（分析化学专业论文）活性自由基聚合法制备包覆聚合硅胶固定相及应用研究.pdf

摘要 摘要 论文进行了以引发转移终止剂( i n i t i a t o r - t r a n s f e ra g e n t t e r m i n a t o r , i n i f e r t e r ) 和原子转移自由基聚合( a t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ，a t r p ) 这两种活性 自由基聚合法制备新型包覆聚合色谱固定相及在色谱分析中的应用研究。应用 表面引发、活性自由基接枝聚合的方法可以在载体表面形成多层结构，避免聚 合溶液中产生非理想聚合物的问题，同时，交联聚合物包覆固定相具有较宽的 p h 使用范围，因此，活性自由基接枝聚合在多功能固定相的合成中具有很好的 应用潜力。在研究中，分别进行了以i n i f e r t e r 法制各甲基丙烯酸异辛酯( e h m a ) 一c o 一乙二醇二甲基丙烯酸酯( e d m a ) 包覆固定相和以a t r p 法合成苯乙烯c o - - 乙烯基苯新型的包覆聚合色谱固定相的工作，应用高效液相色谱、元素分析、 氧瓶燃烧离子色谱的方法对固定相进行了表征及分离特性的评价，并研究了不 同的合成条件对于色谱分离能力的影响。色谱实验表明该填料具有很好的柱效 及色谱分离能力。 在聚合过程中，通过控制反应时间可以得到不同厚度的包覆聚合层；改变 交联剂的投料比例可以得到不同交联度的包覆聚合层。以合成的聚甲基丙烯酸 异辛酯c o 乙二醇二甲基丙烯酸酯包覆硅胶为固定相，可以对于烃类、脂类、碱 性化合物进行分离。由于聚合物层有效地覆盖了硅球表面的羟基，减小了碱性 化合物的拖尾。所得到的不同交联度的苯乙烯一二乙烯基苯包覆聚合固定相对 烷基苯的不同分离能力，在一般的分析时间内，其使用范围可以拓宽到p h1 1 0 。 在得到疏水性苯乙烯一二乙烯基苯包覆硅胶的基础上，利用a t r p 活性聚合 的特点，再一次利用包覆硅球表面的氯代烷引发剂进行a t r p 反应，接枝线性聚 甲基丙烯酸缩水甘油酯，水解后得到亲水层，制备了限进材料。实验证明，得 到的限进材料能够排阻牛血清蛋白，对牛血清蛋白( 5m g m l 1 ) 回收率达到9 4 ， 而对进入内层的小分子左旋麻磺碱有较强的保留。在样品中存在牛血清蛋白的 情况下，左旋麻磺碱的定量线性范围为0 5 5 0 g m l 1 ，线性相关系数 r - - 0 9 9 9 5 。这种限进固定相可以在生物样品分析中免去沉淀蛋白的前处理过程， 简化实验操作和提高分析效率。 关键词：引发转移终止剂原子转移自由基聚合表面包覆色谱固定相 限进材料 a b s t r a c t a b s t r a c t n e wp o l y m e r - c o a t e dc h r o m a t o g r a p h i cs t a t i o n a r yp h a s e sw e r ed e v e l o p e dv i at w o l i v i n g c o n t r o l l e d r a d i c a l p o l y m e r i z a t i o nm e t h o d s ，w h i c h a r ei n i t i a t o r - t r a n s f e r a g e n t - t e r m i n a t o r ( i n i f e r t e r ) a n da t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ( a t r p ) u s i n g s u r f a c ei n i t i a t e di n i f e r t e ra n da t r pm e t h o df o rp o l y m e r - e n c a p s u l a t e ds i l i c a p r e p a r a t i o nc a l la v o i dn o n i d e a lp o l y m e r i z a t i o np r o d u c t e di nt h es o l u t i o na n dm a k e m u l t i l a y e rs t r u c t u r e w i t ht h ec o a t i n go fc r o s s - l i n k e dp o l y m e r , t h ee n c a p s a l t e ds i l i c a c a nb eu s e di nt h eb r o a d e rp he n v i r o n m e n t w i t ht h ea d v a n t a g em e n t i o n e da b o v e ， l i v i n gr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o nh a sg o o dp o t e n t i