（应用化学专业论文）硅胶接枝树枝状大分子手性固定相的制备和表征.pdf

哈尔滨t 程大学硕七生毕业论文 摘要 硅胶作为配体或者载体的手性树枝状高分子的研究是是近年高分子研究 领域的热点之一，这是因为硅胶接枝的树枝状大分子综合了树枝聚合物高支 化度、分子表面大量基团和硅胶良好的机械强度、容易控制的孔结构和比表 面积、较好的化学稳定性和热稳定性等特点。本文通过硅胶上接枝树枝状大 分子，加以手性修饰最后得到了新型的高效液相色谱固定相。 以硅胶和3 一氨丙基三乙氧基硅烷为原料，进行硅胶的硅烷化反应。用扫 描电镜对得到的氨丙基硅胶的表面形态和粒径进行了分析。用红外光谱和核 磁共振对氨丙基硅胶进行了表征。以氨丙基硅胶为核，与丙烯酸甲酯和乙二 胺交替进行m i c h a e l 加成和酰胺化缩合反应，合成了0 5 g - - 3 0 g 硅胶接枝树 枝状大分子，研究了硅胶接枝树枝状大分子的最佳合成工艺条件。分别对各 代产物进行红外光谱分析和核磁共振碳谱分析，证明合成了硅胶接枝的树枝 状大分子。用l 一苯丙氨酸对硅胶接枝的树枝状大分子的端基进行修饰，树枝 状大分子中氨基：l 一苯丙氨酸( 摩尔比) 为1 ：1 5 。维持反应体系的温度在3 5 ， 搅拌4 8 h 得到硅胶键合的手性修饰树枝状高分子。用扫描电镜对其粒径和表 面形态进行了分析，用红外光谱和核磁共振碳谱对产物的结构进行了表征， 验证所合成的产物为目标产物。 关键词：树枝状大分子；硅胶；制备；表征；l 苯丙氨酸 哈尔滨t 程大学硕七生毕业论文 i i i i i i i i 萱i i i i 宣i i i i i i il l | 一- - 一一- - 一一一i 一一i i 宣i i i i i i i i i i i i a b s t r a c t h lr e c e n ty e a r s ，t h es t u d yo fc h i r a ld e n d r i m e rw i t hs i l i c ag e la sac a r r i e ro r l i g a n di so n eo ft h eh o t s p o t so ft h ef i e l do fp o l y m e r i ti sb e c a u s et h a tt h es i l i c ag e l h a sm a n yb r a n c h e so fp o l y m e r 、al a r g en u m b e ro fg r o u p so nt h es u r f a c ea n da g o o dm e c h a n i c a ls t r e n g t h ，s u r f a c ea r e ac o n t r o l l e de a s i l y ，g o o dc h e m i c a ls t a b i l i t y a n dt h e r m a l s t a b i l i t y i nt h i sp a p e r ，t h e c h i r a l s t a t i o n a r yp h a s e ( c s p ) o f h i g h - p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) w a sp r e p a r e d s i l i c ag e lw a s m o d i f i e db yk h 一5 5 0a n dt h e nl i n k e dw i t hd e n d r i m e ra n dw a sm o d i f i e d b y l - p h e n y l a l a n i n e t h ea m i n o p r o p y ls i l i c aw a sp r e p a r e db ys i l i c a g e la n d3 - a m i n o p r o p y l t r i e t h o x y s i l a n e s i l a n e t h es u r f a c e m o r p h o l o g y a n d p a r t i c l e s i z eo ft h e a m i n o p r o p y ls i l i c ah a v eb e e no b s e r v e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o g r a p h ( s e m ) t h es t r u c t u r e so ft h ep r o d u c th a v eb e e nc h a r a c t e r i z e db yi n f r a r e ds p e c t r u m ( ， n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ( n m r ) t h e0 5 - 3 0 gd e n d r i m e r