酰胺和咪唑基离子液体双极性基团共嵌入式亲水C18硅胶固定相的制备与应用

doi:10.7503/cjcu20230503

摘要/Abstract

摘要：

利用分步键合法制备了酰胺和咪唑基离子液体双极性基团共嵌入的十八烷基修饰硅胶色谱固定相, 并通过离子交换制备了2种具有不同阴离子配位的固定相(Sil-IL-AMC18-Cl和Sil-IL-AMC18-Tf₂N). 采用红外光谱和元素分析对2种固定相进行了表征, 发现红外光谱中均在1460和661 cm^‒1处出现了咪唑环上C=C的伸缩振动峰和C=N的弯曲振动峰, 在2927和2856 cm^‒1处出现了─CH的不对称和对称伸缩振动峰, 证明氨基咪唑离子液体键合成功; 而原有919 cm^‒1处的伯胺N─H面外变形振动峰消失, 说明十八烷基酰氯与氨基已键合. 元素分析结果表明, Sil-IL-AMC18-Cl的氮元素含量为3.07%, 碳元素含量为16.73%, 氢元素含量为3.07%, Sil-IL-AMC18-Tf₂N的氮元素含量为2.88%, 碳元素含量为15.98%, 氢元素含量为2.95%, 说明确已制得Sil-IL-AMC18-Cl和Sil-IL-AMC18-Tf₂N色谱固定相. 考察了2种固定相的色谱分离模式与分离性能, 结果表明: (1) 在反相色谱模式(RPLC)下, 相较于商品化C18色谱柱, 两种固定相均具有更高的柱效; (2) 由于具有双极性基团, 相较于传统亲水改性C18硅胶固定相具有更强的亲水能力, 因此可以实现亲水色谱模式(HILIC); (3) 在反相/亲水(RPLC/HILIC)混合色谱模式下, 可同时分离亲水性和疏水性物质. 通过考察发现, Sil-IL-AMC18-Cl固定相比Sil-IL-AMC18-Tf₂N固定相有更强的亲水性能, 因此在HILIC色谱模式下将Sil-IL-AMC18-Cl固定相应用于8种碱基核苷类物质的分离, 可实现该类强亲水性物质的基线分离, 进样重复性RSD=0.03%~0.25%(n=9); 在RPLC色谱模式下将Sil-IL-AMC18-Tf₂N固定相应用于6种苯胺类物质的分离, 不仅可以实现基线分离, 而且可明显改善苯胺类物质的峰拖尾现象, 进样重复性RSD=0.05%~0.10%(n=9).

关键词: 亲水改性C18硅胶填料, 混合模式液相色谱固定相, 碱基核苷, 苯胺

Abstract:

In this work， octadecyl-modified silica chromatographic stationary phases with amide and imidazole-based ionic liquid bipolar groups co-embedded were prepared by stepwise bonding and two stationary phases with different anionic coordinations（Sil-IL-AMC18-Cl and Sil-IL-AMC18-Tf₂N） were prepared by ion-exchange， which were characterized by means of infrared spectroscopy and elemental analysis. Both stationary phases showed C=C stretching vibration peaks and C=N bending vibration peaks on the imidazole ring at 1460 and 661 cm^‒1， and asymmetric and symmetric stretching vibration peaks of ─CH at 2927 and 2856 cm^‒1， which proved the bonding of amino-imidazole ionic liquid. And the original 919 cm^‒1 of primary amine N─H out-of-plane deformation vibration peak disappeared， indicating that octadecanoyl chloride is bonded with amino. The results of elemental analysis showed that Sil-IL-AMC18-Cl contained 3.07% of nitrogen， 16.73% of carbon and 3.07% of hydrogen， and Sil-IL-AMC18-Tf₂N contained 2.88% of nitrogen， 15.98% of carbon and 2.95% of hydrogen， which indicated that Sil-IL-AMC18-Cl and Sil-IL-AMC18-Tf₂N chromatographic stationary phases were prepared. The chromatographic separation modes and performance of Sil-IL-AMC18-Cl and Sil-IL-AMC18-Tf₂N stationary phases were investigated， and the results showed that：（1） the two stationary phases had higher column efficiency than commercial C18 columns in the reversed-phase chromatographic mode（RPLC）；（2） since the stationary phase has a bipolar group， it has a stronger hydrophilic ability compared to the traditional hydrophilic modified C18 silica stationary phase， and thus hydrophilic chromatographic mode（HILIC） can be realized；（3） simultaneous separation of hydrophilic and hydrophobic substances in mixed reversed-phase/hydrophilic（RPLC/HILIC） chromatographic mode. It was found that Sil-IL-AMC18-Cl stationary phase had stronger hydrophilic properties compared to Sil-IL-AMC18-Tf₂N stationary phase， so in the HILIC chromatographic mode Sil-IL-AMC18-Cl stationary phase was used for the separation of 8 base nucleosides， which could realize the baseline separation of this kind of strong hydrophilic substances， and the RSD of the injection repeatability was 0.03%—0.25%（n=9）； in the RPLC chromatographic mode， Sil-IL-AMC18-Tf₂N stationary phase was used for the separation of 6 anilines， which not only could realize the baseline separation， but also improved the peak trailing problem of anilines， and the RSD of the injection repeatability was 0.05%—0.10%（n=9）.

