自下而上的合成方法:桥接双(β-环糊精)功能化手性COFs@SiO2用于液相色谱中的对映体分离

《Journal of Chromatography A》:Bottom-Up Synthesis of Bridged Bis( β-cyclodextrin)-Functionalized Chiral COFs@SiO 2 for Enantioseparation in Liquid Chromatography

【字体: 时间:2026年02月09日 来源:Journal of Chromatography A 4

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  手性共价有机框架(CCOFs)通过点击化学合成新设计的BPTA-CD单体与TPB连接,调控手性位点密度,键合至硅胶微球形成HPLC分离材料,成功分离14种DNS氨基酸,验证其高选择性、稳定性和重复性。

徐文涛|倪慧珍|徐琳娜|龚家军|程东平|吕华为|胡先超|楚楚|李行诺|童胜强
浙江工业大学药学科学院,杭州,310014,中国

摘要

手性共价有机框架(CCOFs)作为手性分离材料受到了广泛关注。在本研究中,通过自下而上的策略,使用1,3,5-三(4-氨基苯)苯(TPB)连接剂和新设计的BPTA-CD单体,合成了一系列具有精确可调手性位点密度的β-环糊精桥接手性CCOFs。BPTA-CD单元是通过将巯基-β-环糊精(SH-β-CD)通过硫醇-炔烃“点击”反应接枝到2,5-双(丙-2-炔-1-氧基)对苯二甲醛(BPTA)上制备的。通过调节BPTA-CD与BPTA的比例,可以精细调控CCOF框架内的手性识别位点密度。所得到的CCOFs被共价接枝到硅胶微球上,制备用于高效液相色谱(HPLC)手性分离的CCOF接枝硅胶固定相。在优化条件下,这些固定相成功分离了19种丹磺酰化氨基酸(DNS-AAs)中的14种,并表现出高的热稳定性和良好的重复性。增加手性位点密度显著提高了手性分辨率,证明了可调手性环境在识别性能中的关键作用。本研究为构建用于高效液相色谱手性分离的手性位点可控CCOFs提供了一种有效策略。

引言

共价有机框架(COFs)是一类由有机构建块通过强共价键连接而成的结晶多孔材料[[1], [2], [3], [4]]。它们具有低密度[5]、高表面积[6]、可调孔径[7]以及优异的化学和热稳定性[8]等独特性质,使其成为色谱应用的理想候选材料[[9]]。其中,手性共价有机框架(CCOFs)因其明确的手性微环境而在高效液相色谱(HPLC)中的手性分离方面展现出巨大潜力[[10], [11], [12], [13]]。
然而,由于CCOFs不规则的形态、纳米级的粒径和宽的粒径分布,其在HPLC中作为固定相的应用仍然有限,这些因素阻碍了柱子的有效填充,导致柱效降低、峰形失真和背压升高。为克服这些限制,开发了COFs@SiO2复合材料,通过将COF层原位生长在硅胶微球上,结合了COFs的结构可调性和硅胶颗粒的机械强度及均匀性[[14], [15], [16], [17], [18]]。
目前,CCOF的合成策略大致可以分为三类:后合成修饰[19,22]、自下而上合成[[23], [24], [25]]和手性诱导[26,27]。其中,自下而上合成被证明是构建具有明确结构、手性中心均匀分布和高稳定性的CCOFs的有效方法[28]。尽管如此,自下而上合成的CCOFs目前仅在少数研究中得到应用,主要是在气相色谱(GC)和毛细管电色谱(CEC)中。例如,颜的研究团队首次通过原位生长制备了用于气相色谱的手性CCOF柱,实现了高分辨率的分离和良好的重复性[29]。之后,季的研究团队通过自下而上合成开发了基于β-环糊精的CCOFs,用于电色谱,实现了多种手性药物的分离[30,31]。然而,到目前为止,在HPLC中的应用仍然有限。例如,袁的研究团队开发了CTpBD@SiO2和β-CD-COF@SiO2复合材料作为HPLC固定相,分别实现了20种和24种外消旋化合物的分离,表现出优异的稳定性和选择性[33,34]。崔的研究团队开发了两种高度稳定的冠醚基CCOFs,可作为HPLC和GC的多功能手性固定相,实现高效且广泛的手性分离[35]。
在本研究中,通过2,5-双(丙-2-炔-1-氧基)对苯二甲醛(BPTA)和巯基-β-环糊精(SH-β-CD)之间的硫醇-炔烃“点击”反应,设计并合成了一种新的手性单体(BPTA-CD)。随后,将BPTA-CD与1,3,5-三(4-氨基苯)苯(TPB)结合,在室温下通过自下而上的方法制备了一系列[BPTA-CD]x-TPB-COFs(图1A)。所得到的CCOFs原位生长在GPTS功能化的硅胶微球上,形成了硅胶支撑的CCOF复合材料(图1B)。最终,当这些材料作为HPLC的手性固定相使用时,成功分离了14种丹磺酰化氨基酸(DNS-AAs),表现出高手性选择性、稳定性和重复性。

