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两种分子烙印聚合物的合成与性能研究 有机化学 杨桂兰 刘岚副教授、邓芹英教授 摘要 本文针对分子烙印聚合物( m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gp o l y m e r ，m i p ) 在色谱上 的应用，分别以硅胶表面接枝聚合和种子溶胀法合成球形了分子烙印聚合物，对 于前者主要进行了m 1 p 的各种性能表征，后者则主要探讨了其在薄层色谱( t l c ) 中的应用。 以硅烷化的微孔硅胶为载体，以奎宁为模板、甲基丙基酸( m a a ) 为功 能单体，分别用乙二醇二甲基丙烯酸酯( e d m a ) 、二乙烯苯( d v b ) 、三羟 甲基丙烷三丙烯酸酯( t m p t a ) 为交联剂，以氯仿为致孔剂，在热引发下 进行了表面接枝聚合，并优化了模板分子、功能单体、交联剂等之间的配 比，对这三种不同交联剂合成的印迹聚合物进行了吸附选择性的比较；同 时用电镜扫描( s e m ) 、红外光谱( i r ) 、热重分析( t g ) 、元素( e a ) 分 析、粒度分析、比表面积等对这些聚合物进行了表征。结果显示：使用交 联剂( e d m a ) 时，奎宁：m a a ：e d m a = 0 1 ：0 5 ：3 7 5 时，m i p 对奎宁的净吸 附量最大，达到3 6 4 0 1 x m o l g ；三种不同交联剂比较时，在其他条件不变的 情况下，对奎宁的净吸附量，t m p t a 制备的m i p 最大，为4 1 7 3 t t m o l g ， 而t m p t a 的用量只需要e d m a 的三分之，显示了其高度的交联度。结 构表征表明硅胶上已成功接枝聚合了m i p 。从热重分析可知，具有良好的 热稳定性，可望在色谱尤其是h p l c 中得到广泛的应用。 第二部分则以茶碱为模板，用种子溶胀聚合法制备出了球形的分子烙印 聚合物( s m i p ) ，探讨了其对茶碱的特异吸附性能，结果显示，此s m i p 对 茶碱的特异性吸附达到3 7 6 0 2 1 x m o l g 。将模板聚合物和空白聚合物铺板应用于 薄层色谱，并成功拆分了茶碱和咖啡因。 关键词：表面接枝聚合，种子溶胀聚合，薄层色谱 i l s y n t h e s i sa n dp r o p e r t i e sr e s e a r c ho n t w ok i n d so f m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gp o l y m e r s o r g a n i cc h e m i s t r y y a n g g u i l a n a s s o c i a t ep r o f e s s o rl a nl i u ，p r o f e s s o rq i n y i n gd e n g a b s t r a c t i no r d e rt oa p p l yt h em o l e c u l a ri m p r i n t i n gp o l y m e r ( m i p ) o nc h r o m a t o g r a p h y , t w ok i n d so fm i p sw e r ep r e p a r e db yg r a f t i n gp o l y m e r i z a t i o no ns i l i c ag e la n dt h e s w e l l i n gp o l y m e r i z a t i o n f o rf o r m e rt h ea d s o r p t i o nt o w a r d sq u i n i n e 、c i n c h o n i n ew a s s t u d i e da n df o rt h el a t t e rt h er e s o l u t i o no ft h e o p h y l l i n ea n dt h ec a f f e i n eb yt l cw a s a c h e i v e d i np a r t o n e ，s i l i c o ng r a f t i n gp o l y m e r i z e dm i pw a sp r e p a r e db yt h e r m a l p o l y m e r i z a t i o nu s eq u i n i n ea st h et e m p l a t e ，c h l o r o f o r ma sp o r o g e n ，m e t h y la c r y l i c a c i d ( m a a ) a sf u n c t i o n a lm o n o m e r , 2 , 2 1 - a z o b i s - i s o b u t y r o n i t r i l e ( a i b n ) a sf r e e r a d i c a li n i t i a t o ra n dg