多孔有机笼的制备及其用作毛细管电色谱手性固定相.pdf

年 月 研究论文：收稿日期：通讯联系人：基金项目：国家自然科学基金（）：（）多孔有机笼的制备及其用作毛细管电色谱手性固定相郑康妮，秦该照，蒋雪菲，章俊辉，袁黎明（云南师范大学化学化工学院，云南 昆明）摘要：多孔有机笼（）是具有一类内在的、客体可及的空腔的离散分子，是一类独特的微孔材料。本文根据席夫碱反应原理，用（，）二氨基环己烷和，四醛基，联苯二酚缩合成一种孔径均匀、高比表面积、热化学稳定性良好的棱柱形手性多孔有机笼（）。采用核磁共振氢谱仪、红外光谱、热重分析和扫描电子显微镜对该材料进行表征。将该材料溶解在二氯甲烷中，用动态涂覆法将溶液均匀地涂覆在石英毛细管内壁上，制成毛细管电色谱柱。结果表明，该手性电色谱柱不仅能拆分氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和 苯基戊醇 种手性药物，还能拆分，甲苯胺和，氯苯胺 种位置异构体，说明该手性柱具有良好的手性分离能力。通过研究氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和 苯基戊醇的最佳拆分条件，得出电压、缓冲溶液浓度和 值对组分分离度有显著影响，其中，氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇的最优分离电压均为 ，苯基戊醇的最佳分离电压为 ；氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇、苯基戊醇的最佳缓冲液浓度均为 ，为 。在最佳的分离条件下，该电色谱柱拆分氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和 苯基戊醇的分离度分别为 、，都获得了较好的分离效果。可见，是一种良好的手性毛细管电色谱固定相，有一定的手性拆分能力，在色谱分离中具有良好的应用前景。关键词：毛细管电色谱；多孔有机笼；手性分离；手性药物中图分类号：文献标识码：，（，）：（），（，），（），（），（），色谱第 卷 ，引用本文：郑康妮，秦该照，蒋雪菲，章俊辉，袁黎明 多孔有机笼的制备及其用作毛细管电色谱手性固定相 色谱，（）：，（）：（）；（）；手性（）一词源于希腊语中的“”，它类似于人左右手的关系，即两者互为镜像。手性在自然界和生命体中无处不在，如自然界中的龙卷风，生命体中的蛋白质、氨基酸、多糖等都是手性物质。在药理性质方面外消旋体的 构型和 构型往往有着不同甚至相反的作用，例如甲状腺素钠的右旋体可以作为降血脂药物应用，但其左旋体对心脏具有严重的副作用，又如三唑类杀菌剂（，）构型有高杀菌作用和低等植物生长控制作用，而其（，）构型则有着相反的作用。可见对外消旋体的拆分具有极为重要的意义。外消旋体的拆分方法有很多，如色谱法、化学拆分法等，其中，毛细管电色谱（）技术已经逐渐发展成为化学、环保、医药等领域广泛应用且有效的色谱分离方法。技术是通过在毛细管柱内涂覆或键合手性固定相，以电渗流为驱动力，根据对映体在手性固定相和流动相之间分配系数及电泳淌度的不同实现分离。的手性固定相种类众多，其中多孔有机笼（）就是其中的一种，因其固有的和可接近的空腔，成为一类独特的孔状材料。有着孔径均匀、表面积高、热化学稳定性好的性质，这使其成为各种功能应用的最佳候选者，包括分子气体分离和手性药物分离。在固体中呈现多孔的状态，且空腔必须通过一维、二维或三维的孔隙网络来连接，如果没有这种连通性，固有的空腔是孤立的，客体分子就无法进入。