CN108187367B - 巯基衍生化l-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱及其制备方法 - Google Patents

巯基衍生化l-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种巯基衍生化L‑脯氨酸型有机‑无机杂化整体柱及其制备方法，其是将功能单体1‑(3‑巯基‑2‑D‑甲基丙烯酰基)‑L‑脯氨酸、交联剂甲基丙烯酸酯基多面体齐聚倍半硅氧烷、二元致孔剂及引发剂超声混合均匀后，注入到经硅烷化改性的石英毛细管中，通过“巯‑烯”点击反应、热引发聚合，制得所述巯基衍生化L‑脯氨酸型有机‑无机杂化整体柱。本发明制得的巯基衍生化L‑脯氨酸型有机‑无机杂化整体柱具有均匀的柱床、高渗透率以及较强的化学稳定性和机械稳定性，可以实现对苯系物、多环芳烃、苯酚类、苯胺类等有机小分子和蛋白质生物大分子的分离。

Description

巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱及其制备方法
技术领域
本发明属于毛细管整体柱制备领域，具体涉及一种巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱及其制备方法。
背景技术
整体柱是一种用有机或无机聚合方法在色谱柱内进行原位聚合形成的连续床固定相，相较于填充柱和开管柱而言，其具有制备过程简易、通透性好、柱效高、传质快等优点，已被广泛应用于蛋白质组学、代谢组学和药用植物学等方面。按其化学性质而言，以硅胶为基质的无机整体柱具有高的机械强度、良好的耐溶剂、耐高低温等优点，适合小分子物质的高效快速分离，但其制备繁琐且适用的pH范围较小；有机聚合整体柱pH适用范围宽、单体及交联剂选择面广，但其溶胀效应会影响固定相的稳定性和机械性能。有机-无机杂化整体柱兼具硅胶整体柱和有机聚合整体柱的优点，受到了许多科研工作者的关注。
“巯-烯”点击是一种简单高效、定向强的新型点击反应。就色谱分离领域而言，通过“巯-烯”点击可将广泛含巯基、烯基的配体和单体引入到整体柱的制备中，大大增加了整体材料的多样性。冯钰琦课题组（Ming-Luan Chen, Jun Zhang, Zheng Zhang, Bi-FengYuan, Qiong-Wei Yu, Yu-Qi Feng, J. Chromatogr. A, 2013,1284:118-125）以水解的四甲氧基硅烷（TMOS）和3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）为前躯体、末端含乙烯基的有机物为单体，在偶氮二异丁腈（AIBN）热引发下通过“巯-烯”点击反应成功制备了有机-无机杂化整体柱。所制得的杂化整体材料具有均匀的柱床、大比表面积和良好的机械稳定性，利用阴离子交换/亲水相互作用可很好地分离苯甲酸、无机离子、核苷及核苷酸等分析物，柱效可达80 000-130 000个板/米。
邹汉法课题组（Minghuo Wu , Ren’an Wu , Ruibing Li ,Hongqiang Qin ,Jing Dong , Zhenbin Zhang , Hanfa Zou . Anal . Chem . 2010 , 82 ,5447-5454）于2010年首次将多面体齐聚倍半硅氧烷（POSS）作为有机-无机杂化交联剂引入到色谱固定相领域，有效地改善了整体骨架的机械强度和稳定性。L-脯氨酸具有天然的对应异构体选择性，较多地作为一种手性键合固定相应用于色谱分离中。将L-脯氨酸衍生化修饰上巯基，可以利用巯-烯点击的方法将其固定在整体柱内。而脯氨酸中的羧基被保留，可以增加整体柱的亲水性，以便于分离一些有机小分子。目前将衍生化L-脯氨酸通过“巯-烯”点击与有机-无机杂化交联剂POSS反应键合到毛细管整体柱内应用于有机小分子和生物大分子分离的方法尚未有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱及其制备方法，所制得的有机-无机杂化整体柱具有高渗透率、多孔性以及较强的化学稳定性和机械稳定性，可以实现对苯系物、多环芳烃、苯酚类、苯甲酸类等有机小分子和蛋白质生物大分子的分离。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱，其制备方法包括如下步骤：
1）将巯基衍生化L-脯氨酸型单体、含乙烯基的交联剂、致孔剂和引发剂混合均匀，于室温下超声振荡，然后通入氮气以除掉混合物中溶解的氧气；
2）将步骤1）制得的混合物注入经硅烷化改性的石英毛细管内，密封置于水浴锅内进行原位自由基聚合反应；反应结束后将毛细管从水浴锅内取出，用甲醇或乙腈冲洗，制得所述巯基衍生化L-脯氨酸型杂化整体柱。
步骤1）中所用巯基衍生化L-脯氨酸型单体与含乙烯基的交联剂的质量比为1.5~10:1，优选为2.5:1；
所用致孔剂的质量与巯基衍生化L-脯氨酸型单体和含乙烯基的交联剂的质量和之比为3.6~5.2:1，优选为5.2:1；