a li nt h es y n t h e s i so fm u l t i f u n c t i o n a l s t a t i o n a a r yp h a s e i n t h e s t u d y ，p o l y - 2 - e t h y l h e x y lm e t h a c r y l a t e - c o e t h y l e n e d i m e t h a c r y l a t e ( p o l y - e h m a e d m a ) e n c a p s u l a t e ds i l i c aw a sp r e p a r e db yt h em e t h o d o fi n i f e r t e r p o l y m e r i z a t i o n t h ep o l y - s t y r e n e - c o - d i v i n y l b e n z e n e ( p o l y - s t d v b l e n c a p s u l a t e ds i l i c aw a sp r e p a r e db ya t r pm e t h o d t h es t a t i o n a r yp h a s e sw e r e e v a l u a t e db yt h eh p l ca n de l e m e n ta n a l y s i s i n f l u e n c eo ft h es y n t h e t i cc o n d i t i o n so n t h ec h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o na b i l i t yw a ss t u d i e d t h er e s u l td e m o n s t r a t e dt h a t p r e p a r e ds t a t i o n a r yp h a s e sh a v eg o o ds e p a r a t i o na b i l i t ya n dc o l u m ne f f i c i e n c y i nt h ep o l y m e r i z a t i o n ，t h ec o a t i n g sw i t hd i f f e r e n tt h i c k n e s sw e r eo b t a i n e db y c o t r o l l i n gt h er e a c t i o nt i m e d i f f e r e n tc r o s s - l i n k i n gd e g r e ew a so b t a i n e db yc h a n g i n g t h er a t i oo fc r o s s - l i n k e r p o l y - e h m a - e d m ac o a t e ds i l i c aw a su s e dt os e p a r a t et h e m i x t u r eo fa l k y l b e n z e n e ，a l k a l i n ec o m p o u n d sa n dh y d r o x y b e n z o a t e t h ea l k a l i n e c o m p o u n d sh a v es m a l lp e a kt a i l i n g so nt h ep o l y m e r - e n c a p s u l a t e ds i l i c as t a t i o n a r y p h a s e ，w h i c hi n d i c a t e dt h a ts i l a n o lg r o u p so nt h es i l i c as u r f a c ew e r ee f f e c t i v e l y c o v e r e db yt h ep o l y m e rl a y e r p o l y - s t d v bc o a t e ds i l i c aa ss t a t i o n a r yp h a s ec a nb e u s e di nt h em o b i l ep h a s ew i t hp h1 10i nac e r t a i np e r i o d r e s t r i c t e da c c e s sm a t e r a lw a ss y n t h e s i z e db yg r a f t i n g 酉y c i d y lm e t h a c r y l a t e ( g m a ) a n dh y d r o l y s i n gt h ee p o x yg r o u po nt h es u r f a c eo fp o l y - e h m a e d m aw i t h i n i f e r t e rt e c h n i q u e t h ec h a r a c t e r i s t i ce v a l u a t i o nd e m o n s t r a t e dt h a tt h em a t e r i a lh a s p r o p e r t yo fp r o t e i ne x c l u s i o na n dl - e p h e d r i n er e t a i n n i n g t h er e c o v e r yo fb o v i n e i i a b s t r a c t s e r u ma l b u m i n ( 5m g m l 。