液相色谱填料及其合成方法

专利名称：液相色谱填料及其合成方法
技术领域：
本发明属于高效液相色谱填充材料制备技术领域，特别涉及一种兼具 正相和反相两种分离模式的高效液相色谱填料及制备方法，该色谱填料可 用于有机合成和制药行业中多组分有机化合物的分离提纯。
背景技术：
液相色谱是一种广泛使用的分析色谱技术。其基本原理在于通过流动 相和固定相的分离效果来分离混合物中的组分，更具体地说是分离溶解在 溶剂中的离子或分子。色谱柱用来填充固定相，流动相携带混合物流经固 定相。样品中与固定相有着较强亲合力的组分在固定相中停留时间较长， 而与固定相亲合力较弱的组分则较快地流出色谱柱，这样就达到了分离效 果。
高效液相色谱同时分离检测不同性质的化合物是色谱工作者始终关注 的研究内容，制备具有多种作用机理的色谱固定相材料是实现这种分离的 关键。人们曾尝试过用各种方法来实现具有疏水作用、离子交换、7T-7U作用 和氢键作用等多重作用机理的酸性、中性、碱胜和离子化合物的同时分析。 如将不同性质的色谱柱进行并联，串联或预停留等的柱切换法来实现不同
性质化合物的分离；将不同性能的两种填料混合均匀后充填在同一根色谱 柱里制成混合床固定相进行酸性，中性和碱性化合物的同时分离；另一种 方法是在固定相表面包覆具有合适多功能基的物质，实现不同性质化合物 的同时分离。所有这些方法都不能从根本上解决不同性质化合物同时分离 的问题。
在药物分析与纯化，代谢物分析，环境分析和农药残留物的分析中， 极性化合物的色谱分析一直是分析测试领域中的一个难题。对于较易离子化的有机酸或有机碱， 一般是在流动相中加入离子对试剂，以达到分离的 目的。但是这种方法存在许多自身无法克服的缺点，例如体系复杂，方法 重现性差，平衡时间长等。随着当今LC-MS的发展，离子对方法很难在
LC-MS联机上使用。因而人们开始研发可与100%水溶液相匹配的反相色谱 柱和与髙水流动相相匹配的正相色谱柱，以使正相和反相色谱柱的适用范 围得到扩展，从而在不使用离子对试剂的条件下可以对亲水性，强极性化 合物进行液相色谱分析。然而目前使用的这两类色谱柱都具有稳定性和重 现性差，分离机理复杂等缺点。因而开发新型官能团表面修饰的，具有良 好重现性和稳定性的色谱柱具有重要的意义。

发明内容
本发明的目的是提供一种应用范围宽，柱效高，柱容量大，分离效率 高，分离度好的兼具正相和反相两种分离模式的液相色谱填料，以克服现 有技术的不足。
本发明的另一目的是提供上述液相色谱填料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的
一种兼具正相和反相两种分离模式的液相色谱填料，其特征在于硅 胶表面键合有极性氟代苯基官能团，其化学结构通式为
((pH2)a-R1 硅胶基质ESi-0-SiR2(jX2.(5
其中R1 = C6F5-， C6F5CONH-， C6F5CONHC6H4-或C6F5C0NHC6H4O; a = 0~30; (3 = 0，1，2;
W-d-C2o烷基、环烷基、杂环烷基或苯基； X=卤素，烷氧基，酰氧基或胺基。 所述硅胶基质颗粒是球形多孔硅胶，孔径范围可以从50A到ioooA，
粒径范围从1 到60 pm，比表面积范围可以从50 m2/g到500 m2/g，金上述的液相色谱填料的制备方法如—下
利用硅胶基质与极性氟代苯基硅烷反应，或用端胺基硅胶基质键合材 料与全氟代苯基酰氯反应；制备好的干燥硅胶填料进一步与硅烷封端试剂 反应得硅胶液相色谱填料。
2,3,4，5，6-五氟代苯甲酰氯与氨基硅烷在无活泼氢的三级胺碱性有机物 存在下反应生成极性氟代苯基硅烷，极性氟代苯基硅烷化学结构为
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其中<formula>formula see original document page 6</formula>^二Q-C2o烷基、环烷基、杂环烷基、苯基； X=卤素、烷氧基、酰氧基或胺基。
所述的硅烷封端试剂是单，二，三，四或五硅烷中的一种或几种，其 中单硅烷为三甲基氯硅烷，N,N-二甲基三甲基硅胺，三甲基硅基咪唑，甲 基三氯硅烷，二甲基二氯硅烷，二甲氧基二甲基硅烷，三甲基硅醇或N-三 甲基硅基乙酰胺；所述的二硅烷为六甲基二硅氮烷或1,3-二甲氧基四甲基二 硅氧烷；所述的三硅烷是六甲基环三硅氧烷；所述的四硅烷是八甲基环四 硅氧烷；所述的五硅烷是十甲基环五硅氧烷。
本发明以硅胶颗粒为基质，利用相应硅烷化试剂，釆用液相反应法对 硅胶颗粒进行表面处理，得到键合的硅胶填料。材料经进一步惰性化处理， 制得一种新型的高效液相色谱填料。本发明的特点是极性氟代苯基官能团