Key words: Hydrophilic modified C18 silica gel filler, Mixed-mode liquid chromatography stationary phase, Base nucleoside, Aniline

中图分类号:

O657

TrendMD:

陈贝怡, 观文娜, 靳钊, 刘婷婷, 周睿. 酰胺和咪唑基离子液体双极性基团共嵌入式亲水C18硅胶固定相的制备与应用. 高等学校化学学报, 2024, 45(4): 20230503.

CHEN Beiyi, GUAN Wenna, JIN Zhao, LIU Tingting, ZHOU Rui. Preparation and Application of Imidazole-based Ionic Liquid and Amide Bipolar Groups Co-embedded Hydrophilic C18 Silica Gel Stationary Phase. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(4): 20230503.

图/表 12

Fig.1 Preparation process of stationary phase

Fig.2 FTIR spectra of bare silica(a), Sil-MPCl(b), Sil-IL-Cl(c), Sil-IL-Tf2N(d), Sil-IL-AMC18-Cl(e) and Sil-IL-AMC18-Tf2N(f)

Table 1 Elemental analysis results of bare silica, Sil-MPCl, Sil-IL-Cl, Sil-IL-AMC18-Cl, Sil-IL-Tf2N and Sil-IL-AMC18-Tf2N

Analyte	Average elemental content（%）				Bonding density/（μmol‧m^-2）
Analyte	N	C	H	S	Bonding density/（μmol‧m^-2）
Bare silica	0	0.31	1.22	—^*
Sil⁃MPCl	0.02	5.88	1.26	—
Sil⁃IL⁃Cl	3.48	10.20	2.08	0.17
Sil⁃IL⁃AMC18⁃Cl	3.07	16.73	3.07	—	1.27
Sil⁃IL⁃Tf₂N	3.44	9.79	1.78	2.08
Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf₂N	2.88	15.98	2.95	—	1.21

Fig.3 Reversed⁃phase mode chromatographic performance evaluation chromatograms on Sil⁃IL⁃AMC18-Cl(A) and Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf2N(B)Peak 1. uracil； peak 2. phenol； peak 3. 4-chloronitrobenzene； peak 4. naphthalene. V（CH3OH）∶V（H2O）=80∶20（A1， B1）； 75∶25（A2， B2）； 70∶30（A3， B3）.

