二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相及其制备方法和用途与流程

本发明涉及功能材料合成技术领域，尤其是涉及一种适用于高效液相色谱分离用的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相，本发明还涉及该固定相的制备方法和用途。

背景技术：

色谱是当今应用最为广泛的一种分离技术，其原理是不同组分与固定相或流动相之间作用力的差异所引起的组分差速移动。色谱固定相是色谱分离的“心脏”，类型多样，而传统的色谱分离柱（如C18柱、离子交换柱）等，功能基团和作用力单一，对溶质的保留选择性较差，使得目标物质与干扰物不能实现基线分离，干扰后续的测定。新型分子结构键合固定相的设计、制备、性能和机理研究是当今高效液相色谱领域的核心内容之一，杯杂芳烃有潜在的色谱分离介质的作用位点，如芳环（疏水作用和π-π 作用）、杂原子（氢键作用、配位作用）、大环空腔（包结作用），可质子化氮原子（阴离子交换作用）。而将杯三嗪用于液相色谱固定相，则有望得到一种新型的分离材料。

杯芳烃被誉为冠醚和环糊精之后的第三代大环主体分子的杰出代表，以杂原子氮、氧、硫为桥取代传统杯芳烃中桥连亚甲基，苯酚基团被吡啶、三嗪芳杂环取代后，桥氮原子以sp2、sp3或杂化状态与相邻的芳杂环形成不同程度的共轭作用，使杯杂芳烃在构象、分子识别性能方面具丰富的多样性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种功能基团丰富的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相，同时本发明还提供该固定性的制备方法以及用途。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相，其结构式为：

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本发明二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相的制备方法包括下述步骤：

第一步，硅胶的活化

称取粒径5 μm，孔径100 Å，比表面积300 m²/g的多孔硅胶浸入HCl/H₂O（1:3,v/v）溶液中，浸泡12 h后，机械搅拌，在N₂保护下回流24 h除去金属离子，经过滤并用高纯水洗至中性，70℃下真空干燥12 h脱去表面水，得到表面均匀分布羟基的活化硅胶（A），储于干燥器中备用；

第二步，氨丙基三乙氧基硅胶的制备

按1:9之体积比将3-氨丙基三乙氧基硅烷和无水甲苯置于容器中，机械搅拌下加入第一步制备的活化硅胶，在N₂保护下回流，反应24 h后停止，过滤后依次用甲苯、甲醇、丙酮、超纯水、丙酮分别洗涤，然后70℃下真空干燥12h，得到3-氨丙基三乙氧基硅烷键合硅胶（APS），储于干燥器中备用；.

第三步，二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相的制备

按3:1:1之质量比将第二步制备的3-氨丙基三乙氧基硅烷键合硅胶、二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪和无水K₂CO₃一起放入容器中，再加入无水四氢呋喃，85 ℃下N₂保护回流24 h，停止反应后经过滤，依次用无水四氢呋喃，丙酮，甲醇，水，丙酮进行洗涤，在70 ℃下真空干燥12 h，得到二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相（NOCS）成品。

本发明二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相作为高效液相色谱分离材料的用途。

本发明制备的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相功能基团丰富，并可与多类溶质探针（多环芳烃类，胺类，酚类，单取代苯类，磺胺类，核苷类等）之间发生包结、π-π、氢键、荷电转移、配位、离子交换等作用，对溶质探针的分离选择性具有很好的调控作用，实现了复杂基体中痕量靶标物质的分析测定。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明制备的固定相可与溶质发生包结、π-π、氢键作用，阴离子交换作用等，作用位点丰富，为难分离的物质提供了分离的可能性。

