（分析化学专业论文）杯芳烃的合成及其色谱应用研究.pdf

摘要 杯芳烃作为一类优秀的超分子受体的代表，近二十多年来，其合成和应用都已得到 迅速的发展。目前已经合成出了4 - 2 0 个苯酚单元所构成的不同环腔尺寸和具有不同取 代基的杯芳烃；它已在配位、催化、萃取、离子载体、分离材料等领域得到了应用，在 色谱中的应用也日益受到关注。本学位论文对杯芳烃的合成、键合硅胶固定相的制备、 表征及色谱性能的评价等作了较为系统的研究，主要包括三方面内容： 1 合成杯芳烃母体及其衍生物，采用红外光谱、热分析和质谱法对其进行表征，用高效 液相色谱的面积归一化法测定其纯度，得到纯度在9 0 以上的对叔丁基杯 4 、6 、8 芳烃和杯【4 、6 、8 芳烃。 2 以t 缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷( k h 5 6 0 ) 为偶联试剂，合成了六种杯芳烃键合 硅胶固定相( c b s 4 、c b s 6 、c b s 8 、d b s 4 、d b s 6 、d b s 8 ) 和对叔丁基苯醚键合硅胶 固定相( p b s ) ，并采用红外光谱、热分析和元素分析法对其进行了表征。 3 考察了六种杯芳烃键合硅胶固定相上的多环芳烃、取代芳烃位置异构体及对乙酰苯 丙烯酸乙酯顺反异构体的液相色谱行为，并与p b s 和o d s ( w 乱e r sx t e r r ar p 1 8 1 上 的色谱行为进行了比较，探讨了可能的分离机理。 关键词：杯芳烃；合成；杯芳烃键合硅胶固定相；高效液相色谱；色谱分离机理 i i a b s t r a c t c a l i x a r e n e s ，a sak i n do fe x c e l l e n tr e p r e s e n t a t i v e so fs u p r a m 0 1 e c u l a rr e c e p t o r s ，h a v eb e e n d e v e l o p e dr 印i d l yi nt h cc a s eo fs ”m e s i sa n da p p l i c a t i o nd u r i n gt h el a s td e c a d e s s of 醯t h e y h a v eb e e ns y 珊他s i z e dw i m 、，a r i o u ss u b s “t u t e dg r o u p sa n dc a v i t y - s i z eo f4 2 0p h e n 0 1u n i 蟾 c a l i x a 砌sh a v eb e e nu t i l i z e di nf i e l d so fc o m p l e x a t i o n ，c a t a l y s i s ，e x t r a c t i o n ，i o n 叩h o r ea 1 1 d s oo n r e c e n n y t 1 1 e i r 印p i i c a t i o n si n 廿l e 矗e l do fc l l r o m a t o 伊a p h ya r eb e c 锄i n gi n c r e a s i n g l y a t 咖t e da n e n t i o n i nt t l i sd i s s e r t a t i o ms y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z “i o no fc a i i x a r e n e sa 1 1 d c a l i x a r i e n e _ b o n d e ds i l i c ag e ls t a t i o n a r yp l l a s ew e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y t h em a i nc o n t e n t s a r e8 sl b l l o w ： 1 c a l 讧a r e n e sa 1 1 dm e i rd 喇v a t i v e sw e r es ”t 1 1 e s i z e d 1 1 1 e i rs 锄c t u 陀s ，e r ec h 锄c t c r i z e db y i 皿鹏ds p e c t r o s c o p y ，m e m l a la i l a l y s i s 柚dm a s ss p e c 咖e t r y t h c i rp 面t i e sw e r e d e t e c t e db yh p l cw i t hm o r cm a i l9 0 2 s i xc a l i x a r e n c - b o n d e ds i l i c ag e ls t a t i o n a r yp h a s e s ( c b s 4 ，c b s 6 ，c b s 8 ，d b s 4 ，d b s 6a n d d b s 8 ) a