上述式2的改性硅膠可以通過(guò)已知合成方法(美國(guó)專(zhuān)利4,539,399；J.Chromatogr.628(1993)11；Tetrahedron Lett.26(1985)3361)制備。
例如，式2的改性硅膠可以通過(guò)具有末端功能基如硫醇、胺和環(huán)氧基的硅烷與用于柱純化的未涂覆硅膠反應(yīng)而合成。
本發(fā)明的鍵合有葫蘆脲的硅膠能夠通過(guò)式1的葫蘆脲衍生物與式2的改進(jìn)硅膠共價(jià)結(jié)合來(lái)合成。即，通過(guò)葫蘆脲衍生物的末端官能團(tuán)R1如羧基、氨基、羥基或烯丙基與改性硅膠的末端官能團(tuán)R2如氨基、環(huán)氧基或硫醇基反應(yīng)，使式1的葫蘆脲衍生物共價(jià)結(jié)合到式2的改性硅膠上。
本發(fā)明也提供了一種鍵合有葫蘆脲的硅膠，它通過(guò)上述式1的葫蘆脲衍生物與下面式3的硅烷化合物結(jié)合，然后再與式2a的硅膠結(jié)合獲得
式3 其中，Y為硫醇基、氨基、環(huán)氧基、異氰酸酯基或異硫代氰酸酯基，a是1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，R是C1-C10的烷氧基、C1-C10的烷基或鹵素原子。
其中R2是OH。
所述烷氧基可以是甲氧基或乙氧基，所述烷基可以是甲基或乙基，而所述鹵素原子可以是C1。
上述式3硅烷化合物的實(shí)例包括3-巰丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷和3-縮水甘油氧丙基三乙氧基硅烷。
本發(fā)明的鍵合有葫蘆脲的硅膠可以是從下面的式4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、8a、8b、9a、9b、10a和10b的化合物中選擇，下面描述它們的合成方法。
式4a
式4b 其中a是1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)。
式4a和4b的化合物可以通過(guò)葫蘆脲衍生物與硅膠之間的硫醚鍵(sulfido-bond)形式獲得，詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)硫醇改性的硅膠和式1鏈烯基氧葫蘆脲之間的自由基反應(yīng)獲得，所述式1中R1是C2～C8的鏈烯基氧基。鏈烯基氧葫蘆脲中鏈烯基氧基的鏈烯基部分可以部分或全部參與自由基反應(yīng)。前者情況由式4a表示，后者情況則由式4b表示。
通過(guò)自由基反應(yīng)制備式4a或4b的化合物的步驟包括(但不是限制于)步驟(a)在有機(jī)溶劑如氯仿和甲醇中溶解鏈烯基氧葫蘆脲；(b)向反應(yīng)混合物中加入催化劑量的AIBN(2，2-偶氮二異丁腈)，然后將所得反應(yīng)混合物放入晶體管中；(c)向該反應(yīng)混合物中加入硫醇改性的硅膠；(d)通過(guò)向反應(yīng)混合物中供應(yīng)氮?dú)饣驓鍤?，以除去殘余氧?e)將反應(yīng)產(chǎn)物在紫外光下暴露幾天，例如3天；以及(f)用過(guò)量有機(jī)溶劑洗滌所得溶液，所后過(guò)濾，以獲得通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲結(jié)合的硅膠。
在步驟(e)中的暴露于紫外光可以由在80～120℃加熱所取代。
式4a或4b的化合物也可以按下列方法制備。
式3的3-巰丙基三甲氧基硅烷(其中R為甲氧基，a為3，而Y為SH)與式1的鏈烯基氧葫蘆脲(其中，R1是C2～C8的鏈烯基氧基)通過(guò)自由基反應(yīng)經(jīng)由硫醚鍵形成鍵合有硅烷的葫蘆脲。鍵合有硅烷的葫蘆脲與式2a的硅膠混合，并在有機(jī)溶劑中加熱，以制備式4a或4b的通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲結(jié)合的硅膠。所述有機(jī)溶劑可以從各種溶劑，如苯、甲苯和二甲苯中選擇，加熱溫度可以根據(jù)所述有機(jī)溶劑的種類(lèi)從100～150℃中選擇。
