一种β‑环糊精改性的金纳米粒子/硅胶手性固定相及其制备方法与流程

一种β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶手性固定相及其制备方法技术领域本发明涉及一种液相色谱手性固定相及其制备方法，具体地说，是提供一种制备β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶手性固定相及其制备方法。

背景技术：
液相色谱法是拆分对映体的有效手段，目前市场已经开发了多种类型的手性固定相。按照固定相的结构分类,大致可以分为Pirkle型手性固定相,超分子类手性固定相,多糖类手性固定相,大环抗生素类手性固定相,蛋白质类手性固定相,配体交换型手性固定相,分子印迹手性固定相,聚合物型手性固定相等。这些固定相都是将各种手性选择剂通过涂敷或者键合的方法固定于基质表面。纳米技术的发展为色谱固定相的发展带来新的契机。由于纳米材料比表面积大，传质效率高，在分离科学领域表现出优异的分离选择性和分离效率。目前，一大批纳米材料(包括富勒烯、碳纳米管、聚合物球、金属氧化物和银纳米粒子等)作为一种分离介质，已经被成功的用于离子色谱、毛细管电泳、毛细管电色谱、气相色谱、微芯片电泳等领域，并且表现出优异的分离选择性和分离效率。Dun等(H.J.Duan,etal,AnalyticalChemistry,76(2004)5016-5023)将纳米氧化锆层层自组装在硅胶表面作液相色谱固定相，获得规则的填料形貌，用于正相色谱分离。该固定相比表面积大，可以耐酸碱，化学稳定性好，并且渗透性好，分析物的分离效果和分离选择性得到极大地改善。Weng等(X.X.Weng,etal,Electrophoresis,27(2006)3129-3135)将牛血清白蛋白键合在碳纳米管上作芯片毛细管电色谱固定相，快速高效的分离了色氨酸对映体。Moliner-Martinez(Y.M.Martinez,etal,Electrophoresis,28(2007)2573-2579)用手性选择剂对碳纳米管改性后用作准固定相，基线分离了克洛伦特和麻黄碱对映体。由此可见，由于纳米颗粒的尺寸效应，将纳米材料引入到固定相中，固定相的手性拆分能力会得到显著提高。尽管如此，目前将纳米材料引入液相色谱固定相的种类还很有限，因此，对此类手性固定相的制备和和应用研究具有重要的意义，将为开发新的手性固定相开辟新的路径。

技术实现要素：
鉴于上述，本发明的目的旨在提供用于液相色谱分离的一种β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶手性固定相及其制备方法。这是一种新型的分离材料，这种材料结构新颖，分离效率高，分离选择性好，其制备方法简单可靠，可以用于手性分离。为实现本发明的发明目的，本发明提供的技术方案是一种β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶手性固定相，其结构通式为：其中，●-代表金纳米颗粒，-代表β-环糊精。本发明提供的另一技术方案为制备β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶手性固定相的制备方法，包括如下步骤：1)巯基基团衍生的β-环糊精的制备将β-环糊精和浓度为2～4mol/L氢氧化钠水溶液充分混合，氢氧化钠用量为β-环糊精质量的35～45％，然后将对甲苯磺酰氯逐滴加入混合液，对甲苯磺酰氯与β-环糊精质量比为1:4～8，在冰浴下反应4-8小时，然后过滤，调节pH至中性，重结晶，干燥，即得苯甲酰化的β-环糊精；将质量比为1:1～1.5的苯甲酰化的β-环糊精与衍生试剂溶解在甲醇/水的混合液中，甲醇/水的体积比为4:1，每克苯甲酰化的β-环糊精所需甲醇/水溶液为50～80mL，反应40～60小时，抽滤，用10％的氢氧化钠水溶液溶解抽滤后所得固体，50℃下搅拌5～7小时，调节pH至2左右，最后加入三氯乙烯；每克衍生试剂加入三氯乙烯的量为2～5mL，搅拌24～36小时，抽滤，重结晶，即得巯基基团衍生的β-环糊精。2)氨基硅胶的制备将直径3～10μm硅胶分散于无水甲苯中，加入氨基硅烷，在氮气保护下，搅拌回流12-24小时，然后过滤，依次用二氯甲烷，丙酮，甲醇洗涤，干燥，即得氨基硅胶；其中，每克硅胶所需无水甲苯剂量为10～50mL，每克硅胶所需氨基硅烷剂量为0.5～1.5mL。