有机笼在添加和去除客体时也必须保持形状，如溶剂的孔隙网络结构会因其内在腔体的崩溃而受到破坏，笼内的内在孔隙度也可能因笼间的外部空隙而增大。与金属有机框架、沸石、多孔聚合物和碳分子筛等多种多孔材料相比，是通过共价键合自组装形成的具有三维连通性和均匀孔径的晶体多孔材料。年，课题组通过缩合反应，合成了一个连接亚胺的四面体笼，但他们并没有研究笼的晶体结构。课题组在 年报道了多孔有机分子笼 作为毛细管气相色谱手性固定相对手性物质具有很好的分离效果；等报道了 在气相色谱和电色谱中的应用，证实了 是一种不错的手性材料；年，课题组的唐明华制备了两种手性 第 期郑康妮，等：多孔有机笼的制备及其用作毛细管电色谱手性固定相，由 羟基，均苯三甲醛分别与（，）二氨基环己烷和（，）二苯乙二胺合成，两种手性 的合成反应都是席夫碱反应。即用伯胺与醛或者酮发生席夫碱反应获得有机分子胺笼。之后把它们用作 的手性固定相，拆分了多种手性药物和位置异构体，达到了预期的效果。文章利用席夫碱反应原理，通过溶剂热合成法将（，）二氨基环己烷和，四醛基，联苯二酚缩合成棱柱形手性。该 具有良好的溶解性，可溶于大多数有机溶剂，适合作为 的手性固定相。将 溶解在二氯甲烷中，用动态涂覆法将溶液均匀地涂覆在石英毛细管内壁上，制成 柱。实验结果表明该手性柱拆分了 种手性药物和 种位置异构体，说明该手性柱具有一定的手性分离能力。实验部分 仪器与试剂 高效毛细管电泳仪（北京华阳利民仪器有限公司）；核磁共振波谱仪（瑞士布鲁克公司）；粉末衍射仪（日本 公司）；有机化学元素分析仪（北京来亨科贸有限责任公司）；热重分析仪（美国 仪器）；扫描电子显微镜（荷兰飞利浦公司）；纯水器（英国 公司）。氢氧化钾、二氯甲烷、乙醇、甲醇、盐酸、二甲基亚砜、联苯二酚、磷酸购于天津风船化学试剂有限公司；（，）环己二胺、三氟乙酸、六亚甲基四胺、，氯苯胺、，甲苯胺购于上海试剂有限公司；氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇、苯基戊醇购于比利时 公司。实验所用试剂纯度除磷酸为 与（，）环己二胺为 外，其余均为。配体，四醛基，联苯二酚的合成 根据文献合成，四醛基，联苯二酚：首先称取，联苯二酚 （）和已在真空下干燥 的六亚甲基四胺 （），置于 圆底烧瓶中，加入三氟乙酸（），在油浴锅中反应，温度为 。反应结束后冷却至室温，再加入 浓度为 的盐酸，反应 ，再冷却 后过滤，用超纯水、无水乙醇、环己烷等有机溶剂依次洗涤。最后真空干燥，得到 的黄色固体。为了得到更纯的物质，将黄色固体进行两次重结晶，得到纯净的，四醛基，联苯二酚。化学反应结构式如图 所示：图 ，四醛基，联苯二酚的合成 ，：图 的合成路径 （）的合成 根据文献报道方法合成了。首先，称取上述步骤合成的配体，四醛基，联苯二酚 （）溶于 的，二甲基甲酰胺（）中，并将 （）的（，）二氨基环己烷充分溶解在 甲醇中，分别进行超声，待两种固体溶解后，一起倒入 的圆底烧瓶中，在无水无氧条件下，加入 盐酸，回流过夜，过滤后滤液转移至烧杯中，用滤纸盖住，天后，有橙色晶体析出，然后用环己烷、无水乙醇和高纯水洗涤多次，产物在 的真空干燥箱中进行干燥。合成路线见图。色谱第 卷 开管毛细管色谱柱的制备 参照文献制备 开管毛细管色谱柱，处理步骤如下：先截取大约 （）长的石英毛细管，然后对其进行粗糙化，具体步骤为依次用 、蒸馏水和 冲洗，之后将石英毛细管柱烘干，处理温度为 ，烘干时间为 ，最后将毛细管柱烘干，温度为 。称取 的 晶体，溶解于 二氯甲烷溶液中，质量浓度为 ，超声 ，充分溶解后，过滤掉不溶固体，接着将上述滤液用高纯氮气缓慢的吹入粗糙化后的毛细管柱中。