sg r a f t e ds i l i c ag e lw e r es y n t h e s i z e di nm i c h a e l a d d i t i o na n da m i d a t i o nc o n d e n s a t i o nr e a c t i o na l t e r n a t e dw i t hm e t h y la c r y l a t ea n d e t h y l e n e d i a m i n e t e c h n o l o g i cc o n d i t i o n so fd e n d r i m e rg r a f t e ds i l i c ag e lw e r e s t u d i e d t h es t r u c t u r e so ft h ed e n d r i t i c p o l y m e rh a v e b e e nc h a r a c t e r i z e d r e s p e c t i v e l yb yi n f r a r e ds p e c t r u m ( i r ) ，n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ( n m r ) t h e s t r u c t u r e so fd e n d r i t i cp o l y m e r sw e r ec o n f i r m e d d e n d r i m e r so nt h es u r f a c eo fs i l i c aw a sr e a c t e dw i t hl p h e n y l a l a n i n ef o r e n d - g r o u pm o d i f i c a t i o n a m i n og r o u po fd e n d r i m e r s ：l - p h e n y l a l a n i n ew a s1 ： 1 5 ( m o lr a t i o ) r e a c t i o nw a sc a r r i e do u ta t3 5 ，a n ds t i r e df o r4 8 h t h e m o r p h o l o g yo fs u r f a c ea n dp a r t i c l es i z eo ft h ep r o d u c th a v eb e e no b s e r v e db y s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o g r a p h ( s e m ) t h es t r u c t u r e so ft h ep r o d u c th a v eb e e n c h a r a c t e r i z e db yi ra n dn m r t h es t r u c t u r e so fd e n d r i t i cp o l y m e r sw e r ev e r i f i e d 哈尔滨工程大学硕十生毕业论文 k e yw o r d s ：d e n d r i t i cp o l y m e r s ；s i l i c ag e l ；p r e p a r a t i o n ；c h a r a c t e r i z a t i o n ； l - p h e n y l a l a n i n e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：讲0 。 日期：7 一年么月瓜日 f y 。 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 叼在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ： 吲、，司 导师( 签字) ：呷参城仓 日期：加j 年占月级日1 加c 7 年6 月l g 日 j ? | 哈尔滨t 程大学硕十生毕! i 芝论文 萱i i i i i i i i i i i i 。 1 一 n m-itu l i i i i i i 第1 章绪论 1 1 概述 一对对映异构体除旋光性外，在非手性环境中其他的物理化学性质完全 相同，但是它们在手性环境下的表现是不同的。生命体系是一个手性环境， 生物体的基本组成成分蛋白质、核酸、糖、脂肪等均由手性化合物所构成， 因此手性药物在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄均体现出立体选择性， 手性药物的不同对映体间往往显示出不同的药理学和毒理学特性以及不同的 药代动力学性质。例如，b 受体阻断剂普萘洛尔( p r o p r a n o l 0 1 ) l 约两个对映异构 体的体外活性相差9 8 倍，非甾体抗炎药萘普生( n a p r o x e n ) 的( s ) - 构型对映体 的活性比其对映体的活性强3 5 倍【1 1 。