專利名稱：杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分離技術(shù)，尤其是涉及一種杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相，本發(fā)明同時(shí) 還涉及該固定相的制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著分離科學(xué)的發(fā)展，液相色譜特別是高效液相色譜以其高靈敏度、高選擇性、高 柱效、重復(fù)性好和操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在石油、化工、環(huán)保、食品、醫(yī)藥、法檢、臨床和天然產(chǎn)物 分析中，扮演著非常重要的角色，成為分離復(fù)雜樣品的一項(xiàng)重要技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，分 離體系越來(lái)越復(fù)雜，特別是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的位置異構(gòu)體和光學(xué)異構(gòu)體的分離，以及實(shí)際 樣品的分離分析對(duì)色譜技術(shù)尤其是色譜固定相提出了更高的要求，目前已經(jīng)商品化的硅膠 及改性硅膠種類十分豐富，以十八烷基鍵合硅膠(0此)為代表的反相色譜固定相已經(jīng)不能 滿足分離分析的要求。因此，高選擇性的色譜固定相的研制和開(kāi)發(fā)時(shí)色譜領(lǐng)域研究的核心 內(nèi)容之一。色譜分離的核心是固定相、流動(dòng)相與被分離組分間的相互作用，盡管影響因素眾 多，但分離效果與固定相、流動(dòng)相對(duì)被分離溶質(zhì)的識(shí)別及形成的超分子的穩(wěn)定性差異有關(guān)， 杯芳烴具有三維空腔，可以接受客體分子，與中性分子和帶電離子發(fā)生可逆的包合作用，結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)使其具有良好的分子識(shí)別功能，它在色譜領(lǐng)域?qū)⒂辛己玫膽?yīng)用前景。自1982年杯芳 烴首次用于色譜分離以來(lái)，杯芳烴及其衍生物在現(xiàn)代分離科學(xué)領(lǐng)域如色譜和毛細(xì)管電泳 中的應(yīng)用逐漸增多。1983年Mangia首次報(bào)道對(duì)叔丁基杯[8]芳烴涂于硅烷化的紅色硅藻土上作氣相 色譜固定相，成功地實(shí)現(xiàn)了醇類、氯代烴和芳香烴的分離；結(jié)果表明杯芳烴的自由羥基是影 響色譜性能的重要因素，開(kāi)創(chuàng)了杯芳烴在色譜中應(yīng)用的先河。與氣相色譜相比，杯芳烴在液 相色譜中的應(yīng)用較晚，直到1993年才有相關(guān)報(bào)道，但其在液相色譜的應(yīng)用不存在氣相色譜 中的諸多缺點(diǎn)，所以發(fā)展較快。在國(guó)內(nèi)，武漢大學(xué)的馮鈺锜、達(dá)世祿課題組在1998年以Y-(環(huán)氧丙氧)丙基三 甲氧基硅烷為偶聯(lián)劑，用高氯酸為催化劑制備了對(duì)叔丁基杯[6]芳烴鍵合硅膠固定相，其 鍵合量和柱效較低，對(duì)多環(huán)芳烴、二取代苯位置異構(gòu)體和核苷的分離，取得了一定的進(jìn)展。 此后又制備了含酰胺基對(duì)叔丁基杯[4、6、8]芳烴鍵合硅膠固定相，系統(tǒng)研究了多環(huán)芳烴、 二取代苯位置異構(gòu)體、核苷及堿基和喹諾酮類藥物的色譜性能，并與ODS鍵合相的色譜性 能進(jìn)行比較，結(jié)果表明，杯芳烴鍵合相的色譜性能呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。2004年，他們使用堿性 催化劑和相轉(zhuǎn)移催化劑制備了對(duì)叔丁基杯[4、6、8]芳烴和對(duì)-叔丁基杯[6]芳烴-1，4-苯 并冠-4-鍵合硅膠固定相，并考查了多環(huán)芳烴、取代芳烴位置異構(gòu)體、核苷、堿基、水溶性維 生素以及激素類和磺胺類藥物在這些固定相上的色譜行為。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)在堿催化條件 下，鍵合量和柱效比在酸催化條件下有所增加，效果明顯優(yōu)于ODS柱和環(huán)糊精柱。