色谱 ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (9): 891-902.DOI: 10.3724/SP.J.1123.2024.01025
黄斌, 陈娟, 王帮进, 章俊辉(), 谢生明(
), 袁黎明
收稿日期:
2024-01-30
出版日期:
2024-09-08
发布日期:
2024-08-29
通讯作者:
*E-mail:zjh19861202@126.com(章俊辉);
E-mail:xieshengming_2006@163.com(谢生明).
基金资助:
HUANG Bin, CHEN Juan, WANG Bangjin, ZHANG Junhui(), XIE Shengming(
), YUAN Liming
Received:
2024-01-30
Online:
2024-09-08
Published:
2024-08-29
Supported by:
摘要:
多孔有机笼(POCs)是一种新型的多孔分子材料,具有明确的分子内腔结构、丰富的主客体识别能力和良好的溶解性,因而在分子识别、气体吸附、传感、催化、色谱分离等多个领域受到广泛关注。本文由四(4-醛基苯基)乙烯和(R,R)-1,2-环己二胺通过席夫碱缩合反应合成了一种手性多孔有机笼(CPOC),采用静态涂敷法将其涂敷于毛细管柱内表面制备了气相色谱柱,测试了该柱对有机混合物、异构体以及手性化合物的分离能力。结果显示,该柱可以实现4种有机混合物(正构烷烃、芳香烃、正构醇和Grob混合物)中所有组分的基线分离;同时有9种二取代苯位置异构体以及包括结构异构和顺反异构在内的16种有机异构体在该柱上也获得了较好的分离。更重要的是,该柱还具有优秀的手性拆分性能,有12种手性化合物在该柱上得到了拆分,其中5种手性化合物(3-羟基丁酸乙酯、缬氨酸衍生物、谷氨酸衍生物、1,2-丁二醇二乙酸酯和1,2-环氧丁烷)获得了基线分离。将该柱与商品β-DEX 120柱的拆分效果相比,该柱可以拆分β-DEX 120柱不能拆分的3-羟基丁酸乙酯、缬氨酸衍生物、谷氨酸衍生物、1,2-环氧丁烷、环氧氯丙烷和环氧溴丙烷等6种手性化合物,说明其与β-DEX 120柱具有手性拆分互补性。研究表明,CPOC制备的毛细管柱对手性和非手性化合物都具有良好的分离能力。
中图分类号:
黄斌, 陈娟, 王帮进, 章俊辉, 谢生明, 袁黎明. 手性多孔有机笼用作气相色谱固定相分离手性和非手性化合物[J]. 色谱, 2024, 42(9): 891-902.
HUANG Bin, CHEN Juan, WANG Bangjin, ZHANG Junhui, XIE Shengming, YUAN Liming. Chiral porous organic cage used as stationary phase for gas chromatographic separation of chiral and achiral compounds[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2024, 42(9): 891-902.
图3 CPOC的(a)傅里叶红外光谱图、(b) ESI-MS质谱图和(c)氮气吸附和孔径分布图
Fig. 3 (a) FT-IR spectrum, (b) ESI-MS spectrum and (c) nitrogen sorption isotherm and pore size distribution curve of CPOC
图6 4种有机混合物在CPOC毛细管柱上的分离色谱图
Fig. 6 Separation chromatograms of four organic mixtures on the CPOC column Temperature programs: a. 70 ℃ for 0.5 min, then increased to 200 ℃ at a heating rate of 20 ℃/min under a N2 linear velocity of 16.4 cm/s; b. 90 ℃ for 1.5 min, then increased to 200 ℃ at a heating rate of 35 ℃/min and under a N2 linear velocity of 15.2 cm/s; c. 80 ℃ for 0.5 min, then increased to 195 ℃ at a heating rate of 20 ℃/min under a N2 linear velocity of 14.9 cm/s; d. 110 ℃ for 1.5 min, then increased to 205 ℃ at a heating rate of 20 ℃/min under a N2 linear velocity of 15.6 cm/s. Peak identifications: a. n-alkanes (1. n-pentane, 2. n-hexane; 3. n-heptane; 4. n-octane; 5. n-nonane; 6. n-decane; 7. n-undecane; 8. n-dodecane; 9. n-tridecane); b. alkylbenzenes (1. benzene; 2. toluene; 3. ethylbenzene; 4. n-propylbenzene; 5. n-butylbenzene; 6. n-pentylbenzene); c. n-alcohols (1. methanol; 2. ethanol; 3. 1-propanol; 4. 1-butanol; 5. 1-pentanol; 6. 1-hexanol; 7. 1-heptanol; 8. 1-octanol); d. Grob mixture (1. 2,3-butanediol; 2. n-decane; 3. n-undecane; 4. n-nonanal; 5. n-octanol; 6. 2,6-dimethylaniline, 7. methyl decanoate, 8. dicyclohexylamine, 9. methyl undecanoate).