n dp - t c r t b m y l p h e i l y l e t h e r b o n d e d s i l i c a g e ls t a t i o n 甜yp h a s e ( p b s ) w e f e p r e p a r e db y 丫9 1 y c i d o x y p r o p y l t r i m e t l l o x y s i l a n e ( k h 一5 6 0 ) a sc o u p l i n ga g e r n t h e s e s 诅t i o n a r yp h a s e sw e r ec h a r a c t c r i z c db yi n f 缸e ds p e c t r o s c o p y ，e l e m e n t a la r i “y s i sa n d t h e n n a la n a l y s i s 3 t h ec h r o m a t o g r 印h i cb e h a v i o r so fp o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s 口a h s ) ，p o s i t i o r l a l i s o m e r so fs u b s t i t u t e da r o m a t i ch y d m c a r b o n s ，a i l d ( e ) - a n d ( z ) - e t h y l3 ( 4 - a c e t y l p h e n y l ) a c r y l a t eo nt h es i xc a l i x a r e n e - b o n d e ds i l i c ag e ls t a t i o n a r yp h a s e sw a sd e s c r i b e d t h e s e r e s u i t sw e r cc o m p a r e dw i mt h ee l u t i o np a t t e m so np b sa 1 1 d0 d s ( w 缸e r s e r r ar p 一1 8 ) c 0 1 u m t l s t h ep o s s i b l es e p a r a t i o nm e c h a l l i s ma l s oh a 8b e e ni n v e s t i g a t e d k e y w o r d s ：c a l i x a r e n e s ；s y n t h e s i s ；c a l j x a r e n e _ b o n d e ds i l i c ag e ls t a t i o n a r yp h a s e s ；h i g h p c r f o 玎n a n c e 】j q u i dc h r o m a t o g r a p h y ；s e p 砌t i o nm e c h a n i s m i i i 郑重声明 y9 7 8 0 5 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽 窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由 此产生的一切法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ： 丁呈竿 2 0 0 6 年4 月3 0 日 郑州大学硕士学位论文 第一章杯芳烃的合成与其色谱应用进展 1 1 前言 杯 n 芳烃( c a l i x 【n a r e n e ) 是由苯酚单元通过亚甲基在羟基的邻位桥联而形成的一类 环状低聚物，因其分子的形状酷似希腊圣杯( c a l i x c r a t e r ) 而得名“。杯芳烃的命名方式习 惯上将苯酚上的取代基放在c a l i x a r e n c 的前面，组成苯酚环的单元结构数夹在c a l i x 和 a r c n c 之间，如对叔丁基杯 4 】芳烃为p t e n - b u t y l 一c a l i x 【4 】a r e n e 。杯芳烃具有圆锥形内腔， 与冠醚和环糊精一样可以作为分子接受体。与环糊精形成配合物的客体为非离子型分 子，与冠醚形成配合物的客体为离子型化合物，杯芳烃的杯状结构底部紧密而有规律的 排列着几个亲水酚羟基，而杯状结构的上缘是具有疏水亲油性质的叔丁基，所以杯芳烃 既可以输送阳离子，又能与中性分子形成配合物，因此它几乎是冠醚和环糊精的结合体， 集两者之长，是超分子化学中第三代主体分子的杰出代表【2 1 。杯芳烃与冠醚和环糊精相 比，具有以下特征： ( 1 ) 易于化学改性，是理想的分子平台。可以通过许多种途径得到各种性质的新型杯 芳烃，即杯芳烃上缘( u p p e rr i m ) 的叔丁基、下缘( 1 0 w e rr i m ) 的酚羟基以及苯酚环之间的桥 联亚甲基( 一c h 2 一) 甚至杯芳烃主体苯环，皆可进行衍生功能化，得到诸如对位取代的含烷 基氨、磺酸基、羧基的水溶性杯芳烃，下缘酚羟基衍生的杯芳烃的酯、酮、氨代物、杯 芳冠醚等，亚甲基被取代的硫杂、氧杂杯芳烃以及杯芳烃的主体苯环被吡咯、呋喃、噻 吩、吲哚等取代的杯杂芳烃衍生物。