1 ) w e r e9 4 t h eq u a n t i t a t i v ec u r v ef o re p h e d r i n ew a s l i n e a ro v e rt h ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo f0 5 5 0 p gm l 1w i t hc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tr = 0 9 9 9 5 w i t ht h ea d v a n t a g eo fc o n v e n i e n t s a m p l ep r e p a r a t i o n , t h er e s u l t i n g r e s t r i c t e da c c e s sm a t e r i a ls h o w sa p p l i c a t i o np o t e n t i a li nb i o c h e m i c a ls a m p l e a n a l y s i s k e y w o r d s ：p o l y m e rc o a t e ds t a t i o n a r yp h a s e ；i n i t i a t o r - t r a n s f e ra g e n t - t e r m i n a t o r ；a t o m t r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ；l i v i n g c o n t r o l l e dr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ； r e s t r i c t e da c c e s sm a t e r i a l i i i 南开大学掌位论文电子版授权使用协议 ( 请将此协议书装订于论文首页) 论文系本人在 南开大学工作和学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系本作品的唯一作者( 第一作者) ，即著作权人。现本人同意将本作品收 录于“南开大学博硕士学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子 版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全了解直珏态堂图盅焦苤王堡查! 焦厦堂焦诠塞的笪理办选滏! 同意 南开大学图书馆在下述范围内免费使用本人作品的电子版： 本作品呈交当年，在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及论文全文部分 浏览服务( 论文前1 6 页) 。公开级学位论文全文电子版于提交1 年后，在校园网上允 许读者浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系所名称：化学 作者签名：纭汤杰 学号：徊知6 l | 日期：砟歹月刁日 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：努浓妻 卅年5 月刁日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：必妇点 卅年5 月刁e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 包覆聚合物色谱固定相概述 高效色谱固定相的分离模式基于两个基本因素：固定相的结构和组成，以 及固定相与流动相互相作用的性质。色谱柱是高效液相色谱的核心，而色谱柱 的填料是各种h p l c 方法赖以建立和发展的基础，新型色谱填料一直是色谱技 术中的主要研究内容。y a m a m o t o 等人【啦】认为，理想的h p l c 固定相应满足的条 件为：固定相与溶质不发生非特征吸附；固定相基质为球形结构，且粒径分布 均匀；固定相有很好的机械强度，不随流动相盐浓度以及p h 值的改变而收缩或 溶胀。但目前还无全部满足这些要求的h p l c 固定相，所以固定相的研究有很重 要的意义。 