一种手性核壳型色谱固定相及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种手性核壳液相色谱填料，内层为无孔硅胶，外层包覆含有手性环己二胺基团的杂化介孔硅胶壳层。同时，本发明还公开了上述手性核壳液相色谱填料的制备方法。本发明结合了杂化介孔类硅胶具有高通透性、有机官能团分布均匀的特点与核壳型填料柱效高，分析速度快的优点而成为一类新型的色谱固定相填料。
【专利说明】—种手性核壳型色谱固定相及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多孔材料制备与分析化学【技术领域】，具体涉及一种手性核壳液相色谱填料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]杂化有序介孔硅胶是指采用有机基团桥联的硅酯[(OR)3SiIT Si(OR)3]作为硅源之一，经水解聚合反应后直接制备出骨架中含有有机基团的有序介孔硅胶。杂化硅胶具有较大的比表面积、规则排列的孔道、窄的孔径分布，而且具有更好的水热稳定性、机械稳定性及化学稳定性等优点。近年来，手性杂化介孔硅胶在手性化合物色谱分离的应用上表现出优越的前景。但是，杂化介孔硅胶有机官能团负载量高、比表面积大的特点使得被分析物在填料上的吸附解吸附时间增长，增加了传质阻力，这导致色谱峰展宽，柱效降低的现象出现。将杂化介孔硅胶层包裹于无孔硅胶核上，制成核壳型填料，缩短填料的传质路径，可以有效改善杂化介孔硅胶柱效低的问题。
[0003]核壳型填料较之全多孔的填料，具有更高的理论塔板数(3 μ m的核壳与亚2 μ m的全多孔结构柱效相当)，更短的传质路径，这也使得分析时间大大缩短。近年来，这些优点使得核壳型色谱填料受到广泛的关注。但是，目前关于手性核壳型色谱填料的研究很少，还未有商品化的手性核壳型色谱填料。与全多孔材料相比，核壳材料由于无孔核的存在，比表面积小，传统的键合或者涂敷方法都将导致手性选择剂含量低的问题。因此，我们将含有手性基团均匀分布于介孔硅胶层的骨架中，提高壳层中的手性基团含量，制成新型的手性核壳型色谱填料。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明的目的在于提供一种新型的手性核壳液相色谱填料的合成方法，以改善现有技术中存在的问题。
[0005]技术方案:为了达到上述目的，本发明具体是这样来实现的:采用层层自组装法，在无孔硅胶外部包裹多层含有手性环己二胺基团的杂化介孔硅胶层。
[0006]其中，所述填料外层包裹的杂化介孔硅胶层中除可掺杂手性环己二胺基团外，还可掺杂手性联萘二胺或手性联萘二酚基团。
[0007]一种手性核壳液相色谱填料的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)将手性环己二胺与异氰酸丙基三乙氧基硅烷反应，形成手性环己二胺双硅酯:N，N’ -二-[(三乙氧基硅基)丙基]-二 _(酰脲)_环己烷(DACH-BS)；
[0009](2)按体积比150?250: 40?80: 60?120取氨水、乙醇和去离子水混合制成A液，将A液与正硅酸乙酯按体积比I?3: I在冰浴条件下混合搅拌0.5h?2h，将得到的产物用去离子水和乙醇洗涤至中性，80?100°C干燥8?10h，得到具有球形形貌的无孔硅胶；
[0010](3)按体积比1:1?5将乙醇和去离子水混合，加入0.1?0.8% (w/v)十八烷基三甲基氯化铵、I?10% (w/v)P123嵌段共聚物，制成B液；
[0011](4)按体积比1:1?5将乙醇和去离子水混合，取无孔硅胶加入其中，每10ml溶液加入I?4g无孔娃胶,并超声10?30min,加入上述总体积2?10%的28%氨水,室温搅拌15?20min ；
[0012](5)按体积比1:1?3将B液加入步骤(4)所得溶液，搅拌30?50min，逐滴加入混合均匀的N，N’ - 二-[(三乙氧基硅基)丙基]-trans- (IR，2R) - 二 -(酰脲)-环己烷(DACH-BS)和正硅酸四乙酯(TEOS)，其中手性硅源占总硅源含量的10%?50%，室温反应I?5h，离心得产物，得到包覆一层手性杂化介孔硅胶层的核壳型材料；
[0013](6)将步骤(5)中得到的材料继续分散于乙醇、去离子水混合液中，重复步骤(3?