我们熟悉的氯霉素，l 对映体具有杀菌 作用，而d 对映体却完全没有药效。有时一对对映体药物在体内可能具有完 全相反的作用，如( r ) 反应停具有镇静和缓解妊娠反应作用，而( s ) 反应停则 是强力致畸剂，此药2 0 世纪6 0 年代在欧美广泛使用致使许多刚出生的婴儿 畸形，成为震惊世界的沙利度胺悲惨事件。 目前市场上出售的西药有半数左右含有手性中心，这其中又有大约一半 是以消旋体的形式出售的，到2 0 世纪8 0 年代以后人们才逐步认识至i j 手性在 药物中的重要性【2 】。这一方面是由于类似氯霉素和反应停这样的例子不断增 加，另一方面则是由于进入2 0 世纪8 0 年代后在手性化合物的合成以及分析 分离方面有了一些突破性的进展。服用单一对映体的药物可减少剂量和代谢 负担，减少与其它药物的相互作用，提高活性并降低由某对映体引起的可能 的副作用。对制药企业而言，生产手性药物可以节省资源，减少废物排放， 降低对环境的污染【孔。近几年单一对映体药每年均以1 0 以上的速度增加， 手性拆分已成为热门的研究课题。现代分离分析技术可广泛用于具有物理或 化学性质差异的药物的分离分析。但对于两个物理和化学性质几乎完全相同 的对映体药物则无法实现分离【侧。 1 、高效液相色谱( h p l c ) 哈尔滨t 程大学硕十生毕业论文 高效液相色谱( h p l c ) 手性拆分法可分为间接法和直接法两大类【_ 。间接 法是将对映体混合物与光学纯的手性试剂( c d a ) 反应，生成两个非对映异构 体，然后用常规的色谱法分离。间接法由于费时、费料、对样品要求较高， 在大多数色谱分析中不被使用。在直接法中，手性流动相添加剂( c m p ) 法是 通过对映体与流动相中的手性分子添加剂形成一对非对映异构体络合物，由 于非对映异构体络合物的稳定性，利用流动相中溶剂化作用或络合物与固定 相的作用力差异从而得到手性分离。手性固定相( c s p ) 法是基于样品与涂敷或 键合到载体表面的手性选择剂问形成暂时非对映异构体络合物的能量差或稳 定性不同而达到分离。手性固定相法近年来发展迅速，是h p l c 手性拆分的 常用方法。具有不对称手性中心或手性识别能力的手性固定相( c s p ) 的开发与 研究。是手性色谱的前沿，也是手性色谱发展的关键和核心1 8 j 。 2 、手性气相色谱( g c ) g c 手性固定相按照拆分机制可分为三类：第一类是基于氢键作用的手 性固定相，主要是氨基酸衍生物固定相，这类手性固定相中含有酰胺基或羧 酸酯基，可以与手性药物分子中的活泼基团通过氢键作用缔合，形成非对映 异构体缔合物，由于立体因素和氢键作用的不同，所形成的非对映异构体缔 合物的稳定性也不同，导致对映体通过色谱柱所需时间不同而将它们分离开。 第二类是基于配位作用的手性金属配合物固定相。一般要求被分析物有p 电 子或孤对电子，分离机制主要基于p 电子相互作用，可以用来拆分低沸点手 性化合物如烯、醇、醚、酮、酯以及昆虫信息素和香精油等。第三类是基于 包含作用的环糊精衍生物固定相，这类固定相在g c 手性分离研究中发展最 快，其选择性高，应用也广。 3 、毛细管电泳手性分离( c e ) 毛细管电泳手性分离是2 0 世纪8 0 年代以来新兴的一种分离技术，这项 技术为极性大、热稳定性差和挥发性手性药物的拆分提供了经济有效的手段， 因为它操作简单、运行成本低、分离效率高而被广泛应用于药物、生物、大 分子、临床医学等领域。其中环糊精特别是六聚体环糊精( b c d ) 以其分子大 2 哈尔滨t 程大学硕七生毕业论文 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i | - - 一- i 一- 一i i i i 宣i i i i i i i i 宣i i i 小适中、价格便宜被广泛应用，尤以衍生化的b c d 为最。目前毛细管电泳 分离方法的讨论主要集中在各种手性添加剂与对映体药物的匹配以及具体实 验中条件最优化选择上【9 1 。随着各种具体方法的成熟，c e 在现实中的应用会 更广泛。 4 、手性超临界流体色谱( s f c ) 采用c 0 2 等超临界流体为流动相的超临界或次临界流体色谱兼备用g c 和h p l c 的优点，可以使用g c 和h p l c 的各种检测器进行分析和测定。在 手性分离甚至制备方面有其独特的应用。 1 2 高效液相色谱固定相 对映异构体的拆分和测定研究越来越引起人们的普遍关注目前，对外消 旋体的拆分主要依赖这一反应现象。近年来，高效液相色谱法取得了令人瞩 目的进展，已成为对映体拆分强有力的手段之一，而其中所用的手性固定相 是能否进行手性分离的关键。可以说，手性固定相分离技术对医药工业、生 物化学、农药生产、材料科学及不对称合成、不对称催化等领域有着极大的 促进作用【1 0 , 1 1 l 。 