既具有偶极-偶极作用，同时又有疏水作用，7WU作用和氢键作用等多种作用
机理，所以能有效地同时分离检测酸性，中性和碱性化合物，特别是对极 性化合物有很强的吸附力和分离能力，可与含氧，氮，磷，硫的有机化合 物形成氢键，因而具有很好的应用潜力。
采用本发明的色谱柱，可用于正相或反相液相色谱分离，并适用于等度或梯度分离，即流动相的组分比例在整个分离过程中可以保持恒定或按
一定规律改变。流动相中可含有0-100%水或0-100%有机溶剂。当含水时， 其它成份应与水互溶。常用的有机溶剂有(但不限于)甲醇，乙腈，异丙 醇，乙醇，四氢吹喃等。流动相中可加入0-100 mmol/L可溶性酸，碱或其 它缓冲盐。流动相pH范围在pH 2-8之间以保证一定的色谱柱稳定性。使 用的温度范围可以在5-60^，最好在20-4()0C。在LC-MS联机时，使用高 有机流动相能够加大离子化过程，从而提高检测灵敏度。 本发明与传统的Cl8色谱填料相比具有以下优点
(1) 由于极性氟代苯基键合硅胶是一种具有多种作用机理的填料，能 够同时分离检测不同极性化合物的混合物；
(2) 固定相同时具有正相和反相色谱分离的功能；
(3) 可以使用纯水流动相分离极性和碱性有机化合物，减少了有机溶 剂的污染；
(4) 可以使用纯有机流动相，能够加大LC-MS的检测灵敏度； (5) 填料合成步骤简单，容易操作，重复性好；
(6) 填料的色谱性能优越，柱效高，选择性好，分离度高。


图l是乙腈浓度对去甲替林保留因子的影响。
具体实施例方式
本发明高效液相色谱填料的合成方法是以硅胶颗粒为基质，利用极性 氟代苯基硅烷化试剂，采用液相反应法对硅胶颗粒进行表面处理，得到键 合硅胶填料。材料经进一步惰性化处理，制得一种新型的高效液相色谱填 料。具体操作步骤如下
三甲氧基硅基丙基-2，3，4,5，6-五氟代苯甲酰胺的合成称取一定量的氨 丙基三甲氧基硅烷，放入三口瓶中，加入干燥甲苯，三乙胺，滴加合适的 酰氯，通入干燥惰性气体，机械搅拌16小时。粗材料用蒸馏方法纯化。极性氟代苯基硅胶的合成将活化好的硅胶加入反应器中，通入干燥
惰性气体，加入二甲苯和吡啶，机械搅拌均匀，然后加入极性氟代苯基硅 烷试剂，加热回流，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，
甲醇-水(1: 1， v/v),甲醇洗涤，干燥。
极性氟代苯基键合硅胶的水解反应称取一定量的极性氟代苯基键合 硅胶，放入反应器中，加入四氢呋喃-水混合物(1: 1, v/v)，回流16小 时。停止反应，真空抽滤，依次用丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v)，甲醇洗涤， 80 QC干燥24小时。
极性氟代苯基键合硅胶的惰性化处理称取一定量的极性氟代苯基键 合硅胶，放入反应器中，通入干燥惰性气体，加入二甲苯，机械搅拌均勻， 然后加入一定量的封端硅烷试剂，加热回流，停止反应，真空抽滤，依次 用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1， v/v)，甲醇洗涤，干燥。
为了更好地理解本发明的技术，以下通过实例给予进一步的说明。 实施例1
(1) 称取氨丙基三甲氧基硅烷18克，放入三口瓶中，安装冷凝管和 滴液漏斗，通入干燥氩气，加入干燥甲苯50亳升，三乙胺13克，滴加 2，3,4,5,6-五氟代苯甲酰氯23克，机械撹拌16小时，粗材料用蒸馏方法纯化。
(2) 称取10.0克球形硅胶(5(im， 120A, 300m2/g,金属杂质含量小于 30ppm), 12(^C真空干燥24小时，冷却后置入反应器中，通入干燥氩气， 安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50亳升，吡啶4毫升，机械搅拌均匀， 然后加入步骤(1 )合成的硅烷7克，加热至回流并恒温反应24小时，停 止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1， v/v)， 甲醇洗涤。
(3) 取步骤(2)鍵合硅胶10.0克，放入反应器中，加入100亳升四 氢呋喃-水混合物(1: 1, v/v)，回流16小时。停止反应，真空抽滤，依 次用丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v)，甲醇洗涤，8(^C干燥24小时。'(4)称取10.0克干燥的极性氟代苯基键合硅胶，放入反应器中，通