l y c o ld i m e t h y la c r y l a t e ( e d m a ) ，d i v i n y lb e n z e n e ( d v b ) ， t r i m e t h o x y lp r o p a n et r i a c r y l a t e ( t m p t a ) a sc r o s s i n gl i n k e r t h ep r o p o r t i o no fe a c h c o m p o n e n t w a so p t i m i z e d t h er e s u l tw a st h a t ，u s i n gt h es a m ec r o s s i n gl i n k e re d m a ， w h e nt h eq u i n i n e ，m a a ：e d m a = 0 1 ：0 5 ：3 7 5 ，t h er e s u l t a n tm i pg e tt h eb e s tn e t a b s o r p t i o n ( 3 6 4 0 p m o l z g ) t o w a r d sq u i n i n e w h e nt h ee d m aw a ss u b s t i t u t e db y t m p t a ，t h ed o s a g eo ft m p t ar e d u c e dt o t h i r do ft h ee d m a ，b u tt h en e t a d s o r p t i o nw a sr a i s e dt o4 1 7 3 i t m o l g t h i sr e s u l ts h o w e dt h a tt m p t a e x h i b i t i n gt h e h i g hc r o s s i n gp r o p e r t i e s t h ef i n a lp o l y m e r sw e r ec h a r a c t e r i z e db ys c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) 、i n f r a r e dr e s o n a n c es p e c t r u m ( q 、e l e m e n ta n a l y s i s ( e a ) 、 t h e r m a l g r a v i t y ( t o ) ，p a r t i c l e s i z ed i s t r i b u t i o no s d ) m e a s u r e m e n t ，r a t i o s u r f a c e a r e a ( r s a ) a n ds oo n f r o mt h er e s u l t ss h o w e db yt h ev a r i o u sm e t h o d s ，t h eg o o d s e l e c t i v i t ya n ds t a b i l i t yo ft h em 口w a st e s t e d a l lt h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em i p s h a d s u c c e s s f u l l yg r a f t e d o ns i l i c o n g e l ，a n dt h e yc o u l dh o p e f u l l ya p p l i e di n c h r o m a t o g r a p h ye s p e c i a l l yi nh p l c p a r tt w o ，t h em i p sw a s m a d eb ys w e l l i n gp o l y m e r i z a t i o n ，u s e dt h e o p h y l l i n ea s t h et e m p l a t e ，t h ep o l y s t y r e n ea st h es e e d t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h es m i ph a dag o o d s e l e c t i v i t yt o w a r d st h et h e o p h y l l i n e ，t h en e ta d s o r p t i o nw a s3 7 6 0 2um o l g ，w h i l et h e n e ta d s o r p t i o nt o w a r d sc a f f e i n ew a s0 t h e nt h em i pa n dn i pw e r ea p p l i e da s s t a t i o n a r yp h a s eo ft h i nl a y e rc h r o m a t o g r a p h yw h i c hs u c c e s s f u l l yr