纤维素类和环糊精类手性固定相的制备及手性农药拆分研究

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纤维素类和环糊精(CD)类手性固定相因其良好的手性拆分能力,成为手性分离研究的热点。采用高效液相色谱(HPLC)和毛细管电色谱(CEC)可实现手性农药对映体的有效分离,其原理是利用手性固定相(CSP)和一对对映体之间形成稳定性有差异的非对映体分子络合物,在高压或电渗流产生的推动力作用下,最终实现手性分离。本论文用离子液体氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑(AMIMCl)代替传统反应溶剂合成了纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)(CDMPC)和纤维素-2,3-二(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)CBDMPC)两种纤维素类手性选择剂,将CDMPC涂敷在5μm粒径的中孔硅胶球表面,将CBDMPC键合在5μm粒径的中孔硅胶球表面,采用匀浆法制备了涂敷型和键合型CDMPC手性色谱柱;将α、β和γ-CD分别键合在粒径为10μm的中孔硅胶球表面,制备了键合型α、β和γ-CD-CSPs,用匀浆法制备了键合型α、β和γ-CD手性色谱柱;对CDMPC和CBDMPC手性选择剂以及α、β和γ-CD-CSPs进行了表征,利用上述五种类型HPLC手性柱对8种典型农药进行了拆分研究,考察了流动相组成、流速和温度对农药手性拆分的影响。另外,本研究合成了甲基丙烯酸缩水甘油酯-β-CD(GMA-P-CD),经分离、纯化、表征后,将其作为功能单体制备了毛细管电色谱(CEC)有机聚合物整体柱,并对配方组成物质的比例、聚合时间、聚合温度等进行了优化;考察了运行电压、缓冲液pH值及乙腈含量对手性农药拆分效果的影响。基于上述手性农药分离研究结果,分别探讨了手性拆分机理,旨在为手性农药的分离分析和环境友好型单一光学活性手性农药的制备提供实验和理论依据。取得如下结果:(1)以绿色溶剂AMIMCl为反应溶剂,合成了CDMPC,经红外和质谱表征,表明离子液体回收率约为94%。用自制的涂敷型CDMPC手性色谱柱,在HPLC正相模式下,比较不同改性剂对手性分离的影响,发现对于烯唑醇、粉唑醇、腈菌唑、己唑醇和噻螨酮,异丙醇是比较好的改性剂;而对于多效唑和甲霜灵,乙醇是相对较好的改性剂。通过研究异丙醇含量对拆分的影响,发现随着异丙醇含量的减少,7种农药对映体的保留因子(k’)、分离因子(α)、分离度(Rs)均随之增大。在25℃及流速为1.0ml/min的条件下,烯唑醇、粉唑醇、多效唑、己唑醇、甲霜灵和噻螨酮在流动相正己烷/异丙醇(V/V)=98/2时,Rs分别为2.27、1.39、1.00、1.18、1.62和1.51;腈菌唑在流动相正己烷/异丙醇(V/V)=95/5时,Rs为1.58。通过研究温度对手性分离的影响,发现在5-25℃范围内,对于手性农药甲霜灵、烯唑醇、粉唑醇和多效唑,其手性拆分是焓控制的,柱温越低越有利于对映体分离;腈菌唑、己唑醇和噻螨酮的对映体拆分过程既不是熵控制也不是焓控制,拆分效果受温度影响不大。(2)以绿色溶剂AMIMCl为反应溶剂,成功合成了CBDMPC手性选择剂;离子液体的回收率约为94%。用自制的键合型CDMPC手性色谱柱,在HPLC正相模式下,研究了异丙醇含量对手性分离的影响,发现该手性柱对烯唑醇和多效唑无拆分;对己唑醇、甲霜灵和腈菌唑具有较强的拆分能力;对粉唑醇具有良好的拆分,对噻螨酮具有微弱拆分;随着流动相中异丙醇的含量减少,样品的k’、α、Rs均随之增大。通过研究流速对手性分离的影响,发现随着流速的减小,己唑醇、甲霜灵、腈菌唑、粉唑醇和噻螨酮的对映体被洗脱的速度变慢,对映体与固定相间的作用时间增加,Rs也相应地逐渐增大,分离效果逐渐升高;虽然低流速能提高Rs,但也会造成出峰时间延长和峰拖尾等影响。