二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相及其製備方法和用途與流程
2023-05-27 00:03:16 1
本發明涉及功能材料合成技術領域，尤其是涉及一種適用於高效液相色譜分離用的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相，本發明還涉及該固定相的製備方法和用途。
背景技術：
色譜是當今應用最為廣泛的一種分離技術，其原理是不同組分與固定相或流動相之間作用力的差異所引起的組分差速移動。色譜固定相是色譜分離的「心臟」，類型多樣，而傳統的色譜分離柱（如C18柱、離子交換柱）等，功能基團和作用力單一，對溶質的保留選擇性較差，使得目標物質與幹擾物不能實現基線分離，幹擾後續的測定。新型分子結構鍵合固定相的設計、製備、性能和機理研究是當今高效液相色譜領域的核心內容之一，杯雜芳烴有潛在的色譜分離介質的作用位點，如芳環（疏水作用和π-π 作用）、雜原子（氫鍵作用、配位作用）、大環空腔（包結作用），可質子化氮原子（陰離子交換作用）。而將杯三嗪用於液相色譜固定相，則有望得到一種新型的分離材料。
杯芳烴被譽為冠醚和環糊精之後的第三代大環主體分子的傑出代表，以雜原子氮、氧、硫為橋取代傳統杯芳烴中橋連亞甲基，苯酚基團被吡啶、三嗪芳雜環取代後，橋氮原子以sp2、sp3或雜化狀態與相鄰的芳雜環形成不同程度的共軛作用，使杯雜芳烴在構象、分子識別性能方面具豐富的多樣性。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種功能基團豐富的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相，同時本發明還提供該固定性的製備方法以及用途。
為實現上述目的，本發明可採取下述技術方案：
本發明所述的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相，其結構式為：
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本發明二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相的製備方法包括下述步驟：
第一步，矽膠的活化
稱取粒徑5 μm，孔徑100 Å，比表面積300 m2/g的多孔矽膠浸入HCl/H2O（1:3,v/v）溶液中，浸泡12 h後，機械攪拌，在N2保護下回流24 h除去金屬離子，經過濾並用高純水洗至中性，70℃下真空乾燥12 h脫去表面水，得到表面均勻分布羥基的活化矽膠（A），儲於乾燥器中備用；
第二步，氨丙基三乙氧基矽膠的製備
按1:9之體積比將3-氨丙基三乙氧基矽烷和無水甲苯置於容器中，機械攪拌下加入第一步製備的活化矽膠，在N2保護下回流，反應24 h後停止，過濾後依次用甲苯、甲醇、丙酮、超純水、丙酮分別洗滌，然後70℃下真空乾燥12h，得到3-氨丙基三乙氧基矽烷鍵合矽膠（APS），儲於乾燥器中備用；.
第三步，二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相的製備
按3:1:1之質量比將第二步製備的3-氨丙基三乙氧基矽烷鍵合矽膠、二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪和無水K2CO3一起放入容器中，再加入無水四氫呋喃，85 ℃下N2保護回流24 h，停止反應後經過濾，依次用無水四氫呋喃，丙酮，甲醇，水，丙酮進行洗滌，在70 ℃下真空乾燥12 h，得到二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相（NOCS）成品。
本發明二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相作為高效液相色譜分離材料的用途。
本發明製備的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相功能基團豐富，並可與多類溶質探針（多環芳烴類，胺類，酚類，單取代苯類，磺胺類，核苷類等）之間發生包結、π-π、氫鍵、荷電轉移、配位、離子交換等作用，對溶質探針的分離選擇性具有很好的調控作用，實現了複雜基體中痕量靶標物質的分析測定。
本發明的有益效果體現在：