e s o l v et h em a d e t h e o p h y l l i n ea n dc a f f e i n e k e y w o r d s g r a f t i n gp o l y m e r i z a t i o n ，s w e l l i n gp o l y m e r i z a t i o n ，t h i nl a y e r c h r o m a t o g r a p h y i v 中山大学硕士学位论文 第1 章前言 分子烙印技术( m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gt e c h n o l o g y ，m i t ) 是一种具有高度选择性的分 子识别技术，指以一定结构的分子为模板，烙印于高聚物结构中，合成具有分子识别性 的聚合物，因而可根据目标分析物设计合成具有特定选择性的聚合物一分子烙印聚合物 ( m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gp o l y m e r s ， m i p s ) 。由于它分子识别的特殊专一性，近十年来 成为了众多研究学者的热门课题。 1 1 分子烙印的发展回顾 1 9 4 0 年，分子烙印的设想出现。当时，p a u l i n g t l j 在研究免疫学时发现了抗体形成 的一个特点；多点结合的抗体可以由抗原入侵抗体时形成。他设想以抗原为模板重组抗 体多肽链，在抗体中形成与抗原分子互补的空间结构，再以此结构来辨认抗原。这个理 论虽然经后来的科学家证实了是错误的，但这种抗原与抗体的关系却奠定了分子烙印的 理论基础，与今天的模板和分子烙印聚合物的关系较为相似。 二十世纪四十年代一七十年代，分子烙印处于缓慢发展阶段。这段时间分子烙印中 所用的模板基本是金属离子，如在1 9 4 9 年，d i c k e y 2 1 就实现对一种染料在硅胶上的烙 印，但对分子间的作用方式没有完整的阐述。尽管后来有b u s h 3 1 对分子间作用方式进 行了系统的分类和分析，但分子烙印技术仍未引起学术界的关注。 二十世纪七十年代，分子烙印处于崛起的时期。这是由w u l f f 等人利用糖类和氨基 酸衍生物为模板成功制备出分子烙印聚合物用于手性拆分，才真正带动分子烙印技术发 展起来的1 4 j 。 二十世纪九十年代以来，分子烙印得到了蓬勃的发展。1 9 9 7 年成立的分子烙印协会 ( s o c i e t yf o rm o l e c u l a ri m p r i n t i n g ，s m i ) 的统计显示，全世界由瑞典、日本、美国、 德国、中国等十几个国家在进行着m i t 的研究。每年在各科学文献发表的论文呈直线上 升，2 0 0 0 年后，每年有超过1 0 0 篇相关文献发表；而截止2 0 0 4 年底，据s m i 统计，公开 发表的有关m i t 原创性文献1 4 9 6 篇，综述2 7 9 篇( 具体可以看图1 1 ) 【5 】。本课题组从2 0 0 2 年开始也在国家自然科学基金资助下，开始对分子烙印技术进行较为深入的研究。 中山大学硕士学位论文 图1 1 有关分子烙印发表的原创性文献统计 ( 1 、1 9 8 0 年以前发表量；2 、1 9 8 1 1 9 8 9 发表量；3 、1 9 9 0 1 9 9 9 发表量；4 、2 0 0 0 2 0 0 4 发表量- ) f i g1 - 1t h ea m o u n to fo r i g i n a lp a p e r sp u b l i s h e do nm i p s 1 2 分子烙印聚合物的应用 分子烙印聚合物的应用分子烙印聚合物的应用十分广泛，主要可分为三种用途：分 离、检测、模拟( 含催化) 。 在化合物的分离方面，和一般分离方法相比，m i t 更加高效、快速、专一，尤其在 手性分离方面更是显示其较强发展潜力。据统计，现有药物6 0 具有一个或一个以上的 手性中心，而对映体间的药效及对人体影响有很大不同，往往其中一种治疗作用，另一 种没有作用，有的甚至起到相反的作用。因此1 9 9 2 年美国食品和药物管理局规定，今后 含不对称中心的药物要尽量以光学纯给药，如不能以光学纯给药，也必须给出其拆分条 件【6 1 。正因如此，m i t 的在手性拆分中的应用前景更加引人瞩目，据统计现己发表的有 关m i t 的文献中约有一半与手性拆分相关。1 9 7 3 年w u l 阵人己将m i t 法引入手性拆分， 以a d 甘露吡喃糖苷为模板制备m i p 拆分其外消旋体【4 1 ，后经改进达到完全拆分。近年， 台湾有研究组分别以( + ) - 盐酸苯丙醇胺( p h e n y l p r o p a n o l a m i n e ) 为模板制备的m i p 成功 拆分这两者的混合物，以( + ) 盐酸苯丙醇胺为模板的分离因子为1 8 3 8 ，而以( ) 一盐酸苯 丙醇胺为模板制备的m 【p 则是2 1 3 6 ，都达到了很好的分离效果【7 】。其他一些科研组也 利用m i p 作为t l c 、h p l c 固相，实现了手性拆分1 8 , 9 1 。