专利名称：离子液体辅助非水解溶胶－凝胶技术制备分子印迹聚合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分子印迹聚合物的制备技术领域，特别是杂化基质的分子印迹聚合物材料的新的制备方法。
背景技术：
分子印迹聚合物(molecular imprinting polymers，MIPs)是近年来基于分子识别理论而迅速发展起来的新材料。由于其具有预定的选择性、识别性能好、化学性质稳定、对环境的耐受性强、制备相对简单、便宜等优点，已被应用于色谱分离、固相提取、MIP模拟抗体的药物分析、仿生传感器、选择性催化剂等领域中，成为目前研究的热点。目前，分子印迹聚合物主要基于两种基质有机聚合物基质和硅胶基质。前者因其可用多种功能单体和很好的pH稳定性而广泛采用。但其刚性较差，在不同的溶剂中会有不同的溶胀性，而不同的溶胀程度可能会导致聚合物形貌、识别位点的尺寸、形状和相对位置的改变从而使分子识别的效果降低甚至丧失。硅胶基质的无机网络结构刚性很好，具有很好的抗溶剂性(不溶胀)；常规的水解溶胶-凝胶反应制备条件温和，通过溶胶-凝胶过程条件的控制(包括硅烷的类型和浓度、反应体系pH等)，可合成具有特定的平均孔径、孔分布、表面积、折射率和极性的材料。但硅胶基质的分子印迹聚合物在文献中报导的却较少，其原因主要是通过传统的水解的溶胶-凝胶技术制备的分子印迹聚合物都需要高温老化和干燥，而这个过程会导致材料的开裂和收缩。
发明内容本发明的目的是解决现有水解溶胶-凝胶反应制备硅胶基质分子印迹聚合物时需要高温老化、而有机聚合物基质的分子印迹聚合物刚性差和易溶胀的问题，提供一种杂化基质分子印迹聚合物的离子液体辅助非水解溶胶-凝胶的制备方法。
本发明采用非水解溶胶-凝胶(non-hydrolytic sol-gel，NHSG)技术，利用酸性较强的羧酸使硅氧烷发生溶胶-凝胶反应。反应中没有水参与，所以产生的溶胶-凝胶材料无需高温老化，从而克服了常规水解溶胶-凝胶技术制备时的弱点。而且，NHSG反应还有可能会减少或排除硅胶材料中残留的硅羟基，从而有利于减少分子印迹聚合物的非特异性吸附，进而提高分子印迹聚合物的选择性。同时本发明还加入离子液体来辅助NHSG反应，因为离子液体的低蒸汽压有利于减少凝胶的收缩，其高离子强度可加快溶胶聚合的速率。另外，离子液体还可以起到致孔模板的作用。
具体地说，本发明的制备方法是基于酸性较强的含双键的羧酸与含双键的硅氧烷的双键聚合和非水解溶胶-凝胶反应，反应中还加入离子液体来辅助。酸性较强的带双键的羧酸，如甲基丙烯酸(MAA)、三氟甲基丙烯酸(TFMAA)、肉桂酸等以及其它任意具有乙烯基的羧酸配制成的组合物，羧酸一方面作为功能单体与模板分子发生相互作用，另一方面作为硅氧烷发生非水解溶胶-凝胶反应的催化剂。羧酸的双键和硅氧烷中的双键在引发剂的作用下聚合，同时硅氧烷的非水解溶胶-凝胶过程形成Si-O-Si键，这样形成杂化的聚合物网络(如下反应式所示)，模板分子也会进入到该网络结构中。经除去模板分子之后，聚合物中留下与模板分子相匹配的空穴。
式中，m＝2，3，4，5，6等，R1～R3为H，CH3，CF3，Ph等取代基。黑色的表示洗去模板分子后留下的空穴。RTIL为室温离子液体，如六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+PF6-)、四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+BF4-)等。
本发明提供的制备方法可适合于在毛细管中原位合成毛细管整体柱，也可适合于在小瓶中合成棒状聚合物。制备方法简单可靠，得到的分子印迹聚合物具有较强的识别能力。具体制备方法如下(a)在干燥的小瓶中，加入0.025mmol模板分子[如(S)-萘普生或(S)-左咪曲普坦等]，加入0.11mmol～0.22mmol酸性较强的含双键羧酸[如甲基丙烯酸(MAA)、三氟甲基丙烯酸(TFMAA)、肉桂酸等]，0.44～0.88mmol含双键的硅氧烷[如甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)等]，4～5mg偶氮二异丁腈(AIBN)，40～200μl离子液体[如六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+PF6-)、四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+BF4-)等]，再加入溶剂使反应液总体积为1mL，密封，用超声波超声5～10min，反应液为透明溶液，通入氮气驱氧；(b)将上述均匀溶液灌入预处理过(处理过程用1M NaOH冲2h，水冲30min，0.1M HCl冲2h，再用水冲至流出液的pH为7.0，最后把毛细管至于150℃的气相色谱柱温箱中干燥8h)的毛细管中密封或于该小瓶中密封，于50～54℃的水浴中反应，反应时间为在毛细管中2～8h，或在小瓶中36～72h；(c)反应后分别用以体积比9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈冲洗毛细管柱(用手动泵推微量注射器向毛细管中打液体)，或用索氏提取法洗涤研磨后的小瓶中生成的固体，以洗去模板分子、离子液体和未反应的试剂；瓶中的固体洗后经真空干燥处理制得杂化基质分子印迹聚合物。