此后，盡 管陸續(xù)有相關(guān)報(bào)道，但是受限于杯芳烴鍵合相的種類很少，鍵合相性能有所局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鍵合量較高、柱效高、性能穩(wěn)定、應(yīng)用范圍較廣的杯芳 烴冠醚鍵合硅膠固定相，本發(fā)明還提供了該固定相的制備方法和應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案 本發(fā)明所述的杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相的結(jié)構(gòu)式為
采用Y-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷為偶聯(lián)劑，在催化劑和惰性氣體保護(hù)下， 與硅膠反應(yīng)，制得Y -縮水甘油醚氧丙基鍵合硅膠，再在強(qiáng)堿性條件、催化劑和惰性氣體保 護(hù)下與對(duì)叔丁基杯W]_l，2-冠-4酚鈉鹽反應(yīng)，即可制得對(duì)叔丁基杯W]_l，2-冠-4鍵合 固定相，即杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相。本發(fā)明可以按照硅膠Y _(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基 三甲氧基硅烷(KH-560):無(wú)水甲苯(新蒸)為10 g:40-60 mmol:100 ml的比例，將粒徑為 5 μπι的硅膠(silica gel)加入到新蒸的無(wú)水甲苯中，加入偶聯(lián)劑KH-560，加入三乙胺， 升溫至110-120° C，在回流狀態(tài)下反應(yīng)M-48 h，后趁熱抽濾，洗滌，100° C以下真空充分 干燥，得Y-縮水甘油醚氧丙基鍵合硅膠；以摩爾比1:10-20的對(duì)叔丁基杯W]-l，2-冠-4 與氫化鈉為反應(yīng)物，以甲苯為溶劑，惰性氣體保護(hù)，在60-80° C條件下反應(yīng)0.5-2 h得到 杯芳烴酚鈉鹽；在1. 5-3 mmol的對(duì)叔丁基杯W]_l，2-冠-4酚鈉鹽中加入3. Og γ-縮水 甘油醚氧丙基鍵合硅膠，攪拌升溫至100-120° C，惰性氣體保護(hù)，催化劑存在下反應(yīng)48-72 h，趁熱抽濾，洗滌，烘干，得到杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相(即對(duì)叔丁基杯W]-l，2-冠-4 固定相)。見(jiàn)圖2，其中(I)甲苯，催化劑，N2, 80° C攪拌36-48 h; (II)甲苯，催化 劑，對(duì)叔丁基杯W]-l，2-冠-4，N2,回流48-72 h。所述的杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相在用于分離多環(huán)芳烴、苯酚類、苯胺類、苯甲酸 類化合物方面的應(yīng)用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將制得的固定相用紅外光譜、元素分析、熱重分析進(jìn)行了表征， 以甲醇-水(70:30，體積比)為流動(dòng)相，流速為0.8 mL/min，以甲苯為溶質(zhì)，室溫下測(cè)得 柱效為11000板/米；以不同種類溶質(zhì)，如多環(huán)芳烴、苯酚類位置異構(gòu)體、苯胺類衍生物、 苯甲酸衍生物為探針，較系統(tǒng)的研究了固定相的色譜性能，在研究分離機(jī)理的基礎(chǔ)上，研究 發(fā)現(xiàn)該固定相具有較強(qiáng)的疏水作用，同時(shí)還有包結(jié)作用，η-η作用等，對(duì)溶質(zhì)分子有較 好的識(shí)別和分離性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相(對(duì)叔丁基杯
4[4]-1, 2-冠-4鍵合固定相)具有鍵合量高、性能穩(wěn)定、具有更好的分離選擇性；它不僅具有 傳統(tǒng)ODS反相色譜性能，同時(shí)能提供包容絡(luò)合作用、氫鍵作用等多種作用位點(diǎn)；在分離一些 特定的難分離的物質(zhì)(如多環(huán)芳烴、苯酚類、苯二胺、苯胺類、苯甲酸類化合物)等方面具有 一定的優(yōu)勢(shì)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)式。圖2是本發(fā)明的制備流程圖。圖3、圖4、圖5、圖6、圖7分別是本發(fā)明用于分離多環(huán)芳烴、苯酚類、苯二胺、苯胺 類、苯甲酸類化合物的分離色譜圖。
