CN105903456B - 直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法 - Google Patents

直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法。(1)将干燥的微晶直链淀粉在无水N,N‑二甲基乙酰胺中搅拌回流，冷却至室温后加入氯化锂，升温后加入无水吡啶，回流后加入3,5‑二甲基苯基异氰酸酯，持续搅拌回流加入3‑(三甲氧基硅)丙基异氰酸酯持续搅拌回流，再用过量的3,5‑二甲基苯基异氰酸酯处理；(2)溶解于四氢呋喃中并向其中加入正庚醇、正硅酸乙酯、水和三甲基氯硅烷；(3)加入十二烷基硫酸钠水溶液中；(4)加入三甲基氯硅烷和无水甲苯，氮气氛围下反应。合成路线清晰可行、工艺成熟、操作简单、需要控制的条件少而且易于实现，可用于大规模的批量生产。

Description

直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制 备方法
技术领域
本发明涉及的是一种手性微球固定相材料的制备方法，基于直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法。
背景技术
近年来，随着手性分离和分析领域的迅速发展，对于手性固定相材料的手性识别效率和拆分范围提出了更高的要求，因此设计和开发新型具有广谱高效手性识别能力的手性固定相已成为该领域亟待解决的问题之一。在现有的手性固定相中，多糖类衍生物手性固定相凭借手性分离性能好、手性识别范围广等优点在色谱中广为应用。但目前所有商品化手性固定相一般都是通过涂覆或键合的手段获得，多糖衍生物的含量较低，承载能力有限，极大地限制了固定相在大规模制备分离领域的应用。直至2008年，Okamoto课题组首次制备了具有高含量纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物的有机无机杂化微球，大大提高材料的承载量，并且材料的力学强度也能基本满足色谱分离的要求。但是该材料的反应过程不易控制导致其产率较低，且重复性差。此外，由于该杂化微球在制备后没有进行相应处理，导致材料表面存在大量硅烷醇基团，使得该材料在用于色谱分离时出现较为明显的拖尾现象，大大降低其分离效能。直至目前，对于该种有机无机杂化材料的制备新方法及其拖尾问题的研究，以及基于其它类型(如直链淀粉类衍生物)聚合物制备该类有机无机杂化材料的研究均尚未见报道。前期研究表明，直链淀粉类衍生物同样具有优秀的手性识别与拆分性能，且其对于很多对映体化合物的识别性能与纤维素类衍生物的识别性能互补。若能够制备直链淀粉类有机无机杂化材料，必将能够开发新型具有高效广谱分离性能的手性固定相材料，并对发展对映体分析分离和制备分离技术具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够得到具有高含量直链淀粉衍生物的有机无机杂化硅球，能够很好地解决在色谱拆分过程中出现的拖尾问题的直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
1、将干燥的微晶直链淀粉在无水N,N-二甲基乙酰胺中、70～80℃温度搅拌回流8-16h，冷却至室温后加入直链淀粉质量的2倍的氯化锂，继续搅拌2-5h后，重新升温至70～80℃，加入无水吡啶，回流2～4h后加入直链淀粉羟基的77mol％的3,5-二甲基苯基异氰酸酯，持续搅拌回流8～10h后，按照所要引入比例加入3-(三甲氧基硅)丙基异氰酸酯持续搅拌回流12～16h，再用过量的3,5-二甲基苯基异氰酸酯处理，持续搅拌回流8～10h，冷却至室温，加入甲醇沉降过滤并洗涤，40～60℃真空干燥至恒重；
2、将步骤1所合成的产物充分溶解于四氢呋喃中并向其中加入正庚醇、正硅酸乙酯、水和三甲基氯硅烷，于80～100℃下反应8～10h；
3、将步骤2得到的反应物加入80～100℃的十二烷基硫酸钠水溶液中以1000～1200rpm速度搅拌陈化0.5～1h，产物进行抽滤，依次用热水、乙醇和正己烷进行洗涤并干燥；
4、加入三甲基氯硅烷和无水甲苯，氮气氛围下在80～100℃条件下反应1～5h，抽滤分离产物，用无水甲醇洗涤，40～60℃真空干燥至恒重。
本发明还可以包括：
1、微晶直链淀粉在80℃下真空干燥2～8h。
2、3-(三甲氧基硅)丙基异氰酸酯的加入量为直链淀粉羟基的3～7mol％。
3、所述用过量的3,5-二甲基苯基异氰酸酯处理，3,5-二甲基苯基异氰酸酯为直链淀粉羟基的90mol％。
本发明以直链淀粉为最初原料，首先在直链淀粉的糖单元同时引入3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯和少量的3-(三甲氧基硅)丙基氨基甲酸酯，合成含有少量3-(三甲氧基硅)丙基基团的直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物。在此基础上，将所合成的直链淀粉衍生物充分溶解于四氢呋喃中，通过溶胶-凝胶法与正硅酸乙酯进行交联共聚，然后在十二烷基硫酸钠水溶液中分散老化，最终制备得到具有高含量直链淀粉衍生物的有机无机杂化硅球。并对所得材料表面进行封端处理，很好解决了在色谱拆分过程中出现的拖尾问题，