式5a 式5b 其中b是2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)，X是帶有取代或未取代C2～C20烷基部分的烷基硫醚烷基。
式5a和5b的化合物可以通過(guò)葫蘆脲衍生物和硅膠之間的酰胺鍵形式制備，詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)式1的羧基烷基氧葫蘆脲和氨基改性硅膠之間的酰胺鍵形式制備，在所述式1中R1是C2～C20的羧基端接的烷基氧基。所述羧基烷基氧葫蘆脲可以是其中式1中R1為3-羧基丁基硫烷基丙基氧基或3-羧基丁基硫烷基氧基的化合物。
存在于羧基烷基氧葫蘆脲中的羧基可以部分或全部參與酰胺鍵形成。前者情況由式5a表示，而后者情況則由式5b表示。
詳細(xì)地說(shuō)，制備式5a或5b化合物的步驟包括(但不是限制于)步驟(a)向羧基端接的葫蘆脲在蒸餾過(guò)的二甲基甲酰胺的溶液中加入1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳酰亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺或N，N-二甲基乙酰胺；(b)向反應(yīng)混合物中加入氨基改性的硅膠，隨后在室溫?cái)嚢?2小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間；(c)用水和有機(jī)溶劑洗滌所得硅膠，隨后干燥，以制備通過(guò)酰胺鍵與葫蘆脲連接的硅膠。
式5a或5b的化合物也可以按以下方法制備。
式3的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(其中，R為乙氧基，a為3，Y為NH2)與式1的羧基烷基氧基葫蘆脲(其中，R1為C2～C20的羧基端接的烷基氧基)反應(yīng)，以通過(guò)酰胺鍵形成鍵合有硅烷的葫蘆脲。所述鍵合有硅烷的葫蘆脲與式2a的硅膠混合，并在有機(jī)溶劑中加熱，以制備式5a或5b通過(guò)酰胺鍵與葫蘆脲連接的硅膠。所述有機(jī)溶劑可以從各種溶劑，如苯、甲苯和二甲苯中選擇，加熱溫度可以根據(jù)所述有機(jī)溶劑的種類(lèi)從100～150℃中選擇。
式6a 式6b
其中a為1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，而b為2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)。
式6a和6b的化合物可以通過(guò)葫蘆脲衍生物和硅膠之間的醚鍵形成而制備，詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)式1的羥基烷基氧葫蘆脲(其中，R1為C2～C20的羥基端接的烷基氧基)與環(huán)氧改性的硅膠之間的親核取代反應(yīng)制備。存在于羥基烷基氧葫蘆脲中的羥基可以部分或全部參與親核取代反應(yīng)。前者情況由式6a表示，而后者情況則由式6b表示。
通過(guò)親核取代反應(yīng)制備式6a或6b化合物的步驟包括步驟(a)向二甲基甲酰胺溶劑中加入羥基烷基氧葫蘆脲；(b)向反應(yīng)混合物中逐步加入環(huán)氧改性的硅膠和催化量的三氯化硼；(c)在室溫?cái)嚢璺磻?yīng)混合物1～24小時(shí)，隨后在約60～100℃、尤其是在約85℃進(jìn)一步攪拌1～24小時(shí)；和(d)用水和有機(jī)溶劑洗滌所得硅膠，然后干燥，以制備經(jīng)由醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠。
式6a或6b的化合物也可以按下列方法制備。
式3的3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(其中，R為甲氧基，a為3，而Y為縮水甘油氧基)與式1的羥基烷基氧葫蘆脲(其中，R1是C2～C20的羥基端接的烷基氧基)通過(guò)親核取代反應(yīng)而反應(yīng)，以通過(guò)醚鍵形成鍵合有硅烷的葫蘆脲。所述鍵合有硅烷的葫蘆脲與式2a的硅膠混合，并在有機(jī)溶劑中加熱，以制備式6a或6b的通過(guò)醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠。所述有機(jī)溶劑可以從各種溶劑，如苯、甲苯和二甲苯中選擇，加熱溫度可以根據(jù)所述有機(jī)溶劑的種類(lèi)從100～150℃中選擇。
