本發(fā)明涉及硅膠基質(zhì)色譜分離材料，具體地說是一種基于巰基邁克爾加成反應(yīng)的硅膠基質(zhì)高效液相色譜分離材料及其制備方法。

技術(shù)背景

硅膠基質(zhì)色譜固定相是現(xiàn)代高效液相色譜分離材料的主體。硅膠表面的高效、高選擇性修飾是實現(xiàn)不同功能基團有效固載的基礎(chǔ)和保障，有利于減少副反應(yīng)的發(fā)生并提高功能基團的鍵合量。“點擊化學”策略具有簡單高效、高選擇性、高轉(zhuǎn)化率等優(yōu)勢[Sharpless,K.B.et al.,Angew.Chem.Int.Ed.,2001,40,2004-2021]，十分適合用于制備高效液相色譜固定相。其中，經(jīng)典的“炔基-疊氮”環(huán)加成點擊反應(yīng)和“巰基-烯烴”自由基點擊反應(yīng)已成功應(yīng)用于硅膠基質(zhì)固定相的制備，并實現(xiàn)極性或非極性化合物的分離分析[Guo,Z.M.et al.,Chem.Commun.,2006,4512-4514；Guo,Z.M.et al.,Chem.Commun.,2007,2491-2493；Huang,H.X.et al.,Chem.Commun.,2009,6973-6975；Fu,Q.et al.,Anal.Methods,2010,217-224；Moni,L.et al.,Chem.Eur.J.,2010,16,5712-5722；Liang,X.M.et al.,Chem.Commun.,2011,47,4550-4552；Liang,X.M.et al,J.Chromatogr.A,2012,1228,175-182；Liang,X.M.et al.,J.Chromatogr.A,2013,1314,63-69；Liang,T.et al.,J.Chromatogr.A,2015,1388,110-118.]。然而，傳統(tǒng)的“炔基-疊氮”點擊反應(yīng)需要一價銅離子的催化(Cu⁺)，導致重金屬離子在硅膠表面的殘留，從而影響固定相的表面性質(zhì)?！皫€基-烯烴”自由基點擊反應(yīng)的烯烴適用范圍有限，對于活性烯烴如丙烯酰胺型或丙烯酸酯型烯烴等，容易發(fā)生烯烴本身的不可控聚合，影響固定相的重現(xiàn)性和可控性。

作為巰基點擊反應(yīng)之一，巰基邁克爾加成反應(yīng)是巰基與缺電子烯烴之間的親核加成反應(yīng)[Hoyle,C.E.et al.,Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49,1540-1573；Hoyle,C.E.et al.,Chem.Soc.Rev.,2010,39,1355-1387.]，具有單體種類豐富、適用范圍廣、反應(yīng)效率高等優(yōu)勢。目前，巰基邁克爾加成反應(yīng)在材料科學領(lǐng)域包括納米微球的表面改性等方面得到越來越多的關(guān)注[Nair,D.P.et al.,Chem.Mater.,2014,26,724-744.]。Boyer等人通過巰基-烯烴邁克爾加成反應(yīng)在二氧化鈦納米粒子表面修飾親水聚合物，增加了納米粒子在水溶液中的溶解度，同時降低了其細胞毒性[Tedja,R.et al.,Polym.Chem.,2012,3,2743-2751.]。Zhu等人利用巰基邁克爾加成反應(yīng)實現(xiàn)了半胱氨酸在馬來酰亞胺接枝的金納米粒子表面的功能化修飾[Zhu,J.,et al.,Langmuir,2012,28,5508-5512]。但是，當前尚未出現(xiàn)使用巰基邁克爾加成反應(yīng)制備硅膠基質(zhì)高效液相色譜固定相。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新型硅膠基質(zhì)高效液相色譜固定相及其制備方法。該固定相具有特征性的硫醚官能團，同時帶有酰胺、酯、砜或丁二酰亞胺官能團。該固定相的制備方法簡單、反應(yīng)效率高，適用范圍廣。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于巰基邁克爾加成反應(yīng)的硅膠基質(zhì)色譜分離材料：缺電子烯烴單體與巰基硅膠發(fā)生巰基邁克爾加成反應(yīng)，形成親水作用色譜固定相、反相色譜固定相或親和色譜固定相，其結(jié)構(gòu)式如下：

