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CN109647002A - 一种用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱 - Google Patents

一种用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱。采用原位生长的方法，以氨丙基硅胶为核，在其表面可控的生长手性MOFs作为壳合成一种核壳复合材料，并将这种MOF@SiO2核壳微球作为高效液相色谱固定相用于手性分离。相比纯MOF手性柱，本发明的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱能拆分多种对映异构体，并且这种色谱柱具有更高的分辨率、更高的柱效、更快的分离速度等多种优点，对于改善纯晶体柱因晶体颗粒不均匀导致背景压力较高、柱效较低等问题有着重要的意义。

Description

一种用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱
技术领域
本发明属于高效液相色谱手性分离技术领域，具体是涉及一种以氨丙基硅胶为核、手性金属-有机骨架为壳制备的核壳复合材料作为高效液相色谱固定相制备的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱。
背景技术
金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是由过渡金属离子或金属簇与有机多齿配体通过分子自组装和晶体工程的方法得到的一维或多维周期性网状结构的多孔配位聚合物。近年来，MOFs材料的发展非常迅速，已被广泛应用于气体吸附、分子分离、催化、传感和药物缓释等领域。
迄今为止，大量的手性MOFs材料被合成出来，主要用于不对称催化和手性分离，其中有部分手性MOFs被成功开发成为高效液相色谱手性固定相。本课题组及其他研究人员已经报道了大量把手性MOFs作为固定相制备高效液相色谱柱用于拆分外消旋化合物的成果。然而，这些手性MOFs柱的制备都是采用将手性MOFs颗粒直接装柱的方法。由于大部分合成出来的MOFs颗粒形状不规则且尺寸分布较宽，即使通过研磨和溶剂浮选的方法也很难得到理想的固定相颗粒，使得制备的手性MOFs柱的柱效较低和背景压力较高，从而影响色谱柱的分离性能。
为了有效的提高高效液相色谱柱的分离性能，更加快速高效地获取对人类有益的单一对映体，本发明将一种具有手性识别能力的手性MOF[Co2(D-cam)2(TMDPy)]作为壳材料通过原位生长的方法固载在硅胶的表面，制备了一种单分散的[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2核壳微球复合材料，并将其用作固定相制备高效液相色谱手性柱。该手性柱能在较低的背景压力下，更加高效和快速的拆分多种外消旋化合物，从而大大缩短了分析时间，减少了流动相的使用量。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱，以有效改善纯MOF手性柱在对映异构体分离中的不足，使多种对映异构体能在较短的时间、较低的背景压力下得到有效的拆分。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
一种用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱,由以下方法制备得到：
(1)手性MOF@SiO2核壳复合材料的合成：在圆底烧瓶中加入100mL去离子水，然后加入0.7205g Co(CH3COO)2·4H2O和1.0693g氨丙基化的SiO2微球，在室温下搅拌30分钟，过滤；滤渣用去离子水洗涤3次后加入圆底烧瓶，并向其中加入100mL去离子水，0.5854g D-樟脑酸，0.5750g 1,3-二(4-吡啶基)丙烷和0.3295g无水碳酸钾，然后在110℃下回流反应6天，冷却至室温，过滤，得到[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2微球，再分别用去离子水和无水乙醇清洗6次，干燥后作为固定相备用；
(2)手性柱装填：称取1.2g备用的[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2微球固定相置于烧杯中，加入23mL体积比9:1的正己烷/异丙醇溶液形成悬浮液，然后迅速将悬浮液倒入匀浆罐中，再以体积比9:1的正己烷/异丙醇溶液为顶替液在40MPa氮气压力下装柱5min，然后将氮气压力降到25MPa再装柱30min，得到MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明制备得到的手性MOF@SiO2液相色谱柱相比于纯MOF柱，表现出更为优异的拆分性能，能在较低的背景压力下拆分包括醇、酚、酯、酮、酸、氨基酸等多种不同类型的对映异构体，有20种外消旋化合物在MOF@SiO2液相色谱柱上实现了较好的拆分，其中12种外消旋化合物达到了基线分离。
(2)本发明制备的手性MOF@SiO2液相色谱柱相比于纯MOF柱有更高的分辨率、更高的柱效、更快的分离速度，有较好的重现性，可以反复使用。
(3)本发明所用材料廉价易得，方法简单，制柱成本较低。
附图说明
图1为手性MOF[Co2(D-cam)2(TMDPy)]晶体颗粒的扫描电镜图。
图2为本发明手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2核壳微球复合材料的扫描电镜图。
图3为外消旋化合物分别在[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2柱(柱A)和[Co2(D-cam)2(TMDPy)]柱(柱B)(250mm×2.1mm i.d.)上的HPLC分离色谱图。
图4为外消旋化合物反-1,2-二苯环氧乙烷在手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2液相色谱柱上连续5次进样的HPLC色谱图。
图5为本发明手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2液相色谱柱和手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]液相色谱柱分别分离外消旋化合物的结果对比示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但附图和实施例并不是对本发明技术方案的限定，所有基于本发明教导所作出的变化或等同替换均应属于本发明的保护范围。