具體實(shí)施例方式1、硅膠的活化
稱取20 g多孔硅膠(粒徑5 μ m，孔徑100 A，表面積300 m2/g)浸入500 ml HCl/ H2O(1:3, ν/ν)中浸泡M h，然后磁力攪拌下回流10 h除去金屬離子，再用G5砂芯漏斗過(guò) 濾，用二次重蒸水反復(fù)洗至中性，在160° C下干燥10 h脫去表面水，即得活化硅膠，儲(chǔ)于 干燥器中備用。2, Y-縮水甘油醚氧丙基鍵合硅膠的制備
取20.0 ml硅烷化試劑KH-560于500 ml三口圓底燒瓶中，加入200ml新蒸的無(wú)水甲 苯，在磁力攪拌下，加入20.0 g活化硅膠，加入0.4 ml三乙胺(無(wú)水)，裝上回流管和(冗12干 燥管，在惰性氣體保護(hù)下回流對(duì)-48 h。停止反應(yīng)，用G5砂芯漏斗過(guò)濾，依次用甲苯、丙酮、 二次重蒸水、丙酮洗滌，在80° C下真空干燥8 h，即得Y-縮水甘油醚氧丙基鍵合硅膠。3、杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相(對(duì)叔丁基杯W]_l，2-冠-4鍵合硅膠固定相)的制 備
分別稱取2.0 g對(duì)叔丁基杯W]-1，2-冠-4芳烴于100 ml三口圓底燒瓶中，加入50 ml 新蒸的無(wú)水甲苯，磁力攪拌下，加入1.5g NaH， 保護(hù)下，80° C油浴中攪拌30min。停止 攪拌，靜止1 h，取上清液于另一個(gè)IOOmL三口圓底燒瓶中，向其中加入四丁基溴化銨和3.0 g Y-縮水甘油醚氧丙基鍵合硅膠，裝上回流冷凝管、CaCl2干燥管、氮?dú)獗Ｗo(hù)，迅速升溫至 80° C，在微回流狀態(tài)下反應(yīng)48 -72 h。停止反應(yīng)，用G5砂芯漏斗趁熱過(guò)濾，多次洗滌，至 濾液無(wú)色澄清為止，最后將所得鍵合硅膠固定相于120° C下真空干燥10 h后儲(chǔ)于干燥器 中備用。鍵合所得的固定相的結(jié)構(gòu)式如圖1。4、固定相表征
經(jīng)元素分析，測(cè)得所鍵合的杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相碳含量是13. 46%，經(jīng)計(jì)算得到 鍵合量是每克硅膠鍵合0. 105 mmol杯芳烴。元素分析結(jié)果是在30-650° C范圍內(nèi)，失重 16.5 %，起始失重溫度大于300° C。杯芳烴的鍵合量比較高，而且失重溫度在300° C以 上，化學(xué)性能較為穩(wěn)定。5、色譜柱的裝填
所制備的固定相用勻漿法分別裝入150X4. 6 mm i. d.清洗干凈的不銹鋼管柱中，勻漿 液是二氧六環(huán)十四氯化碳，頂替液是甲醇，裝柱壓力為50 MPa0具體步驟稱取2.5 g杯芳烴鍵合硅膠固定相倒入100 ml小燒杯中，加入30 ml 二氧六環(huán)和20ml四氯化碳，超聲混勻 5 min，迅速倒入裝柱機(jī)的勻漿罐中，啟泵，用頂替液甲醇充滿勻漿罐后立即擰緊上蓋，壓力 迅速上升至50 MPa，調(diào)節(jié)泵的頻率使壓力維持在50 MPa，半小時(shí)后，緩慢地降壓，停泵。待 壓力完全降至零后，小心卸下充滿填料的柱子裝上濾片和柱接頭，標(biāo)上柱方向、填料、柱尺 寸和裝柱日期。在0.8 ml/min的流速下用甲醇沖洗他，再用流動(dòng)相平衡。應(yīng)用實(shí)例
以甲醇-水或甲醇-磷酸鹽緩沖溶液(流速為0. Sml/min)為流動(dòng)相，考察了固定相 對(duì)多環(huán)芳烴、苯酚類、苯胺類和苯甲酸類溶質(zhì)的保留行為及分離能力，各類溶質(zhì)都得到了較 好的分離。樣品均用甲醇溶解，保存于冰箱中，樣品濃度在50-100 mg/ml之間，進(jìn)樣量為5 μ 1。所有的色譜測(cè)定均在室溫30°C下進(jìn)行，每個(gè)樣品至少重復(fù)測(cè)定兩次。難分離物質(zhì)對(duì)的分離一直是色譜分離的難點(diǎn)和重點(diǎn)。ODS固定相的色譜柱廣泛應(yīng) 用于日常的分離分析，但是ODS固定相的分離主要是基于疏水作用，所以，疏水性差異極小 的物質(zhì)之間的分離選擇性很差。