其中SiO₂為介孔硅膠或無孔硅膠，R-X代表中的一種，X是極性官能團、非極性官能團或親和官能團中的一種。

通過巰基邁克爾加成反應(yīng)制備帶有不同功能基團的硅膠基質(zhì)色譜分離材料，包括如下步驟：

a.硅膠預(yù)處理：硅膠加入體積濃度為1～38％的鹽酸或硝酸溶液中，100～140℃加熱回流攪拌1～48小時，過濾，水洗至中性，于100～160℃下干燥至恒重，得干燥硅膠；

b.硅烷化：將步驟a所得干燥硅膠置于玻璃或者聚四氟乙烯反應(yīng)容器中，在氮氣氛圍下加入有機溶劑，攪拌均勻后加入硅烷試劑巰丙基三乙氧基硅烷或巰丙基三甲氧基硅烷中的一種，然后加入吡啶作為催化劑，保持溫度為60～150℃，攪拌回流1～48小時。反應(yīng)體系冷卻至室溫，減壓過濾并依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在60～100℃條件下干燥8～24小時即得巰基硅膠；

c.巰基邁克爾加成反應(yīng)：在氮氣氛圍下往玻璃或者聚四氟乙烯反應(yīng)容器中加入溶劑，然后加入含缺電子烯烴的單體，攪拌使其完全溶解，加入催化劑，再加入步驟b所得巰基硅膠，在溫度20～100℃的條件下攪拌2～48小時；反應(yīng)體系冷卻至室溫，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在30～80℃條件下真空干燥6～12小時；

步驟a中所述酸溶液的使用量為每克硅膠使用2mL～100mL。

步驟b中所述有機溶劑為與水不互溶的有機溶劑，包括甲苯、乙苯、二甲苯、正己烷、正庚烷、正戊烷、正辛烷、環(huán)己烷等苯系物或烷烴中的一種或多種；有機溶劑的使用量為每克干燥硅膠使用有機溶劑2mL～100mL。

步驟b中所述硅烷試劑的使用量為每克干燥硅膠使用硅烷試劑0.05mL～5mL；

步驟b中催化劑吡啶的使用量為每克干燥硅膠使用催化劑0.01mL～1mL。

步驟c中所述的溶劑為極性有機溶劑或水或二者的混合，上述極性有機溶劑為甲醇、乙醇、二甲亞砜、四氫呋喃、丙酮或N、N-二甲基甲酰胺中的一種或二種以上；溶劑的使用量為每克巰基硅膠使用1mL～100mL。

其中步驟c中含缺電子烯烴的單體是丙烯酰胺型、丙烯酸酯型、烯基砜型或馬來酰亞胺型中的一種，結(jié)構(gòu)式分別為：

其中X代表極性官能團、非極性官能團或親和官能團中的一種；

步驟c中缺電子烯烴單體的使用量為每克巰基硅膠使用1mmol～100mmol。

步驟c中所用催化劑為三苯基膦(PPh₃)、甲基二苯基膦(PMePh₂)、二甲基苯基膦(PMe₂Ph)、三丙基膦(P-n-Pr₃)、三(2-羧乙基)膦(TCEP)、三乙胺或二丙基胺中的一種或二種以上；催化劑的使用量為每克巰基硅膠使用0.01mmol～1mmol。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1.結(jié)構(gòu)新穎。該固定相通過巰基與缺電子烯烴的親核加成反應(yīng)實現(xiàn)不同功能分子的成功鍵合，帶有特征性的硫醚官能團，同時含有酰胺、酯、砜或丁二酰亞胺官能團。

2.制備過程簡單可靠，反應(yīng)效率高，有利于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

3.適用范圍廣。本發(fā)明提供的制備方法適用于不同性質(zhì)的高效液相色譜分離材料的 制備，包括親水作用色譜、反相色譜以及親和色譜固定相，可廣泛用于非極性、中等極性和極性樣品的分離分析。

附圖說明

圖1為使用實施例1固定相用于糖醇異構(gòu)體的分離分析色譜圖；

圖2為使用實施例1固定相用于二糖皂苷異構(gòu)體的分離分析色譜圖；

圖3為使用實施例1固定相用于三糖皂苷異構(gòu)體的分離分析色譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實例，對本發(fā)明做進一步說明。實例僅限于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。