式7a
式7b 其中a為1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，而b為2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)。
式7a和7b的化合物可以通過(guò)在葫蘆脲衍生物和硅膠之間的氨基鍵形成而制備，詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)式1的氨基烷基氧葫蘆脲(其中，R1為C1～C20的氨基端接的烷基氧基)與環(huán)氧改性的硅膠之間的親核取代反應(yīng)制備。存在于氨基烷基氧葫蘆脲中的氨基可以部分或全部參與親核取代反應(yīng)。前者情況由式7a表示，而后者情況則由式7b表示。
通過(guò)親核取代反應(yīng)制備式7a或7b化合物的步驟包括步驟(a)在磷酸鹽緩沖液(pH值為7～10)中溶解氨基烷基氧葫蘆脲；(b)向反應(yīng)混合物中加入環(huán)氧改性的硅膠；(c)在室溫?cái)嚢柙摲磻?yīng)混合物1～24小時(shí)；和(d)用水和有機(jī)溶劑洗滌所得硅膠，然后干燥，以制備經(jīng)由氨基鍵與葫蘆脲連接的硅膠。
式7a或7b的化合物也可以按下列方法制備。
式3的3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(其中，R為甲氧基，a為3，而Y為縮水甘油氧基)與式1的氨基烷基氧葫蘆脲(其中，R1是C2～C20的氨基端接的烷基氧基)通過(guò)親核取代反應(yīng)而反應(yīng)，形成通過(guò)氨基鍵鍵合有硅烷的葫蘆脲。所述鍵合有硅烷的葫蘆脲與式2a的硅膠混合，并在有機(jī)溶劑中加熱，以制備式7a或7b的通過(guò)氨基鍵與葫蘆脲連接的硅膠。所述有機(jī)溶劑可以從各種溶劑，如苯、甲苯和二甲苯中選擇，加熱溫度可以根據(jù)所述有機(jī)溶劑的種類(lèi)從100～150℃中選擇。
優(yōu)選地，本發(fā)明的共價(jià)結(jié)合有葫蘆脲的硅膠在用水和有機(jī)溶劑充分洗滌以除去殘余雜質(zhì)之后，還進(jìn)行干燥并純化。
本發(fā)明也提供鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠。
即，本發(fā)明提供鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠，其中上述式1的葫蘆脲衍生物和下面式8的環(huán)糊精都共價(jià)鍵合到上述式2的改性硅膠中式8 其中k是6～8的整數(shù)，R3是羥基或帶有取代或未取代的C1～C20、尤其是C1～C8鏈烯基部分的鏈烯基氧基。
帶有取代或未取代的C1～C20鏈烯基部分的鏈烯基氧基可以是烯丙基氧基或丙烯基氧基。
式8的環(huán)糊精可以是α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精或γ-環(huán)糊精，它可以被末端鏈烯基取代或未被取代。
鏈烯基氧端接的環(huán)糊精可以通過(guò)式8的環(huán)糊精(其中R3為羥基)和鹵代烯烴之間的烷基化作用而合成。所述鏈烯基氧基可以是丙烯基氧基或丁烯基氧基。
根據(jù)本發(fā)明鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠的實(shí)例包括下面式9a、9b、10a和10b表示的化合物。
式9a 其中a為1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，而b為2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)。
式9b 其中 a為1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，而b為2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)。