3)金纳米粒子在硅胶表面的形成将氨基硅胶分散在0.01～0.05％的氯金酸水溶液中，加热到沸腾，然后快速加入0.5～2％的还原剂水溶液，反应10～40min后冷却到室温；此过程重复2～3次即得金纳米粒子包覆的硅胶；其中，每克氨基硅胶所需氯金酸水溶液剂量为20～50mL，每克氯金酸所需还原剂剂量为2～5g。4)β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相将金纳米粒子包覆的硅胶分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入质量浓度为0.2-1.0％巯基基团衍生的β-环糊精的N,N-二甲基甲酰胺溶液，反应24-48小时，过滤，依次用N,N-二甲基甲酰胺、超纯水清洗，干燥，即得β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相；其中每克金纳米粒子包覆的硅胶所需N,N-二甲基甲酰胺剂量为10-30mL，每克金纳米粒子包覆的硅胶所需巯基基团衍生的β-环糊精剂量为0.5-1.0g。每克衍生试剂对应的10％氢氧化钠水溶液的用量为20-40mL。所述衍生试剂为硫脲。所述氨基硅烷为氨丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷。所述硅胶为球形硅胶，孔径为10～50nm，比表面积为300-500m2/g。所述还原剂为柠檬酸三钠。所述的金纳米粒子为球形，粒径为10-50nm。本发明具有如下优点：1.结构新颖。本发明合成的固定相以硅胶为核，金纳米粒子为壳，β-环糊精为功能基团。由于纳米粒子的尺寸效应，因此可以显著增强固定相的手性拆分能力。2.制备简单，应用范围广。本发明产品原料来源广泛、反应条件温和、成本较低；固定相制备过程简单可靠，广泛用于各种手性物质的分离，具有一定的实用价值。附图说明图1，金纳米颗粒透射电镜图。图2，硅胶的透射电镜图。图3，β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相的透射电镜图。图4，应用制得的固定相分离一对黄烷酮对映体的色谱分离图。图5，应用制得的固定相分离一对布比卡因对映体的色谱分离图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。本发明的制备β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶手性固定相的方法，包括如下步骤：1)巯基基团衍生的β-环糊精的制备将β-环糊精和浓度为2～4mol/L氢氧化钠水溶液充分混合，氢氧化钠水溶液用量为β-环糊精质量的35～45％，然后将对甲苯磺酰氯逐滴加入混合液，对甲苯磺酰氯与β-环糊精质量比为1:4～8，在冰浴下反应4-8小时，然后过滤，调节pH至中性，重结晶，干燥，即得苯甲酰化的β-环糊精；将质量比为1:1～1.5的苯甲酰化的β-环糊精与衍生试剂溶解在甲醇/水的混合液中，甲醇/水的体积比为4:1，每克苯甲酰化的β-环糊精所需甲醇/水溶液为50～80mL，反应40～60小时，抽滤，用10％的氢氧化钠水溶液溶解抽滤后所得固体，50℃下搅拌5～7小时，调节pH至2左右，最后加入三氯乙烯；每克衍生试剂加入三氯乙烯的量为2～5mL，搅拌24～36小时，抽滤，重结晶，即得巯基基团衍生的β-环糊精。所述衍生试剂为硫脲；每克衍生试剂对应的10％的氢氧化钠用量为20-40mL。2)氨基硅胶的制备将直径3～10μm硅胶分散于无水甲苯中，加入氨基硅烷，在氮气保护下，搅拌回流12-24小时，然后过滤，依次用二氯甲烷，丙酮，甲醇洗涤，干燥，即得氨基硅胶；其中，每克硅胶所需无水甲苯剂量为10～50mL，每克硅胶所需氨基硅烷剂量为0.5～1.5mL。3)金纳米粒子在硅胶表面的形成将氨基硅胶分散在0.01～0.05％的氯金酸水溶液中，加热到沸腾，然后快速加入0.5～2％的还原剂水溶液，反应10～40min后冷却到室温；此过程重复2～3次即得金纳米粒子包覆的硅胶；其中，每克氨基硅胶所需氯金酸水溶液剂量为20～50mL，每克氯金酸所需还原剂剂量为2～5g；所述还原剂为柠檬酸三钠。