以上合成路线清晰可行、工艺成熟、操作简单、需要控制的条件少而且易于实现，可用于大规模的批量生产。
本发明采用的直链淀粉来源广泛、价廉易得，产率高。
图1中为该直链淀粉衍生物的合成路线。图2为直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物有机无机杂化手性硅球类固定相材料的制备路线。图3为所合成的含有少量3-(三甲氧基硅)丙基氨基甲酸酯直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)的核磁共振氢谱(1H-NMR)。从图中可以看到，所合成衍生物的结构规整，且所引入3-(三甲氧基硅)丙基氨基甲酸酯的取代度符合预期合成结构目标。图4为所合成的有机无机杂化硅球的SEM图。从图中可以看到，所制备有机无机杂化硅球的球形形貌均匀，达到预期设计目标。
附图说明
图1含有少量3-(三甲氧基硅)丙基直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物的合成路线。
图2基于直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物功能化无机硅基手性微球的制备方法。
图3含有少量3-(三甲氧基硅)丙基氨基甲酸酯的直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物的核磁共振氢谱(1H-NMR)(500MHz，氘代吡啶，80℃)。
图4具有高含量直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物功能化无机硅基手性微球的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
具体实施方式一：
1.取0.2g微晶直链淀粉于高温下真空干燥4h，然后在无水N,N-二甲基乙酰胺中搅拌回流12h；冷却至室温后加入氯化锂(质量为直链淀粉质量的2倍)；继续搅拌3h后，重新升温，加入无水吡啶，回流2h后加入适量3,5-二甲基苯基异氰酸酯(直链淀粉羟基的77mol％)，持续搅拌回流8h后加入少量的3-(三甲氧基硅)丙基异氰酸酯(直链淀粉羟基的3.1mol％)，持续搅拌回流12h后用过量的3,5-二甲基苯基异氰酸酯处理(直链淀粉羟基的90mol％)，持续搅拌回流8h后停止反应；冷却至室温，加入甲醇沉降过滤并洗涤，60℃真空干燥至恒重，产率为87％。所合成直链淀粉衍生物中3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯与3-(三甲氧基硅)丙基氨基甲酸酯的引入比例为98:2。
2.取上一步所合成的产物0.25g，充分溶解于四氢呋喃中，并向其中加入6mL正庚醇、2ml正硅酸乙酯、1mL水和0.5mL三甲基氯硅烷，于80℃下反应9h。
3.反应结束后将反应物逐滴滴入80℃的十二烷基硫酸钠水溶液中以1100rpm速度搅拌陈化1h，停止反应。将获得的产物抽滤，依次用热水、乙醇、正己烷洗涤完全并干燥。
4.取所制备的有机无机杂化硅球0.85g，加入5mL三甲基氯硅烷和20mL无水甲苯，氮气氛围80℃下反应1h，停止反应，抽滤分离产物，用无水甲醇洗涤完全，60℃真空干燥至恒重。
具体实施方式二：
1.取0.2g微晶直链淀粉于高温下真空干燥4h，然后在无水N,N-二甲基乙酰胺中搅拌回流12h；冷却至室温后加入氯化锂(质量为直链淀粉质量的2倍)；继续搅拌3h后，重新升温，加入无水吡啶，回流2h后加入适量3,5-二甲基苯基异氰酸酯(直链淀粉羟基的77mol％)，持续搅拌回流8h后加入少量的3-(三甲氧基硅)丙基异氰酸酯(直链淀粉羟基的6.9mol％)持续搅拌回流12h后用过量的3,5-二甲基苯基异氰酸酯处理(直链淀粉羟基的90mol％)，持续搅拌回流8h后停止反应；冷却至室温，加入甲醇沉降过滤并洗涤，60℃真空干燥至恒重，产率为85％。所合成直链淀粉衍生物中3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯与3-(三甲氧基硅)丙基氨基甲酸酯的引入比例为95:5。
2.取上一步所合成的产物0.25g，充分溶解于四氢呋喃中，并向其中加入6mL正庚醇、2ml正硅酸乙酯、1mL水和0.5mL三甲基氯硅烷于80℃下反应9h。
3.反应结束后将反应物逐滴滴入80℃的十二烷基硫酸钠水溶液中以1100rpm速度搅拌陈化1h，停止反应。将获得的产物抽滤，依次用热水、乙醇、正己烷洗涤完全并干燥。
4.取所制备的有机无机杂化硅球0.85g，加入5mL三甲基氯硅烷和20mL无水甲苯，氮气氛围80℃下反应1h，停止反应，抽滤分离产物，用无水甲醇洗涤完全，60℃真空干燥至恒重。
本发明所制备的具有高含量直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物有机无机杂化硅球的产率高，且重复性好。