式9a和9b的化合物可以通過(guò)式1的葫蘆脲衍生物和式8的環(huán)糊精衍生物與改性硅膠的硫醚鍵形成而制備，詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)硫醇改性的硅膠與烯丙基氧葫蘆脲和烯丙基環(huán)糊精通過(guò)自由基反應(yīng)制備。所述自由基反應(yīng)如在制備式4a和4b化合物中所描述的那樣。在葫蘆脲衍生物和環(huán)糊精衍生物的每一個(gè)中存在的烯丙基可以部分或全部參與自由基反應(yīng)。前者情況在式9a表示，而后者情況在式9b表示。
式10a 其中a為1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，而b為2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)。
式10b 其中a為1～10的整數(shù)，尤其是3～8的整數(shù)，b為2～20的整數(shù)，尤其是2～8的整數(shù)，以及
象制備式6a和6b化合物那樣，式10a和10b的化合物可以通過(guò)羥基端接的葫蘆脲和環(huán)糊精與環(huán)氧改性的硅膠如縮水甘油氧基丙基硅膠，在催化量三氯化硼的參與下的醚化反應(yīng)制備。葫蘆脲和環(huán)糊精的末端羥基可以部分或全部參與醚化反應(yīng)。前者情況在式10a表示，而后者情況在式10b表示。
本發(fā)明也提供柱填料及其用途，所述柱填料包括上述鍵合有葫蘆脲的硅膠。
有機(jī)溶劑加入到與葫蘆脲或葫蘆脲和環(huán)糊精鍵合的硅膠中，形成漿狀物，然后填塞到鋼管中。然后，該有機(jī)溶劑可以順著鋼管向下流動(dòng)1～2小時(shí)。根據(jù)分離目的，該鋼管與用于HPLC(高效液相色譜)、CE(毛細(xì)管電泳)或CEC(毛細(xì)管動(dòng)電色譜)的系統(tǒng)連接。能夠使用的所述有機(jī)溶劑可以是乙腈、甲醇或它們的混合物。乙腈與甲醇的混合比可以在1∶10～10∶1的范圍。所述鋼管根據(jù)分離目的具有合適的大小。優(yōu)選地，直徑為50μm-5mm并且長(zhǎng)度為1～10cm的鋼管用于微型柱子，而直徑為0.5～2cm并且長(zhǎng)度為5～20cm的鋼管用于普通柱子。優(yōu)選地，有機(jī)溶劑為在化合物分離中使用的混合溶劑，并且可以在使用之前沿著鋼管向下流動(dòng)約2小時(shí)或更多時(shí)間。與葫蘆脲或葫蘆脲和環(huán)糊精共價(jià)鍵合的硅膠可以有效用于柱填料或過(guò)濾料。
詳細(xì)地說(shuō)，式4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a、7b、9a、9b、10a和10b的化合物能夠用于現(xiàn)代分離技術(shù)如HPLC、GC(氣相色譜)，SFC(超臨界流體色譜)、CE和CEC中的柱填料。因此，能夠有效分離各種化合物，比如生物學(xué)上重要的氨基酸、生物堿、蛋白質(zhì)、核酸、光學(xué)或非光學(xué)活性的不對(duì)稱(chēng)物質(zhì)、藥物、離子物質(zhì)、胺和氣態(tài)化合物。
柱硅膠或改性柱硅膠通常用作固定相，所述固定相為柱色譜中的柱填料。
與葫蘆脲或葫蘆脲和環(huán)糊精共價(jià)鍵合的硅膠擁有對(duì)有機(jī)分子、金屬離子、離子物質(zhì)或生物學(xué)上有用的分子具有良好結(jié)合能力的環(huán)系統(tǒng)，因此該硅膠可以有效用于這些化合物的分離和純化。即，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的硅膠用于是固定相的柱填料時(shí)，提高了柱色譜柱子的分離能力。
根據(jù)本發(fā)明的與葫蘆脲或葫蘆脲和環(huán)糊精共價(jià)鍵合的硅膠能夠有效用于除去生態(tài)上有害的水污染物或空氣污染物如芳香族化合物、染料和重金屬離子的過(guò)濾料。