入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50亳升，N-三甲基硅基咪 唑7克，机械搅拌均匀，加热至回流并恒温反应48小时，停止反应，真空 抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1， v/v)，甲醇洗涤， 80 °C干燥24小时。
实施例2
(1) 称取10.0克球形硅胶(5pm, 120A, 300m2/g，金属杂质含量小于 30ppm), 120^真空干燥24小时，冷却后置入反应器中，通入干燥氩气， 安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，吡啶4毫升，机械搅拌均匀， 然后加入氨丙基三甲氧基硅烷3克，加热至回流并恒温反应24小时，停止 反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1， v/v)， 甲醇洗涤，8()GC干燥24小时。
(2) 称取10.0克干燥的氨丙基键合硅胶，放入反应器中，通入干燥 氩气，安装冷凝管和干燥管，加入甲苯50毫升,三乙胺4克，滴加2,3,4,5,6-五氟代苯甲酰氯8克，机械搅拌16小时。停止反应，真空抽滤，依次用甲 苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v),甲醇洗涤。
(3) 取(2)步骤键合硅胶IO.O克，放入反应器中，加入100亳升四 氢吹喃-水混合物 (1: 1, v/v),回流16小时。停止反应，真空抽滤，依 次用丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v)，甲醇洗涤，8()GC干燥24小时。
(4) 称取10.0克干燥的极性氟代苯基键合硅胶，放入反应器中，通 入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50亳升，1,2-双(氯代二 甲硅基)乙烷5克,N-三甲基硅基咪唑7克，机械搅拌均匀，加热至回流并 恒温反应48小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮， 甲醇-水(1: 1， v/v),甲醇洗涤，80°(3干燥24小时。实施例3
(1) 称取3-(m-胺基酚氧基)丙基三甲氧基硅烷27克，放入三口瓶 中，安装冷凝管和滴液漏斗，通入干燥氩气，加入干燥甲苯50毫升，三乙 胺13克，滴加2,3，4，5，6-五氟代苯甲酰氯23克，机械搅拌16小时。粗材料 用蒸馏方法纯化。
(2) 称取10.0克球形硅胶，120 CC真空干燥24小时，冷却后置入反 应器中，通入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50亳升，吡啶 4毫升，机械搅拌均匀，然后加入步骤(1)合成的硅烷8克，加热至回流 并恒温反应24小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮， 甲醇-水 (1: 1， v/v),甲醇洗涤。
(3) 取(2)步骤键合硅胶10.0克，放入反应器中，加入100毫升四 氢吹喃-水混合物(1: 1, v/v),回流16小时。停止反应，真空抽滤，依 次用丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v)，甲醇洗涤，8()GC干燥24小时。
(4) 称取10.0克千燥的极性氟代苯基键合硅胶，放入反应器中，通 入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，(N,N-二甲胺基) 三甲基硅烷8毫升，机械搅拌均匀，加热至回流并恒温反应48小时，停止 反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1， Wv), 甲醇洗涤，8()GC干燥24小时。
实施例4
(1) 称取3-(p-苯胺基)丙基三甲氧基硅烷26克，放入三口瓶中， 安装冷凝管和滴液漏斗，通入干燥氩气，加入干燥甲苯50毫升，三乙胺13 克，滴加2,3,4，5,6-五氟代苯甲酰氯23克，机械搅拌16小时。粗材料用蒸 馏方法纯化。
(2) 称取10.0克球形硅胶，12()GC真空干燥24小时，冷却后置入反 应器中，通入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，吡啶4毫升，机械搅拌均匀，然后加入步骤(1)合成的硅烷7克，加热至回流