随着液相色谱技术的发展和应用分离范围的拓宽，特别是随着液相色谱技 术在生物化学领域的推广，新型h p l c 固定相不断涌现。色谱固定相按基质材 料可分为两大类，即无机基质填料和有机基质填料，同时，最近几年还出现了 有机一无机复合基质填料，下面就先对这几种材料的特性和应用研究进行简单 介绍。 1 1 1 无机基质填料固定相 1 硅质材料 硅胶可分为无定形硅胶和球形硅胶。工业生产9 9 纯度的硅胶或硅胶粉末 是用沙子以碱熔融法制得 3 】o 硅胶基质载体具有强度好，溶胀性小，比表面积易 于人为控制和存在着足够可反应的硅醇基等优点，现已有的h p l c 固定相约8 0 是以硅胶为载体【4 】。但硅胶基质的色谱固定相也存在缺陷，例如，适用的p h 范围较窄；其表面未被改性的残留硅醇基和金属杂质的存在，会对碱性化合物 产生“亲硅醇基效应 ，并易使生物大分子样品产生变性和非特异性吸附，大大 限制了它们在生物体系分离分析中的应用 5 1 。 2 金属氧化物 近年来，除对以硅胶为基质的固定相进行研究外，其它无机基质也引起了 1 第一章绪论 人们的重视，如z r 0 2 ，a 1 2 0 3 和t i 0 2 等。这类基质使用的p h 值范围很广，如z r 0 2 可在p h1 1 4 范围内使用。以a 1 2 0 3 为基质的键合固定相已见有十八烷基，辛基， 全氟烷基和氰丙基等键合基团报道【删，还有很好的耐酸和耐高温的特性 1 1 2 1 。 对于t i 0 2 基质键合固定相，虽然由于其结构的特点，存在疏水作用外还存在阴 离子和阳离子交换性质【1 3 】多重分离机理，对极性物质的分离不利，但可在p h 为 1 1 4 范围内调节流动相p h 值而实现分离。 3 羟基磷灰石 羟基磷灰石( h y d r o x y a p a t i t e ，h a ) 是磷酸钙和氢氧化钙的复合物 c a l o ( p 0 4 ) 6 ( o h h 。h a 具有两种不同的晶面，因而形成了c a 2 + 离子上的吸附阴离 子位点和p 0 4 弘离子上的吸附阳离子的位点，而o h 。不参与吸附过程，这种吸 附作用机理，使得h a 有很好的吸附容量【1 4 1 ，主要用于离子交换色谱法和体积 排阻色谱法中难以分离的蛋白质的分离。到目前为止，h a 填料主要用于生物分 子的分离分析，特别是某些多肽、蛋白质、核酸和糖类的分离与纯化 ”】。 4 多孔石墨化碳( p o r o u sg r a p h i t i cc a r b o n ，p g c ) 多孔石墨化碳( p g c ) 主要是通过分子相互作用而实现对溶质分离 1 6 , 1 7 】，其优 点是可获得完全非极性的反相高效液相色谱固定相，在很宽的p h 值范围内都可 使用【l 引，有较高的耐热稳定性，因此对强碱性化合物的分析可得到良好的分离效 果l l 引。但目前p g c 固定相制备方法不易重复，并且很难使颗粒的刚性结构、 大比表面积、孔的单一性和表面组成单一性等多方面协调 2 0 1 ，因此，p g c 的应 用受到了限铝0 。 1 1 2 有机基质填料固定相 有机固定相基体主要包括以苯乙烯_ - - 7 , 烯基苯、琼脂糖、葡聚糖、纤维素、 糊精等为基质的固定相。与无机基质的填料相比较，有机基质固定相具有以下几 个特征 2 1 2 3 1 ：大都容易进行化学改性处理；有机基质填料的结构特点使得对被分 离样品有较强的负载能力；有良好的耐酸、碱性和化学稳定性，可以在宽p h 值 范围内使用；不易产生不可逆的非特异性吸附作用 这些优点都决定了有机基质类型固定相的广泛应用前景，但其颗粒机械强 度不如无机基质填料好，不适合于高压、高速下使用。孔结构比较复杂，在流 动相冲洗过程中易产生膨胀或收缩现象。微生物存在时易降解，这些影响色谱 性能的因素仍需进一步研究解决。 2 第一章绪论 1 1 3 有机一无机复合基质固定相 有机一无机复合基质微球( o r g a n i c i n o r g a n i ch y b r i ds p h e r e ，o i h s ) 是近些年 由美国w a t e r s 公司开发出来的新基质材料。c h e n g 2 4 】对o m s 基质固定相进行了深 入研究，用两种有机硅烷化试剂s i ( o r ) 4 和c h 3 s i ( o r ) 3 合成硅胶基质，在此 基础上键和三官能团的物质( c 8 和c 1 8 ) 和单官能团的氨基甲酸盐来减小碱性化 合物的拖尾现象，用此类固定相在p hl 1 1 之间分离了强碱性抗抑制类药物。 以有机一无机材料为基质的固定相继承了有机材料和无机材料的优点，将是以 后色谱填料的一个重要发展方向。 1 1 4 包覆聚合物硅胶固定相 化学键合硅胶固定相用于不同类型的化合物分离时，一般具有很好的色谱 分离能力。但是此类固定相的表面往往有很多的残留羟基存在，会导致碱性和 强极性溶质的色谱峰脱尾，甚至消失。另外，化学键合硅胶固定相的适用p h 值 范围窄，一般只能在p h2 - 8 范围内使用，在碱性条件下会发生水解。 科学家们一直在努力寻找一种比较理想的固定相，发现聚合物包覆固定相 能克服化学键合固定相的上述不足。聚合物包覆固定相通过物理或化学键合的 方式在基质表面包覆一层聚合物薄膜，避免了溶质和流动相与基质的直接接触。 