Claims (5)

1.一种直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法，其特征是：
(1)、将干燥的微晶直链淀粉在无水N,N-二甲基乙酰胺中、70～80℃温度搅拌回流8-16h，冷却至室温后加入直链淀粉质量的2倍的氯化锂，继续搅拌2-5h后，重新升温至70～80℃，加入无水吡啶，回流2～4h后加入直链淀粉羟基的77mol％的3,5-二甲基苯基异氰酸酯，持续搅拌回流8～10h后，按照所要引入比例加入3-(三甲氧基硅)丙基异氰酸酯持续搅拌回流12～16h，再用过量的3,5-二甲基苯基异氰酸酯处理，持续搅拌回流8～10h，冷却至室温，加入甲醇沉降过滤并洗涤，40～60℃真空干燥至恒重；
(2)、将步骤(1)所合成的产物充分溶解于四氢呋喃中并向其中加入正庚醇、正硅酸乙酯、水和三甲基氯硅烷，于80～100℃下反应8～10h；
(3)、将步骤(2)得到的反应物加入80～100℃的十二烷基硫酸钠水溶液中以1000～1200rpm速度搅拌陈化0.5～1h，产物进行抽滤，依次用热水、乙醇和正己烷进行洗涤并干燥；
(4)、加入三甲基氯硅烷和无水甲苯，氮气氛围下在80～100℃条件下反应1～5h，抽滤分离产物，用无水甲醇洗涤，40～60℃真空干燥至恒重。
2.根据权利要求1所述的直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法，其特征是：微晶直链淀粉在80℃下真空干燥2～8h。
3.根据权利要求1或2所述的直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法，其特征是：3-(三甲氧基硅)丙基异氰酸酯的加入量为直链淀粉羟基的3～7mol％。
4.根据权利要求1或2所述的直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法，其特征是：所述用过量的3,5-二甲基苯基异氰酸酯处理，3,5-二甲基苯基异氰酸酯为直链淀粉羟基的90mol％。
5.根据权利要求3所述的直链淀粉类衍生物功能化无机硅基手性微球固定相材料的制备方法，其特征是：所述用过量的3,5-二甲基苯基异氰酸酯处理，3,5-二甲基苯基异氰酸酯为直链淀粉羟基的90mol％。
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