通过研究温度对手性分离的影响,发现在20-40℃范围内手性农药甲霜灵、己唑醇、噻螨酮、粉唑醇和腈菌唑的手性拆分是焓控制的,柱温越低越有利于对映体分离。流动相中添加了三氯甲烷后,腈菌唑、己唑醇和甲霜灵的Rs变大,而粉唑醇和噻螨酮的Rs变小;流动相中添加了四氢呋喃后上述五种农药的Rs均有所变小;总的来讲,流动相中添加了三氯甲烷、四氢呋喃后,未发现柱效明显降低、损坏等异常现象。表明该方法制备的手性柱比较稳定,能耐各种常用流动相的冲刷。(3)用自制的涂敷型CDMPC手性色谱柱,在HPLC反相模式下研究了乙腈含量、流速以及温度对甲霜灵拆分的影响。发现在25℃及流速为0.8ml/min的条件下,甲霜灵在流动相水/乙腈(V/V)=85/15时,Rs为1.49。降低流动相的极性能增大α和Rs的值,使甲霜灵的对映体保留时间呈现延长的趋势但会产生峰拖尾的现象;随着流速的降低, k’,、α、Rs都有逐渐增大的趋势;在20-45℃范围内,甲霜灵的手性拆分是焓控制的,柱温越低越有利于对映体分离。(4)以醚键连接的方式制备了α-CD、β-CD两种键合固定相,并对其进行了表征。在HPLC反相模式下,比较了自制的α-CD键合手性柱及β-CD键合手性柱对5种农药的拆分能力,在此基础上深入研究了β-CD键合手性柱在拆分4种手性农药过程中的影响因素。研究发现,α-CD手性柱对噻螨酮有微弱拆分,而对戊唑醇、多效唑、烯唑醇和己唑醇无拆分;β-CD手性柱对戊唑醇、多效唑、烯唑醇和己唑醇具有一定的拆分能力,但对噻螨酮无拆分;β-CD-CSP拆分能力优于α-CD-CSP。随着流动相中乙腈含量的降低,α和Rs均随之增大,使所拆分农药的对映体保留时间呈现延长的趋势但会产生峰拖尾的现象。β-CD-CSP对烯唑醇和己唑醇拆分效果好于戊唑醇和多效唑。随着流速的降低,戊唑醇、多效唑、烯唑醇和己唑醇的k’、α、Rs都有逐渐增大的趋势,其中烯唑醇分离度增大趋势最为明显;在25-45℃范围内的手性拆分多效唑、烯唑醇和己唑醇是焓控制的,戊唑醇既不是熵控制也不是焓控制。(5)以醚键连接的方式制备了γ-CD键合固定相,通过红外和元素分析对合成的手性固定相进行了表征。在HPLC反相模式下,研究了流动相组成、流速和温度对多效唑和烯唑醇的手性分离的影响。结果表明,γ-CD键合固定相对多效唑和烯唑醇分离能力较弱;在25℃及流速为1.0ml/min的条件下,多效唑和烯唑醇在流动相水/乙腈(V/V)=90/10时,凡分别为0.58和0.57。随着流动相中乙腈含量的降低,α和Rs均随之增大。随着流速的降低,两种农药的Rs都有逐渐增大的趋势。对于手性农药多效唑和烯唑醇,在20-40℃手性拆分是焓控制的。(6)以甲基丙烯酸缩水甘油酯-β-CD(GMA-β-CD)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为电渗流改性剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂以及由二甲基亚砜(DMSO)、正丙醇和1,4-丁二醇组成的三元致孔剂,采用原位聚合法成功地制备了GMA-β-CD有机聚合整体柱。在CEC模式下,研究了操作电压、缓冲液pH、乙腈含量等对己唑醇、抑霉唑和戊唑醇手性拆分的影响。在柱温为25℃的条件下,以50mmol/L的醋酸铵溶液作为缓冲液,进样时间为6s,进样压力为10bar,对己唑醇、抑霉唑和戊唑醇进行了拆分研究。最佳拆分条件和Rs分别为:己唑醇的电压为15kV,pH为5.0,乙腈含量为30%,Rs为1.21;抑霉唑的电压为15kV,pH为4.0,乙腈含量为30%,Rs为1.51;戊唑醇的电压10kV,pH为5.0,乙腈含量为50%,Rs为1.90。
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