它既具备了硅基化学键合固定相的高效、耐压等特点，又具备了有机聚合物基 质固定相适用于p h 值范围宽，稳定性好的优点，通过改变有机单体的量，可 以控制聚合物膜的厚度。使用不同类型的有机单体，可以制备出反相、离子交 换和手性固定相，适用于生物化学样品和药物的分离，是一种极有发展潜力的 高效液相色谱固定相。 聚合物包覆固定相的制备方法可分为物理包覆法和化学包覆法两类。 1 物理包覆法 将聚合物以物理吸附的形式包覆在基质表面，按其采取的途径不同，可分为 以下两种： ( 1 ) 有机物单体在聚合或缩合的同时，包覆在载体上【2 5 2 7 】 例如，把氯甲基苯乙烯和二乙烯基苯溶于 ；n - - - 甲基甲酰胺中，再加入微 粒硅胶，搅拌，慢慢使溶剂挥发，从而使氯甲基苯乙烯和二乙烯苯吸附于多孔 硅胶表面，并加热聚合，制成苯乙烯二乙烯苯聚合物的包覆固定相。 3 第一章绪论 ( 2 ) 把聚合物直接包覆在基质表面【2 8 以1 】 这种制备方法非常简单，把聚合物溶于溶剂中，加入载体，搅拌。使溶剂 慢慢挥发，聚合物均匀涂布于载体表面，接着加热处理，使涂布的聚合物在载 体表面发生交联反应。此法可适用于任何无机氧化物载体和各种可交联的聚合 物。 2 化学包覆法 化学包覆法是通过化学反应使聚合物层以共价键的形式与基质相连制备固 定相的方法。此类固定相的稳定性好，不易流失，有以下两种合成途径： ( 1 ) 将硅胶与含不饱和双键的硅烷化试剂键合，生成带有双键的键合相， 再与带有不同官能团的有机单体共聚【3 2 3 4 】。 ( 2 ) 将有机单体与硅烷化试剂预先共聚，生成的聚合物再通过化学反应与 硅胶基质相连【3 5 】。例如，苯乙烯与甲基乙烯基二乙氧基硅烷先共聚，再通过活 性基团二乙氧基与硅胶表面的羟基反应，把共聚物通过化学键连接到硅胶表面。 用上述几种方法，目前已经制备出了聚硅氧烷【3 6 】、聚苯乙烯3 7 1 、聚丙烯酸 酯3 8 , 3 9 】等类型的聚合物包覆固定相，其中化学包覆法由于聚合物与硅胶表面由共 价键连接，所以稳定性好，使用寿命长。物理包覆法由于是通过物理吸附作用 将聚合物包覆在基质表面，因此不稳定，容易流失，使用寿命短。 1 2 活性自由基聚合制备聚合物包覆硅胶色谱固定相 1 2 1 活性自由基聚合研究现状及发展趋势 传统的自由基聚合，由于存在增长链自由基的双分子偶合或歧化终止，导致 聚合产物的分子量及分布和链段序列难以控制，不能合成预期的分子量及其分 布、端基功能团和结构的高分子化合物。近年来，通过可逆反应原理，有效地降 低聚合体系中的游离自由基浓度，可以实现自由基的“活性”可控聚合，自由基 聚合的研究取得了令人瞩目的进展。活性自由基聚合研究始于2 0 世纪8 0 年代， 到了9 0 年代取得了突破性进展。目前活性自由基聚合的方法主要有引发转移终 止剂( i n i t i a t o r - t r a n s f e ra g e n t t e r m i n a t o r , i n i f e r t e r ) 法、稳定自由基聚合法( s t a b l e f l e er a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ，s f r p ) 、原子转移自由基聚合( a t o mt r a n s f e rr a d i c a l p o l y m e r i z a t i o n ，a t r p ) 或过渡金属催化活性自由基聚合法以及二硫代苯甲酸酯 4 第一章绪论 类化合物作用下的可逆加成断裂链转移聚合法( r e v e r s i b l ea d d i t i o n f r a g m e n t a t i o n c h a i nt r a n s f e r , r a f t ) 。 活性自由基聚合由于能在聚合物的组成、尺寸分布、形状、序列分布及规 整性、侧链及端基结构等方面得到比较精确的控制，并且单体适用范围广、条件 温和，因此在目前国际上仍是处于快速发展阶段的聚合方法之一。该聚合方法 在材料化学领域深入研究高分子的结构与性能的关系以及开发更高性能或特殊 功能的有机高分子新材料等方面有着广泛的应用前景。 在高分子加成聚合中传统的链增长反应包括四个基元反应：链引发、链增 长、链转移和链终止。其中链转移和链终止反应叫链终止反应。2 0 世纪3 0 年代 z i e g l e r t 4 0 1 、a b k i n 和m e d v e d e v t 4 l 】第一次报道了没有链终止反应的阴离子聚合 反应。1 9 5 6 年，s z w a r c 4 2 】把这种聚合得到的聚合物称为“活性 高分子。后来 把这种没有链终止反应，即没有链终止、链转移的阴离子聚合称为活性聚厶【4 3 1 。 所谓的活性聚合主要是聚合过程中没有链终止反应步骤，大分子可以无期限的 存在“活着 ，加入新的单体，活性端可以进一步增长。实现活性聚合的共同点 是将高活性的增长链自由基可逆钝化为共价键结构的休眠种，从而降低了自由 基的浓度，避免了通常增长链自由基的双分子终止的发生。