實施例1

稱取20g球形介孔硅膠(粒徑為5μm，孔徑為10nm，比表面積為300m²/g)于500mL玻璃燒瓶中，加入200mL體積濃度為10％的鹽酸溶液，110℃回流24小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，150℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入150mL無水甲苯，攪拌均勻后加入10mL三甲氧基巰丙基硅烷和4mL吡啶，110℃回流攪拌24小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃條件下干燥12小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，取13.5g[3-(3-丙烯酰胺丙基)二甲基胺]丙磺酸置于150mL三頸圓底燒瓶中，加入45mL水，攪拌至固體完全溶解。加入20mL甲醇和200μL催化劑二甲基苯基膦，在攪拌的條件下加入10g巰基硅膠，30℃條件下攪拌反應(yīng)48小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在80℃條件下真空干燥8小時，得到兩性離子型親水作用色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例2

稱取10g球形介孔硅膠(粒徑為5μm，孔徑為30nm，比表面積為75m²/g)于250mL玻璃燒瓶中，加入100mL體積濃度為10％的硝酸溶液，100℃回流24小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，150℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入80mL無水甲苯，攪拌均勻后加入2mL三甲氧基巰丙基硅烷和0.5mL吡啶，110℃下回流攪拌24小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃條件下干燥12小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，往50mL三頸圓底燒瓶中加入30mL水和1g馬來酰亞胺生物素，攪拌至完全溶解。加入100mg催化劑[三(2-羧乙基)膦]，在攪拌的條件下加入5g巰基硅膠，25℃條件下攪拌反應(yīng)24小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、水/甲醇(5：1)洗滌，固體產(chǎn)品在30℃條件下真空干燥12小時，得到親和色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例3

與實施例1的不同之處在于，使用3-巰丙基三乙氧基硅烷代替3-巰丙基三甲氧基硅烷，按實施例1的合成步驟得到兩性離子型親水作用色譜固定相。

實施例4

與實施例2的不同之處在于，使用無孔硅膠代替介孔硅膠，按實施例2的合成步驟可得親和色譜固定相。

實施例5

稱取20g球形介孔硅膠(粒徑為5μm，孔徑為10nm，比表面積為300m²/g)于500mL玻璃燒瓶中，加入300mL體積濃度為15％的硝酸溶液，110℃回流24小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，120℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入200mL二甲苯，攪拌均勻后加入15mL三甲氧基巰丙基硅烷和5mL吡啶，130℃下回流攪拌24小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃條件下干燥12小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，取8g苯基乙烯基砜置于150mL三頸圓底燒瓶中，加入60mL二甲亞砜，攪拌至固體完全溶解。加入300μL催化劑甲基二苯基膦，在攪拌的條件下加入10g巰基硅膠，60℃條件下攪拌反應(yīng)48小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在60℃條件下真空干燥12小時，得到反相色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例6

與實施例5的不同之處在于，使用乙基乙烯基砜代替苯基乙烯基砜，按實施例5的合成步驟可得反相色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例7

稱取10g球形介孔硅膠(粒徑為5μm，孔徑為8nm，比表面積為380m²/g)于250mL玻璃燒瓶中，加入80mL體積濃度為20％的鹽酸溶液，120℃回流12小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，150℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入70mL正己烷，攪拌均勻后加入10mL三乙氧基巰丙基硅烷和3mL吡啶，70℃下回流攪拌36小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃條件下干燥8小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，取10g 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸置于150mL三頸圓底燒瓶中，加入50mL水，攪拌至固體完全溶解。加入20mL甲醇和500μL催化劑三乙胺，在攪拌的條件下加入10g巰基硅膠，60℃條件下攪拌反應(yīng)24小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在80℃條件下真空干燥12小時，得到陰離子型親水作用色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例8

稱取10g球形硅膠(粒徑為5μm，孔徑為8nm，比表面積為380m²/g)于250mL玻璃燒瓶中，加入80mL體積濃度為15％的鹽酸溶液，100℃回流12小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，150℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入70mL正己烷，攪拌均勻后加入10mL三乙氧基巰丙基硅烷和1mL吡啶，70℃下回流攪拌36小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃ 條件下干燥8小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，取15mL(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化銨置于150mL三頸圓底燒瓶中，加入30mL水，然后加入10mL N,N-二甲基甲酰胺和100μL催化劑二甲基苯基膦，在攪拌的條件下加入10g巰基硅膠，30℃條件下攪拌反應(yīng)48小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在80℃條件下真空干燥8小時，得到陽離子型親水作用色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例9