作為此處使用的取代或未取代C1～C20烷基可以是直鏈或支鏈的，例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、辛基或癸基，優(yōu)選C1～C12的烷基，更優(yōu)選C1～C6的烷基。該烷基中的一個(gè)或多個(gè)氫原子可以被鹵原子、羥基、氰基、氨基或硝基取代。
實(shí)施例下面，本發(fā)明將通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。但是，所提供的實(shí)施例只是用于說(shuō)明，因此本發(fā)明不是限制于這些實(shí)施例，或被這些實(shí)施例限制。
實(shí)施例1合成通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠1g式1的烯丙基氧葫蘆[6]脲(cucurbit[6]uril))(R1為烯丙基氧基)，溶解在氯仿和甲醇(70∶30)的混合溶液中，然后，向其中加入2g式2的硫醇改性硅膠(其中R2是3-巰基丙基)和10mg AIBN(2，2-偶氮二異丁腈)。所述反應(yīng)混合物通過(guò)在晶體管中供應(yīng)氮?dú)鈦?lái)除去氧，然后暴露于波長(zhǎng)為約300nm的紫外光下3天。反應(yīng)終止后，所得溶液順序用二甲亞砜、二甲基甲酰胺、氯仿、甲醇和丙酮洗滌，再在60℃干燥12小時(shí)，以形成式4a的通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠，其中a和b各自為3。
13C-CP MASδ＝154.7，134.1，117.4，98.4，68.3，52.629.0，43.8，35.0，24.8，13.5。
實(shí)施例2合成通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠
1g式1的烯丙基氧葫蘆[6]脲(R1為烯丙基氧基)，溶解在氯仿和甲醇(70∶30)的混合溶液中，然后，向其中加入600mL 3-巰基丙基三甲氧基硅烷和10mg AIBN。所述反應(yīng)混合物通過(guò)在晶體管中供應(yīng)氮?dú)鈦?lái)除去氧，然后暴露于波長(zhǎng)為300nm的紫外光下2天。溶劑在減壓下蒸發(fā)之后，加入1.5g式2a的干硅膠和10mL甲苯，然后在100℃培育20小時(shí)。反應(yīng)終止后，所得溶液用甲苯、氯仿、甲醇、丙酮或二乙基醚洗滌，再在60℃干燥12小時(shí)，以形成式4a的通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠，其中a和b各自為3。
13C-CP MASδ＝154.7，134.1，117.4，98.4，68.3，52.629.0，43.8，35.0，24.8，13.5。
實(shí)施例3合成通過(guò)酰胺鍵與葫蘆脲連接的硅膠1g式1的羧甲基硫烷基丙基氧葫蘆[6]脲(R1為羧甲基硫烷基丙基氧基，n為6)，溶解在50mL二甲基甲酰胺中，然后，向其中加入150mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDAC)和3mg N-羥基琥珀酰亞胺。然后，向該反應(yīng)混合物中，加入2g式2的氨基改性硅膠(其中，R2為3-氨基丙基)，并在室溫中攪拌12小時(shí)。反應(yīng)終止后，所得溶液順序用二甲基甲酰胺、甲醇、水和丙酮洗滌，再在60℃干燥12小時(shí)，以形成式5a的通過(guò)酰胺鍵與葫蘆脲連接的硅膠，其中b為3。
13C-CP MASδ＝176.4，155.1，98.6，66.4，44.1，31.3，23.7，11.6。
實(shí)施例4合成通過(guò)醚胺鍵與葫蘆脲連接的硅膠1g式1的羧甲基硫烷基丙基氧葫蘆[6]脲(R1為羧甲基硫烷基丙基氧基，n為6)，溶解在50mL二甲基甲酰胺中，然后，向其中加入150mg的EDAC和3mg N-羥基琥珀酰亞胺。然后，向該反應(yīng)混合物中，加入110mL式3的3-氨基三乙氧基硅烷(其中，R為乙氧基，n為3，而X為NH2)，并在室溫中攪拌12小時(shí)。然后向反應(yīng)混合物中加入1.5g的干硅膠，再在110℃攪拌30小時(shí)。反應(yīng)終止后，所得溶液順序用二甲基甲酰胺、甲醇、水和丙酮洗滌，再在60℃干燥12小時(shí)，以形成式5a的通過(guò)酰胺鍵與葫蘆脲連接的硅膠，其中b為3。