在其它化合物的分离分析方面， s r e e n i v a s n 等利用丙烯酸、n 乙烯基毗啶、h e m a ( 甲基丙烯酸羟乙酯，h y d r o x y e t h y l m e t h a c r y l a t e ) 制得的m i p 对肌酸、肌酸酐进行选择性吸附，其性能较佳，并可多次使用 1 1 0 1 ，后来还通过h e m a 为交联剂制备m i p 对水杨酸及氢化可的松进行选择吸附【“1 。 r a m a n a v i c i e n e a 等以聚吡咯为模板用电化学沉积聚合方法制备了对小牛白血病中的糖 蛋白病毒g p 5 1 有检测能力的m i p ，取得了良好的效果【1 2 l 。s l i n c h e n k oo 等将m i p 薄层在 2 中山大学硕士学位论文 双束d n a 2 ：的识别，后用n m r 和c d 光谱等确认，其厚度以荧光标注的方法测定，结果 显示双束d n a 吸附在m i p 上的量比空白的聚合物多一倍【1 3 】。 分子烙印在物质得分离于分析方面也有很广泛的应用。在以固相萃取、色谱和电泳 为手段的分离中应用广泛，范围涉及氨基酸及其衍生物、核苷酸、多肽、单糖、重金属 离子环境污染物等，特别适用于药物或内源性分子如组织激素等以及医药、食品和环境 分析样品的制备。 首先在固相萃取中，m i p 除了具有高度的选择性和制备简单的优点外，在有机溶剂 中良好的相容性使得在对疏水性物质的分离中具有独特的作用。m i p s 作为固相萃取剂 在尿液或血浆中微量物质的检测中得到广泛的应用。a n d e r s s o n 等合成了系列麻醉剂的 m i p 作为固相萃取物，用于检测人体血浆中含有的麻醉剂( 在p h = 5 情况下) 取得了 良好的效果【1 4 。m i p s 不仅可成功应用于疏水溶剂中，其应用范围也可扩展到水相溶剂 中。例如，e s t e rc a r o a 等在水相中以非共价合成方式合成m i p 固相，将萘磺酸酯从水 相中萃取出来【1 5 】；金属离子镍也被作为模板分子烙印成聚合物充当固相萃取中的填充 料，此m i p 可以将镍离子从水相中检测出来【1 6 l 。m u g ea n d a c 等用悬浮聚合的方法将镉 离子烙印在h e m a - m a c ( n - m e t h a c r y l o l y - ( 1 ) - c y s t e i n e m e t h y l e s t e r ) 上，最后用0 1 m 的硫 脲溶液洗去镉离子，此方法合成的m i p 对人体中的金属致癌物镉有良好的检测能力， 并可重复使用多次【1 7 1 。m i p 作为固相萃取剂的例子还有很多 1 8 , 1 9 l ，不管是在水相中还 是在有机溶剂中都比一般的萃取方法有更强的效果。 在色谱中，m i p 不仅是在比较常用的t l c 上可以起到让人满意的效果。m o s b a c h 等 人 蜘】分别以上，型、d 型苯丙胺酰苯胺为模板分子，制得m i p 薄层色谱手性固定相，成功 用于消旋体的拆分，选择因子d 可达3 5 。r s u e d e e 等人1 2 1 , 2 2 用印记麻黄素的m i p 薄层 色谱用固定相，成功分离了一组肾上腺素药物。在高效液相( h p l c ) 、液质联用 ( l c m s ) 、毛细管电色谱( c a p i l l a r y e l e c t r o n i cc h r o m a t o g r a p h y c e c ) 上的应用上， d a v i da s p i v a k 用十二种含有不同侧链的亚胺化合物作为模板合成了一系列的m i p ，并 运用h p l c 进行分离，证明了空间结构是影响分子烙印能力的重要因素，大的分子制备 的m i p 对大的模板分子的分离效果远大于对小分子的分离效果，相反，小分子制备的 m i p 也只对小分子模板有比较强的分离效果【矧。m u l l e t t 等第一次以戊脉安( v e r a p a m i l ) 为模板，在线联用l c m s 定量地检测生物样品如尿样、血浆中的戊脉安及其代谢物，表 现出良好的线性效果【2 4 1 。分子烙印的另一个重要应用是将它与细管电泳或毛细管电色 3 中山大学硕士学位论文 谱相结合。与h p l c 十h 比，c e c 具有更突出的优点，分离效率l k i - i p l c 高，分析速度快， 分析结果重复性好。随着技术的不断完善，毛细管电色谱有望成为毛细管电泳和h p l c 的完美结合，将成为非常有发展前途的、将高效、高速、高选择性和富集、预浓缩样品 于一身的新型分离技术。利用m i p 进行分离的c e c 分离色谱柱包括主要分成以下类型： 分散聚合在线聚合c e c 柱瞄l ，整体聚合的m i p 多孔填充c e c 柱2 6 1 ，混合丙烯酰胺凝胶的 m i p 填充柱【2 7 1 、m i p j i x c e c 中作为手性添加剂、内壁键合m i p 涂层的开管c e c 柱【2 9 l 。 各种色谱柱均取得良好的分离效果。 m i p 在模拟方面的应用主要有抗体模拟、酶模拟f 催化剂) ，仿生元件，因其具有高 度的识别性，耐高温、高压、抗酸碱及其它化学环境，且有良好的机械强度，耐磨，不 易老化，可反复使用，易制备，因而具有广泛的应用。