待充满整个毛细管柱后，再把氮气的气流调小，持续吹 ，直至溶液吹出并继续对其进行老化。的实验条件 截取一段手性 开管毛细管色谱柱（），在毛细管柱离末端 处进行开窗操作，有效分离长度为 。进行测样之前，色谱柱需用高纯水、磷酸缓冲溶液依次冲洗，直至仪器基线稳定，进样时间为 。拆分氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇的最优分离电压均为 ，而 苯基戊醇的最优分离电压为 ；氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇、苯基戊醇的适宜 缓冲液浓度均为 ；种手性样品拆分时的 值均为 。结果与讨论，四醛基，联苯二酚的表征 将配体溶解于 的氘代二甲亚砜（）进行核磁共振分析，可以得到配体共有两种不同环境的氢，氢面积之比为，与参考文献基本一致，表明配体，四醛基，联苯二酚已成功合成。其中核磁数据如下：（，）：（，），（，）。的表征 核磁共振氢谱分析 采用核磁共振氢谱仪对合成的 进行了表征，具体数据如下：（，）：（，），（，），（，），（，），（，），（，），（，），（，）。所得数据与文献报道的相同。碳谱分析 采用碳谱仪对合成的 进行了碳谱表征，具体数据如下：（，）：，。所得数据与文献报道的相同。红外光谱分析 采用红外光谱仪对合成的 进行表征，如图 所示，强亚胺键在 处的特征吸收峰证明了 形成了 键，在 处存在 吸收峰伸缩振动，在 和 处的吸收峰分别为 和 拉伸带，且苯环吸收峰在约 和 处由 和 拉伸振动产生。通过上述核磁共振氢谱、碳谱与红外光谱的表征及对相关数据的分析，证明实验已经成功合成出了。图 的红外光谱图 质谱分析 分 子 式 为，理 论 上：、。通过元素分析后得到：、。文章采用高分辨率质谱对 进行分析，得到分子离子峰 （见图），可推算出其相对分子质量约为，符合氮规则，进一步证明已合成出。热重曲线分析 为证明 有高的化学热稳定性，对 进行了热重测试。将 放在热重分析仪中，从 上升到 （）。从图 可以观察到，其在 左右能稳定存在，表明 具有良好的化学热稳定性，符合在 中的测试条件，可进一步探究其他实验。第 期郑康妮，等：多孔有机笼的制备及其用作毛细管电色谱手性固定相图 的质谱图 图 的热重曲线图 图 毛细管内壁的扫描电镜图 ；的氮气吸附测试 由氮气吸附脱附实验得出，合成的多孔 材料比表面积为 ，孔径大小为 ，孔体积为 ，如图 所示。图 的 吸附脱附等温线 开管毛细管电色谱柱电镜表征 探究 开管毛细管电色谱柱是否具有良好的分离性能，首先需要对涂覆好的 毛细管色谱柱进行扫描电镜分析表征。图、为空的毛细管柱表征，可观察到其内壁光滑，图、为涂覆柱表征，可以观察到毛细管内壁涂有一层 材料。色谱第 卷表 不同分离电压下 种外消旋体的拆分结果 （）（）：；：；：；：表 不同浓度缓冲溶液下 种外消旋体的拆分结果 （）（）（）表 不同 值缓冲溶液下 种外消旋体的拆分结果 （）（）毛细管电色谱柱拆分手性化合物的情况 具有特别的笼分子和四面体结构，且是一种手性多孔材料。手性药物与有机笼分子之间存在 键、偶极偶极作用、立体构型匹配作用和氢键等作用，在进行 分离分析时，手性药物进入毛细管内与内壁中涂覆的 材料充分接触，在诸多作用下，手性药物得到了分离。然而，手性药物分离的过程十分复杂，很难完全阐明手性分离的机理。为了探究该色谱柱对手性化合物的拆分能力，选用氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇与 苯基戊醇为样品，改变实验中的分离电压、缓冲溶液的浓度、缓冲溶液的 值，从而得到拆分 种外消旋体的最佳实验条件。