这不仅能改善杯芳烃自身水溶性差、熔点高等不足， 而且能增强其络合能力。 ( 2 ) 具有较高的热稳定性。母体杯芳烃的熔点很高，如对叔丁基杯 8 】芳烃的熔点高 达4 0 0 以上。 ( 3 ) 具有良好的化学稳定性。 ( 4 ) 具有可控制调节的空腔大小及多种构象。即其空腔的大小可以按照不同客体的要 求来改变，可以通过引入适当取代基而固定所需的构型。 ( 5 ) 具有优秀的分子识别能力。即具有与离子及中性分子选择性络合的能力。 ( 6 ) 其母体易于合成，原料价廉易得。 ( 7 ) 对人体和环境毒害性小。 郑州大学硕十学位论文 1 2 杯芳烃及其衍生物的合成 尽管杯芳烃的历史可以追溯到1 8 7 2 年德国化学家b a e y e r 等【3 1 的工作，但是真正的 进展是从2 0 世纪7 0 年代后期美国化学家g u t s c h e 等 1 1 发展了这一类化合物的新合成方 法开始的。近二十多年来，杯芳烃化学得到了迅速的发展，在对客体分子的识别过程中， 杯芳烃具有较多的可选择因素：( 1 ) 空腔大小。目前己合成了4 2 0 个苯酚单元所构成的 不同环腔尺寸的杯芳烃【4 】。f 2 ) 构象。通过控制不同的反应条件及引入合适的取代基，可 固定所需构象吼如杯 4 】芳烃有四种典型构象：杯型：部分杯型；1 ，2 交替型6 l ；1 ，3 - 交 替型【”，在一定条件下这四种构型可以发生相互转变，关于杯 4 】芳烃的构像转换机理李 勇等【s j 曾经做过综述。( 3 ) 取代基。杯芳烃上缘的苯环对位、下缘的酚羟基、酚间位以及 连接苯酚单元的亚甲基甚至苯环骨架都能进行各种选择性功能化，得到不同衍生物。 1 2 1 杯芳烃母体的合成 1 2 1 1 一步合成法： 一步合成法是常用的合成方法，即用酚类化合物与甲醛( 或其他醛) 的水溶液在酸或 者碱催化下合成杯芳烃( 图1 1 ) 。该法最初是由z i l l l ( e 等发现，后来被g u t s c h e 等改进和完 善9 1 。到目前合成具有四、六、八个对叔丁基苯酚单元的杯芳烃反应已经相当成熟了。 豳1 1 反应条件决定杯芳烃的形成。形成四聚体、八聚体时，每1 m 0 1 对叔丁基苯酚大约 需o 0 3 m o l 氢氧化钠，四聚回流( 二苯醚) 的温度比八聚回流( 二甲苯) 的高。用较大数量的 碱( o 4 m o l 氢氧化钾m o l 对叔丁基苯酚) 可形成六聚体。其特点为一步合成，偶数杯芳烃 产率较高，但是奇数杯芳烃合成产率较低，并且反应过程复杂，适应性差，母体框架比 较固定。目前，杯芳烃的主要研究和应用领域是基于此基础的。 也有利用较为复杂的原料来合成杯芳烃，例如用含有二苯酚结构的物质来合成杯芳 烃i l “”1 ( 图1 2 一1 4 ) ，这样可使桥联基团多样性。 。 不 n 郑州大学硕士学位论文 i 割1 2 +nho 图1 4 另类间苯二酚杯芳烃( c a l i x r e s o r c i n a r e n e ) 常采用间苯二酚与醛在无机酸如盐 酸或l e w i s 酸催化下一步法直接合成( 图1 5 ) ，且能得到较好的收率“。 图1 5 间苯二酚杯芳烃 。h 天 。忿。等 v 7 郑州大学硕士学位论文 1 2 1 2 逐步合成法 由于一步法合成的杯芳烃母体框架比较固定，适应性差，逐步法( 图1 6 ) 则克服了这 种局限，可以根据不同的目的合成具有各种取代基和环腔尺寸的的杯芳烃，这使得在杯芳 烃多种识别的研究上可以做更进一步的工作。h a y e s 和h u n t e r 【1 8 】首次用逐步法合成了杯 芳烃，德国化学家b j h m e r 对该方法进行了改进。逐步法的适应性较广，理论上可以合 成具有各种取代基和不同环腔尺寸的杯芳烃，但由于合成步骤过于复杂，总产率不高。 x 图1 6 图中r 为r l 、r 2 、r 3 r 。等各种不同的取代基团 1 2 2 杯芳烃衍生物的合成 由于杯芳烃的独特结构，已成为超分子领域的研究热点。在母体杯芳烃上进一步修 饰将增强和扩展杯芳烃的性质，从杯芳烃的结构看，有以下几个位置可以修饰：上缘、 下缘、酚间位、苯环骨架和桥联亚甲基。如图1 ，7 所示 陶1 7 郑州大学硕士学位论文 1 2 2 1 手性杯芳烃的合成 杯芳烃本身不具有手性，因此手性杯芳烃的合成一直是杯芳烃化学中研究的重要课 题。合成手性杯芳烃主要有两种方法：是直接在杯芳烃母体上引入手性基团。s h i l l l ( a i 等在1 9 8 7 年利用这种方法合成了一系列下端连有烷基的手性杯芳烃【2 0 1 ：在杯芳烃母体 上引入氨基酸弘3 2 1 或其他手性化合物盼5 州已被广泛采用。二是通过化学修饰，破坏杯芳 烃的对称性，使其本身具有手性，通常把这种杯芳烃叫做固有手性杯芳烃。