13C-CP MASδ＝176.4，155.1，98.6，66.4，44.1，31.3，23.7，11.6。
實(shí)施例5合成通過(guò)醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠1g式1的2-羥基乙氧基葫蘆脲(R1為2-羥基乙氧基)和2g式2的縮水甘油氧基丙基硅膠(其中，R2為縮水甘油氧基丙基)溶解在40mL二甲基甲酰胺中，然后，向其中加入催化量的三氯化硼(BF3.Et2O)。該反應(yīng)混合物在室溫中攪拌2小時(shí)，再在85℃攪拌12小時(shí)。反應(yīng)終止后，所得溶液順序用二甲基甲酰胺、氯仿、甲醇、水和丙酮洗滌，再在60℃干燥12小時(shí)，以形成式6a的通過(guò)醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠，其中a為3，b為2。
13C-CP MASδ＝156.3，96.5，74.4，68.3，52.0，46.1，39.5，23.6，9.1。
實(shí)施例6合成通過(guò)氨基鍵與葫蘆脲連接的硅膠1g式1的2-氨基乙氧基葫蘆[6]脲(R1為2-氨基乙氧基)和2g式2的縮水甘油氧基丙基硅膠(其中，R2為縮水甘油氧基丙基)溶解在2g磷酸鹽緩沖液(pH值為8.8)中，并攪拌12小時(shí)。反應(yīng)終止后，硅膠過(guò)濾回收。然后向該硅膠中加入10mL 0.2N的HCl溶液，并攪拌30分鐘。所得硅膠順序用水、丙酮和甲醇洗滌，再在60℃干燥12小時(shí)，以形成式7a的通過(guò)氨基鍵與葫蘆脲連接的硅膠，其中a為3，b為2。
實(shí)施例7合成通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲和環(huán)糊精連接的硅膠除了式1的烯丙基氧葫蘆脲(其中，R1為烯丙基氧基)和2，3，6-烯丙基氧-β-環(huán)糊精溶解在200mL氯仿與甲醇(30∶70)的混合溶液中，然后向其中加入4g式2的3-巰基丙基硅膠(其中，R2為3-巰基丙基)之外，以與實(shí)施例1相同的方式合成式9a的通過(guò)硫醚鍵與葫蘆[6]脲和環(huán)糊精連接的硅膠(其中，a為3，b為3)。
13C-CP MASδ＝154.0，136.4，117.0，101.4，97.4，87.5，82.1，72.8，42.4，37.6，32.2，24.4，13.0。
實(shí)施例8合成通過(guò)醚鍵與葫蘆脲和環(huán)糊精連接的硅膠除了使用1g式1的2-羥基乙氧基葫蘆[6]脲(其中，R1為2-羥基乙氧基)、1g β-環(huán)糊精和1g式2的縮水甘油氧基丙基硅膠(其中，R2為縮水甘油氧基丙基)之外，以與實(shí)施例3相同的方式合成式10a的通過(guò)醚鍵與葫蘆脲和環(huán)糊精連接的硅膠(其中，a為3，b為2)。
13C-CP MASδ＝156.4，103.2，85.0，81.6，79.4，77.1，74.4，68.3，52.0，46.1，39.5，23.6，9.1。
應(yīng)用實(shí)施例1制備HPLC柱管向根據(jù)實(shí)施例2的式4a的通過(guò)硫醚鍵與葫蘆脲連接的硅膠中加入甲醇，形成漿狀物，然后填入長(zhǎng)為10cm、直徑為4.5cm的鋼管中。然后，甲醇順著鋼管向下流1小時(shí)。這樣制備的鋼管在連接到HPLC系統(tǒng)之后使用合適的溶劑分離出感興趣的化合物。
應(yīng)用實(shí)施例2分離氧基酸根據(jù)應(yīng)用實(shí)施例2的鋼管連接到HPLC系統(tǒng)之后，乙腈和水(3∶7，體積比)的混合溶劑作為洗脫劑，使該洗脫劑順著鋼管向下流2小時(shí)。色氨酸、苯基丙氨酸和酪氨酸的混合溶液以1mL/min的流速注射到洗脫液中。通過(guò)約214nm的UV監(jiān)測(cè)器可觀察到相應(yīng)于色氨酸、酪氨酸和苯基丙氨酸餾分的色譜信號(hào)分別為4分鐘40秒、6分鐘20秒和8分鐘35秒，這三種氨基酸的該分離結(jié)果在圖1示出。