1 2 1 高效液相色谱手性固定相的分类 目前所研究的固定相主要可分为下列几类： c s p 按其化学类型可分为“刷型手性固定相( b m s ht y p ec s p ) 1 2 l ； 手性聚合物固定相( p o l y m e rc s p ) ；环糊精类固定相( c y d o d e x t r i n sc s p ) 1 3 1 ； 大环抗生素固定相( m a c r o c y c l i ca l l t i b i o t 洒c s p ) 1 1 4 j ；蛋白质固定相( p r o t e i n c s p ) 1 1 5 l ；配体交换相【1 6 1 ；冠醚相( 舢e t h e rc s p ) 1 7 】等。其中手性聚合 物固定相应用最广泛。 1 2 2 手性聚合物固定相 手性聚合物包括，一类是天然的多糖衍生物，包括纤维素和直链淀粉， 另一类是合成的高分子化合物。 3 哈尔滨工程大学硕+ 生毕业论文 1 、天然的多糖衍生物 纤维素和直链淀粉类多糖是极为丰富的天然手性高分子，一直以来作为 纤维和塑料在工业上大量使用。直到2 0 世纪5 0 年代，其手性分子结构才引 起重视。1 9 5 1 年k o t a k e 【1 8 】等利用纤维素和直链淀粉，首次实现纸色谱分离芳 香族氨基酸，后来d a l g l i e s h 1 9 l 发展了这一工作。纤维素和直链淀粉本身具有 手性识别能力，但不能作为实际使用的固定相，因为天然纤维素分离能力不 高，溶解性差，应用受到限制。然而它们的衍生物作为色谱固定相却具有较 高的手性识别能力，能拆分大量的对映体。第一个广泛使用的纤维素衍生物 类。c s p 是1 9 7 3 年h e s s e 等开发出来的纤维素三醋酸酯( c t a 1 ) p o l ，在多相 条件下制备的c a t 具有较好的手性识别能力，这种手性识别能力来源于纤维 素的晶体结构本身。纤维素上的羟基与( 取代) 苯甲酰氯反应得纤维素三苯甲 酸酯系列【2 1 】，取代基可为3 ，5 二甲氧基，4 - 甲氧基，4 甲基，4 一叔丁基，4 氟，3 , 5 二氯，3 甲基，2 甲基，3 , 4 二甲氧基等。国内邹公伟【2 2 j 等也用超声 法合成了3 ，5 二硝基取代的衍生物并在布洛芬等的拆分中显示出良好的效 果，严建伟【冽等对纤维素衍生物手性固定相的研究也取得了新的进展。2 位 甲基取代的对大部分溶质识别能力差，3 位、4 位甲基取代的手性识别能力较 好。c r p c 是近年来h p l c 研究较多的一类纤维素衍生物。在所有的纤维素 衍生物中，3 ，5 二甲基苯基氨基甲酸酯显示出优越的手性识别能力。 o k a m a t o 矧等曾用3 ，5 二甲基苯基氨基甲酸酯作固定相对5 1 0 种旋光化合物 进行拆分，这就是说，大约有6 0 的旋光化合物能在纤维素- ( 3 ，5 二甲基苯 基氨基甲酸酯) 上进行拆分。张鹏【冽等用微晶纤维素和苯甲酰氯的超声反应合 成了纤维素三苯甲酯( o r b ) ，并将其涂敷于硅胶上，用作液相色谱手性固定 相。在正相条件下，用此手性固定相对一系列外消旋缩水甘油芳香基醚类化 合物进行了拆分，并对拆分机理进行了探讨，考察了流动相中添加不同的醇 对缩水甘油间甲基苯基醚对映体拆分的影响。 2 、合成高分子化合物 合成手性聚合物用于h p l c 的固定相，有聚酰胺类、聚氨酯类及聚酯( 如 4 哈尔滨t 程大学硕十生毕! i k 论文 i i 聚甲基丙烯酸酯1 等，它们的手性来源于聚合物的螺旋型结构，螺旋结构是引 起旋光性的根本原因。聚合物c s p 的手性拆分机理主要由于手性聚合物的高 度有序结构，因此仅从聚合物的单体预测它们的手性识别机理是困难的。三 苯甲基甲基丙烯酸甲酯聚合物依靠其单向螺旋链获得旋光性，n a k a n o 2 6 】将其 涂于硅胶上，得到的c s p 对刚性平面结构样品有良好的立体选择性，可用于 酯、烃类、酰胺和含磷化合物的拆分，已拆分了2 0 0 多种外消旋化合物【2 7 l 。 螺旋结构的固定相可能由于立体效应而产生拆分作用，当对映体依附在螺旋 的不同层次，由于保留值不同产生手性拆分。 合成手性聚合物c s p 的主要通过三种制备途径：( 1 ) 在手性条件下的不对 称聚合，如采用手性催化剂；( 2 ) 采用手性单体；( 3 ) 手性分子“印迹技术。 ( 1 ) 手性条件下的不对称聚合在手性条件下，可以将混旋的手性单体或 潜手性单体聚合为手性聚合物用于c s p 。 选择性开环聚合如用混旋体环氧丙烷进行不对称聚合是井上祥平等 首先实现的，他们采用催化剂成功地得到了手性聚环氧丙烷，转化率为3 0 。 t s u r t a 等对d n 羧基a 氨基酸酐( n c a ) 的聚合做过详细的综述。 选择性加成聚合通常，在具有立体特异性的手性催化剂存在下，侧 基具有不对称因素的外消旋乙烯基单体可以发生不对称选择性加成聚合而得 到不同立体规整度的高分子混合物。 潜手性高分子的催化不对称合成利用高分子链中的潜手性因素，在 手性环境下对这类官能团进行诸如加氢、氧化等不对称反应，获得手性聚合 物。 ( 2 ) 手性单体聚合 手性单体可以通过结晶法、化学拆分法、色谱法和酶拆分法等获得， 如a 苯乙醇、a 苯乙胺等的拆分。然后通过有机反应生成可聚合单体。 利用催化不对称硅氢化反应合成手性可聚合单体【2 8 1 。