其中一个很重要的应用是在传感 器上。m 1 p 传感器被认为十分适合应用于高流量筛分系统和毒性评价系统。h u ic h i h u a n g 等将用光引发制各而成的m i p 作为薄层涂覆在电极上，如同生物传感器，用于测 定脉冲电流的测定【3 “。c h i n i i _ 知等结合了纳米技术，制备了c d s c z n s 半导体，并在 这个导体的中心空穴内将不同的模板分子利用4 乙烯基苯和二乙烯乙二醇二甲基丙烯 酸酯作为交联剂合成m i p ，此传感器具备了良好的光激发性，并具有良好的选择性【3 ”。 h o u j i a n gz h o u 等合成了一种对高锰酸钾、多磷酸盐和甲醛等有强烈化学发光现象的m i p 传感器- - c l e n b u t e r o l 传感器，用此方法可以检测细胞中的c l e n b u t e r o l 3 2 1 。y i n c h uc h e n 等合成的一种在4 0 4 n m 荧光下可以发光的m i p ，这种m i p 以聚氨酯( p o l y i 州h e ) 为交联 剂，蒽为模板，涂覆在透明的胶片感光层上的，m i p g 蒽的吸附能力是相应空白吸附能 力的7 倍f 3 3 】。还有赭曲霉素( o c h r a t o x 蛐“3 4 1 、d l 梨醇( s o r b i t 0 1 ) 3 5 瞎化合物的 p s 传感器 的研制均有较深入的研究。可见m i p 在传感器上的应用的广泛度，但目前由于各种条件 的限制，m i p 传感器还处于实验室阶段，商业化市场化的应用尚待发展。 在模拟酶( 催化) 上，和生物酶相比，它具备了更好的物理和化学稳定性、机械稳 定性和热稳定性。目前已经有相当多m i p 用于生物酶催化上的例子：j i t a oh u a n g 等用 m i t 合成了一种含有强亲核能力的4 一( n ，n 二乙基氨基吡啶) 基团代替水解酶蛋白中 的昧唑基团，在水解酶中起到了更好的催化作用p 6 1 ； v i s n j e v s k i a 等在硅胶粒子上 固定地合成了比较了一种对环状的反应( d i e l s a l d e r ) 有类似酶催化剂的m i p ，相对于 没有模板分析的聚合物或单纯的聚合物溶液有明显的单一选择特性，反应常数达到k = 1 1 1 0 - 3s ：将。蒎烯氧化物催化成反香芹醇的一系列酸性m i p 催化剂也有合成， 4 中山大学硕士学位论文 并且产率提高n 4 5 r 3 8 】；另外，由于单体的缺乏，有人用计算机设计的方法，优化单 体地结构合成m i p 催化剂( m i c ) ，在酶转化反应中起脂肪酶的催化作用，同样得到了 满意的效果【3 9 】。但总得来说，m i p 催化剂可加速反应物的合成，改善不太理想的热力学 平衡、去除反应副产物，但在调节酶的活性和稳定性上还需要不断的深入研究。 1 3 分子烙印的基本原理 分子烙印技术属于主客体化学的范畴一主体即分子烙印聚合物，而客体则是模板分 子( 即烙印分子) 。分子烙印技术将目标分子的化学结构及空间结构信息“烙印”于聚 合物上，使所得的聚合物保留了对烙印分子很强的特异选择性，从而可用于分离分析作 用。 分子烙印聚合物的合成有如下三个步骤的： ( 1 ) 在烙印分子与单体间相互作用、自组装形成复合物；( 2 ) ) j 【l p k 交联剂，引发剂等， 使复合物发生交联聚合；( 3 ) 除去烙印分子，从而形成具有特异识别空穴的对烙印分子 有选择性的m i p 。如下图( 图i 2 ) 所示： 图1 - 2 分子烙印聚合物合成过程 f i g1 - 2t h es y n t h e s i sp r o c e s so f m i p 在第一步中，根据摸板分子和功能单体形成复合物时的作用力，可以分为两种方式： 共价方式与非共价方式，又称预组织方式和自组织方式。前者是靠单体和模板的不稳定 的共价键相作用，如酯化法【4 0 l 、希夫碱法【4 1 】、缩酮法 4 2 】等合成带有可解离官能团的聚 合物。后者则是通过单体和模板比较弱的分子问作用力如金属与配体的络合作用、氢键、 静电、脚电子、偶极作用、疏水作用以及范德华力【4 3 i 而形成聚合物的。其中最典型的 是氢键作用。但仅有氢键作用时，由于氢键的饱和性，作用位点少，如果结合了其他作 用力如静电作用力或多个结合点的时候，分离效果可以大大提高f 删。两种类型的聚合 过程见图1 - 3 ( a ，b ) ： f a ) 共价型烙印过程： 5 嗲一 中山大学硕士学位论文 图1 - 3 ( a ) 共价型烙印合成m i p 过程 f i g1 - 3 ( a ) s y n t h e s i so fm i pt h r o u g hc o v a l e n tb i n d i n gw a y ( b ) 非共价型烙印过程： 图1 - 3 ( b ) 非共价型烙印合成m i p 过程 f i g1 - 3 c o ) s y m h e s i so fm i pt h r o u g hn o n - c o v a l c mb i n d i n gw a y 共价型分子烙印过程中，单体与模板分子之间是通过化学键连在一起的，烙印过程 复杂，形成的结构也很稳定，必须采用化学方法除去模板分子，在除去过程中难以控制 条件，常出现无法除去或除去时也破坏了所需要的聚合物；化学反应的可逆性，也使烙 印分子难以洗脱完全，在应用过程中难免有残余烙印分子干扰分析结果。