由于休眠种能可逆 分解重新活化形成链自由基，这样又可以进行聚合，从而实现活性自由基聚合。 鉴于活性聚合和自由基聚合都有各自的优缺点，高分子化学家们联想到将 两者结合，即成为可控活性自由基聚合或活性可控自由基聚合】，可控活性自 由基聚合可以合成具有新型拓扑结构的聚合物、不同成分的聚合物以及在高分 子或各种化合物的不同部分链接官能团，适用单体较多，产物的应用较广，工 业化成本较低。可控活性自由基聚合的基本思想是：向体系中加入一个与增长 自由基之间存在着偶合一解离可逆反应的稳定自由基，以抑制增长自由基浓度， 减少双基终止的发生。近年来高分子化学的研究热点是活性自由基聚合。 由于可控活性自由基聚合( c o n t r o l l e d l i v i n gr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ，c r p ) 具有能得到结构明确和端基功能化的聚合物，能控制聚合产物分子量且分子量 分布窄，能合成各种结构的共聚物等特点，很快成为高分子合成研究的热点。 当前的研究一方面在开发新引发体系包括引发剂、催化剂、配体以及可聚合的 单体等方面的拓宽，以降低聚合温度和提高聚合速率等；另一方面是在应用可 控活性自由基聚合技术来合成用其它方法不易合成的交替共聚物、嵌断共聚物、 接枝、梳形共聚物、星形和超支化聚合物、两亲性嵌断共聚物、有机无机杂化 5 第一章绪论 聚合物等方面。此外，还要改进引发转移终止剂法分子量分布宽的缺点，使其 更好地推动活性自由基聚合的研究。 1 2 1 1 引发转移终止剂( i n i t i a t o r - t r a n s f e r - t e r m i n a t o ra g e n t ，l n i f e r t e r ) 法 自上世纪6 0 年代出现烯烃单体的无终止和无链转移活性负离子聚合以来， 促进了自由基活性聚合的研究。由于自由基很活泼，两个增长链自由基容易发生 双分子终止，结果得到无活性聚合物。如果增长链自由基能与其它自由基偶合， 而成一休眠状的产物，在受热或光照条件下它是可逆分解的，这样又可以进行聚 合。引发转移终止剂自由基聚合具有活性聚合的特征，即分子量与转化率( 或反 应时间) 成正比，可以继续聚合制备嵌段共聚物。 1 9 8 2 年o t s u 教授首先提出的引发转移终止剂法，尽管与其它活性自由基聚 合方法相比，引发转移终止剂法对聚合过程控制得不是很好，所得聚合物的分 子量与理论值偏差较大，分子量分布较宽，但它的一个显著的优点是可聚合单 体多，能方便地制备接枝和嵌段共聚物，许多结构新颖的i n i f e r t e r 已经被合成 并用于制备端基功能化聚合物、遥爪聚合物、大分子单体、嵌段和接枝共聚物 刍冬 4 5 4 8 】 可。 引发转移终止剂是指在自由基聚合过程中同时起到引发、转移和终止作用的 一类化合物【4 9 】，自从1 9 8 2 年o t s u 等提出引发转移终止剂法以来，这类反应得 到了广泛的研究和发展。引发转移终止剂一般可分为热引发和光引发两种类型， 如四苯基乙烷类衍生物是常见的热引发转移终止剂，含有二乙氨基二硫代甲酰 氧基的一些化合物就是很良好的光引发转移终止剂。 光引发转移终止剂品种较多，主要是含有二乙基二硫代氨基甲酰氧基 ( d i e t h y l d i t h i o c a r b a m o y l o x y ，d c ) 基团的化合物，! t 1 n , n - z 乙基二硫代氨基甲酸 苄酯( b e n z y ln , n - d i e t h y l d i t h i o c a r b a m a t e ，b d c ) 、又2 ( n , n - - l 基二硫代氨基甲酸) 对苯二甲酯( p x y l e n e b i s ( n , n - d i e t h y l d i t h i o c a r b a m a t e ) ，x d c ) 、n 乙基二硫代氨基 甲酸苄酯( b e n z y ln - e t h y l d i t h i o c a r b a m a t e ，b e d c ) 、双( 乙基二硫代氨基甲酸) 对 苯二甲酯q x y l e n e - b i s ( n - e t h y l d i t h i o c a r b a m a t e ) ，x e d c ) 、2 - n , n - 二乙基二硫代氨 基甲酰氧基异丁酸乙酯( 2 一( n , n - d i e t h y l d i t h i o c a r b o m o y l o x y ) i s o b u t i o n i ca c i de t h y l e s t e r ，m m a d c ) 、2 圳二乙基二硫代氨基甲酰氧基丙酸乙酯( 2 - b i s 2 - ( n , n - d i e t h y l d i t h i o c a r b o y o x y ) p r o p i o n i ca c i de t h y le s t e r ，m a d c ) 和m 二乙基二 硫代氨基甲酸( 4 一乙烯基) 苄酯( 4 - ( n , n - d i e t h y l d i t h i o c a r b a m y l ) m e t h y l s t y r e n e ， 6 第一章绪论 v b d c ) 等( 图1 1 ) 一 q 鼢畅坞越( 净 i o 驴口卜s - 吧骶h 5 ) 2 a 0 h 5 n 协d c q 也k 甘n s kc节啦s-c-n(c2hshhs0 溉。