并恒温反应24小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮， 甲醇-水(1: 1， v/v)，甲醇洗涤。
(3) 取(2)步骤键合硅胶IO.O克，放入反应器中，加入100亳升四 氢呋喃-水混合物(1: 1, v/v)，回流16小时。停止反应，真空抽滤，依 次用丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v)，甲醇洗涤，80°(:干燥24小时。
(4) 称取10.0克干燥的极性氟代苯基键合硅胶，放入反应器中，通 入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，1，2-双(氯代二 甲硅基)乙烷5克，六甲基二硅氮烷10毫升，机械搅拌均匀，加热至回流 并恒温反应48小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲垸，丙酮， 甲醇-水(1: 1, v/v)，甲醇洗涤，8()GC干燥24小时。
实施例5
(1) 称取8-(p-苯胺基)辛基二甲基氯硅烷30克，放入三口瓶中， 安装冷凝管和滴液漏斗，通入干燥氩气，加入干燥甲苯50毫升，三乙胺13 克，滴加2,3，4，5,6-五氟代苯甲酰氯23克，机械搅拌16小时。粗材料用蒸 馏方法纯化。
(2) 称取10.0克球形硅胶，120 °(:真空干燥24小时，冷却后置入反 应器中，通入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，吡啶 4毫升，机械搅拌均匀，然后加入步骤(l)合成的硅烷27克，加热至回流 并恒温反应24小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮, 甲醇-水(1: 1, v/v),甲醇洗涤，8(^C干燥24小时。
(3) 称取10.0克干燥的极性氟代苯基键合硅胶，放入反应器中，通 入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50亳升，1,2-双(氯代二 甲硅基)乙烷5克，N，0-双(三甲基硅基)乙酰胺12毫升，机械搅拌均匀， 加热至回流并恒温反应48小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v),甲醇洗涤，80"C干燥24小时。 实施例6
(1) 称取3-(p-苯胺基)丙基二苯基氯硅烷35克，放入三口瓶中， 安装冷凝管和滴液漏斗，通入干燥氩气，加入干燥甲苯50毫升，三乙胺13 克，滴加2,3,4,5，6-五氟代苯甲酰氯23克，机械搅拌16小时。粗材料用蒸 馏方法纯化。
(2) 称取10.0克球形硅胶，120 GC真空干燥24小时，冷却后置入反 应器中，通入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50亳升，吡啶 4亳升，机械搅拌均匀，然后加入步骤(1)合成的硅烷30克，加热至回流 并恒温反应24小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮， 甲醇-水(1: 1， v/v),甲醇洗涤，8()GC干燥24小时。
(3) 称取10.0克干燥的极性氟代苯基键合硅胶，放入反应器中，通入 干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，六甲基环三硅氧烷 IO毫升，六甲基二硅氮烷10毫升，机械搅拌均匀，加热至回流并恒温反应 48小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v),甲醇洗涤，80^C干燥24小时。
实施例7
(1) 称取p-苯胺基三甲氧基硅烷21克，放入三口瓶中，安装冷凝管 和滴液漏斗，通入干燥氩气，加入干燥甲苯50毫升，三乙胺13克，滴加 2,3,4,5,6-五氟代苯甲酰氯23克，机械搅拌16小时。粗材料用蒸馏方法纯化。
(2) 称取10.0克球形硅胶，120 ^真空干燥24小时，冷却后置入反 应器中，通入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，吡啶 4亳升，机械搅拌均匀，然后加入步骤(1)合成的硅烷7克，加热至回流 并恒温反应24小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙酮，甲醇-水(1: 1, v/v),甲醇洗涤。
(3) 取(2)步骤键合硅胶IO.O克，放入反应器中，加入100毫升四 氢呋喃-水混合物(1: 1, v/v)，回流16小时。停止反应，真空抽滤，依 次用丙酮，甲醇-水(1: 1， v/v)，甲醇洗涤，8(^C干燥24小时。