Positional isomer | Ta)/ ℃ | vb)/ (cm/s) | Separation factor (α) | Resolution (Rs) | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
α1 | α2 | Rs1 | Rs2 | ||||
o,m,p-Nitrotoluene | 170 | 15.1 | 1.38 | 1.21 | 6.06 | 3.80 | |
o,m,p-Nitrochlorobenzene | 175 | 14.8 | 1.10 | 1.13 | 2.22 | 2.77 | |
o,m,p-Nitrobromobenzene | 190 | 15.9 | 1.06 | 1.17 | 1.57 | 3.75 | |
o,m,p-Chlorotoluene | 130 | 16.1 | 1.22 | 1.10 | 2.68 | 1.40 | |
o,m,p-Bromotoluene | 155 | 14.6 | 1.18 | 1.06 | 3.45 | 1.57 | |
o,m,p-Dichlorobenzene | 140 | 14.9 | 1.10 | 1.09 | 1.93 | 1.74 | |
o,m,p-Dibromobenzene | 170 | 15.6 | 1.06 | 1.12 | 1.18 | 2.36 | |
o,m,p-Chloroaniline | 180 | 15.2 | 1.73 | 1.06 | 17.62 | 1.65 | |
o,m,p-Bromaniline | 195 | 15.1 | 1.78 | 1.10 | 18.39 | 1.94 |
表1 二取代苯位置异构体在CPOC毛细管柱上的分离参数
Table 1 Separation parameters of disubstituted benzene positional isomers on the CPOC column
Positional isomer | Ta)/ ℃ | vb)/ (cm/s) | Separation factor (α) | Resolution (Rs) | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
α1 | α2 | Rs1 | Rs2 | ||||
o,m,p-Nitrotoluene | 170 | 15.1 | 1.38 | 1.21 | 6.06 | 3.80 | |
o,m,p-Nitrochlorobenzene | 175 | 14.8 | 1.10 | 1.13 | 2.22 | 2.77 | |
o,m,p-Nitrobromobenzene | 190 | 15.9 | 1.06 | 1.17 | 1.57 | 3.75 | |
o,m,p-Chlorotoluene | 130 | 16.1 | 1.22 | 1.10 | 2.68 | 1.40 | |
o,m,p-Bromotoluene | 155 | 14.6 | 1.18 | 1.06 | 3.45 | 1.57 | |
o,m,p-Dichlorobenzene | 140 | 14.9 | 1.10 | 1.09 | 1.93 | 1.74 | |
o,m,p-Dibromobenzene | 170 | 15.6 | 1.06 | 1.12 | 1.18 | 2.36 | |
o,m,p-Chloroaniline | 180 | 15.2 | 1.73 | 1.06 | 17.62 | 1.65 | |
o,m,p-Bromaniline | 195 | 15.1 | 1.78 | 1.10 | 18.39 | 1.94 |
图8 结构和顺反异构体在CPOC毛细管柱上的分离色谱图
Fig. 8 Separation chromatograms of structural and cis/trans-isomers on the CPOC column Peak identifications: a. 1-5. 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol, 3-pentanol, 2-methylbutanol, 1-pentanol; e. 1-4. iso-propylbenzene, n-propylbenzene, 1,2,3-trimethylbenzene, 1,3,5-trimethylbenzene; g. 1-3. 2,2-dimethylbutane, 2-methylpentane, n-hexane.