g u t s c h e 【5 5 】、 v e r b o o m 【5 6 】等用杯 4 芳烃合成了一系列间位连有酯基、巯基、硝基等的固有手性杯 4 】 芳烃，开辟了在间位取代得到固有手性杯芳烃的新方法；通过修饰上毗啶f 5 7 】、冠醚5 8 侧、 呋喃“、喹啉6 2 1 及其他基团1 6 3 。7 0 来破坏杯芳烃对称性的方法已经合成了很多固有手性杯 芳烃。此外，利用分子间力将多个杯芳烃分子组合成螺旋状聚集体，也可得到超分子手 性杯芳烃。1 9 9 6 年，g r ) m s z p 趾等合成了手性螺旋二烯杯 5 】芳烃；z h o n g 等7 2 1 在杯芳 烃的下缘桥联杯 4 】芳烃和二杯 4 】芳烃而合成多重杯芳烃分子受体；b u d k a 等人f 例合成 了分子中带有两个寡糖取代基的新型手性杯 4 】芳烃。g a e t a 等7 4 j 在三甲基苯胺三溴化合 物和饱和碳酸氢钠溶液中，通过处理1 ，5 二羟基己烷氧杯【8 芳烃或三丙烷氧杯【4 】芳烃 而首例合成跨环螺旋二烯酮杯芳烃。郑炎松等曾对手性杯芳烃的合成及性质进行了综 述，在此不再赘述。 1 2 2 2 其他类杯芳烃的合成 随着主客体化学从单点识别发展到多重识别并正向不对称性识别方向发展【7 叫，杯芳 烃的合成正向着功能化方向发展【7 。目前杯芳烃研究领域中一个新的方向是对杯芳烃的 骨架实旋改变，包括用某些杂环化合物代替苯环而形成的杯杂芳烃( 如杯吡咯、杯呋喃、 杯噻吩、杯吲哚等) ，或用杂原子s 、n 、p 、0 或含杂原子的基团代替桥联亚甲基而形 成的杂杯芳烃。 g e o r g h i o u 掣7 8 1 合成了羟基在外侧且类似于杯间苯二酚结构的杯【4 萘酚，萘环的导 入既增加了电子共轭的离域程度，又扩展了空穴尺寸，同时多个取代基的引入有利于改 善杯萘酚的性质，对于分子识别具有重要的意义；f a yd o d d s 掣7 9 1 利用l ，5 一二氨基萘与 【c l p ( “一n b u ) 】2 作用生成一种类似杯芳烃的化合物，发现它的锥形空间排列以及它内部 的疏水空腔非常类似于杯芳烃的结构，并预见了此类化合物在主客体化学方面将会有很 好的发展前景。s e s s l e r l 8 0 1 分别用含有取代基的吡咯与各种酮类物质( 包括芳酮) 进行缩合 反应，合成了2 0 余种功能化的杯 4 】吡咯。这些母体带有亚氨基的大环化合物赋予了该 郑州大学硕士学位论文 类物质特殊的功能，它可以通过多个吡咯单元的- n h 基团与底物形成多氢键的作用，可 以作为阴离子、中性分子或带电荷的材料( 如d n a ) 识别的主体分子，特别对于生理过程 中起着重要作用的阴离子的分子识别具有极其重要的意义。 i k i 等【8 1 8 4 】采用一步法合成了硫杂杯【4 】芳烃，并选择性的把其中一个桥联硫氧化为 硫酰基；l a l l g 等【8 5 】合成了四乙基硫杂杯芳烃，并把它与亚甲基桥联的杯芳烃进行了比 较；褚惠虹等【8 q 合成了1 2 种硫杂杯芳烃，其中8 种是迄今尚未见报道的新化合物，并研 究了它们与各种软酸类金属的分子识别作用，以寻求它们在排除有毒重金属离子、回收 贵重金属、稀有金属及酶催化等方面的应用：t 嬲t 埘等合成了硫杂杯【4 枝状芳烃， 为杯芳烃的枝状结构的发展迈出了第一步；胡晓钧等【88 】曾对硫杂杯芳烃及其衍生物的合 成与应用进行了综述。 杯芳烃苯环上引入偶氮基团的偶氮杯芳烃，它兼有杯芳烃和偶氮化合物的优点，既能 选择性地萃取金属离子又有明显的颜色变化，既能键合阳离子又有明显的吸收光谱或荧 光光谱的变化，这在传统的光分析及现代的分子识别光学传感中都极为重要。d e l i 酌z 等8 9 母习合成了一系列新型偶氮杯【4 、6 】芳烃，并考察了p h 值和溶剂对这些偶氮杯芳烃 吸收光谱的影响：黄章杰等【9 3 】合成了一种新的杂环偶氮类显色剂8 f 杯( 4 ) 芳烃偶氮】氨基 喹啉，研究了它与金的显色反应的适易条件并用于金矿石中微量金的测定；王腾风等州】 以丁醛的杯【4 间苯二酚芳烃母体为起始原料，经过重氮偶合、酰氯化、酯化三步合成了 新型的带荧光基团蒽的偶氮双酚类杯芳烃；傅崇岗等1 9 5 啪】先后合成了对磺酸基苯和羧基 苯偶氮杯芳烃，并用吸收光谱表征了其性质。 1 3 杯芳烃在色谱领域中的应用 作为一类优秀的超分子受体的代表，杯芳烃及其衍生物在色谱分离和分析中的应用 受到越来越广泛的关注。色谱分离的核心是固定相、流动相与被分离组分间的相互作用， 尽管影响因素众多，但分离效果与固定相、流动相对被分离溶质的识别及形成的超分子 的稳定性差异有关，杯芳烃的结构特点使其具有良好的分子识别功能，它在色谱领域将 有良好的应用前景。 1 3 1 气相色谱( g c ) 中的应用 气相色谱特别是毛细管气相色谱以其高灵敏度、高选择性、高柱效、重复性好和操 作简便等特点，在石油、化工、环保、食品、医药、法检、临床和天然产物分析中，扮 - 6 - 郑州大学硕士学位论文 演着非常重要的角色，成为分离复杂样品的一项重要技术。随着科技的发展，不断出现 各种高沸点复杂混合物，特别沸点相近、结构和性质相似的位置异构体和光学异构体 的分离，这就要求合成和研究新的热稳定性好和选择性高的固定相嗍，杯芳烃的特征比 较符合这种要求。 