碳碳( 烯) 、碳 氧( 酮) 、碳氮( 亚胺) 双键都可发生催化不对称硅氢化反应，通过控制反应条 件可以使碳碳双键不发生反应，而只有亚胺和酮发生反应，得到手性胺和醇。 5 哈尔滨丁程大学硕十生毕业论文 利用手性可聚合单体与其它可聚合惰性单体的共聚反应，合成手性高分 子微球作为h p l c 的手性固定相，这就是非手性聚合物的手性修饰法。它是利 用共价键把手性小分子化合物连接在非手性聚合物的主链或侧基上，也可以 通过氧化还原反应将高分子链中的潜手性基团转变成真正的手性中心，从而 获得手性聚合物。这是制备手性高分子普遍应用的方法，就是对非手性高分 子利用手性小分子加以改进，可用来检测高分子主链上微观结构和功能性侧 基反应性的差异。由于制备的手性高分子通常是交联的，所以通常不溶于水 和大多数有机溶剂。具有双活性基团的手性单体，都可以通过缩合聚合得到 旋光性聚合物。目前，已通过这种方法人工合成出许多手性聚合物，如手性 聚酰胺判2 9 1 、聚酯类、聚硅烷类等。 ( 3 ) 手性分子“印迹”技术分子 分子印迹技术( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n o l o g y ) 是一种新兴的、具有很大 发展潜力的生物分离技术。将一个分子印迹到某个基质上，一般要经过以下 三个步骤：使印迹分子( 模板、底物) 和单体间产生相互作用，形成复合物； 加入交联剂，在模板单体复合物周围产生本体聚合反应；除去聚合物 中的模板分子，就得到了分子印迹聚合物( m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r s ， m i p s ) 。分子印迹聚合物的制备方法可分为：分散聚合、沉淀聚合、悬浮聚合、 表面模板聚合和表面印迹法等。如果模板分子可以反复洗脱和吸附，则该分 子印迹聚合物可以多次使用。成国祥【3 0 悃种子溶胀悬浮聚合法制备了粒径更 为均一的m i p s ，并显示了较为优异的选择吸附性能。这种方法的特点是，聚 合反应在水溶液中进行，所得的印迹聚合物可应用于极性环境中，同时产物 有较好的规整性和单分散性。 1 3 硅胶键合固定相 近年来，高效液相色谱( h p l c ) 法在蛋白质纯化和分离方面发展迅速【3 2 l ， 这一领域虽已开发了多种色谱填料，如有机高分子、石墨及无机氧化物等材 料，但硅胶作为柱填料仍具有不可替代的地位。这不仅是由于硅胶具有良好 6 哈尔滨工程大学硕士生毕业论文 i i i 宣i i i i i i i i i i - - i _ - ii _i ii i i i i i i i i i i i i i i 的机械强度、容易控制的孔结构和比表面积、较好的化学稳定性，更重要的 是因为其表面含有丰富的硅羟基；这是硅胶可以进行表面化学键合或改性的 基础，并由此制成各种各样的硅胶键合固定相，广泛应用于高效液相色谱的 分离操作中。杨立新等人曾对高效液相色谱用硅质填料的进展进行了全面的 综述【3 3 1 。 1 3 1 硅胶表面化学修饰方法 一般来说，可以通过3 种途径对硅胶进行化学修饰以制备硅胶键合固定 相：涂层法修饰、整体修饰和表面硅羟基的化学修饰【3 4 1 。硅胶表面的硅羟基 ( s i o ) 是最主要的吸附点和最具反应活性的官能团，硅胶其本身为正相色谱的 填料，经过化学修饰能改变表面的化学性质，成为使用于不同分离模式下的 填料或分离介质。 1 、涂层法修饰 在早期的液相色谱发展过程中，人们借用气相色谱固定相涂敷的方法将 固定相涂到硅胶表面，充当固定相。但这些形成的涂层因附着强度不佳，难 以耐受较长时间的反复使用，且柱效也不高。将高聚物与硅胶组成“复合” 的分离材料有着良好的应用前景。人们希望通过不同途径来获得稳定的聚合 涂层。较简单的做法是，将选择的聚合物、低聚物或单体以适宜溶剂制成溶 液，均匀分布于无机基质的全部表面上，蒸去溶剂后令高聚物交联或单体聚 合，形成致密的聚合物涂层。这样涂敷的聚合物可以是聚有机硅氧烷，也可 以是其它有机聚合物。 2 、整体修饰 所谓整体修饰是在多孔硅胶填料形成过程中实施键合。有机卤代或烷氧 基硅烷是两种常用的起始原料。将它们水解、浓缩，最终聚合成刚性不溶的 多孔的聚硅胶填料。最终有机官能团平均分布在填料表面，可以是烷基，亦 可以是含有n h 2 或s 0 3 h 取代的烷基。整体修饰比通过涂层法改进硅胶的表 面性质要稳定，但目前大多数情况下，大部分人还是通过表面硅羟基的化学 7 哈尔滨工程大学硕十生毕业论文 修饰进行硅胶改性。 3 、表面硅羟基的化学修饰 其方法是将具有适当反应活性的有机硅烷化试剂与多孔硅胶反应。因表 面改性相对简单，因此是目前广为采用的方法。经化学改性后，在键合硅胶 表面主要有4 种不同的键：s i o c ；s i c ；s i n ；s i 0 s i 。 1 3 2 硅胶键合固定相的研究进展 硅胶键合固定相的研究始于2 0 世纪7 0 年代初，国内则比国外起步晚1 0 多年。近2 0 年来，国内外硅胶键合固定相的研究越来越深入，且硅胶键合固 定相的种类繁多，层出不穷。