本发明的优点及效果本发明提供的方法可制备杂化基质的分子印迹聚合物，本发明方法能解决现有水解溶胶-凝胶法制备硅胶基质分子印迹聚合物时需要高温老化的难题，可克服有机聚合物基质的分子印迹聚合物易溶胀的弱点。所得材料能高选择性地识别模板分子。
本发明方法通过带双键的较强羧酸与含双键的硅氧烷的双键聚合和非水解溶胶-凝胶反应，合成了杂化基质的分子印迹聚合物。反应中没有水参与，所以产生的溶胶-凝胶材料无需高温老化。而且，NHSG反应还会减少或排除硅胶材料中残留的硅羟基，从而有利于减少分子印迹聚合物的非特异性吸附，进而提高分子印迹聚合物的选择性。离子液体的辅助有利于减少凝胶的收缩，其高离子强度可加快溶胶聚合的速率。另外，离子液体还可以起到致孔模板的作用。带双键的羧酸作为功能单体可与多种模板分子发生相互作用，因而可适合于不同种类的模板分子。
具体实施方式
实施例1在干燥的小瓶中，加入5.8mg(S)-萘普生，9μl甲基丙烯酸(MAA)，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，4.5mg偶氮二异丁腈(AIBN)，40μl六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+PF6-)，100μl乙腈和749μl氯仿密封，用超声波超声5min，使固体溶解并用氮气驱氧。然后灌入预处理过的毛细管中或密封于该小瓶中于54℃的水浴中反应6h(毛细管)或36h(小瓶中)。反应后分别用体积比为9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈冲洗毛细管柱或用索氏提取法洗涤研磨后的小瓶中生成的固体以洗去模板分子、离子液体和未反应的试剂。瓶中的固体洗后再经真空干燥处理制得杂化基质分子印迹聚合物。
毛细管的预处理过程为用1M NaOH冲2h，水冲30min，0.1M HCl冲2h，再用水冲至流出液的pH为7.0。最后把毛细管至于150℃的气相色谱柱温箱中干燥8h。
实施例2在干燥的小瓶中，加入7.2mg(S)-左咪曲普坦，14mg三氟甲基丙烯酸(TFMAA)，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，5mg偶氮二异丁腈(AIBN)，40μl六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+PF6-)，858μl乙腈密封，用超声波超声5min，使固体溶解并用氮气驱氧。然后灌入预处理过的毛细管中或密封于该小瓶中于54℃的水浴中反应4.5h(毛细管)或60h(小瓶中)。反应后分别用体积比为9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈冲洗毛细管柱或用索氏提取法洗涤研磨后的小瓶中生成的固体以洗去模板分子、离子液体和未反应的试剂。瓶中的固体洗后再经真空干燥处理。
毛细管的预处理同上。
实施例3在干燥的小瓶中，加入7.2mg(S)-左咪曲普坦，14.8mg肉桂酸，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，5mg偶氮二异丁腈(AIBN)，40μl六氟磷酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+PE6-)，858μl乙腈密封，用超声波超声5min，使固体溶解并用氮气驱氧。然后灌入预处理过的毛细管中或密封于该小瓶中于54℃的水浴中反应5h(毛细管)或60h(小瓶中)。反应后分别用体积比为9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈冲洗毛细管柱或用索氏提取法洗涤研磨后的小瓶中生成的固体以洗去模板分子、离子液体和未反应的试剂。瓶中的固体洗后再经真空干燥处理。
毛细管的预处理同上。