分离电压对手性药物拆分的影响 影响手性药物拆分效果的因素有很多，分离电压就是其中的一种。分离电压的大小不仅影响着手性药物的分离度，且对出峰时间也有一定的影响。为探究分离电压对分离度的影响，选用浓度为 、的 缓冲溶液分别对氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和 苯基戊醇 种手性药物进行实验探究，从表 数据可以看出，分离电压为 时，氧氟沙星、特罗格尔碱和 氨基丁醇能达到最大分离度，苯基戊醇在电压为 的条件下达到最大分离度。缓冲溶液浓度对手性药物拆分的影响 在最优分离电压条件下，采用 值为 但浓度不同的 缓冲溶液，种外消旋体的色谱拆分情况如表 所示。实验得出，当缓冲溶液浓度升高到一定程度时，可以增大手性样品的分离度，一旦超过适当的浓度范围，分离度不但不会增大，反而会减小。由表 得出，氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和 苯基戊醇在 手性色谱柱的分离中，最优缓冲溶液浓度为 。另外，缓冲液浓度影响着样品的出峰时间，样品的出峰时间随着浓度的增大而增加，溶液离子强度的变化对溶液黏度与 电势也有一定的影响。值对手性药物拆分的影响 上述实验得到手性药物的最佳分离电压和缓冲液浓度，继续对手性药物的最佳 值进行优化（见表），缓冲液 值从 升至 时，氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和 苯基戊醇的分离度升高，但当 值升高到 时，氧氟沙星、苯基戊醇的分离度分别减少至 、，特罗格 第 期郑康妮，等：多孔有机笼的制备及其用作毛细管电色谱手性固定相尔碱、氨基丁醇没能得到拆分。值过低会影响色谱固定相的活性，但 值过高则会增大电渗流，缩短手性样品的保留时间，从而影响拆分效果。因此最优 值为 。经过上述 个实验的研究探讨，得到 种手性物质在最佳拆分条件下的电色谱图如图 所示，氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和 苯基戊醇的手性分离度分别是 、，都达到了较好的分离，表明 手性色谱柱对外消旋体具有良好的手性识别能力和分离效果。图 手性柱对 种外消旋体的电色谱图 位置异构体在 电色谱柱上的拆分情况 毛细管柱对位置异构体，甲苯胺、，氯苯胺也进行了分离研究，分离谱图见图。电色谱分离条件为 、的 缓冲溶液，分离电压为 。位置异构体与 固定相间可能存在 键、偶极偶极作用、立体构型匹配作用和氢键等相互作用力，从而使位置异构体分离。因位置异构体的分子结构、大小各不相同，故与固定相接触时产生的效果存在差异。图 手性柱对，甲苯胺和，氯苯胺的分离电色谱图 ，（），结论 将合成的多孔有机笼材料 涂覆在毛细管柱上制成相应的毛细管色谱手性柱。用该手性柱成功拆分了位置异构体，氯苯胺和，甲苯胺以及氧氟沙星、特罗格尔碱、氨基丁醇和苯基戊醇 种手性药物。实验表明，作为 的手性固定相可行且具有一定的实用性，在拆分手性药物方面具有较大潜力。参考文献：，袁黎明 手性识别材料（第二版）北京：科学出版社，（）：色谱第 卷 ，（）：张含智，李凤，康经武 色谱，（）：，（）：刘明霞，李向军，白玉，等 色谱，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，唐明华 硕士学位论文 昆明：云南师范大学，：，（）：，（）：贾文燕，唐明华，章俊辉，等 色谱，（）：