4)β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相将金纳米粒子包覆的硅胶分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入质量浓度为0.2-1.0％巯基基团衍生的β-环糊精的N,N-二甲基甲酰胺溶液，反应24-48小时，过滤，依次用N,N-二甲基甲酰胺、超纯水清洗，干燥，即得β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相；其中每克金纳米粒子包覆的硅胶所需N,N-二甲基甲酰胺剂量为10-30mL，每克金纳米粒子包覆的硅胶所需巯基基团衍生的β-环糊精剂量为0.5-1.0g。针对上述制备方法，下面列举实施例进行具体说明。实施例11).巯基基团衍生的β-环糊精的制备将30.0gβ-环糊精加入150mL2.0mol/L的氢氧化钠水溶液，充分搅拌，然后将6.0g对甲苯磺酰氯逐滴加入混合液，在冰浴下反应6小时，然后过滤，用盐酸调节pH至中性，用水重结晶，干燥，即得苯甲酰化的β-环糊精；将5.0g苯甲酰化的β-环糊精与6.0g硫脲溶解在250mL甲醇/水(体积比为4:1)的混合液中，反应50小时，抽滤，用180mL10％的氢氧化钠水溶液溶解抽滤所得固体，在50℃下搅拌6小时，用盐酸调节pH至2左右，最后加入18mL三氯乙烯，搅拌30小时，抽滤，用纯水重结晶，即得巯基基团衍生的β-环糊精。2).氨基硅胶的制备硅胶为球形硅胶，直径为5μm，孔径为10nm，比表面积380m2/g。将3g硅胶分散于30mL无水甲苯中，加入2.5mL氨丙基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，搅拌回流24小时。然后用沙芯漏斗过滤，依次用二氯甲烷，丙酮，甲醇洗涤，放置在真空干燥箱中于60℃干燥12小时，即得氨基硅胶。3).金纳米粒子在硅胶表面的形成将3g氨基硅胶分散在100mL0.03％的氯金酸水溶液中，加热到沸腾，然后快速加入1.5％的柠檬酸三钠水溶液6mL，反应20min后冷却到室温。此过程重复3次即得金纳米粒子包覆的硅胶。4).β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相的合成将3g金纳米粒子包覆的硅胶分散于50mLN,N-二甲基甲酰胺中，然后加入质量浓度为1.0％巯基基团衍生的β-环糊精的N,N-二甲基甲酰胺溶液200mL，反应36小时，过滤，用N,N-二甲基甲酰胺、超纯水清洗，干燥，即得β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相。实施例21).巯基基团衍生的β-环糊精的制备将72gβ-环糊精加入200mL4.0mol/L的氢氧化钠水溶液，充分搅拌，然后将9.0g对甲苯磺酰氯逐滴加入混合液，在冰浴下反应8小时，然后过滤，用盐酸调节pH至中性，用水重结晶，干燥，即得苯甲酰化的β-环糊精；将8.0g苯甲酰化的β-环糊精与12.0g硫脲溶解在640mL甲醇/水(体积比为4:1)的混合液中，反应60小时，抽滤，用480mL10％的氢氧化钠水溶液溶解抽滤所得固体，在50℃下搅拌7小时，用盐酸调节pH至2左右，最后加入60mL三氯乙烯，搅拌36小时，抽滤，用纯水重结晶，即得巯基基团衍生的β-环糊精。2).氨基硅胶的制备硅胶为球形硅胶，直径为10μm，孔径为50nm，比表面积300m2/g。将4g硅胶分散于200mL无水甲苯中，加入6mL氨丙基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，搅拌回流24小时。然后用沙芯漏斗过滤，依次用二氯甲烷，丙酮，甲醇洗涤，放置在真空干燥箱中于60℃干燥12小时，即得氨基硅胶。3).金纳米粒子在硅胶表面的形成将4g氨基硅胶分散在200mL0.05％的氯金酸水溶液中，加热到沸腾，然后快速加入2％的柠檬酸三钠水溶液25mL，反应40min后冷却到室温。此过程重复3次即得金纳米粒子包覆的硅胶。4).β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相的合成将2g金纳米粒子包覆的硅胶分散于60mLN,N-二甲基甲酰胺中，然后加入质量浓度为0.6％巯基基团衍生的β-环糊精的N,N-二甲基甲酰胺溶液180mL，反应24小时，过滤，依次用N,N-二甲基甲酰胺、超纯水清洗一遍，干燥，即得β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相。