2）本发明固定相制备方法简单，反应条件温和，产量较高，重现性好，柱压低且稳定，柱效较高，具有很好的应用前景。

附图说明

图1是本发明固定相的结构式。

图2是本发明固定相的反应式。

图3是本发明固定相的红外光谱图。

图4是本发明固定相对七种多环芳烃的液相分离色谱图。

图5是本发明固定相对八种胺类的液相分离色谱图。

图6是本发明固定相对六种核苷的液相分离色谱图。

图7是本发明固定相对五种单取代苯的液相分离色谱图。

图8是本发明固定相对五种磺胺的液相分离色谱图。

图9是本发明固定相对四种酚类的液相分离色谱图。

图10是本发明固定相对三种无机阴离子的液相分离色谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行更加清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一、如图1所示，本发明的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相的结构式为：

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二、本发明二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相可以通过如图2所示的反应过程得到，其具体制备方法包括下述步骤：

第一步，硅胶的活化

称取6 g多孔硅胶(粒径5 μm，孔径100 Å，比表面积300 m²/g)浸入120 mL HCl/H₂O溶液(1:3,v/v)中，浸泡12 h，然后机械搅拌，N₂保护下回流24 h除去金属离子，再用G5砂芯漏斗过滤，用高纯水反复洗至中性，在70℃下真空干燥12 h脱去表面水，即得表面均匀分布羟基的活化硅胶（A），储于干燥器中备用；

第二步，氨丙基三乙氧基硅胶的制备

移取10 mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷于250 mL的圆底烧瓶中，再加入90 mL用金属钠除水并新蒸的无水甲苯，在机械搅拌下迅速加入6.0 g第一步制备的活化硅胶（A），然后装上回流管和CaCl₂干燥器，在N₂保护下回流，反应24 h后停止，用G5的砂芯漏斗过滤，依次用甲苯、甲醇、丙酮、超纯水、丙酮分别洗涤两遍，然后转移到小烧杯中，在70 ℃下真空干燥12h，即得到3-氨丙基三乙氧基硅烷键合硅胶（APS），储于干燥器中备用；

第三步，二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相（NOCS）的制备

称取3.0 g氨丙基三乙氧基硅胶（APS）、1.0 g二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪、1.0 g无水K₂CO₃，一并加入到250 mL的三口烧瓶中，再加入150 mL用金属钠除水并新蒸的无水四氢呋喃（THF）；装上回流管，85 ℃下N₂保护回流24 h后，停止反应；用G5砂芯漏斗过滤，依次用THF，丙酮，甲醇，水，丙酮各洗三次，在70 ℃下真空干燥12 h，得到二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相（NOCS）成品，储于干燥器中。

三、本发明制备的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相的分析表征

1、红外分析结果

如图3所示，使用红外光谱考察本发明固定相的结构，2920,2850 cm^-1处的吸收峰应该对应于偶联剂上亚甲基的吸收，芳环的特征吸收出现在1485., 1511, and 1587 cm⁻¹，由此可以说明二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪大环分子成功的键合到了硅胶表面。

2、元素分析结果

利用元素分析可以证明每一步都成功实现了反应，如下表1所示：在氨丙基三乙氧基硅胶上含有N，而硅胶本身不含N，证明氨丙基三乙氧基硅烷成功键合到硅胶上；从表1中可知，在二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相中碳、氮、氢的含量明显增加，说明得到了目标产物。

3、热重分析

通过对本发明制备的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相（NOCS）进行热重分析，可以看到NOCS的失重温度约在400℃， 由此说明本发明制备的NOCS具有较高的热力学和化学稳定性。

四，本发明制备的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相对不同种类化合物的分离

1、色谱柱的填装

将本发明制备的二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相采用匀浆法装入清洗干净的不锈钢色谱柱（150*4.6mm i.d.）中。匀浆液为四氯化碳，顶替液为甲醇，装柱压力为：40 MPa。称取2.0 g 二氮二氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪键合硅胶固定相倒入100mL 烧杯中，加入50 mL 四氯化碳，超声20-30 min，使固定相均匀分散在匀浆液中，然后迅速倒入装柱机的匀浆罐中，立即拧紧匀浆罐的上盖，启动泵，调节泵的频率，使压力迅速上升并维持在40 MPa，30 min 后，升高压力至45 MPa,保持10min，停泵，缓慢地降压。待压力降至零后，慢慢的卸下色谱柱，用干净而又光滑的刀片慢慢的削平顶端填料，装上筛板和柱接头。标上柱方向（与装柱子方向相同）、固定相名称、柱尺寸和装填日期，待用。