所用引发剂的质量占巯基衍生化L-脯氨酸型单体和含乙烯基的交联剂的质量之和的1~2%，优选为1%。
其中，所述巯基衍生化L-脯氨酸型单体为1-(3-巯基-2-D-甲基丙烯酰基)-L-脯氨酸；
所述含乙烯基的交联剂为甲基丙烯酸酯基多面体齐聚倍半硅氧烷（POSS-MA）；
所述致孔剂为正丙醇和十二醇的混合物，两者质量比为1:2.6~3.3，优选为1:2.6；
所述引发剂为偶氮二异丁腈（AIBN）。
步骤2）所述原位自由基聚合反应的反应温度为50~60℃，优选为55℃；反应时间为12~24h，优选为12h。
本发明所得巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱可用于分离苯系物、多环芳烃、苯酚类、苯胺类等有机小分子和蛋白质生物大分子。
本发明的优点在于：
本发明将巯基衍生化L-脯氨酸通过“巯-烯”点击与关联剂POSS反应，将其键合到整体柱骨架中，所制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱具有均匀的柱床、高渗透率、以及较强的化学稳定性和机械稳定性，可以实现对苯系物、多环芳烃、苯酚类、苯胺类等有机小分子和蛋白质生物大分子的分离。
附图说明
图1为实施例1所制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱截面的扫描电镜图；
图2为实施例1所制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱柱体与管内壁连接处的扫描电镜图；
图3为应用实施例1中硫脲和5种苯系物的色谱分离图；
图4为应用实施例2中4种苯甲酸类混合物的色谱分离图；
图5为应用实施例3中3种苯酚类混合物的色谱分离图；
图6为应用实施例4中硫脲和5种多环芳烃混合物的色谱分离图；
图7为应用实施例5中5种蛋白质混合物的色谱分离图；
图8为应用实施例6中牛血清白蛋白(BSA)酶解肽段混合液的色谱分离图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
1. 柱子预处理
将50cm（内径为75μm）的毛细管内壁依次用丙酮冲洗3 h，二次水冲洗3h，1.0mol/L氢氧化钠冲洗12 h，二次水冲洗2 h，0.2mol/L盐酸冲洗3 h，二次水冲洗2 h，甲醇冲洗30min，最后通氮气吹干；
2. 硅烷化改性
在预处理过的毛细管内注入无水甲醇和甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（γ-MAPS）的混合液（两者体积比为1:1），在45℃下反应12 h，然后用甲醇冲洗30 min，在60℃下氮气吹干；
3. 柱内合成
称取20mg甲基丙烯酸酯基多面体齐聚倍半硅氧烷，50mg 1-(3-巯基-2-D-甲基丙烯酰基)-L-脯氨酸，0.7mg AIBN，100mg正丙醇，263mg十二醇，涡旋振荡使其混合均匀，然后超声10 min后通入氮气，以去除混合溶液中的氧气并使交联剂和巯基单体充分溶解形成均一透明的混合液。然后用注射器将混合液引入改性后的毛细管中，大约灌至管高一半处停止。用橡胶垫片将毛细管两端密封好，于55℃水浴锅中反应约12h。将反应好的毛细管接在高压恒流泵上，以甲醇为流动相，冲洗掉未反应完全的致孔剂和聚合单体等，直至冲洗干净，制得巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱。
用扫描电子显微镜观察上述制备得到的整体柱的微观形貌，其结果如图1所示。由图1可见，所得整体柱具有均匀多孔和连续的三维骨架。
用扫描电子显微镜观察上述制备得到的整体柱柱体与管内壁连接处的微观形貌，其结果如图2所示。由图2可见，整体柱基质和石英毛细管内壁键合完好。经测试，其能耐受25兆帕的泵压，具有较好的机械稳定性。
应用实施例1
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水溶液为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B(A、B相中各加入0.1%TFA)；色谱条件：60%B；泵流速为0.200 mL/min；检测波长为214nm；将含硫脲、苯、甲苯、乙苯、丙苯、丁苯各0.1 mg/mL的混合液采用实施例1中制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱进行分离，其色谱分离图如图3所示，其中1为硫脲，2为苯，3为甲苯，4为乙苯，5为丙苯，6为丁苯。
应用实施例2
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水溶液为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B(A、B相中各加入0.1%TFA)；色谱条件：44% B；泵流速为0.200 mL/min；检测波长为214nm；将含间苯三甲酸、对羟基苯甲酸、2,4-二羟基苯甲酸、水杨酸各0.1 mg/mL的混合液采用实施例1中制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱进行分离，其色谱分离图如图4所示，其中1为间苯三甲酸，2为对羟基苯甲酸，3为2,4-二羟基苯甲酸，4为水杨酸。