与共价型烙印 相比，非共价型烙印简单易行，模板分子易于除去，是目前广为流行的方法，其分子识 别过程也更接近于天然的分子识别系统，如“抗体抗原”和“酶底物”等。在烙印过 程中还可以同时采用多种单体，以提供多种功能团给模板分子更多的相互作用，产生更 多的识别位点，从而提高分子烙印效果。 1 4 分子烙印聚合物合成体系的组成 一般说来，合成分子烙印聚合物的原料主要有五种：模板分子、功能单体、交联剂、 致孔剂和引发剂；而各种物质又有着不同的种类和用途。 常见的模板分子有蛋白质或氨基酸等生物大分子【4 5 域药物分子以及某些金属离 子化合物【”】。总体上说，以这些为模板是因为它们的结构中含有比较多的活性基团， 心0。 广叭 一 芯 一r 中山大学硕士学位论文 一般来说，活性基团越多，能与模板分子相结合的功能单体的数目也越多，从而合成的 m i p 中会留下更多的识别位点，对底物的选择性和亲和力也相应提高1 4 7 】。 根据合成m i p s 的两种不同方式，把功能单体分为两种：共价键型烙印聚合物功能 单体和非共价键型烙印聚合物的功能单体。共价键型烙印聚合物通常使用的功能单体是 含有乙烯基的硼酸、醛、胺、酚和二醇以及含有硼酸酯的硅烷化合物等。如4 乙烯基 苯硼酸、4 乙烯基苯甲醛、4 一乙烯基苯胺及4 乙烯基苯酚等。非共价型烙印聚合物使用 的单体有丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、4 乙烯基苯甲酸等。最常用的功能单体是a 甲基丙烯酸( m a a ) ，其分子内除具有一个碳碳双键外，还具有一个羧基，可以以离 子键与胺发生作用，也可以以氢键与酰胺、氨基甲酸酯和羧基化合物发生作用。功能单 体的选择与相应的模板分子的性能有关。般的规则是：酸性的模板分子选用碱性的功 能单体，反之，碱性的模本分子则选用酸性的功能单体；在结构上，空间形状尽可能匹 配，并且两者之间存在多个识别位点更好，如氢键、离子键、石叫电荷转移、偶极偶极 以及疏水作用等，识别点越多，所制得的m i p 对目标分子的特异选择性越好，对一般 情况而言，2 到3 个识别位点已经足够了。本研究所选的模板都为碱性的化合物，因而 选用酸性的功能单体一甲基丙基酸进行聚合。 交联剂：交联剂的选择对所制得的m i p 的的机械性能、对模板分子的选择性、柱 容量等也有相当大的影响。通常使用的交联剂有乙二醇二甲基丙烯酸酯( e t h y l e n eg l y c o l d i m e t h a c r y l a t e ，e d m a ) 三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯( t r i m e t h y l o l p r o p a n et r i m e t h a c r y l a t e t r i m ) ，季戊四醇三丙烯酸酯( p e t r a ) ，研究表明，采用三元的交联剂t r i m 制得的 m i p 选择性更好，柱容量更高1 4 ”。 致孔剂( 同时也是溶剂) 的选择与烙印模型有关，共价方式对溶剂极性的要求不高， 只要形成的反应单体能溶于溶剂即可，一般选择强极性溶剂如水和醇等；非共价方式一 般选择低极性溶剂如氯仿、甲苯、环己烷等，对于形成稳定常数足够大的环状离子型氢 键以防止溶剂化作用破坏模板与功能单体间的非共价作用力，也能采用极性较大的溶 剂，如在异丙醇一水为致孔剂，以m a a 为功能单体来烙印戊酰胺【4 9 】。但极性大的会对 反应有一定的影响，它本身的极性基团会与模板分子的相竞争与功能单体反应，尤其在 非共价合成中。总的来说，所用溶剂对烙印分子不但应具有较高的溶解度，最好还能够 促进或至少不干扰烙印分子与功能单体问的相互作用。所以必须根据烙印分子与功能单 体间可能的作用力类型选择适宣的溶剂。本研究采取的都是非共价合成方式，并且选用 7 中山大学硕士学位论文 了氯仿为致孔剂。 1 5 分子烙印的聚合方法 分子烙印聚合物聚合方法研究到至今，根据不同的应用范围，各研究者采用了不同 的聚合方法。 ( 1 ) 本体聚合法( b u mp o l y m e r i z a t i o n ) 这是一种最常用的方法，即先将所有的制备原料封于管中( 充氮除氧) ，热聚合或 光聚合得到呈块状的m i p ，再经反复的研磨和筛分即得。这种合成物通常用于色谱研究。 目前已用于h p l c l 5 叭、t l c 5 1 1 、毛细管凝胶色谱( c a p i l l a r yg e l e l e e t r o p h o r e s i s ，c g e ) 1 5 2 1 、毛细管电泳( c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，c e ) 周1 、手性分离【2 7 2 8 哗方面的研 究中。 本体聚合最大的优点是方法简单，用于优化烙印条件比较方便直接。该方法的缺点 在于所合成的m i p 为块状，要经反复研磨和筛分，不仅费时、费力，产率也低，并且 所得颗粒为无定形，粒径分布较宽，大小不一，用于色谱固定相易造成谱线变宽，柱效 低，拖尾等现象。