1 9 8 3 年m a l l g i a 首次报道对叔丁基杯 8 芳烃涂于硅烷化的红色硅藻土上作气相色谱 固定相，成功地实现了醇类、氯代烃和芳香烃的分离f 】恻；结果表明杯芳烃的自由羟基 是影响色谱性能的重要因素。p e 仃等将对叔丁基杯 4 芳烃涂于硅烷化的硅藻土上作气相 色谱固定相，以气相色谱的定量结构保留关系为辅助手段，对杯芳烃与醇类、烷烃、 氯代烃及低烷基取代苯等物质的选择性包结特性作了研究1 0 1 1 1 0 2 ；得出影响包结作用的 主要因素是主客体之间的舯r 作用，这也为杯芳烃包结物性质的研究提供了一种新的研 究方法。g r o s s 等【1 0 3 】用带长烷基链的杯【8 】芳烃作为g c 中的选择剂分离了二取代苯和多 环芳烃。p a r k 【1 0 4 。0 6 1 制各了杯芳烃衍生物聚硅氧烷固定相，用于分离位置异构体，并讨 论了可能的分离机理。国内武汉大学吴采樱【1 0 7 m 3 1 、曾昭睿1 2 4 _ 1 2 7 】等以杯【4 芳烃衍生物 和有机硅氧烷交联聚合后作毛细管气相色谱固定相，克服了小分子杯芳烃成膜性差、熔 点高和难溶等缺点，成功地分离了醇类、卤代烃及芳香族化合物，并研究了其热力学特 性，探讨了分离机理。粟学俐等【l ”】对杯芳烃聚硅氢烷固定相的色谱性能进行了研究， 结果表明，它们都具有较高的柱效；随后又对其相变温度进行了测定，发现其相变温度较 高，热稳定性较好，可在高温下使用【1 2 9 1 。 傅若农等【1 3 0 1 3 1 谰芳羧酸酯液晶和戊基苯基 间苯二酚 4 】芳烃组成混合固定相，分离了烷烃异构体及二取代苯位置异构体，同时发现 了芳羧酸酯液晶和杯芳烃之间存在协同效应，为发展新的色谱固定相指明了方向。由于 杯芳烃具有立体构象，对位不同的取代基可使其具有多个手性中心，加之耐温性又好， 在发展手性固定相方面应颇具潜力，为开发手性杯芳烃固定相提供了新的思路。近年来 手性化合物的分离已成为色谱研究领域的热点问题，p f e i m r 【”2 】等通过缬氨酸酰化的间 苯二酚杯 4 】芳烃与二甲基聚硅氧烷键合作为g c 固定相，成功分离了多种手性氨基酸异 构体。i k i 等阢8 3 1 把合成的手性硫杂杯芳烃涂敷在硅藻土( 0 v - 1 7 ) 上作为毛细管气相色谱 固定相来分离手性氨基酸及手性的胺、醇衍生物，达到良好的分离效果。 1 3 2 液相色谱( l c ) 中的应用 杯芳烃最初是作为流动相的添加剂而用于液相色谱的，但是由于杯芳烃本身在紫外 区域的强烈吸收降低了紫外检测的灵敏度，同时由于合成杯芳烃添加剂的产率低，分离 7 郑州大学硕士学位论文 纯化难度大以及它在一般溶剂中的溶解度差等多方面的制约因素，使这类应用受到了限 制。为了克服这些制约因素，发展杯芳烃的化学键合固定相才是有效的应用途径。 g 1 e n n o n 等l 在1 9 9 3 年首次制各了酯化杯 4 、6 】芳烃键合硅胶固定相，研究了该 固定相对碱金属离子的选择性。次年，又用酯化杯【4 】芳烃键合硅胶固定相分离了碱金属 离子合几种氨基酸酯1 1 34 1 ，获得了令人满意的结果。1 9 9 6 年，该研究小组又通过一系列 的反应先将对烯丙基杯 4 】芳烃酯转变为对应的酰胺，再制备酰胺化杯【4 】芳烃键合硅胶 固定相，研究了碱金属离子、碱土金属离子以及氨基酸酯的色谱行为l 卯。随后采用2 9 s i 和1 3 c 固体核磁共振技术( s o l i d s 诅t en m r ) 表征了上述固定相的结构【13 6 1 。h e a l y 等【1 3 7 】 制备了l 麻黄索全取代杯 4 】芳烃键合硅胶固定相，成功的分离( r s ) 1 苯基2 ，2 ，2 三氟 乙醇，这为发展手性杯芳烃键合硅胶固定相提供了可借鉴的经验。 1 9 9 5 年，鼬a u s s 研究小组基于专利技术制备了种含有短的亲水间隔基的对叔丁 基杯 4 芳烃键合硅胶固定相，考察了硝基苯胺位置异构体和核苷的保留行为 1 3 8 。1 9 9 8 年他们比较了二取代苯位置异构体、碱基、雌二醇立体异构体在o d s 、环糊精( 、p 、 y c d ) 和杯【4 、6 、8 芳烃键合硅胶固定相上的色谱行为，发现杯芳烃键合硅胶固定相对 这几类溶质显示出良好的分离选择性 1 3 9 】。随后还研究了低温条件下( 5 0 c ) 各种氨基酸的 顺反异构体在杯 4 、6 、8 】芳烃键合硅胶固定相上的保留行为，并与o d s 、y 环糊精和对 一叔丁基苯氧乙酰键合硅胶固定相上的分离结果进行了比较【1 4 。 u n g a r o 等1 1 4 lj 采用硅氢加成反应制备了1 ，3 一交替杯【4 】芳烃冠醚5 和6 键合硅胶固定 相，发现两固定相分别对k + 和c s + 有较高的分离选择性。p a r k 等【1 4 2 1 制备了磺酸基杯【6 1 芳烃键合硅胶固定相，考察了二取代苯位置异构体的保留行为后发现含有极性基团( 如 - n h 2 、- n 0 2 、一o h 等) 的溶质分离选择性明显优于含非极性基团如( c h 3 ) 的溶质，这是 因为极性基团易于磺酸基杯芳烃发生偶极一偶极作用和氢键作用，有助于形成主客体包 结物，从而提高了分离选择性。