实施例31).巯基基团衍生的β-环糊精的制备将30.0gβ-环糊精加入90mL3.0mol/L的氢氧化钠水溶液，充分搅拌，然后将7.5g对甲苯磺酰氯逐滴加入混合液，在冰浴下反应4小时，然后过滤，用盐酸调节pH至中性，用水重结晶，干燥，即得苯甲酰化的β-环糊精；将4.0g苯甲酰化的β-环糊精与4.0g硫脲溶解在260mL甲醇/水(体积比为4:1)的混合液中，反应40小时，抽滤，用80mL10％的氢氧化钠水溶液溶解抽滤所得固体，在50℃下搅拌5小时，用盐酸调节pH至2左右，最后加入8mL三氯乙烯，搅拌24小时，抽滤，用纯水重结晶，即得巯基基团衍生的β-环糊精。2).氨基硅胶的制备硅胶为球形硅胶，直径为3μm，孔径为30nm，比表面积500m2/g。将4g硅胶分散于100mL无水甲苯中，加入2mL氨丙基三乙氧基硅烷，在氮气保护下，搅拌回流24小时。然后用沙芯漏斗过滤，依次用二氯甲烷，丙酮，甲醇洗涤一遍，放置在真空干燥箱中于60℃干燥12小时，即得氨基硅胶。3).金纳米粒子在硅胶表面的形成将4g氨基硅胶分散在80mL0.01％的氯金酸水溶液中，加热到沸腾，然后快速加入0.5％的柠檬酸三钠水溶液3.2mL，反应15min后冷却到室温。此过程重复3次即得金纳米粒子包覆的硅胶。4).β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相的合成将2g金纳米粒子包覆的硅胶分散于40mLN,N-二甲基甲酰胺中，然后加入质量浓度为0.5％巯基基团衍生的β-环糊精的N,N-二甲基甲酰胺溶液200mL，反应24小时，过滤，依次用N,N-二甲基甲酰胺、超纯水清洗一遍，干燥，即得β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相。上述制备的该β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相的结构确认结果如下：图1清楚的显示了金纳米颗粒的整体形貌和颗粒尺寸。金纳米颗粒为椭球形，粒度分布比较均匀，大约在8～15nm左右，分散性比较好，没有出现团聚现象。图2和图3指示了硅胶和包裹金纳米颗粒后的表面形貌，从图2中看出，硅胶表面比较光滑；但包裹了金纳米颗粒后，图3中的硅胶边缘明显堆积了许多纳米颗粒，表明硅胶表面的金纳米颗粒层已经形成。表1为β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相的元素分析表，从表1中元素分析结果也可以看到氨丙基三甲氧基硅烷修饰后硅胶的碳含量增加，表明氨丙基三甲氧基硅烷成功的被修饰于硅胶表面。而键合了β-环糊精的固定相发现硫的含量从无到有，这应该是引入硫脲后的结果，因此这些都清楚的表明β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相成功的被制备；表1，β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相的元素分析表。实施例4用所得到的β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相，匀浆法填充于长150mm，内径为4.6mm的不锈钢柱子中，得到的色谱柱用于分析分离样品。应用例1用实施例4所制备的色谱柱，分离了一对黄烷酮对映体。图4为其色谱分离结果。色谱条件为:乙腈/醋酸-三乙胺(1％)溶液(1％的三乙胺水溶液滴加醋酸调节pH为5.04)(30/70,v/v)，等度洗脱；流速为1.0mL/min；检测波长254nm。应用例2用实施例4所制备的色谱柱，分离了一对布比卡因对映体。图5为其色谱分离结果。色谱条件为:甲醇/醋酸-三乙胺(1％)水溶液(1％的三乙胺水溶液滴加醋酸调节pH为4.98)，(25/75,v/v)，等度洗脱；流速为1.0mL/min；检测波长215nm。图4和图5说明，本发明提供的β-环糊精改性的金纳米粒子/硅胶固定相，对于手性物质的分离，具有很强的拆分能力。上述事实例仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，这里无法对所有的实施方式予以举例。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。