实施例4在干燥的小瓶中，加入7.2mg(S)-左咪曲普坦，9μl甲基丙烯酸(MAA)，102μl甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，5mg偶氮二异丁腈(AIBN)，40μl四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+BF4-)，849μl乙腈密封，用超声波超声5min，使固体溶解并用氮气驱氧。然后灌入预处理过的毛细管中或密封于该小瓶中于54℃的水浴中反应6h(毛细管)或72h(小瓶中)。反应后分别用体积比为9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈冲洗毛细管柱或用索氏提取法洗涤研磨后的小瓶中生成的固体以洗去模板分子、离子液体和未反应的试剂。瓶中的固体洗后再经真空干燥处理。
毛细管的预处理同上。
实施例5在干燥的小瓶中，加入8.1mg(R)-托特罗定，9μl甲基丙烯酸(MAA)，0.44mmol甲基丙烯酰氧基丁(或戊，己)基三甲氧基硅烷，5mg偶氮二异丁腈(AIBN)，40μl四氟硼酸1-甲基-3-丁基咪唑盐(BMIM+BF4-)，849μl乙腈密封，用超声波超声5min，使固体溶解并用氮气驱氧。然后灌入预处理过的毛细管中或密封于该小瓶中于54℃的水浴中反应6h(毛细管)或72h(小瓶中)。反应后分别用体积比为9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈冲洗毛细管柱或用索氏提取法洗涤研磨后的小瓶中生成的固体以洗去模板分子、离子液体和未反应的试剂。瓶中的固体洗后再经真空干燥处理。
毛细管的预处理同上。
权利要求
1.一种离子液体辅助非水解溶胶-凝胶技术制备杂化基质分子印迹聚合物的方法，其特征是该方法基于酸性较强的含双键的羧酸与含双键的硅氧烷的双键聚合和非水解溶胶-凝胶反应，并加入离子液体来辅助；酸性较强的带双键的羧酸一方面作为功能单体与模板分子发生作用，另一方面作为硅氧烷发生非水解溶胶-凝胶反应的催化剂；羧酸的双键和硅氧烷中的双键在引发剂的作用下聚合，同时硅氧烷的非水解溶胶-凝胶过程形成Si-O-Si键，这样形成杂化的聚合物网络，模板分子也进入到该网络结构中，经除去模板分子之后，聚合物中留下与模板分子相匹配的空穴；所述酸性较强的带双键的羧酸是甲基丙烯酸(MAA)、三氟甲基丙烯酸(TFMAA)、肉桂酸，或由具有乙烯基的羧酸配制成的组合物；所述含双键的硅氧烷是指甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)、甲基丙烯酰氧基丁基三甲氧基硅烷(MBTMS)、甲基丙烯酰氧基戊基三甲氧基硅烷(MPTMS)、甲基丙烯酰氧基己基三甲氧基硅烷(MHTMS)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于具体制备步骤如下(a)在干燥的小瓶中，加入0.025mmol模板分子，加入0.11mmol～0.22mmol酸性较强的含双键羧酸，0.44～0.88mmol含双键的硅氧烷，4～5mg偶氮二异丁腈(AIBN)，40～200μl离子液体，再加入溶剂使反应液总体积为1mL，密封，用超声波超声5～10min，反应液为透明溶液，通入氮气驱氧；(b)将上述均匀溶液灌入预处理过的毛细管中密封或于该小瓶中密封，于50～54℃的水浴中反应，反应时间为在毛细管中2～8h，或在小瓶中36～72h；(c)反应后分别用以体积比9∶1的乙腈∶乙酸和乙腈冲洗毛细管柱，或用索氏提取法洗涤研磨后的小瓶中生成的固体，以洗去模板分子、离子液体和未反应的试剂；瓶中的固体洗后经真空干燥处理制得杂化基质分子印迹聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于模板分子为不含可参与自由基聚合反应的双键结构的化合物，包括药物、手性化合物、环境污染物。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于毛细管的预处理过程为用1MNaOH冲2h，水冲30min，0.1 M HCl冲2h，再用水冲至流出液的pH为7.0，最后把毛细管至于150℃的气相色谱柱温箱中干燥8h。
全文摘要
一种离子液体辅助非水解溶胶－凝胶技术制备杂化分子印迹聚合物的新方法。该法基于酸性较强的含双键羧酸与含双键的硅氧烷的双键聚合和非水解溶胶－凝胶反应，并加入离子液体来辅助。酸性较强的含双键羧酸一方面作为功能单体与模板分子作用，另一方面作为硅氧烷发生非水解溶胶－凝胶反应的催化剂。羧酸的双键和硅氧烷中的双键在引发剂的作用下聚合，同时硅氧烷的非水解溶胶－凝胶过程形成Si－O－Si键，这样形成杂化的聚合物网络，模板分子也进入到该网络结构中。经除去模板分子之后，聚合物中留下与模板分子相匹配的空穴。含双键羧酸作为功能单体可与多种模板分子发生相互作用，所以，该方法可适合于不同种类的模板分子。
文档编号C08F230/00GK1951971SQ20061001613
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月9日 优先权日2006年10月9日
发明者王荷芳, 严秀平, 朱义州 申请人:南开大学