很多时候它是用作优化条件的一个途径，用于筛选功能单体及交联剂 的种类以及优化各组分的配比。本实验正是通过由本体聚合摸索出来的条件用于其他的 聚合方法，如种子溶胀法和硅胶表面接枝聚合法。 ( 2 ) 种子溶胀聚合法( s e e d - s w e l l i n gp o l y m e r i z a t i o n ) 种子溶胀法制备烙印颗粒指首先于水相中进行乳胶聚合制得一定直径的聚合物粒 子，以此作为溶胀聚合的种子粒子；再将种子粒子分散体系加入到交联剂、功能单体或 添加剂、致孔剂和稳定剂组成的烙印混合物溶液中，在恒定搅拌速度下完成溶胀；然后 加入模板分子在氩气保护和恒速搅拌下引发游离基聚合反应，生成球形烙印聚合物( 以 上过程产生的粒子由被烙印的连续相和线型聚合物组成) 最后将模板分子和线型聚合物 萃取除去即得分子烙印聚合物( 见图1 4 ) ，此法可制得有很大孔体积的多孔穴粒子。 h o s o y a 5 4 1 等人曾采用两步溶胀种子聚合的方法制得了一系列以聚苯乙烯为种子的具有 均匀尺寸( 5 6 u m ) 的球形m i p ，并成功地用于手性拆分。本研究也采用此方法合成了 茶碱的m i p s ，并成功薄层拆分了它和咖啡因的混合物。 中山大学硕士学位论文 e r i z a i o n 桎扳和线性聚合物的除去z x t r a c t io no f t h et e m p l a t en dt h el i n p o z y m e r s 图i - 4 种子溶胀卷备分子烙印聚合物 f i gi - 4 s y n t h e s i s o f m i p t h r o u g h s e e d s w e l l i n g ( 3 ) 表面聚合( s u r f a c ep o l y m e r i z a t i o n ) 表面烙印聚合就是在包围球形微粒的聚合物上形成浅的、二维的分子烙印。早在 1 9 4 9 年d i c k e y 就提出了在硅胶表面进行烙印，但由于当时技术尚未成熟，成功率并不 是很高 2 1 。随着技术的不断发展，表面修饰硅胶的方法也趋于多元化。常用于硅胶表面 修饰的分子烙印聚合物合成方法有：牺牲硅胶骨架法、水解缩聚法、化学气相沉积法和 接枝共聚法口】。 牺牲硅胶骨架法是指在烙印过程完成后，硅胶作为牺牲材私 ( s a c r i f i c i a lm a t e r i a l ) 用氢 氟酸( h r 洗去，其过程可以用图1 5 表示( 见下图) 预聚台 r r e p o l y m e r iz a t i o “ m t x t u r e 以船洗去硅胶 r e m o v 1s i l i c t b y 肝 硅确 i t 组台体 s i l i c 丑稍i p 球形毗p 珠 s l u r r i e d m hb e a d 图i - 5牺牲硅胶骨架法烙印聚合物过程 f i g1 - 5s a c r i f i c es u i c as k e e t o nt op r e p a r el h em i p m a t e r 等利用这个方法，以球形硅胶键合c 4 为载体，制备出了具有多孔结构的球形 9 巾山大学硕士学位论文 m i p 。在整个制备过程中，工艺简单，不需要研磨、筛选或沉降，这样不仅缩短了操作 时间，还使原料利用率大为提高( 到9 0 以上) 。制备的得到的m i p 不仅在颗粒尺寸表 面形貌上显得均匀整齐，可在高效液相色谱( h p l c ) 填料，而且使压降变小、传质效率 提高，从而提高分离塔板数( v ) e p 柱效，各种性能都大大优越于用传统方法制备的m i p ( 一 般以无定形硅胶制备得m i p 容易引起堵塞，填充不均，性能不稳定) 【5 6 】。 水解缩聚法是用某种硅溶胶与金属化合物通过水解缩聚成m i p 。如c i u f f ik a t i a 等( 见图1 6 ) 用金属卟啉( 铁( i i i ) 、锰( i i d 硅溶胶( t e t f p p 、m n t f p p ) ，在氮碱( 吡啶、 咪唑或4 一苯基咪唑) 存在下，以四乙氧基硅( t e o s ) 为模板水解缩聚合成m i p ，通过电镜 图显示此粒子为非结晶构型，铁和硅胶都均匀分布在内，后通过将这两种聚合物在环辛 烯环氧化( 以碘酰苯为氧原子供体) 中起催化剂作用，比较了它们的催化性能，结果显 示以铁卟啉制备的m i p 催化性能要比氧化价态比较低的m n 参与的m i p 强，可以将催 化产率提高到8 5 。m a k o t e 研究小组【5 8 l 在研究溶胶凝胶( s o l g e l ) 作为基质制备的 m i p 对金属离子如c i l 2 + 的吸附作用时，发现以c u 2 + 为模板制备的m i p 对c u 2 + 的选择性 要比对z 2 + 的大，并且验证了由于溶胶一凝胶晶格体系具有疏水性，在提高对目标金属 离子的再识别选择能力上有良好功效。 