2、对以下各类化合物的分离

1）对七种多环芳烃（苯、萘、苊、菲、荧蒽、屈、苝）的分离：色谱分离条件：流动相为甲醇:水=75:25，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，柱温为30℃。

其液相分离色谱图如图4所示：色谱峰：1，苯；1，萘；3，苊；4，菲；5，荧蒽；6，屈；。

结论：从图中可知，七种多环芳烃在NOCS柱上都得到很好的分离，随着苯环类化合物非极性的逐渐增强，该对多环芳烃类物质的保留逐渐增强，说明其具有反相色谱保留的特征。

2）对八种胺类（苯胺、N-甲基苯胺、间硝基苯胺、N,N-二甲基苯胺、甲萘胺、邻联甲苯胺、二苯胺、对硝基-2-甲基苯胺）的分离：色谱分离条件：流动相为甲醇:水=45:55，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，柱温为30℃。

其液相分离色谱图如图5所示：色谱峰：1，苯胺；2，N-甲基苯胺；3，间硝基苯胺；4，N,N-二甲基苯胺；5，甲萘胺；6，邻联甲苯胺；7，二苯胺；8，对硝基-2-甲基苯胺。

结论：八种苯胺类物质能得到较好的分离。

3）对六种核苷（胞苷、尿嘧啶核苷、坎黄嘌呤、腺嘌呤、6-氯嘌呤、2-氟-6氯嘌呤）的分离。色谱分离条件：流动相为甲醇:水=25:75，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，柱温为30℃。

其液相分离色谱图如图6所示：色谱峰：1，胞苷；2，尿嘧啶核苷；3，坎黄嘌呤；4，腺嘌呤；5，6-氯嘌呤；6，2-氟-6-氯嘌呤。

结论：六种核苷类物质能得到较好的分离。

4）对五种单取代苯（苯甲醇、苯乙酮、硝基苯、溴苯、碘苯）的分离。色谱分离条件：流动相为甲醇:水=45:55，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，柱温为30℃。

其液相分离色谱图如图7所示：色谱峰：1，苯甲醇；2，苯乙酮；3，硝基苯；4，溴苯；5，碘苯。

结论：五种单取代苯类物质能得到较好的分离。

5）对五种磺胺（磺胺、磺胺二甲异嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺氯哒嗪、磺胺硝苯）的分离。色谱分离条件：流动相为乙腈：水=30:70，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，柱温为30℃。

其液相分离色谱图如图8所示：色谱峰：1，磺胺；2，磺胺二甲异嘧啶；3，磺胺甲嘧啶；4，磺胺氯哒嗪；5，磺胺硝苯。

结论：五种磺胺类物质能得到较好的分离。

6）对四种酚类（间苯二酚、对甲酚、3-硝基酚、甲萘酚）的分离。色谱分离条件：流动相为甲醇:水=50:50，流速为1 mL/min，检测波长为254 nm，柱温为30℃。

其液相分离色谱图如图9所示：色谱峰：1，间苯二酚；2，对甲酚；3，3-硝基酚；4，甲萘酚

结论：四种酚类物质能得到较好的分离。

7）对三种无机阴离子（Br^-、I^-、F^-）的分离。色谱分离条件：流动相为15mmol/L的 KCl溶液，流速为0.8mL/min，检测波长为210 nm，柱温为30℃。

其液相分离色谱图如图10所示：色谱峰：1，Br^-；2，I^-；3，F^-。

结论：该固定相主体分子上的氮原子质子化后带正电荷，可以用来分离阴离子，推测固定相和溶质分子之间具有阴离子作用。