下面圖3—圖7中選用一些多環(huán)芳烴、苯酚類、苯胺類和 苯甲酸等一些難分離的物質(zhì)對(duì)考察了對(duì)叔丁基杯[4]-1，2-冠-4色譜柱的分離選擇性，發(fā) 現(xiàn)這些物質(zhì)在色譜柱上都能得到較好的分離，分離的主要機(jī)理是疏水作用，同時(shí)氫鍵作用、 η-η作用、包結(jié)作用是提高分離選擇性的重要因素。圖3為多環(huán)芳烴在對(duì)叔丁基杯W]_l，2-冠-4柱上的分離色譜圖(流動(dòng)相甲 醇水=70:30，流速0.8 ml/min,檢測(cè)波長(zhǎng)280 nm,峰1.苯2.甲苯3.聯(lián)苯 4.苊 5.蒽 6.芘 7.屈)；
圖4為苯酚類化合物在對(duì)叔丁基杯W]-1，2-冠-4柱上的分離色譜圖(流動(dòng)相甲醇 水=35:65，流速0. 5 ml/min，檢測(cè)波長(zhǎng)280 nm，峰1. 1，3，5-三羥基酚 2. 1，3_ 苯二 酚3.苯酚)；
圖5為苯二胺位置異構(gòu)體在對(duì)叔丁基杯W]_l，2-冠-4柱上的分離色譜圖(流動(dòng)相 甲醇水=30:70，流速0. 8 ml/min，檢測(cè)波長(zhǎng)2 nm，峰1.對(duì)苯二胺2.間苯二胺 3.鄰苯二胺)；
圖6為苯胺類化合物在對(duì)叔丁基杯W]-l，2-冠-4柱上的分離色譜圖(流動(dòng)相甲 醇水=45:55，流速0. 8 ml/min,檢測(cè)波長(zhǎng)2 nm,峰1.苯胺2. N-甲基苯胺3.
N，N-二甲基苯胺)；
圖7為苯甲酸類化合物在對(duì)叔丁基杯W]_l，2-冠-4柱上的分離色譜圖(流動(dòng)相甲 醇0. 5% KH2PO4 =30:70，流速0. 8 ml/min,檢測(cè)波長(zhǎng)2 nm，峰1.苯甲酸 2.間甲
氧基苯甲酸3.對(duì)硝基苯甲酸4.對(duì)氯苯甲酸5. 3，5_ 二硝基苯甲酸)。
權(quán)利要求
1.一種杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相，其特征在于所述固定相的結(jié)構(gòu)式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相的制備方法，其特征在于采用 Y "(2, 3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷為偶聯(lián)劑，在催化劑和惰性氣體保護(hù)下，與硅膠反 應(yīng)，制得Y -縮水甘油醚氧丙基鍵合硅膠，再在強(qiáng)堿性條件、催化劑和惰性氣體保護(hù)下與對(duì) 叔丁基杯W]_l，2-冠-4酚鈉鹽反應(yīng)，即可制得杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相在用于分離多環(huán)芳烴、苯酚類、 苯胺類、苯甲酸類化合物方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種杯芳烴冠醚鍵合硅膠固定相，是采用γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷為偶聯(lián)劑，在催化劑和惰性氣體保護(hù)下，與硅膠反應(yīng)，制得γ-縮水甘油醚氧丙基鍵合硅膠，再在強(qiáng)堿性條件、催化劑和惰性氣體保護(hù)下與對(duì)叔丁基杯[4]-1,2-冠-4酚鈉鹽反應(yīng)制得。由于本發(fā)明的固定相具有鍵合量高、性能穩(wěn)定、具有更好的分離選擇性，它不僅具有傳統(tǒng)ODS反相色譜性能，同時(shí)能提供包容絡(luò)合作用、氫鍵作用等多種作用位點(diǎn)；在分離一些特定的難分離的物質(zhì)(如多環(huán)芳烴、苯酚類、苯二胺、苯胺類、苯甲酸類化合物)等方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)B01J20/283GK102107135SQ201110002888
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者丁呈華, 吳養(yǎng)潔, 張書(shū)勝, 張會(huì)民, 張軍強(qiáng), 胡鍇, 聞付勇 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)