在应用方面，这些硅胶键合固定相除用于常见 化合物的分离、分析外，主要应用集中在药物和生物样品的分析领域【3 5 】。 李文华等【3 6 】用含氟有机硅烷与硅胶进行反应制备了含氟硅胶键合固定 相，用于分离甾族化合物、芳烃、胆酸类，取得了较好的效果。旷昌渝、达 世禄等【3 7 m 】制备了一系列环糊精、冠醚等特殊结构功能团的新型硅胶键合固 定相，对某些对映异构体以及氨基酸结构异构体等具有良好的选择性。 c 印具有独特的球形三维电子共轭体系及良好的热稳定性，其衍生物在色 谱领域，特别是在h p l c 中已有一些应用，刘英等【4 2 j 人以弘( 乙二胺基) 丙基 三乙氧基硅烷为偶联剂，合成了c 键合的硅胶键合固定相，用于多环芳和 环芳烃的分离。常建华等人【4 3 】采用硅胶与环状酸酐反应制备端酯基硅胶填料 用于蛋白质的分离。侯经国等人【4 4 l 采用大孔硅胶与乙烯基硅烷反应后，再与 甲基丙烯酰胺和二乙烯基苯共聚成一种新酰胺型聚合物键合相进行蛋白质分 离。黄晓佳等人【4 5 问在国内首次制各了内嵌极性基团酰胺键的反相色谱填料， 即酰胺型辛烷基键合固定相( a o b p ) ，并首次将一种新型硅烷偶联剂夕( 3 ，4 环氧环己基) 乙基三甲氧基硅烷与辛醇反应得到醚型键合固定相和胺型键合 固定相，均可有效用于碱性化合物的分离分析。何秀娟等人m 以不同醇或醚 为配基，发展了一系列以硅胶为基质的新型疏水色谱固定相，研究了以山梨 醇及其单丁醚为配基的填料对生物大分子分离的最佳色谱条件。 8 哈尔滨丁程大学硕士生毕业论文 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i iiii i i i 宣i i i i i i 硅胶键合相除了用于生物样品的分离分析外，许多国内外工作者还研制 了适于药物样品分离分析的硅胶键合固定相，随着人们对手性现象的认识和 不对称合成的发展，用以拆分对映体和各种手性固定相不断涌现，黄慕斌等 【鹅，4 9 】用氨丙基硅胶与纤维素三酸酯反应制得了手性柱填料，分离了吡喹酮、 芬那露等对映体及其它某些对映体。刘武平等【5 0 】制备的缩乙二醇双羟基新型 固定相等，在药物样品的分离分析中也得以了很好的应用。另外，许多国外 工作者在研究吡啶键合固定相、咪唑键合固定相、喹啉键合固定相、糖类键 合固定相等领域也开展了工作。 1 4 树枝状大分子 随着现代高分子科学的发展，研究特种结构的大分子( w e l ld e f i n e d p o l y m e r s ) 逐渐成为热点【5 1 1 。近年来出现的树枝状大分子( d e n d r i m e r s ) 尤 其引起了高分子化学、有机化学、超分子化学等多学科的极大兴趣和关注【s 2 1 。 树枝状大分子( d e n d r i m e r s ) 是指从核心( c o r e ) 分子出发，不断地向外重复支化 生长而得到的结构类似于树状的大分子。如图1 1 所示。 图1 1 树枝状大分子的结构特征 从图1 1 中可以看出，分子是由内部的核心( i n i t i a t o rc o r e ) ，内部的多个 支化官能团( i n t e r i o r ) 和外部的表面基团( e x t e r i o r ) 三部分组成，分子最外层的 9 哈尔滨t 程大学硕士生毕业论文 i ii | 表面基团与外层的支化官能团相连，每一个同心支化官能团称为繁衍代 ( g e n e r a t i o n ) ，每一个繁衍代上都有支化点。 由于大量的树枝状大分子化合物被不断地合成出来，对这类新型化合物 需要专有名词来进行描述。迄今为止，学术界普遍接受的专有名词有： d e n d r i m e r s 一树枝状大分子；d e n d r i g r a f t s 一树枝状接枝大分子；h y p e r b r a n c h e d p o l y m e r - - 超高支化聚合物。 作为一种新型的合成高分子，树枝状大分子能引起众多的关注，这是与 其外观上具高度美感的化学结构和其各种物理、化学性质的独特性息息相关 的。树枝状大分子分子内的官能度极高，且其内部具有较大的空腔式结构， 这些表面的官能团和内部的空腔使其可以作为良好的配体或载体而加以利 用。目前，有关树枝状大分子的理论模型还没有统一的认识，d eg e n n e s 等【5 3 1 认为树枝状大分子外围具有最大的密度，而内部核心的密度较低；而l e s c a n e c 掣矧认为核心的密度最大，而边缘的密度最低。最近，b o r i s 等【5 5 】通过计算 得出的结论与l e s c a n e c 等提出的模型相似，但他们同时还认为端基遍布于整 个树枝状大分子的体积中。 关于树枝状大分子的研究主要集中于三个方面：( 1 ) 树枝状大分子的合成 方面，即如何寻找合适的途径来高效、快捷、准确地合成预定结构的树枝状 大分子。( 2 ) 树枝状大分子的功能化研究方面，即如何利用合理的物理或化学 方法挖掘出由其特殊结构和性质带来的各种潜在的用途，从而使其能作为功 能化材料而加以使用。如关于树枝状大分子金属配合物的催化、发光、仿生 性能的研究，关于其电化学性能的研究等等。