同年，o h t o 等【1 4 3 1 将杯【4 】芳烃碳酸酯键合到聚丙烯酰树 脂上，发现该固定相在大量z n 2 + 存在下仍对p b 2 + 显出很高的分离选择性。s e s s l e r 等1 4 4 1 制备了一种杯 4 】口 e 咯键合硅胶固定相并成功分离了多氟联苯和n 一保护氨基酸。k a t z 等 ”4 卅报道了一种将杯 4 芳烃直接键合到硅胶表面的一步法，简化了制备过程。m a i c r 等1 4 6 】 制备了两种新型脲联金鸡纳杯芳烃杂合型键合硅胶固定相，考察了其对链状和环状氨 基酸的手性识别能力，研究了氢键作用对立体选择性的贡献。 2 0 0 0 年j i r a 研究小组i ”7 j 采用c a l t r e x 杯芳烃专利柱( 德国产) ，以苯酚、烷基取代芳 香族化合物、多环芳烃、苯甲酸酯、巴比妥酸衍生物及黄嘌呤衍生物为分析样品，研究 郑州大学硕士学位论文 了杯【4 、6 、8 】芳烃和对叔丁基杯【4 、6 、8 】芳烃键合硅胶固定相的色谱性能。2 0 0 2 年他 们又用上述6 种杯芳烃键合硅胶固定相和间苯二酚杯【4 】芳烃键合硅胶固定相分别分离 了三种硫杂葸f 氟哌噻吨、氯哌噻吨和氯普噻吨) 抗精神病药物和多虑平抗抑郁药物的顺 反异构体，发现杯芳烃和问苯二酚杯【4 】芳烃键合硅胶固定相对药物的顺反异构体具有不 同的分离选择性【1 4 引。次年，他们采用评价传统o d s 固定相的方法评价了上述固定相的 疏水性和立体选择性，结果表明，杯芳烃固定相的疏水保留因子( k h v d ) 、疏水选择因子 ( n h v d ) 和立体选择因子0 。r ) 虽然都低于o d s ，但前者对多种溶质却表现出更好的分离选 择性，尤其是立体选择性【1 4 9 1 。 j a s z c z 0 1 t 等1 5 0 1 5 2 1 先后制备了两种杯【4 芳烃衍生物键合硅胶固定相，考察了取代芳 烃位置异构体在其上的色谱行为，并应用于嘌呤、嘧啶碱基和非甾族消炎药的分离。 g e z i c i 等【”那合成了对叔丁基杯【4 】芳烃二腈基键合氨丙基硅胶固定相，对碱基、苯和取 代苯具有很好的分离能力，他们认为是极性较大的腈基起了促进作用。h u a i 等【l ”j 制各 了对叔丁基杯【4 】芳烃键合硅胶固定相，并用三甲基氯硅烷对其进行封尾处理；随后采用 线性溶剂化能量关系( l s e r s ) 考察了对叔丁基杯【4 】芳烃键合硅胶固定相与其他三种反相 键合硅胶固定相之间的异同之处，发现溶质在对叔丁基杯【4 】芳烃键合硅胶固定相上的保 留值与溶质的尺寸大小密切相关，并且主要是依据分配机理进行分离的 ”。 在国内，武汉大学的冯钰镝、达世禄课题组【”6 】在1 9 9 8 年以y f 环氧丙氧) 丙基三乙 氧基硅烷为偶联剂，用高氯酸为催化剂制备了对叔丁基杯 6 】芳烃键合硅胶固定相，其键 合量和柱效较低，对多环芳烃、二取代苯位置异构体和核苷的分离，取得了一定的进展。 此后又制备了含酰胺基对叔丁基杯 4 、6 、8 】芳烃键合硅胶固定相1 1 5 7 1 60 1 ，系统研究了多 环芳烃、二取代苯位置异构体、核苷及碱基和喹诺酮类药物的色谱性能，并与o d s 键 合相的色谱性能进行比较，结果表明，杯芳烃键合相的色谱性能呈现出明显优势。冯钰 铸等【1 6 1 1 采用2 9 s i 和1 3 c 固体核磁共振技术( s o l i d s 诅t en m r ) 对杯 4 】芳烃键合硅胶固定相 作了详尽表征。2 0 0 4 年，他们使用碱性催化剂和相转移催化剂制备了对叔丁基杯4 、6 、 8 】芳烃和对叔丁基杯 6 】芳烃一1 ，4 一苯并冠一4 一键合硅胶固定相，并考查了多环芳烃、取代 芳烃位置异构体、核苷、碱基、水溶性维生素以及激素类和磺胺类药物在这些固定相上 的色谱行为。通过比较发现在碱催化条件下，键台量和柱效比在酸催化条件下有所增加 1 6 2 m ”。2 0 0 5 年，冯钰铸等7 2 1 对杯芳烃在色谱中的应用进行了综述，指出了存在的问 题和发展的方向。陈立仁课题组【 3 1 7 5 1 通过氨丙基三乙基硅烷作偶联剂，先后制备了对一 叔丁基杯【4 、6 、8 】芳烃键合硅胶固定相，因其键合量和柱效不高，应用受到了限制；于 o 郑州大学硕士学位论文 2 0 0 4 年又制备了新型杯 4 】芳烃巯丙基键合硅胶固定相，柱效可达2 8 0 0 0 ，m ”j 。 目前高效液相色谱( h p l c ) 所采用的分离介质以经化学改性的多孔球形硅胶为主 1 7 7 1 ，要在这些传统的多孔介质上进一步提高h p l c 的柱效和分离速度，将受到固定相 传质阻力和色谱柱压降的限制。为了克服传统色谱分离介质的不足，人们相继开发出了 无孔固定相、灌注色谱固定相【”8 1 、连续床固定相等分离介质。连续床固定相是指采用 原位聚合方法制备的色谱固定相。连续床固定相中含有许多大孔，形成孔穴网络，具有 很好的渗透性，对流动相的阻力较小，有利于大幅度提高流动相流速。同时可通过一些 后续处理使材料具有中孔结构，增大柱容量。h p l c 中连续床固定相用于分析试样时， 试样通过对流传质与固定相作用。由于对流传质速度快，试样在流动相与固定相间快速 分配，因此流动相流速的提高并不降低柱效，可实现快速分析。