盡管上述實(shí)施例都只根據(jù)葫蘆脲/環(huán)糊精與硅膠之間的具體鍵進(jìn)行了詳細(xì)展示和描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，合成與葫蘆脲或葫蘆脲和環(huán)糊精連接的硅膠是能夠通過(guò)各種鍵進(jìn)行的。
工業(yè)適用性與葫蘆脲、環(huán)糊精等的簡(jiǎn)單混合物不同，根據(jù)本發(fā)明的與葫蘆脲和/或環(huán)糊精共價(jià)結(jié)合的硅膠由于共價(jià)鍵而能夠使含有恒定含量葫蘆脲的作為固體支撐物的硅膠循環(huán)利用。葫蘆脲和環(huán)糊精都不溶解于固定相，因此易于分離。此外，該硅膠對(duì)于各種測(cè)試樣品具有選擇性分離能力，這是因?yàn)樗軌蚓哂懈鞣N類(lèi)型的共價(jià)鍵長(zhǎng)度和各種類(lèi)型的參與共價(jià)鍵的官能團(tuán)。因此，固體相如鍵合有葫蘆脲或葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠能夠用于分離和純化技術(shù)中各種類(lèi)型的固定柱填料或過(guò)濾料，以除去各種污染物。
權(quán)利要求
1.一種鍵合有葫蘆脲的硅膠，其中式1的葫蘆脲鍵合到式2的改性硅膠上 其中n為4～20的整數(shù)，而每個(gè)R1獨(dú)立地表示帶有不飽和鍵末端的C2-C20鏈烯基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基硫烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的氨基烷基氧基或其中烷基部分具有C1-C20的羥基烷基氧基，以及 其中R2為其中烷基部分具有C2-C10的烷基硫醇基、其中烷基部分具有C2-C10的烷基胺基、其中烷基部分具有C2-C10的環(huán)氧烷基氧烷基、其中烷基部分具有C2-C10的烷基異氰酸酯基或其中烷基部分具有C2-C10的烷基異硫代氰酸酯基。
2.一種鍵合有葫蘆脲的硅膠，它是通過(guò)將下式1的葫蘆脲衍生物與下式3的硅烷化合物鍵合，再與下式2a的硅膠鍵合獲得的 其中n為4～20的整數(shù)，而每個(gè)R1獨(dú)立地表示帶有不飽和鍵末端的C2-C20鏈烯基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基硫烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的氨基烷基氧基或其中烷基部分具有C1-C20的羥基烷基氧基， 其中R2為OH，以及 其中，Y為硫醇基、氨基、環(huán)氧基、異氰酸酯基或異硫代氰酸酯基，a是1～10的整數(shù)，R是C1-C10的烷氧基、C1-C10的烷基或鹵素原子。
3.如權(quán)利要求1所述的鍵合有葫蘆脲的硅膠，其是選自式4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a和7b表示的化合物中的一種 其中，a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)； 其中，b是2～20的整數(shù)，X是帶有取代或未取代的C2～C20烷基部分的烷基硫醚鏈烯基，或者取代或未取代的C2～C20的鏈烯基； 其中a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)；以及 其中a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)。
4.如權(quán)利要求2所述的鍵合有葫蘆脲的硅膠，其是選自式4a、4b、5a、5b、6a、6b、7a和7b表示的化合物中的一種 其中，a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)； 其中，b是2～20的整數(shù)，X是帶有取代或未取代的C2～C20烷基部分的烷基硫醚鏈烯基，或者取代或未取代的C2～C20的鏈烯基； 其中a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)；以及 其中a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)。