r 矗 r n r m e “”p ”， 埘i d i n e i i l | i i “k id 0 0 l e z o l ! m 然e p ：一， 图1 - 6 金属卟啉硅溶胶与四乙氧基硅水解缩聚制备m i p s 过程 f i g1 - 6m i p $ p r e p a r a t c db yp o r p h y r i ns i l i c ag e la n dq u a r - e t h o x y ls i l i c ah y d r o s i s 化学气相沉积( c h e m i c a lv a p o rd e p o s i t i o n , c v d ) 是指高温下的气相反应，例如，金属 卤化物、有机金属、碳氢化合物等的热分解，氢还原或使它的混合气体在高温下发生化 学反应以析出金属、氧化物、碳化物等无机材料的方法。它是半导体技术中一种常用的 薄膜生长技术，这种技术使用化学的方法来沉积薄膜。k o d a k a r i 研究小组正是这样以有 1 0 啊 一蛩一 中山大学硕士学位论文 预吸附能力的安息香醛( p r e a d s o r b e db e n z a l d e h y d e ) 为模板，根据安息香醛容易与金 属氧化物s n 0 2 、a 1 2 0 3 、z r 0 2 、t i 0 2 等反应生成安息香酸盐，而安息香酸盐容易与氨气 反应生成氰苯并可以洗去的性质，通过化学气相沉积的方法，将硅醇固定在氧化锡表面 形成m i p ，通过与口一萘甲醛为模板制备的m i p 比较，证实了m i p 的选择筛选能力可 以通过调节模板分子的大小来实现瞄9 1 ( 见图1 - - 7 ) 。 ib n z 1 d 衄“ 99 壶 c q 盘 is j ( 0 胁h h 2 0 9 卜曼显。9 咖燃。- = s 严i 0 。9 望ii ! qi ii 盘 w ( ：。 甲p o h o h c 6u i n6 j j 一j h o 。i 。j j 一 图1 7 以安息香酸阴离子为有机模板在s n 0 2 表面制备硅胶涂层过程 f i g l 一7 b e n z o n i ca n i o na n ds i l i c ag e lc o a t i n go ns n 0 2s u r f a c e 接枝共聚( g r a f l m gp o l y m e r i z a t i o n , g p ) 法是利用硅胶颗粒表面含有活泼自由基团进 行m i p 的薄膜表面接枝技术。利用这项技术可以制备出形状规整、厚度均一的m i p 。 如s u f i t z k y 等【删在硅胶表面键合三一苯基丙氨酰替苯胺的m i p ，制成的硅胶接枝聚合物 薄膜( 平均厚度为0 8 n m ，平均孔径l o n m ) ，在分离烙印对映体苯基丙氨酰替苯胺时显 示了极高的柱效和当量塔板数( n = 7 0 0 m 。1 7 = 2 4 0 0 0 。1 ) 。同时还表明，平均孔径l o o n m ， 薄层厚度3 8 n m m i p 的饱和吸附量远远大于用传统方法制备的块状m i p 的吸附量。在应 用上，也可以显著改善动力学性质、提高柱容量以及传感器相应能力。m a r g a r e t h eb i a l k 等在硅胶薄膜表面接枝聚合m i p ，即将3 甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷即m p s 键合 在硅胶薄膜上( 见图1 8 ) ，再与功能单体与交联剂接枝聚合形成的聚合物的平均厚度 为1 5 r i m ，经研究发现在功能单体和引发剂的转化比较低时，随着聚合时间的推移，聚 合物的厚度变化趋于平稳，引发剂的量对薄膜的影响不大【6 1 】。这种方法不仅使硅胶的 分离效能更加突出，还使m i p 的机械性能大为增强。 1 1 中山大学硕士学位论文 、k 褂 o ：缓 i o 一8 l - o 一 多 # 图1 - 8 3 一甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷接枝成硅胶薄膜过程 其中，( a ) 表示m p s 键合在硅胶表面：( b ) 表示形成的硅胶薄膜 f i g1 - 83 - m e t h y l - - a c r y l a t y l - - p r o p y l - t r i m o t h o x y ls i l i c o n eg r a f t i n gi n t os i l i c am e m b r a n e ( 4 ) 悬浮聚合法( s u s p e n s i o np o l y m e r i z a t i o n ) 悬浮聚合的m i p 通常是被用作高效液相色谱的固定相，可以大大提高它的分离效 能。国内孟子晖【6 2 】等采用悬浮聚合的方法也制备了粒径在5 0 u m 7 0 u m 的m i p 球形颗 粒，用于分离立体异构体，表现出较好的热稳定性和立体选择性。但在悬浮聚合中还存 在不少的问题。如对较疏水的单体，采用悬浮聚合法几乎都是以水或强极性有机溶剂( 如 乙醇1 作分散剂，这种溶剂会与功能单体竞争模板分子，因而与大多数共价和非共价烙 印混合物不能共存。另外，因分散剂大为过量，单体在其中达到饱和会大大降低了功能 单体和模板分子间的相互作用数量和作用强度一酸性单体在水中的高可溶性有可能使 单体和交联网不发生异分子聚合作用，而水溶的模板分子也会由于