化学试剂与材料

1,3,5-三(4-氨基苯)苯购自上海比德医药科技有限公司;2,5-双(丙-2-炔-1-氧基)对苯二甲醛(BPTA)、3-甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTS)、乙酸(AcOH)、甲苯、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇、甲醇、丹磺酰氯和氨基酸购自上海泰坦科技有限公司;硅胶颗粒(粒径:5 μm,孔径:100 ?)购自青岛海苏新材料科技有限公司。

表征

通过硫醇-炔烃“点击”反应将巯基-β-环糊精(SH-β-CD)与非手性构建块2,5-双(丙-2-炔-1-氧基)对苯二甲醛耦合,制备了非手性骨架单体BPTA-CD(补充图1和图2)。手性单体BPTA-CD及其对应的共价有机框架BPTA-CD-TPB-COFs的结构特征通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)进行了表征。SH-β-CD、BPTA-CD和BPTA-CD-TPB-COFs的光谱均显示出一个宽吸收带

结论

在本研究中,我们通过简便的自下而上策略,将基于BPTA-CD的手性共价有机框架共价锚定在硅胶微球上,制备了一种新型的桥接β-环糊精功能化手性CCOF固定相。通过调节手性BPTA-CD单体的含量,合成了系列[BPTA-CD]x-TPB-COFs@SiO2(x = 1/6, 1/3, 1/2),其中[BPTA-CD]1/2-TPB-COFs@SiO2表现出优异的手性分离性能。

未引用参考文献

[20,21,32]

CRediT作者贡献声明

徐文涛:撰写——原始草稿、可视化、方法学、实验研究、数据分析、概念构思。倪慧珍:撰写——原始草稿、可视化、方法学。徐琳娜:方法学、实验研究。龚家军:验证、软件开发、数据分析。程东平:指导。吕华为:指导。胡先超:撰写——审阅与编辑、指导。楚楚:指导。李行诺:指导。童胜强:撰写——审阅与编辑、验证、指导。

数据可用性

所有数据均可在正文或补充材料中找到。

CRediT作者贡献声明

徐文涛:撰写——原始草稿、可视化、方法学、实验研究、数据分析、概念构思。倪慧珍:撰写——原始草稿、可视化、方法学。徐琳娜:方法学、实验研究。龚家军:验证、软件开发、数据分析。程东平:指导。吕华为:指导。胡先超:撰写——审阅与编辑、指导。楚楚:指导。李行诺:指导。童胜强:撰写——审阅与编辑、验证、指导。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(22478347;21978266)、浙江省“先锋”和“领头雁”研发项目(2025C04034)、浙江省自然科学基金(LBY22H280004)以及浙江工业大学科学技术研究院(KYY-HX-20240629; KYY-HX-20210732; KYY-HX-20210066; KYY-HX-20200221; KYY-HX-20190182)的财政支持。

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