Racemate | CPOC-based GC column | β-DEX 120 column | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
T/ ℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) | T/ ℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) | |||
Ethyl 3-hydroxybutyrate | 160 | 0.86 | 1.30 | 5.46 | 15.1 | 100 | 4.25 | 1.00 | -b) | 13.5 | ||
Valinea) | 155 | 0.81 | 1.22 | 4.87 | 15.3 | 95 | 5.21 | 1.00 | -b) | 15.1 | ||
Glutamic acida) | 185 | 1.01 | 1.29 | 7.16 | 14.9 | 160 | 6.66 | 1.00 | -b) | 15.6 | ||
1,2-Epoxybutane | 70 | 1.79 | 1.21 | 5.01 | 14.6 | 40 | 1.54 | 1.00 | -b) | 14.3 | ||
1,2-Butanediol diacetate | 175 | 1.16 | 1.08 | 1.77 | 16.2 | 135 | 2.64 | 1.02 | 1.11 | 15.5 | ||
Isoleucinea) | 165 | 1.61 | 1.05 | 1.30 | 15.3 | 95 | 9.80 | 1.02 | 1.03 | 15.0 | ||
1,3-Butanediol diacetate | 180 | 2.41 | 1.04 | 0.86 | 14.1 | 140 | 2.65 | 1.03 | 1.52 | 15.0 | ||
Epichlorohydrin | 90 | 4.19 | 1.02 | 0.70 | 13.9 | 65 | 2.82 | 1.00 | -b) | 14.3 | ||
Epibromohydrin | 95 | 5.12 | 1.06 | 1.18 | 15.0 | 70 | 5.74 | 1.00 | -b) | 14.3 | ||
β-Butyrolactone | 110 | 1.51 | 1.04 | 0.74 | 14.6 | 80 | 3.45 | 1.02 | 1.15 | 13.5 | ||
γ-Valerolactone | 120 | 2.62 | 1.02 | 0.64 | 15.5 | 105 | 4.95 | 1.03 | 1.45 | 13.5 | ||
2-Octanol acetate | 160 | 0.75 | 1.01 | 0.60 | 15.9 | 110 | 3.87 | 1.10 | 5.25 | 14.3 |
表2 手性化合物在CPOC毛细管柱上的拆分数据
Table 2 Enantioseparation data of chiral compounds on the CPOC-based GC column
Racemate | CPOC-based GC column | β-DEX 120 column | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
T/ ℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) | T/ ℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) | |||
Ethyl 3-hydroxybutyrate | 160 | 0.86 | 1.30 | 5.46 | 15.1 | 100 | 4.25 | 1.00 | -b) | 13.5 | ||
Valinea) | 155 | 0.81 | 1.22 | 4.87 | 15.3 | 95 | 5.21 | 1.00 | -b) | 15.1 | ||
Glutamic acida) | 185 | 1.01 | 1.29 | 7.16 | 14.9 | 160 | 6.66 | 1.00 | -b) | 15.6 | ||
1,2-Epoxybutane | 70 | 1.79 | 1.21 | 5.01 | 14.6 | 40 | 1.54 | 1.00 | -b) | 14.3 | ||
1,2-Butanediol diacetate | 175 | 1.16 | 1.08 | 1.77 | 16.2 | 135 | 2.64 | 1.02 | 1.11 | 15.5 | ||
Isoleucinea) | 165 | 1.61 | 1.05 | 1.30 | 15.3 | 95 | 9.80 | 1.02 | 1.03 | 15.0 | ||
1,3-Butanediol diacetate | 180 | 2.41 | 1.04 | 0.86 | 14.1 | 140 | 2.65 | 1.03 | 1.52 | 15.0 | ||
Epichlorohydrin | 90 | 4.19 | 1.02 | 0.70 | 13.9 | 65 | 2.82 | 1.00 | -b) | 14.3 | ||
Epibromohydrin | 95 | 5.12 | 1.06 | 1.18 | 15.0 | 70 | 5.74 | 1.00 | -b) | 14.3 | ||
β-Butyrolactone | 110 | 1.51 | 1.04 | 0.74 | 14.6 | 80 | 3.45 | 1.02 | 1.15 | 13.5 | ||
γ-Valerolactone | 120 | 2.62 | 1.02 | 0.64 | 15.5 | 105 | 4.95 | 1.03 | 1.45 | 13.5 | ||
2-Octanol acetate | 160 | 0.75 | 1.01 | 0.60 | 15.9 | 110 | 3.87 | 1.10 | 5.25 | 14.3 |
图10 CPOC分子结构和手性化合物分子尺寸图
Fig. 10 Molecular structure of CPOC and molecular dimensions of the tested racemates a. side view; b. vertical view; c. molecular dimensions.
图11 CPOC毛细管柱的重复性
Fig. 11 Repeatability of the CPOC column a. Chromatograms obtained at the beginning of the column be used; b, c and d. chromatograms obtained after the column was undergone 80, 160 and 500 injections, respectively.
图12 CPOC毛细管柱的热稳定性
Fig. 12 Thermal stability of the CPOC column a. Chromatograms of the column without high temperature treatment; b, c and d. chromatograms obtained after the column was conditioned at 280 ℃ for 2 h, 4 h and 8 h, respectively.
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