( 3 ) 树枝状大分子用于新型超分 子体系的构筑方面，这是由其特殊的结构和性质决定的一类用途，其实质也 是对其进行功能化研究的一个方面。 1 4 1 树枝状大分子的合成方法 树枝状大分子的合成主要有两种：发散法( d i v e r g e n ts y n t h e s i s ) 和收敛法 ( c o n v e r g e n ts y n t h e s i s ) 。两种方法均基于一系列反应( 通常是两步反应) 的 1 0 哈尔滨丁程大学硕十生毕业论文 |_ i i 重复，每反应一个系列树枝状大分子增长一代。此外还有几种改进的合成方 法问世，如超核和超高支化单体法( h y p e r c o r ea n dh y p e r b r a n c h e dm o n o m e r ) 、 固相合成法1 5 6 1 、双倍指数增长法( - d o u b l ee x p o n e n t i a l ) 和正交耦合法 ( o r t h o g o n a lc o u p l i n gs t r a t e g i e s ) 等一系列加速增长合成树形大分子的方法。这 些方法在很大程度上综合了前两种经典方法的优点，从而达到利用较少反应 步骤得到更高代数、结构更为完美的树形大分子的目的。 1 、发散法 发散法是从引发核出发，由内向外合成大分子。发散法是由v o 酉l e f 5 7 】合 成聚丙烯酰胺时提出的。首先，从第o 代开始，即从中心核开始，该中心核拥 有1 个或多个反应点，然后用带有分支结构的单元与中心核反应，即得到了第 一代分子。将第一代分子分支末端的官能团转化为可继续进行反应的官能团， 然后重复与分支单元反应物进行反应则得到第二代分子。 该法的优点在于可以合成较大体积和较高分子量的树枝状大分子，且反 应步骤不太复杂，只需一步一步地重复即可以得到预期产物，但缺点是随分 子量和分子体积的增大，空间位阻变得越来越大，从而使获得高代数的树枝 状大分子显得很困难，在合成树枝状大分子的过程中会由于反应不完全而有 可能在分子骨架内存在缺陷。同时，由于反应底物中往往要求一种反应物大 大过量，从而造成反应物的浪费，也会给环境带来污染。 2 、收敛法 收敛法与发散法相对应，将预先合成好的树枝状低聚物依次连接在核心 分子上。该方法是1 9 9 0 年c o m e l l 大学的j m j f r e c h e t 在制各聚芳醚结构的树 枝状大分子时首先提出的。它是采用发散法合成树枝状大分子的一部分，即 一个“楔”型结构，然后再与核心连接，最后形成一个新的树枝状大分子。 这种合成方法非常巧妙，产物的纯化和分离相对于发散法来说变得更容易， 且端基的结构非常完整，但由于收敛法合成树枝状大分子时分子量增长速度 比较慢，达到一定分子量所需要的反应步骤并不比发散法少。 收敛式合成法不同于发散式合成法，其优越之处是反应过程中只有少量 哈尔滨t 程大学硕+ 生毕业论文 的反应物参与反应系统，不苛求反应底物的大大过量。因此，可避免原料的 浪费和减少反应物对环境的污染，同时，由于反应物过量较少，反应产物的 提纯分离也比较容易。合成过程中也可使用不同的反应类型来合成所用的树 枝状大分子，但随着反应程度的逐步深入，该方法也会遇到空间位阻的问题， 另外，在将不同的“楔 组合成一个树枝状大分子时，如何选用一个高效的 收敛核也就成了最主要的问题。 3 、高度核心和枝化单体合成法 该方法是先用发散法制备出低代数的树枝状大分子，作为活性中心；再 用收敛法制得一定代数的扇形分子，称为“枝化单体 ；然后再将“枝化单 体 接到活性中心上则可合成出树枝状大分子。高度核心和枝化单体合成法 集合了发散法和收敛法的优点，既能使合成树枝状大分子产率提高，分子量 增长加快，又能使分离纯化变得简单，减少分子结构的缺陷。 4 、双倍指数混合生长合成法 它是l ( a w a g i l c h i 【5 9 】等近年来建立的简捷而快速的合成方法，是树枝状大 分子合成领域的重大突破。它的原料是一种带有双活性基团的单体，通过保 护和去保护，形成两个带有活性基团的单体，这两个单体反应形成了一个具 有支化结构的同样带有双活性基团的单体，重复上面的反应过程，最终得到 了一种高度支化的树枝状大分子。 1 4 2 树枝状大分子的应用进展 树枝状大分子独特的分子结构和性质预示着这类新型高分子具有广泛的 应用领域。树枝状大分子具有纳米结构，能够形成液晶，树枝状小分子可以 聚合得到超高分子；它具有一定的粘度、热稳定性和溶解性能；它可以作为 内接受体容纳小分子客体，也可以作为外接受体与金属离子配合；它的分子 内部可以进行能量和电子的传递，可作为一种有机导体；它的分子具有胶囊 结构和对客体分子的束缚作用，利用这一特点可进行分子识别、催化剂、传 感器等方面的研究。 1 2 哈尔滨下稃大学硕十生毕业论文 1 、胶束与包容作用 目前有大量文献报道的树枝状两亲化合物，如聚酰胺一胺、聚醚和聚酯等 都能够在水中溶解不溶于水的有机物，具有胶束的性质。它们在一般条件下 是比较稳定的，受p h 值、浓度、离子强度、温度等影响比传统胶束小。