心。 图1 1 常见的一些光引发转移终止剂及其结构 f i g 1 1s o m ec o m m o nl i g h ti n i t i a t o r - t r a n s f e r - t e r m i n a t o ra g e n t sa n ds t r u c t u r e s 在紫外光的照射下，光引发转移终止剂r s c ( s ) n ( c 2 h 5 ) 2 分解产生具有活 性的r 和相对惰性的s - c ( s ) n ( c 2 h 5 ) 2 自由基，前者引发单体聚合，而后者与 增长的链自由基结合生成休眠种，从而控制了自由基链增长的速度，使得聚合 物分子量随反应时间和单体转化率而增加，同时由于制得的聚合物末端仍然含 有r s c ( s ) n ( c 2 h 5 ) 2 端基，可以进一步引发不同单体聚合反应制备嵌段共聚物， 因此聚合具有活性自由基聚合的特征。钦曙辉、丘坤元综述了他们研究的新型 引发转移终止剂在烯类单体自由基聚合及共聚合的成果【5 0 】。i n i f e r t e r 的引发聚合 机理可以用图1 2 表裂5 1 】： 7 第一章绪论 r s 墨r ? + 孓 r + m r 一盯 r m i + m 生r k k l t r _ m ? + s 。二r 一 s r m ，s 黑r m f + s 图1 2i n i f e r t e r 的引发聚合机理 其中，r 自由基具有引发活性，m 是可聚合的单体，s 。为惰性的休眠种， r m 一为产生的聚合物端基自由基，它能够继续与单体发生链增殖反应，生成新 的大分子活性自由基，也可以与链终止自由基s 。发生链终止反应。和氟分 别是增殖和终止反应速率常数。 本论文首先通过几步化学反应在硅胶表面接枝i n i f e r t e r ，接枝了i n i f e r t e r 的 硅胶既是下步包覆聚合物层的引发剂又是光接枝反应的载体，将硅球加入到含 有单体，交联剂的预聚合溶液中，在紫外光引发下，在硅球表面接枝包覆聚合 物层，通过控制反应条件可以得到可控的聚合层厚度，下一步可以利用硅球表 面仍然存在的i n i f e r t e r 在硅球表面接枝不同性质的包覆聚合物层。 1 2 1 2 原子转移自由基聚合法( a t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ，a t r p ) 原子转移自由基聚合( a t r p ) 是同一年分别由w a n gj s 和m a t y j a s z e w s k ik 【5 2 】、k a t om 和s a w a m o t om 5 3 1 以及p e r c e cv 和b a r b o i ub 5 4 1 独立提出并报道的 新技术。该技术采用有机合成中经典的原子转移自由基加成反应( a t o mt r a n s f e r r a d i c a la d d i t i o n ，a t r a ) 原理( 见图1 3 ) 8 第一章绪论 ：孑 。 州一l j 图1 3 原子转移自由基加成反应机理 首先，还原态过渡金属种m ，从有机金属卤化物i 凇中”提取”卤原子 x ，形成氧化态过渡金属种m ，n “和碳自由基r ；其后自由基r 与烷烯m 反应产生中间体自由基r m ；中间体自由基r m 再与氧化态过渡金属种 m ，n + 1 反应得到目标产物r m x ，同时产生还原态过渡金属种m ，它又可与卤 化物r - x 反应，开始新一轮氧化一还原循环。这种过渡金属催化的原子转移自由 基反应的效率很高，加成物r m x 的产率常大于9 0 。这一事实说 明，m 7 m 7 + 1 电对的氧化还原反应能产生低浓度自由基，从而大大抑制了自由 基之间的终止反应。若大分子卤化物r m x 对m 7 具有足够的反应活性，且 单体大大过量，那么就可以发生一连串的原子转移自由基加成反应( 即可控自由 基聚合) ( 见图1 4 ) 。 r - x + 埏l i g a n d 图1 4 原子转移自由基聚合机理 a t r p 的独特之处在于使用了有机卤代物作引发剂，并用过渡金属催化剂 或退化转移的方式使链增长，自由基被可逆钝化成休眠种，有效抑制了自由基 之间的双基终止反应，其相对分子量可控制在1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 之间，其分子量分 布为1 0 5 1 5 。a t r p 集自由基聚合与活性聚合的优点于一体，既可以像自由基 9 第一章绪论 聚合那样进行本体、悬浮、溶液和乳液聚合，又可以像可控聚合那样合成指定 结构的聚合物，与传统的活性阴离子聚合及基团转移聚合相比，它具有适用单 体覆盖面广、原料易得、聚合条件温和、合成工艺多样、操作简便、易于实现 工业化等显著特斜” 5 州。 