实施例1
1、制备MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱(柱A)，具体方法为：
(1)手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2核壳复合材料的合成：在圆底烧瓶中加入100mL去离子水，并向其中加入0.7205g Co(CH3COO)2·4H2O和1.0693g氨丙基化的SiO2微球，在室温下搅拌30分钟，过滤，用去离子水洗涤3次。将滤渣加入圆底烧瓶，并向其中加入100mL去离子水，0.5854g D-樟脑酸，0.5750g 1,3-二(4-吡啶基)丙烷，0.3295g无水碳酸钾，然后在110℃回流反应6天，冷却至室温。过滤，将得到的[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2微球分别用去离子水和无水乙醇清洗6次，作为固定相，干燥备用。(见图2)
(2)手性柱的填装：称取1.2g制备好的手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2固定相于小烧杯中，加入23mL正己烷/异丙醇(9:1,V/V)形成悬浮液，然后迅速将其倒入匀浆罐中，以正己烷/异丙醇(9:1,V/V)为顶替液在40MPa氮气压力下装柱5min，然后将氮气压力降到25MPa装柱30min，得到MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱。
2、制备纯MOF液相色谱柱(柱B)作为对照，具体方法为：
(1)手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]晶体的合成：在50mL聚四氟乙烯衬套内，加入100mL去离子水，再向其中依次加入0.7205g Co(CH3COO)2·4H2O，0.5854g D-樟脑酸、0.5750g 1,3-二(4-吡啶基)丙烷、0.3295g无水碳酸钾，在室温下搅拌30min，使其充分混合均匀，随后将衬套密封在不锈钢的反应釜中，于160℃下反应6天，冷却至室温，分别用去离子水和无水乙醇清洗6次，获得红色块状晶体，干燥备用。
(2)手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]固定相的制备：由于合成的[Co2(D-cam)2(TMDPy)]颗粒不均匀，为了减小涡流扩散的影响，保证合成的手性MOF材料在高效液相色谱柱上的柱效，将其用无水乙醇进行悬浮，收集粒径在5～10μm范围的手性MOF材料作为固定相，干燥备用。(见图1)
手性拆分效果对比实验：
分别用实施例1所制备的手性MOF液相色谱柱、手性MOF@SiO2液相色谱柱对多种外消旋化合物进行色谱拆分实验。
具体步骤：将手性化合物用色谱纯级别的正己烷/异丙醇(9:1,V/V)溶解作为手性样品。分别配制正己烷/异丙醇(9:1、8:2、7:3、95:5、99:1,V/V)作为流动相，使用前经0.45μm滤膜过滤和超声脱气处理；流速为0.10mL/min；柱温为25℃；检测波长为254nm，对不同类型的外消旋化合物进行手性拆分。
本发明手性MOF@SiO2柱(柱A)对20种外消旋化合物均实现了较好的拆分，其中12种外消旋化合物达到了基线分离，最大分离度达到了7.87；而手性MOF柱(柱B)对这20种外消旋化合物的拆分效果明显低于柱A，只有4种外消旋化合物达到了基线分离，最大分离度才达到6.64，还有3种外消旋化合物在柱B上未能实现拆分。并且绝大部分外消旋化合物在MOF@SiO2柱上的保留时间明显小于纯MOF(柱B)，说明外消旋化合物在MOF@SiO2柱上能在较短的时间内得到高效分离。两根柱子的拆分结果见表1。保留因子(k)、分离因子(α)、分离度(Rs)的计算公式分别为：k1＝(t1-t0)/t0；k2＝(t2-t0)/t0；α＝k2/k1，Rs＝1.18(t2-t1)/[W1/2(1)+W1/2(2)]，其中t0为色谱柱的死时间，t1和t2分别为第一个流出峰和第二个流出峰的保留时间，采用1,3,5-三叔丁基苯测定死时间；W1/2(1)和W1/2(2)分别为第一个流出峰和第二个流出峰的半峰宽。
表1外消旋化合物在[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2柱(柱A)和[Co2(D-cam)2(TMDPy)]柱(柱B)上的拆分结果
图3为外消旋化合物在[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2柱(柱A)和[Co2(D-cam)2(TMDPy)]柱(柱B)上拆分的色谱图。本发明手性MOF@SiO2柱(柱A)对这些外消旋化合物均表现出了较好的手性识别能力。
由表1和图3可知，本发明的手性[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2柱(柱A)能有效提高高效液相色谱柱分离的柱效，弥补纯晶体装柱时存在的不足，并且对多种类型的外消旋化合物均能实现较优的分离效果。
实施例2
一根优秀的高效液相色谱手性柱通常具备良好的重现性和稳定性。为了考察柱A的重现性和稳定性，以正己烷/异丙醇(9:1,V/V)作为流动相，对反-1,2-二苯基环氧乙烷连续进样5次。由图4可知，该手性MOF@SiO2柱对反-1,2-二苯基环氧乙烷的拆分效果基本保持不变，其保留时间(n＝5)和峰面积的相对标准偏差(RSD)分别为0.47％和1.38％，表明本发明手性MOF@SiO2柱具有良好的稳定性和重现性。
图5是外消旋化合物分别在MOF@SiO2柱和MOF柱上的拆分结果对比示意图，由图5可以看出纯MOF[Co2(D-cam)2(TMDPy)]晶体形状不规则，颗粒不均匀，用这样的晶体装柱得到的色谱柱柱效较差，外消旋化合物很难实现基线分离；而MOF@SiO2即[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2晶体是将[Co2(D-cam)2(TMDPy)]晶体固载在氨丙基硅胶表面得到的，既具备了[Co2(D-cam)2(TMDPy)]的手性特点，又拥有了氨丙基硅胶规则的形状，这样的晶体填充的色谱柱柱效较高，能在较短的时间使外消旋化合物实现基线分离，有效的规避了纯晶体装柱时存在的不足。