5.一種鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠，其中下式1的葫蘆脲衍生物和下式8的環(huán)糊精鍵合到下式2的改性硅膠上 其中n為4～20的整數(shù)，而每個(gè)R1獨(dú)立地表示帶有不飽和鍵末端的C2-C20鏈烯基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基硫烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的羧基烷基氧基、其中烷基部分具有C1-C20的氨基烷基氧基或其中烷基部分具有C1-C20的羥基烷基氧基， 其中，R2為其中烷基部分具有C2-C10的烷基硫醇基、其中烷基部分具有C2-C10的烷基胺基、其中烷基部分具有C2-C10的環(huán)氧烷基氧烷基、其中烷基部分具有C2-C10的烷基異氰酸酯基或其中烷基部分具有C2-C10的烷基異硫代氰酸酯基，和 其中k為6～8的整數(shù)，R3是羥基或帶有取代或未取代的C1～C20鏈烯基部分的鏈烯基氧基。
6.如權(quán)利要求5所述的鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠，其是選自式9a、9b、10a和10b表示的化合物中的一種化合物 其中a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)； 其中， a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)； 其中a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)；和 其中a是1～10的整數(shù)，而b是2～20的整數(shù)；和
7.一種柱填料，其包含權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的鍵合有葫蘆脲的硅膠。
8.一種柱填料，其包含權(quán)利要求5或6所述的鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠。
9.一種過(guò)濾料，其包含權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的鍵合有葫蘆脲的硅膠。
10.一種過(guò)濾料，其包含權(quán)利要求5或6所述的鍵合有葫蘆脲和環(huán)糊精的硅膠。
11.如權(quán)利要求7所述柱填料的用途，其用于分離親水性氨基酸、生物堿、蛋白質(zhì)、核酸、光學(xué)或非光學(xué)活性不對(duì)稱(chēng)物質(zhì)、藥物、離子物質(zhì)、胺或氣態(tài)化合物。
12.如權(quán)利要求8所述柱填料的用途，其用于分離親水性氨基酸、生物堿、蛋白質(zhì)、核酸、光學(xué)或非光學(xué)活性不對(duì)稱(chēng)物質(zhì)、藥物、離子物質(zhì)、胺或氣態(tài)化合物。
13.如權(quán)利要求9所述過(guò)濾料的用途，其用于分離親水性氨基酸、生物堿、蛋白質(zhì)、核酸、光學(xué)或非光學(xué)活性不對(duì)稱(chēng)物質(zhì)、藥物、離子物質(zhì)、胺或氣態(tài)化合物。
14.如權(quán)利要求10所述過(guò)濾料的用途，其用于分離親水性氨基酸、生物堿、蛋白質(zhì)、核酸、光學(xué)或非光學(xué)活性不對(duì)稱(chēng)物質(zhì)、藥物、離子物質(zhì)、胺或氣態(tài)化合物。
全文摘要
提供鍵合有葫蘆脲的硅膠及其用途。鍵合有葫蘆脲的硅膠用于除去空氣污染物或水污染物，分離和純化生物、有機(jī)、無(wú)機(jī)或離子物質(zhì)。
文檔編號(hào)C07D245/04GK1747986SQ200480003985
公開(kāi)日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月11日
發(fā)明者金基文, R·巴拉伊, 吳東炫, 高永鎬, 全相镕 申請(qǐng)人:學(xué)校法人浦項(xiàng)工科大學(xué)校