a t r p 的反应体系由引发剂和催化剂一配体组成的催化体系组成。1 引发 剂：具有诱导或共振稳定集团的有机卤代物都是a t r p 有效的引发剂【6 0 1 ，如苄 溴、苄氯、三氯甲烷、2 一溴异丁酰溴和芳基磺酰氯等，均可用于a t r p 体系； 2 以过渡金属催化剂和配体组成的催化体系。这个体系最为重要，它决定了 a t r p 的原子转移的平衡位置和在活性物种与休眠种之间变换的动力学。到目 前为止，能够用于原子转移自由基聚合的过渡金属有9 种，铜、铁、镍、钌、 铑、钯、钼、铼和铬。最先应用于a t r p 聚合研究中的是铜系催化剂，典型代 表是卤化亚铜( c u x ) 2 ，2 一联吡啶络合物；a t r p 具有最宽的单体选择范围，绝 大部分能进行自由基聚合的具有共轭结构的单体均能够发生原子转移自由基聚 合，有苯乙烯及取代苯乙烯，丙烯酸酯，带有功能集团的丙烯酸酯三大类。 在高分子合成方面可以通过采用多功能引发剂的a t r p 来合成星形、树枝 状聚合物；也可以通过单体依次进行a t r p 合成嵌段共聚物；或将负离子活性 聚合转化为a t r p ，将开环聚合或缩聚反应转化为a t r p 的方法合成嵌段或接 枝共聚物等。因此当前经常应用a t r p 技术来合成用其它方法不易合成的嵌段 共聚物，两亲性嵌段共聚物，接枝、超支化聚合物，聚合物刷和树枝状聚合物以及 有机一无机杂化聚合物等。a t r p 集普通自由基聚合和活性可控聚合的优点于一 体，可以采用多种聚合方式，在较温和的条件下经过较简单的合成路线合成指 定分子结构、窄分子量分布的聚合物：并且与其它活性可控聚合相比，a t r p 能 够较容易地合成星形、梳形以及超支化聚合物。可以说，a t r p 技术是活性聚 合发展史上最简便的一种合成技术，具有巨大的潜在工业前景。但是，a t r p 还 存在许多问题，如催化体系用量大等。 论文首先通过几步化学反应在硅胶表面接枝卤代烷的引发剂，在催化剂氯 化亚铜、配体五甲基二亚乙基三胺的存在下，加入单体和交联剂进行包覆聚合。 通过控制单体和交联剂的不同投料比例可以得到不同结构的聚合层厚度，下一 步可以利用硅球表面仍然存在的卤代烷引发剂接枝不同性质的包覆聚合物层。 1 0 第一章绪论 1 3 限进材料研究进展 1 3 1 限进材料产生的背景及特点 在对复杂生物样品，如血液、血清、血浆、尿、奶和唾液等进行高效液相 色谱( h p l c ) 分析时，常用沉淀和萃取的方法进行样品的前处理，以消除体系 中的蛋白干扰物质。这些前处理方法不仅费时、费力，而且会使样品的回收率 降低【6 1 , 6 2 。因此，一类特殊的色谱填料，即限进固定相【6 3 ，引起了人们的重视 与关注【6 4 , 6 5 】。限进材料是同时兼具对大分子的体积排阻功能和对小分子分析物的 结合、分离功能的一类特殊的分离材料，是针对复杂生物样品分析而出现的一 种色谱分离材料。z o u 等【6 6 】将限进材料用作高效液相色谱固定相，实现了生物 体液的直接进样分析。此后，限进固定相 6 7 】引起了人们的重视与关注。限进材 料通过控制固定相合适的孔径和对吸附剂外表面进行适当的亲水性修饰，使得 生物样品溶液中的大分子不能进入吸附剂的内孔中去，且亲水性的外表面保证 了生物大分子不会发生不可逆的变性和吸附，这样大分子物质在死体积或近于 死体积的情况下被洗脱除去；而小分子可以进入填料的内孔表面，从而实现对 小分子分析物的萃取、分离；或者在小分子结合层的表面再接枝亲水长链。以 这类填料填装的色谱柱，可将未经处理或只经简单处理的生物样品直接注射进 色谱系统进行分析，既简化了样品前处理步骤，节省了分析时间，又避免了样 品处理过程中由于大量沉淀剂的使用而污染环境。 1 3 2 限进材料的分类 自8 0 年代以来，出现了许多用于生物样品直接进样进行色谱测定的限进 材料，包括涂渍蛋白质的o d s 柱、内表面反相、屏蔽疏水相、半渗透表面、 双区域填料和混合功能固定相等 6 8 1 。 1 涂渍蛋白质的o d s 柱 涂渍蛋白质的o d s 填料即将蛋白质在一定介质中直接涂敷包裹在反相 c 1 8 填料的外表面，使得填料具有了较好的生物相容性，极大地减轻蛋白质等在 该填料上的变性吸附，而样品中的小分子分析物则可以进入填料内孔中，与固 定相发生相互作用。蛋白涂覆c 1 8 硅胶填料可在生物样品中药物分析的样品前 第一章绪论 处理中得到利用1 6 9 , 7 0 。 2 内表面反相填料 内表面反相填料与涂渍蛋白质填料类似，是出现较早应用最广的一类限进 材料固相萃取填料，由h a g e s t a m 等【_ 7 1 】于1 9 8 5 年提出。该类填料的基质一般 为粒径5 岫、孔径8a m 的硅胶，通过化学键合的方法在硅胶的外表面修饰亲 水性基团，内表面在大多数情况下修饰有疏水性基团或离子交换基团，使得该 填料既具有好的亲水性和生物相容性，又具有对小分子分析物的疏水性结合能 力或离子交换作用。用于生物或环境样品分析时，小分子分析物可进入硅胶微 孔中而被微孔中的疏水性基团或离子交换基团所保留；而