5)2?15次，得到包裹多层手性杂化介孔硅胶层的核壳型材料；
[0014](7)用乙醇及去离子水将步骤(6)所得核壳型材料洗涤至中性，60°C真空干燥8?24h ；
[0015](8)按体积比200: 3取乙醇、浓盐酸混合成脱模板剂，每Ig步骤(J)产物用200ml脱模板剂在室温下搅拌24h ；
[0016](9)将步骤(8)所得产物用去离子水洗涤至中性，60°C真空干燥8?24h，即得到手性核壳液相色谱填料。
[0017]其中，所述步骤⑵中无孔硅胶的直径为Iym?5μπι。其中，所述步骤(5)中参与水解聚合的手性环己二胺双硅酯可由手性联萘二胺双硅酯，手性联萘二酚双硅酯代替。手性核壳型材料的包覆层数I?15层，包覆的厚度约为25?500nm。
[0018]有益效果:本发明结合了杂化介孔硅胶与核壳型填料的优点，制备了一类新型的色谱固定相填料。与手性杂化介孔硅胶相比，新型手性核壳材料有着柱效高，分析速度快的特点，与涂敷法或键合法制备的手性核壳材料相比，有机官能团在壳层中分布均匀，不堵塞孔道，有机官能团不易流失，并且还有通透性高、稳定性好的优点。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:
[0020](I)氮气保护下，在250mL的二口烧瓶中，加入0.38g trans-(IR，2R)-环己二胺(DACH)，10mL无水CH2Cl2，用注射器将1.73g异氰酸丙基三乙氧基硅烷(ICPTES)缓慢的滴加到上述反应液中，在室温下反应2h，减压蒸馏除去CH2Cl2，得固体产物。然后用无水正己烷洗涤所得固体，过滤，过量的ICPTES随滤液一起除去，将滤饼真空干燥，即得手性环己二胺双硅酯:N，N’ - 二-[(三乙氧基硅基)丙基]-trans-(lR，2R)-二-(酰脲)-环己烷(DACH-BS)，为白色固体。
[0021](2)按体积比200: 56: 80取氨水、乙醇和去离子水混合制成A液，在50ml圆底烧瓶中加入2ml A液+Iml正硅酸乙酯(TEOS)，冰水浴条件下搅拌5min，在室温条件下用恒流泵分别以24ml/h和12ml/h的流速逐滴加入A液和TEOS。50min过后，停止滴加。将得到的产物用去离子水和乙醇洗涤，90°C干燥8h。得到的无孔硅胶约为2 μ m。
[0022](3)取0.5g已合成的无孔娃胶，分散于12ml乙醇和24ml去离子水的混合溶液中，超声20分钟并且搅拌20分钟，加入1.2ml氨水。在另一个烧杯中，称取0.7g P123和
0.03g C18TMAC1，加入3.9ml乙醇和7.4ml去离子水中，搅拌使其溶解，制成表面活性剂混合溶液。将表面活性剂混合溶液加入分散好的无孔硅胶溶液中，搅拌30分钟。将0.15gDACH-BS (0.25mmol)和0.23ml TEOS (I mmol)溶于Iml乙醇中，制成混合硅源溶液。将混合硅源溶液加入已吸附表面活性剂的无孔硅胶溶液中，搅拌3小时。反应完毕后，离心获得已反应的硅胶产物，用乙醇洗去多余的表面活性剂，将获得的硅胶再次投入12ml乙醇和24ml去离子水的混合溶液，作为下一步反应的核，继续包裹，重复步骤4次。得到了壳层中桥键有手性环己二胺基团的核壳型材料，用乙醇及去离子水洗涤，80C烘干8h。
[0023](4)在200ml脱模板剂(乙醇-浓盐酸=200: 3 (v/v))中加入Ig上述反应中得到的最后产物，室温下搅拌24h。G6砂芯漏斗过滤，滤饼用无水乙醇、去离子水充分洗涤，于60°C真空干燥。
[0024]实施例2:
[0025](I)氮气保护下，在250mL的二口烧瓶中，加入0.38g trans-(IR，2R)-环己二胺(DACH)，10mL无水CH2Cl2，用注射器将1.73g异氰酸丙基三乙氧基硅烷(ICPTES)缓慢的滴加到上述反应液中，在室温下反应2h，减压蒸馏除去CH2Cl2，得固体产物。然后用无水正己烷洗涤所得固体，过滤，过量的ICPTES随滤液一起除去，将滤饼真空干燥，即得手性环己二胺双硅酯:N，N’_ 二-[(三乙氧基硅基)丙基]_(1R，2R)-二-(酰脲)-环己烷(DACH-BS)，为白色固体。
[0026](2)按体积比200: 60: 100取氨水、乙醇和去离子水混合制成A液，将A液与正硅酸乙酯按体积比2: I在冰浴条件下混合搅拌1.5h，将得到的产物用去离子水和乙醇洗涤至中性，80?100°C干燥9h，得到直径为3 μ m的无孔硅胶。
[0027](3)取0.5g已合成的无孔娃胶，分散于12ml乙醇和24ml去离子水的混合溶液中，超声20分钟并且搅拌20分钟，加入0.6ml氨水。在另一个烧杯中，称取0.7g P123和
0.03g C18TMAC1，加入3.9ml乙醇和7.4ml去离子水中，搅拌使其溶解，制成表面活性剂混合溶液。将表面活性剂混合溶液加入分散好的无孔硅胶溶液中，搅拌30分钟。将0.3gDACH-BS (0.5mmol)和0.46ml TE0S(2mmol)溶于Iml乙醇中，制成混合硅源溶液。将混合硅源溶液加入已吸附表面活性剂的无孔硅胶溶液中，搅拌3小时。反应完毕后，离心获得已反应的硅胶产物，用乙醇洗去多余的表面活性剂，将获得的硅胶再次投入12ml乙醇和24ml去离子水的混合溶液，作为下一步反应的核，继续包裹，重复步骤4次。得到了壳层中桥键有手性环己二胺基团的核壳型材料，用乙醇及去离子水洗涤，80°C烘干8h。