施治国等【1 7 9 j 评述了连 续床固定相制备技术的进展。虽然至今还未见到关于杯芳烃连续床固定相制备及应用的 报道，但是它不失为一个发展色谱技术的新方向。 1 3 3 毛细管电泳( c e ) 中的应用 杯芳烃作为第三代超分子化合物的杰出代表，在气相色谱和高效液相色谱分离方面 所表现出来的特有选择性已广为人知，现在人们开始把杯芳烃的应用范围扩展到毛细管 电泳中，利用它对不同客体包结能力的不同来控制涂层、缓冲溶液与分析物之间的相互 作用，从而实现良好的分离。 1 9 9 4 年s h o h a t 等【1 8 0 j 首次报道了将磺酸化的杯【6 】芳烃添加到毛细管电泳缓冲液中， 成功地分离了氯苯、苯二酚等位置异构体，同时发现这主要是磺化杯 6 】芳烃与被分离的 物质形成了包结物而有利于分离。随后w 眦l e 一1 8 1 ，1 8 2 1 合成了水溶性手性杯【4 、6 芳烃氨 基酸衍生物，用作c e 添加剂，使联萘酚衍生物、心得安和萘乙基异氰酸酯等对映异构 体得到基线分离。s u n 等【1 8 3 采用对一( 羟乙基) 杯 n 】芳烃( n = 4 8 ) 作为毛细管电泳缓冲液的 添加剂，用于分离多环芳烃以及极性取代的多环芳烃化合物，发现杯芳烃的空穴的大小 和形状对包结作用有重要的影响，同时发现对一( 羟乙基) 杯 7 芳烃能提供最好的分离效率 ( 大于1 0 5 塔板m ) 。程介克等【1 9 4 ，1 8 5 1 报道了杯【4 】芳烃在毛细管电泳中的应用，合成了水溶 性的磺化杯【4 】芳烃，并把它作为毛细管电泳添加剂来分离硝基苯酚、苯二酚、氨基苯酚 位置异构体，分离效率达到3 o 1 0 5 塔板m ，同时发现磺化杯 4 】芳烃的浓度对分离有较 大的影响，当磺化杯【4 】芳烃的浓度为3 m m o l 几时，硝基苯酚三种异构体可以达到基线 分离。t a l l a k a 掣1 86 】用磺化杯 6 】芳烃作添加剂以毛细管区带电泳质谱联用法同时分离阳 郑州大学硕士学位论文 离子、中性离子和阴离子混合物，并与十二烷基磺酸钠( s d s ) 、磺酸丁醚环糊精( s b e c d ) 作添加剂时的分离行为进行了比较。l u 等【1 8 7 1 把荧光配体罗丹明- b 衍生到磺化杯【6 】芳烃 上应用于毛细管电泳微芯片技术。g u t i e r r e z 等【1 8 8 1 以磺化杯【4 】芳烃作为有机改性剂用于 毛细管离子电泳( c i e ) 中，测定雪水中的痕量无机阴离子，可达较高的( 皮克级) 灵敏度。 吴新杰【1 8 9 1 研究了磺基杯【6 】芳烃在毛细管电泳分离联萘酚手性对映体中的应用，在优化 条件下，联萘酚的两种手性对映体可达到基线分离。j i r a 等【1 9 0 1 采用非水毛细管电泳法 ( n a c e ) ，以5 种酸性杯【4 】芳烃衍生物和间苯二酚杯 4 】芳烃为添加剂，测定三种噻吨( 氟 哌噻吨、氯哌噻吨和氯普噻吨) 和多虑平的顺反异构体，使这四对异构体在1 3 m i n 内同 时得到良好分离。用紫外检测器检测时，由于杯芳烃强烈的紫外吸收而要求杯芳烃浓度 很低，y 缸g 等【1 9 1 】用电化学检测器代替紫外检测器在c e 上使用，成功检测到了对位取 代的杯 4 】芳烃季氨盐对苯二酚位置异构体的分离，并用分子模型法讨论了添加剂与溶质 之间的作用机理。 加入添加剂的优点是操作方便，缺点是试剂用量大，而且背景吸收强，所以应用受 到了一定的限制。为了解决这些问题，1 9 9 8 年，g r a d y 等【1 9 2 】以手性杯【4 】芳烃衍生物涂 层柱，在c e 上用荧光淬灭法分离了苯甘胺酸对映异构体，发现( r ) 。苯甘胺酸与手性杯 芳烃的作用比与( s ) 苯甘胺酸的强。陈义【1 9 3 邶6 1 和我们【1 9 7 】课题组通过化学键合的方法制 备了杯芳烃涂层柱，发现杯芳烃涂层柱能提高电渗对径向电场的响应能力，利用这种涂 层效应有可能实现较高p h 值下电渗的电场调控，对其电泳性能进行考察，并用于单胺 类神经递质的分离，获得了比较满意的结果，为杯芳烃及其衍生物在c e 中的应用开辟 了新途径。 把杯芳烃应用于毛细管电泳是杯芳烃化学中一个全新的领域，愈来愈展现出其广阔 的应用前景。 参考文献 【l 】c d g u t s c h e ，r m u i h u k r i s h n a mc 口胁阳”8 s ，爿 口f j 盯括d ，船p m 幽c f 研耐“m j 胛妣耐咖抽e 6 珊e - c 口，a 归p dc 。，眈邶谢f 册q 伪瑚口娩砂如w 拍朋m s “6 s 所“f 耐p g h o b j o r g c h e m 1 9 7 8 ，4 3 ， 4 9 0 5 - 4 9 0 6 2 s s h i n k a i 例打a 憎h 耵一功p 腩删肛 e 阳，如n0 厂s 即阳m 。