1 9 8 6 年n e w k o m e 6 0 】就提出了树枝状大分子作为单分子胶束的应用，他认为具有亲 水性表面基团，同时具有疏水内层的树枝状大分子，在性质上与胶团相似， 分子的内层空间可以作为小分子的包容空间，有可能用于药物或催化剂的载 体。 f r e c h e t l 6 1 l 制备了完全疏水的以芳基醚为骨架，端基为羧基的树状“单分 子胶束 ，这种胶束与传统的胶柬相比不受临界胶束浓度的影响。分子表面 的羧基使分子在碱性溶液中极易溶解。 针对树枝状大分子的包容作用，最出色的研究工作是m e i j e r 等1 6 2 】1 9 9 4 年 在s c i e n c e 上报道的一类端基为伯胺，内层由亚胺支化的树枝状大分子，然后 将树状分子末端的胺基同各种被保护的氨基酸反应使得客体分子永远地被封 闭在空腔里，他们将其称为“树状盒子 。 近年来这方面的研究工作仍然十分活跃，具有特定结构的树枝状大分子 被不断地合成出来，客体分子主要有染料分子、医药分子等。 2 、高分子自组装 分子自组装( s e l f - a s s e m b l y ) 被定义为：分子在平衡条件下，通过非共价键 自发地结合成稳定的、结构确定的聚集体的过程。近年来分子自组装作为一 种新的化学合成方法备受关注，尤其是分子尺寸在l 。1 0 0 n m 的化合物，它们 用常规的化学合成方法一般是很难得到的。 树状分子作为分子自组装的构筑单元可以通过以下途径自组装成树枝状 大分子f 6 3 i ： ( 1 ) 通过非方向性作用力进行的自组装 最典型的例子是一种称之为b o l a 的化合物【鲫，它是由两端的水溶性树状 醇和中间一段疏水链构成，其疏水链的长度和刚性对分子形成胶束的能力影 哈尔滨丁程大学硕十生毕业论文 响很大。当胶束开始形成时，溶液的粘度迅速上升，形成一个长而薄的聚集 体，疏水链之间彼此通过疏水作用在棒状聚集体内部相互结合，而亲水的链 端向外取向，彼此或同水分子通过氢键相互作用，同时氢键相互作用也可能 发生在酰胺键之间，进一步稳定了聚集体，聚集体在很宽的p h 值范围内都 很稳定。 ( 2 ) 通过氢键进行的自组装 在应用氢键相互作用构筑自组装体系方面，可以选择间苯二甲酸为氢键 的给体和受体，用一个刚性的间隔基将两个间苯二甲酸基元连接，得到一个 顺式的四酸分子，再将1 - - 4 代的树状楔形分子共价连接到刚性片断上，形成 一个树状四酸的聚集体。 ( 3 ) 通过配位键进行的自组装 树枝状高分子的配位中心可以被引入到分子的核心和分子的外围，也可 以分布在整个分子中。例如通过发散法合成树枝状高分子骨架，再将配位体 或具有配位能力的功能基团引入到分子表面。例如r e e t z 掣6 5 j 合成了外围具 有二苯基亲水配位体的三代聚丙烯亚胺树枝状大分子，其中含二价钯离子的 催化剂可催化h e c k 反应。通过配位键自组装的金属有机树状大分子由于有 多个配位点或多个电子转移氧化原中心，在新型催化剂、电子和光学器件、 能量转移、能量收集和转化装置等方面的潜在应用，受到越来越多的重视。 此外，树枝状大分子可以通过静电力进行自组装，v i c t o r ( 6 1 描述的一种 通过静电力自组装的树枝状大分子，这种拥有稠密的疏水性外围基团的大分 子，能够溶解在非极性溶剂中，并将水溶性的有机分子通过与树枝状大分子 结合，从水相转移到非极性溶剂中去。 3 、光电材料 树枝状大分子的核心或外围具有电活性基团，它们可作为电子转移装置、 能量转换装置、离子传感器的光电材料。 f o x 等【6 7 】将电子给受体生色基团分别连接在树枝状大分子核心和外围， 发现其可以沿着树枝状网络发生荧光猝灭，实验结果表明这种生色基团标记 1 4 哈尔滨工程大学硕士生毕业论文 的树枝状大分子可以用于光的接收装置。 g o r m a n 等【6 8 】合成了内部含有电活性f e s 4 ( s r ) 4 2 - 离子的芳香醚类树枝状 大分子，它们可能会用于电子接收天线和信息储存材料。 树枝状大分子的内部具有电活性基团，外部表面具有分子识别基团，是 构成传感器和光电装置的新型材料。有关树枝状大分子作为传感器材料的应 用每年都有大量的研究报道和专利报道。 最近，k o t e n 等【6 9 】报道了外围含金属p t 的树枝状聚酯作为s 0 2 气体传感 器，它与s 0 2 气体分子瞬时能形成一带有明亮颜色的加合物。 4 、生物医药 树枝状大分子用于d n a 传递和基因治疗【7 0 1 。在生理条件下，p a m a m 树枝状大分子末端的胺基完全质子化成为带正电荷的铵基正离子。所以大分 子的表面有很高的正电荷密度，能与d n a 分子主链上带负电的磷酸基团发 生静电相互作用，形成复合物。该复合物可将负载在上面的基因片段载入细 胞核，使基因片段上的遗传信息得以表达，这在d n a 传递和基因治疗领域 具有重要的意义。采用这种手段介导d n a 片段，除了可在体内或体外获得 高水平的d n a 转运效率外，还具有一系列优良特性。 5 、催化剂 研究发现，通过往树形高分子的空腔内部引入具有催化活性的中心，可 以使整个催化过程在分子的空腔内完成。也可以利用树形高分子外围官能团 的反应活性，将催化剂的活