1）本發明製備的固定相可與溶質發生包結、π-π、氫鍵作用，陰離子交換作用等，作用位點豐富，為難分離的物質提供了分離的可能性。
2）本發明固定相製備方法簡單，反應條件溫和，產量較高，重現性好，柱壓低且穩定，柱效較高，具有很好的應用前景。
附圖說明
圖1是本發明固定相的結構式。
圖2是本發明固定相的反應式。
圖3是本發明固定相的紅外光譜圖。
圖4是本發明固定相對七種多環芳烴的液相分離色譜圖。
圖5是本發明固定相對八種胺類的液相分離色譜圖。
圖6是本發明固定相對六種核苷的液相分離色譜圖。
圖7是本發明固定相對五種單取代苯的液相分離色譜圖。
圖8是本發明固定相對五種磺胺的液相分離色譜圖。
圖9是本發明固定相對四種酚類的液相分離色譜圖。
圖10是本發明固定相對三種無機陰離子的液相分離色譜圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明的技術方案進行更加清楚、完整地描述。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
一、如圖1所示，本發明的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相的結構式為：
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二、本發明二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相可以通過如圖2所示的反應過程得到，其具體製備方法包括下述步驟：
第一步，矽膠的活化
稱取6 g多孔矽膠(粒徑5 μm，孔徑100 Å，比表面積300 m2/g)浸入120 mL HCl/H2O溶液(1:3,v/v)中，浸泡12 h，然後機械攪拌，N2保護下回流24 h除去金屬離子，再用G5砂芯漏鬥過濾，用高純水反覆洗至中性，在70℃下真空乾燥12 h脫去表面水，即得表面均勻分布羥基的活化矽膠（A），儲於乾燥器中備用；
第二步，氨丙基三乙氧基矽膠的製備
移取10 mL 3-氨丙基三乙氧基矽烷於250 mL的圓底燒瓶中，再加入90 mL用金屬鈉除水並新蒸的無水甲苯，在機械攪拌下迅速加入6.0 g第一步製備的活化矽膠（A），然後裝上回流管和CaCl2乾燥器，在N2保護下回流，反應24 h後停止，用G5的砂芯漏鬥過濾，依次用甲苯、甲醇、丙酮、超純水、丙酮分別洗滌兩遍，然後轉移到小燒杯中，在70 ℃下真空乾燥12h，即得到3-氨丙基三乙氧基矽烷鍵合矽膠（APS），儲於乾燥器中備用；
第三步，二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相（NOCS）的製備
稱取3.0 g氨丙基三乙氧基矽膠（APS）、1.0 g二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪、1.0 g無水K2CO3，一併加入到250 mL的三口燒瓶中，再加入150 mL用金屬鈉除水並新蒸的無水四氫呋喃（THF）；裝上回流管，85 ℃下N2保護回流24 h後，停止反應；用G5砂芯漏鬥過濾，依次用THF，丙酮，甲醇，水，丙酮各洗三次，在70 ℃下真空乾燥12 h，得到二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相（NOCS）成品，儲於乾燥器中。
三、本發明製備的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相的分析表徵
1、紅外分析結果
如圖3所示，使用紅外光譜考察本發明固定相的結構，2920,2850 cm-1處的吸收峰應該對應於偶聯劑上亞甲基的吸收，芳環的特徵吸收出現在1485., 1511, and 1587 cm−1，由此可以說明二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪大環分子成功的鍵合到了矽膠表面。
2、元素分析結果
利用元素分析可以證明每一步都成功實現了反應，如下表1所示：在氨丙基三乙氧基矽膠上含有N，而矽膠本身不含N，證明氨丙基三乙氧基矽烷成功鍵合到矽膠上；從表1中可知，在二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相中碳、氮、氫的含量明顯增加，說明得到了目標產物。
3、熱重分析