f p c “k s t e t r a h e d m n ， 1 9 9 3 ，4 9 ( 4 0 ) 8 9 3 3 - 8 9 6 8 3 】于昆，字敏，袁黎明邾男：橙厨真韵垡物疰啻学黟席手膨应j 银辽宁化工，2 0 0 4 ，3 3 ( 1 ) ：5 4 5 6 ma b a q e r u 曲e rm ev e r b i h d m g e nd 口n l d e h 归em nd “p h e n o i d n dn m m n l i s c h e n 幻 如”w 鲫咕p 坩f q 船”b e l ，1 8 7 2 ，5 ：1 0 9 4 1 1 0 0 【5 】r s d o n a l d ，k m 础u s z ，p k r 枷，卜lw w i l l l 扪，c d g u t s c h e c 0 咖m d 打。加，口，伽f p ，打触po ， 郑州大学硕士学位论文 矾b 坩口耐西招瑚q 和一船，f 一日“批妣，珂烨h p j am c h e m s o c ，1 9 9 5 ，1 1 7 ( 2 ) ：5 8 6 - 6 0 l 【6 】v b 曲m e r ，g f e 唱u s o n ，m f r i n g s t j 2 ，反2 4 一死打诅咖咖矿棚z 州印口旭n p 一埘p 腩口h o ，口刁a c t a c r y s t 8 l i o g r a p h i c a ，s e c t i o nc ：c r y s t a ls t n i c t u r ec o m m 岫1 9 9 7 ，c 5 3 ( 9 ) ：1 2 9 3 1 2 9 5 u 1 s n 0 钆e b s 诅o p r 。x i m n l r e g i o s e t e c t 如i 哆t h e 0 0 1 一d q l b l 口l i o n t e n d 删r o ) 掣 妇幻c 口，州舢h p j o r g c h e 皿，2 0 0 5 ，7 0 ( 1 3 ) ：5 2 7 8 - 5 2 8 2 8 】李勇，郑衍昭，郭金梁，宋心琦j 9 种考经崩扮象何转茂柳理膨c d o 憎珐织寇物理化学学报， 1 9 9 5 ，1 1 ( 7 ) ：6 2 7 - 6 3 l f 9 】c d g u t s c h e ，b d h a w a n ，k h n o ，r m u t h u k d s h n a n c 雎加陀h 船4 7 砘p 册砌甜趣 c h n r c t e r z 谢i o n 1 dp r o 王) e r t e s 巧t h ec n i 吐d 阳n e s ，袖mp t e r t 南u l p h e n 0 1 3 a m c h m c ，、9 8 、。 1 0 3 ：3 7 8 2 - 3 7 9 2 10 yt a k e l l i k o ，s y o s l l i y u k i ，n s o u i c h n ，m k e n j i ，t m a s a s h i n 印口m f f 0 n 耐m 7 白册口f f 0 ，m f 胛e r r j 缸d ，船删埘m 掣邝3 盯埘e m 2 炉坳厅a n 甜j c h e m s ，c h e m c o m m q n ，1 9 9 2 ，8 6 1 【1 1 】y t a l ( e h i k o ，s y o s h i y u k i ，k d l o u i s ，h k e n i c h i ，t m a s a l l o r i 弓印删如n 矾d c 。吧7 白册口f f 0 甜 s t 砸 e s e f 鲰z e m 南r i d g e d 娃x a r e n e n h n f o g o t sm a c r o c 粥l i cm e t 妒l 。p h e s c h 锄b 钾，、9 9 3 ， 1 2 6 ：2 5 0 1 2 5 0 4 【1 2 】y t a k e h i k 0 ，h k e n - i c h i ，s y o s h i y i l l 【i ，k d l 0 u i s o w f 跏，卯pc 甜妇撑n 船叫 肺部旭 c o 咖r 坍d f 如 甜j f l 础p 5 ，硎d 打。所p ，j e 胛阳如h c h e m b e r ，1 9 9 3 ，1 2 6 ：1 4 3 5 1 4 3 9 1 3 】o y u k i h j r 0 ，i f u ”| l i k o ，k y o s h i n o r i ，n j u n 跏咖甜扫硼d c 触r 们研妇f f 。，z 可口伽，如甜叫p 册d 妇 妣七e d 拥f 垃c 伽ec 删加r 蜥o f i d h c h e m l e t t ，1 9 9 2 ，7 5 5 7 5 8 1 4 】o y u k i h i r 0 ，i f u y i l h i k o ，k y o s h i n o r i ，n j u n 一h 踟卿陀咖印胁旭坍础加卅r 倒伽f d 憎 e 甜昭t e t n h e d r o nl e 也，1 9 9 3 ，3 4 ：1 9 7 1 一1 9 7 4 1 5 】o l l 【i h i m ，k y o s h i n o r i ，i f u y u h i k o ，n j u n 跏托s b 口h d