[0028](4)在200ml脱模板剂(乙醇-浓盐酸=200: 3 (v/v))中加入Ig上述反应中得到的手性核壳型材料，室温下搅拌24h。G6砂芯漏斗过滤，滤饼用无水乙醇、去离子水充分洗涤，于60°C真空干燥。
[0029]实施例3:
[0030]图1是实施例1中手性环己二胺核壳型色谱填料的扫描电镜图
[0031]图2是实施例1中手性环己二胺核壳型色谱填料的透射电镜图
[0032]图3是本发明的手性环己二胺核壳型色谱填料在正相系统下分离(A)R/S_1，I' _ 联萘-2,2'_二溴-1，1'-联萘-2,2' _ 二酌■的色谱图。
【权利要求】
1.一种手性核壳液相色谱填料，其特征在于，内层为无孔硅胶，外层包覆由N，N’ - 二 -[(三乙氧基硅基)丙基]-(IR，2R)- 二 -(酰脲)-环己烷和正硅酸乙酯共同水解缩聚形成的杂化介孔壳层。
2.核壳液相色谱填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将手性环己二胺与异氰酸丙基三乙氧基硅烷反应，形成手性环己二胺双硅酯:N，N’ - _.- [ ( 二乙氧基娃基)丙基]_(1R，2R) - _.-(酸服)-环己烧(DACH-BS)； (2)按体积比150?250: 40?80: 60?120取氨水、乙醇和去离子水混合制成A液，将A液与正硅酸乙酯按体积比I?3: I在冰浴条件下混合搅拌0.5h?2h，将得到的产物用去离子水和乙醇洗涤至中性，80?100C干燥8?10h，得到具有球形形貌的无孔硅胶； (3)按体积比1:1?5将乙醇和去离子水混合，加入0.1?0.8% (w/v)十八烷基三甲基氯化铵、I?10% (w/v)P123嵌段共聚物，制成B液； (4)按体积比1:1?5将乙醇和去离子水混合，取无孔硅胶加入其中，每10ml溶液加入I?4g无孔娃胶,并超声10?30min,加入上述总体积2?10%的28%氨水,室温搅拌 15 ?20min ； (5)按体积比1:1?3将B液加入步骤(4)所得溶液，搅拌30?50min，逐滴加入混合均勻的N, N’ _ 二-[( 二乙氧基娃基)丙基]_(1R，2R) -二 -(酸服)-环己烧(DACH-BS)和正硅酸四乙酯(TEOS)，室温反应I?5h，离心得产物，得到包覆一层手性杂化介孔硅胶层的核壳型材料； (6)将步骤(5)中得到的材料继续分散于乙醇、去离子水混合液中，重复步骤(4?5)2?15次，得到包裹多层手性杂化介孔硅胶层的核壳型材料； (7)用乙醇及去离子水将步骤(6)所得核壳型材料洗涤至中性，60C真空干燥8?24h； (8)按体积比200: 3取乙醇、浓盐酸混合成脱模板剂，每Ig步骤(7)产物用200ml脱模板剂在室温下搅拌24h ； (9)将步骤(8)所得产物用去离子水洗涤至中性，60C真空干燥8?24h，即得到手性核壳液相色谱填料。
3.根据权利要求2所述的核壳液相色谱填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中无孔娃胶的直径为I μ m?5 μ m。
4.根据权利要求2所述的核壳液相色谱填料的制备方法，其特征在于，将步骤(5)所得离心产物代替步骤⑷中的无孔硅胶，重复步骤⑷和(5)而其他步骤不变，得到包覆多层杂化介孔硅胶的核壳型材料。
5.根据权利要求5所述的核壳液相色谱填料的制备方法，其特征在于，所述杂化介孔材料包覆的层数为2?15层。
6.根据权利要求2?5任一所述的核壳液相色谱填料的制备方法，其特征在于，步骤(I)和(5)中骨架掺杂的手性环己二胺基团由手性联萘二胺基团或手性联萘二酚基团代替。
7.根据权利要求2所述的核壳液相色谱填料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)和(6)中，杂化介孔材料包覆的厚度为50?500nm。
8.根据权利要求2所述的核壳液相色谱填料的制备方法，其中碱为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾；醇为甲醇或乙醇；表面活性剂结构为下列所示的季铵盐:
R4
I? θ
R1-N 一 R3 X
I
R2 其中HR3和R4分别独立选自C1-C22烷基中一种，且HR3和R4中至少有一个为C12-C22烷基；X为卤素；硅烷为正硅酸乙酯、三甲基甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷或四甲氧基娃焼。
【文档编号】B01J20/29GK104138751SQ201310167942
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】狄斌, 吴夏冰, 尤淋君, 杜迎翔 申请人:中国药科大学