通過對本發明製備的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相（NOCS）進行熱重分析，可以看到NOCS的失重溫度約在400℃， 由此說明本發明製備的NOCS具有較高的熱力學和化學穩定性。
四，本發明製備的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相對不同種類化合物的分離
1、色譜柱的填裝
將本發明製備的二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相採用勻漿法裝入清洗乾淨的不鏽鋼色譜柱（150*4.6mm i.d.）中。勻漿液為四氯化碳，頂替液為甲醇，裝柱壓力為：40 MPa。稱取2.0 g 二氮二氧雜杯[2]芳烴[2]三嗪鍵合矽膠固定相倒入100mL 燒杯中，加入50 mL 四氯化碳，超聲20-30 min，使固定相均勻分散在勻漿液中，然後迅速倒入裝柱機的勻漿罐中，立即擰緊勻漿罐的上蓋，啟動泵，調節泵的頻率，使壓力迅速上升並維持在40 MPa，30 min 後，升高壓力至45 MPa,保持10min，停泵，緩慢地降壓。待壓力降至零後，慢慢的卸下色譜柱，用乾淨而又光滑的刀片慢慢的削平頂端填料，裝上篩板和柱接頭。標上柱方向（與裝柱子方向相同）、固定相名稱、柱尺寸和裝填日期，待用。
2、對以下各類化合物的分離
1）對七種多環芳烴（苯、萘、苊、菲、熒蒽、屈、苝）的分離：色譜分離條件：流動相為甲醇:水=75:25，流速為1 mL/min，檢測波長為254 nm，柱溫為30℃。
其液相分離色譜圖如圖4所示：色譜峰：1，苯；1，萘；3，苊；4，菲；5，熒蒽；6，屈；。
結論：從圖中可知，七種多環芳烴在NOCS柱上都得到很好的分離，隨著苯環類化合物非極性的逐漸增強，該對多環芳烴類物質的保留逐漸增強，說明其具有反相色譜保留的特徵。
2）對八種胺類（苯胺、N-甲基苯胺、間硝基苯胺、N,N-二甲基苯胺、甲萘胺、鄰聯甲苯胺、二苯胺、對硝基-2-甲基苯胺）的分離：色譜分離條件：流動相為甲醇:水=45:55，流速為1 mL/min，檢測波長為254 nm，柱溫為30℃。
其液相分離色譜圖如圖5所示：色譜峰：1，苯胺；2，N-甲基苯胺；3，間硝基苯胺；4，N,N-二甲基苯胺；5，甲萘胺；6，鄰聯甲苯胺；7，二苯胺；8，對硝基-2-甲基苯胺。
結論：八種苯胺類物質能得到較好的分離。
3）對六種核苷（胞苷、尿嘧啶核苷、坎黃嘌呤、腺嘌呤、6-氯嘌呤、2-氟-6氯嘌呤）的分離。色譜分離條件：流動相為甲醇:水=25:75，流速為1 mL/min，檢測波長為254 nm，柱溫為30℃。
其液相分離色譜圖如圖6所示：色譜峰：1，胞苷；2，尿嘧啶核苷；3，坎黃嘌呤；4，腺嘌呤；5，6-氯嘌呤；6，2-氟-6-氯嘌呤。
結論：六種核苷類物質能得到較好的分離。
4）對五種單取代苯（苯甲醇、苯乙酮、硝基苯、溴苯、碘苯）的分離。色譜分離條件：流動相為甲醇:水=45:55，流速為1 mL/min，檢測波長為254 nm，柱溫為30℃。
其液相分離色譜圖如圖7所示：色譜峰：1，苯甲醇；2，苯乙酮；3，硝基苯；4，溴苯；5，碘苯。
結論：五種單取代苯類物質能得到較好的分離。
5）對五種磺胺（磺胺、磺胺二甲異嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺氯噠嗪、磺胺硝苯）的分離。色譜分離條件：流動相為乙腈：水=30:70，流速為1 mL/min，檢測波長為254 nm，柱溫為30℃。
其液相分離色譜圖如圖8所示：色譜峰：1，磺胺；2，磺胺二甲異嘧啶；3，磺胺甲嘧啶；4，磺胺氯噠嗪；5，磺胺硝苯。
結論：五種磺胺類物質能得到較好的分離。
6）對四種酚類（間苯二酚、對甲酚、3-硝基酚、甲萘酚）的分離。色譜分離條件：流動相為甲醇:水=50:50，流速為1 mL/min，檢測波長為254 nm，柱溫為30℃。
其液相分離色譜圖如圖9所示：色譜峰：1，間苯二酚；2，對甲酚；3，3-硝基酚；4，甲萘酚
結論：四種酚類物質能得到較好的分離。
7）對三種無機陰離子（Br-、I-、F-）的分離。色譜分離條件：流動相為15mmol/L的 KCl溶液，流速為0.8mL/min，檢測波長為210 nm，柱溫為30℃。
其液相分離色譜圖如圖10所示：色譜峰：1，Br-；2，I-；3，F-。
結論：該固定相主體分子上的氮原子質子化後帶正電荷，可以用來分離陰離子，推測固定相和溶質分子之間具有陰離子作用。