应用实施例3
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水溶液为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B(A、B相中各加入0.1%TFA)；色谱条件：44% B；泵流速为0.200 mL/min；检测波长为214nm；将含间苯三酚、间苯二酚、苯酚各0.1 mg/mL的混合液采用实施例1中制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱进行分离，其色谱分离图如图5所示，其中1为间苯三酚，2为间苯二酚，3为苯酚。
应用实施例4
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水溶液为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B；色谱条件：60% B(A、B相中各加入0.1%TFA)；泵流速为0.200mL/min；检测波长为214nm；将含硫脲、萘、芴、菲、蒽和芘各0.1 mg/mL的混合液采用实施例1中制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱进行分离，其色谱分离图如图6所示，其中1为硫脲，2为萘，3为芴，4为菲，5为蒽，6为芘。
应用实施例5
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水溶液为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B(A、B相中各加入0.1%TFA)；色谱条件：梯度：0～30 min ，10%～50%B；泵流速为0.08mL/min；检测波长为214 nm；将含核糖核苷酶（RNase）、细胞色素C(Cyt C)、溶菌酶（Lys）、转铁蛋白（TRF）和肌红蛋白（Myo）这五种蛋白质各1 mg/mL的混合液采用实施例1中制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱进行分离，其色谱分离图如图7所示，其中1为核糖核酸酶，2为细胞色素C，3为溶菌酶，4为转铁蛋白，5为肌红蛋白，*为溶剂峰。
应用实施例6
在微柱液相色谱（μHPLC）模式下，以5%乙腈水溶液为流动相A，5%水乙腈溶液为流动相B(A、B相中各加入0.1%TFA)；色谱条件：梯度：0～20 min ，40%～2%B；泵流速为0.08mL/min；检测波长为214 nm；将含牛血清白蛋白(BSA)酶解肽段的混合液采用实施例1中制得的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱进行分离，其色谱分离图如图8所示。由图8可见，其分离后至少得到了9个肽段的峰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）将巯基衍生化L-脯氨酸型单体、含乙烯基的交联剂、致孔剂和引发剂混合均匀，于室温下超声振荡，然后通入氮气以除掉混合物中溶解的氧气；
2）将步骤1）制得的混合物注入经硅烷化改性的石英毛细管内，密封置于水浴锅内进行原位自由基聚合反应；反应结束后将毛细管从水浴锅内取出，用甲醇或乙腈冲洗，制得所述巯基衍生化L-脯氨酸型杂化整体柱；
所述巯基衍生化L-脯氨酸型单体为1-(3-巯基-2-D-甲基丙烯酰基)-L-脯氨酸；
所述含乙烯基的交联剂为甲基丙烯酸酯基多面体齐聚倍半硅氧烷；
所述致孔剂为正丙醇和十二醇的混合物，两者质量比为1:2.6~3.3；
所述引发剂为偶氮二异丁腈。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1）中所用巯基衍生化L-脯氨酸型单体与含乙烯基的交联剂的质量比为1.5~10:1；
所用致孔剂的质量与巯基衍生化L-脯氨酸型单体和含乙烯基的交联剂的质量和之比为3.6~5.2:1；
所用引发剂的质量占巯基衍生化L-脯氨酸型单体和含乙烯基的交联剂的质量之和的1~2%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述原位自由基聚合反应的反应温度为50~60℃，反应时间为12~24h。
4.一种如权利要求1-3任一所述方法制备得到的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱。
5.一种如权利要求4所述的巯基衍生化L-脯氨酸型有机-无机杂化整体柱的应用，其特征在于：用于分离蛋白质生物大分子。
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