(4) 称取10.0克干燥的极性氟代苯基键合硅胶，放入反应器中，通 入干燥氩气，安装冷凝管和干燥管，加入二甲苯50毫升，六甲基二硅氮烷 IO毫升，N，O-双(三甲基硅基)乙酰胺12毫升，机械搅拌均勻，加热至回 流并恒温反应48小时，停止反应，真空抽滤，依次用甲苯，二氯甲烷，丙 酮，甲醇-水(1: 1, v/v)，甲醇洗涤，80°(:干燥24小时。
实施例8
取实施例1所得的键合硅胶填料2克，匀浆法填充于150 x 4.6 mm ID 不锈钢柱中。应用去甲替林作为测试样品，以乙腈:20mM醋酸铵(pH5.6) 为流动相，在30。C,每分钟一毫升流速下对色谱柱在Agilent 1200液相色 谱仪上进行检测，检测波长为215 nm。图1表明了乙腈浓度对去甲替林保 留因子的影响。当流动相中的有机相浓度增加时，溶质的保留时间下降， 表现出反相色谱的性质；而随着流动相中有机相的浓度继续增加，溶质的 保留时间快速增加，表现出正相色谱的性质。本发明制备的高效液相色谱 填料同时具有反相和正相色谱分离的功能，因而能够同时分离检测不同极 性化合物的混合物。对于传统的反相C18色谱柱，溶质的保留时间总是随 流动相中有机相浓度的增加而减少。
权利要求
1、一种兼具正相和反相两种分离模式的液相色谱填料，其特征在于硅胶表面键合有极性氟代苯基官能团，其化学结构通式为(CH2)α-R1硅胶基质≡Si-O-SiR2βX2-β其中R1＝C6F5-，C6F5CONH-，C6F5CONHC6H4-或C6F5CONHC6H4O-；α＝0～30；β＝0，1，2；R2＝C1-C20烷基、环烷基、杂环烷基或苯基；X＝卤素，烷氧基，酰氧基或胺基。
2、 根据权利要求l所述的液相色谱填料，其特征在于所述硅胶基质颗粒 是球形多孔硅胶。
3、 根据权利要求2所述的液相色谱填料，其特征在于所述硅胶基质颗粒 的孔径范围可以从50A到1000 A。
4、 根据权利要求l所述的液相色谱填料，其特征在于所述硅胶基质颗粒 的粒径范围从1 到60 (im。
5、 根据权利要求1至4任意之一所述的液相色谱填料，其特征在于所述 硅胶基质颗粒的比表面积范围从50 m2/g到500 m2/g。
6、 根据权利要求l所述的液相色谱填料，其特征在于所述的硅胶基质为 金属杂质含量小于30ppm的高纯硅胶。
7、 权利要求l所述的液相色谱填料的制备方法，其特征在于利用硅胶基 质与极性氟代苯基硅烷反应，或用端胺基硅胶基质键合材料与全氟代苯基酰氯 反应；然后将制备好的干燥硅胶填料进一步与硅烷封端试剂反应得硅胶液相色 谱填料。
8、 根据权利要求7所述的液相色谱填料的制备方法，其特征在于2，3，4，5，6-五氟代苯甲酰氯与氨基硅烷反应生成极性氟代苯基硅烷，极性氟代苯基硅烷的 结构通式为<formula>formula see original document page 3</formula> 其中<formula>formula see original document page 3</formula>R2-^-C2o烷基、环烷基、杂环烷基、苯基； x=卤素、烷氧基、酰氧基或胺基。
9、 根据权利要求7所述的液相色谱填料的制备方法，其特征在于所述的 硅烷封端试剂是单，二，三，四或五硅烷中的一种或几种。
10、 根据权利要求9所述的液相色谱填料的制备方法，其特征在于所述 的单硅烷为三甲基氯硅烷，N，N-二甲基三甲基硅胺，三甲基硅基咪唑，甲基三 氯硅烷，二甲基二氯硅烷，二甲氧基二甲基硅烷，三甲基硅醇或N-三甲基硅基 乙酰胺；所述的二硅烷为六甲基二硅氮烷或1，3-二甲氧基四甲基二硅氧烷；所 述的三硅烷是六甲基环三硅氧烷；所述的四硅烷是八甲基环四硅氧烷；所述的 五硅烷是十甲基环五硅氧烷。
全文摘要
本发明公开了一类极性氟代苯基高效液相色谱填料及其合成方法，该色谱填料的硅胶表面键合有极性氟代苯基官能团，其化学结构如通式(I)所示，其中R¹＝C₆F₅-，C₆F₅CONH-，C₆F₅CONHC₆H₄-或C₆F₅CONHC₆H₄O-；α为0～30；β为0，1，2；R²为C₁-C₂₀烷基、环烷基、杂环烷基或苯基；X为卤素，烷氧基，酰氧基或胺基。本发明的色谱填料兼具正相和反相两种液相分离模式，能在0-100％水或0-100％有机流动相下使用，可有效地用于酸性，中性和碱性化合物的分离分析。
文档编号B01J20/30GK101530782SQ20091002137
公开日2009年9月16日 申请日期2009年3月4日 优先权日2009年3月4日
发明者李广庆, 马国辉 申请人:北京迪马欧泰科技发展中心