稱取10g球形介孔硅膠(粒徑為5μm，孔徑為30nm，比表面積為75m²/g)于250mL玻璃燒瓶中，加入100mL體積濃度為10％的硝酸溶液，110℃回流24小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，150℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入80mL無水甲苯，攪拌均勻后加入2mL三甲氧基巰丙基硅烷和0.5mL吡啶，110℃下回流攪拌24小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃條件下干燥12小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，取3g[2-(甲基丙烯?；趸?乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氫氧化銨置于150mL三頸圓底燒瓶中，加入30mL水，攪拌至固體完全溶解。加入10mL甲醇和50μL催化劑二丙基胺，在攪拌的條件下加入10g巰基硅膠，60℃條件下攪拌回流36小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在80℃條件下真空干燥8小時，得到兩性離子型親水作用色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例10

稱取20g球形硅膠(粒徑為5μm，孔徑為8nm，比表面積為380m²/g)于500mL玻璃燒瓶中，加入200mL體積濃度為5％的鹽酸溶液，100℃回流24小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，150℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入150mL無水甲苯，攪拌均勻后加入15mL三乙氧基巰丙基硅烷和5mL吡啶，110℃下回流攪拌24小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃條件下干燥8小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，往150mL三頸圓底燒瓶中加入10g甲氧基聚乙二醇馬來酰亞胺，然后加入30mL水和30mL甲醇，攪拌至完全溶解。加入100mg催化劑[三(2-羧乙基)膦]，在攪拌的條件下加入10g巰基硅膠，40℃條件下攪拌反應(yīng)24小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在40℃條件下真空干燥12小時，得到反相色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例11

稱取10g球形硅膠(粒徑為5μm，孔徑為20nm，比表面積為150m²/g)于150mL玻璃燒瓶中，加入80mL體積濃度為10％的鹽酸溶液，120℃回流24小時，冷卻至室溫。過濾，水洗至中性，120℃干燥24小時。在氮氣氛圍下，往干燥硅膠中加入80mL 二甲苯，攪拌均勻后加入10mL三乙氧基巰丙基硅烷和2mL吡啶，130℃下回流攪拌24小時。待反應(yīng)體系降至室溫，依次用甲苯、甲醇、水、四氫呋喃和甲醇洗滌，在80℃條件下干燥8小時即得巰基硅膠。在氮氣氛圍下，取10mL2-羥基乙基丙烯酸酯置于150mL三頸圓底燒瓶中，加入30mL N,N-二甲基甲酰胺和50μL催化劑三乙胺，在攪拌的條件下加入10g巰基硅膠，60℃條件下攪拌反應(yīng)24小時。反應(yīng)完成后，減壓過濾并用水、甲醇洗滌，固體產(chǎn)品在80℃條件下真空干燥8小時，得到親水作用色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例12

與實施例11的不同之處在于，使用4-羥基丁基丙烯酸酯代替2-羥基乙基丙烯酸酯，按實施例11的合成步驟可得親水作用色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例13

與實施例11的不同之處在于，使用2-萘基丙烯酸酯代替2-羥基乙基丙烯酸酯，按實施例11的合成步驟可得反相色譜固定相，結(jié)構(gòu)式為：

實施例14

使用實施例1所得兩性離子親水色譜固定相裝填4.6×150mm色譜柱，用于糖醇異構(gòu)體的分離分析。如圖1所示，2種糖醇異構(gòu)體得到了很好的分離。色譜條件為：

色譜柱：4.6×150mm

流動相：A，水；B，乙腈

等毒條件：10％A，90％B

流速：1.0mL/min

柱溫：30℃

檢測：ELS detector。

實施例15

使用實施例1所得兩性離子親水色譜固定相裝填4.6×150mm色譜柱，用于皂苷異構(gòu)體的分離分析。如圖2所示，相同苷元的二糖皂苷異構(gòu)體得到了很好的分離。色譜條件為：

色譜柱：4.6×150mm

流動相：A，水；B，乙腈

等度條件：10％A，90％B

流速：1.0mL/min

柱溫：30℃

檢測波長：190nm。

實施例16

使用實施例1所得兩性離子親水色譜固定相裝填4.6×150mm色譜柱，用于皂苷異 構(gòu)體的分離分析。如圖3所示，相同苷元的三糖皂苷異構(gòu)體得到了很好的分離。色譜條件為：

色譜柱：4.6×150mm

流動相：A，水；B，乙腈

等度條件：10％A，90％B

流速：1.0mL/min

柱溫：30℃

檢測波長：190nm。