Claims (2)

1.一种用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱，其特征在于：以氨丙基硅胶为核、以手性金属-有机骨架为壳，采用原位生长法合成[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2核壳微球复合材料，并以所述的核壳微球复合材料作为HPLC手性柱的固定相。
2.根据权利要求1所述的用于对映异构体拆分的MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱，其特征在于由以下方法制备得到：
(1)手性MOF@SiO2核壳复合材料的合成：在圆底烧瓶中加入100mL去离子水，然后加入0.7205g Co(CH3COO)2·4H2O和1.0693g氨丙基化的SiO2微球，在室温下搅拌30分钟，过滤；滤渣用去离子水洗涤3次后加入圆底烧瓶，并向其中加入100mL去离子水，0.5854g D-樟脑酸，0.5750g 1,3-二(4-吡啶基)丙烷和0.3295g无水碳酸钾，然后在110℃下回流反应6天，冷却至室温，过滤，得到[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2微球，再分别用去离子水和无水乙醇清洗6次，干燥后作为固定相备用；
(2)手性柱装填：称取1.2g备用的[Co2(D-cam)2(TMDPy)]@SiO2微球固定相置于烧杯中，加入23mL体积比9:1的正己烷/异丙醇溶液形成悬浮液，然后迅速将悬浮液倒入匀浆罐中，再以体积比9:1的正己烷/异丙醇溶液为顶替液在40MPa氮气压力下装柱5min，然后将氮气压力降到25MPa再装柱30min，得到MOF@SiO2核壳微球HPLC手性柱。
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