Table 2 Column efficiency data of 3 columns under reversed-phase conditions

Compound	Tailing factor			Theoretical plate number/m
Compound	Sil⁃IL⁃AMC18⁃Cl column	Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf₂N column	XDB⁃C18 column	Sil⁃IL⁃AMC18⁃Cl column	Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf₂N column	XDB⁃C18 column
Uracil	1.004	1.202	1.400	19053	22660	4160
Phenol	1.123	1.052	1.130	26007	29113	10807
4⁃Chloro⁃1⁃nitrobenzene	1.098	1.020	1.349	29333	33880	18460
Naphthalene	0.993	0.917	1.399	33067	37547	25260

Fig.4 Effect of acetonitrile volume fraction in mobile phases on retention of 7 base nucleosides in HILIC chromatographic mode on Sil⁃IL⁃AMC18⁃Cl(A) and Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf2N(B)

Fig.5 Effect of acetonitrile content in mobile phases on retention of 8 compounds with different polarities in mixed chromatographic mode on Sil⁃IL⁃AMC18⁃Cl(A) and Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf2N(B)

Fig.6 Chromatographic separation of 6 anilines on Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf2N column(A) and XDB⁃C18 column(B)Peak 1： aniline； peak 2： 2，6-dimethylaniline； peak 3： 4-chloroaniline； peak 4： 2-nitroaniline； peak 5： diphenylamine； peak 6： 2，4，6-tribromoaniline.

Table 3 Tailing factors for the separation of 6 anilines on Sil-IL-AMC18-Tf2N column and XDB-C18 column

Compound	Tailing factor
Compound	Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf₂N Column	XDB⁃C18 Column
Aniline	0.978	1.054
2，6⁃Dimethylaniline	1.077	1.274
4⁃Chloroaniline	1.033	—^*
2⁃Nitroaniline	0.968	—
Diphenylamine	0.885	1.386
2，4，6⁃Tribromoaniline	0.837	1.482

Fig.7 Comparative chromatogram of 9 consecutive separations of 6 anilines on Sil⁃IL⁃AMC18⁃Tf2N column

Fig.8 Chromatographic separation of 8 base nucleosides on Sil⁃IL⁃AMC18⁃Cl column

Fig.9 Comparative chromatogram of 9 consecutive separations of 8 base nucleosides on Sil⁃IL⁃AMC18⁃Cl column

参考文献 28

1	Sobańska A. W.， Crit. Rev. Anal. Chem.， 2021， 51（7）， 631—655
2	Unger K. K.， Skudas R.， Schulte M. M.， J. Chromatogr. A， 2008， 1184， 393—415
3	Layne J.， J. Chromatogr. A， 2002， 957（2）， 149—164
4	Coym J. W.， J. Sep. Sci.， 2008， 31（10）， 1712—1718
5	Xiang Z. O.， Sun X. L.， Liu P.， Li X. Y.， Jiang R.， Chromatographia， 2010， 72， 23—32
6	Li Y.， Amino⁃endcapped Octadecylsilane Bonded Silica Mixed⁃mode Stationary Phase for the Simultaneous Separation of Neutral and Ionizable Drugs， Tianjin University， TianJin， 2021
	李妍. 氨基封端十八烷基硅胶混合模式色谱固定相及其在多组分药物同时分析中的应用，天津：天津大学， 2021
7	O'Gara J. E.， Alden B. A.， Walter T. H.， Petersen J. S.， Niederlaender C. L.， Neue U. D.， Anal. Chem.， 1995， 67（20）， 3809—3813
8	Kirkland J. J.， Henderson J. W.， Martosella J. D.， Bidlingmeyer B. A.， Vasta⁃Russell J.， Adams J. B.， LCGC North Am.， 1999， 17（7）， 634—639
9	Ali A.， Alharthi S.， Shad S.， Al⁃Shaalan N. H.， Iqbal M.， J. Chromatogr. A， 2022， 1684， 463534
10	Dietrich B.， Holtin K.， Bayer M.， Friebolin V.， Kuhnle M.， Albert K.， Anal. Bioanal. Chem.， 2008， 391（7）， 2627—2633
11	Bocian S.， Paca M.， Buszewski B.， Analyst， 2013， 138（18）， 5221—5229
12	Yu X.， Zhao R.， Liu G. Q.， Chem. J. Chinese Universities， 2000， 21（7）， 1043—1044
	喻昕，赵睿，刘国诠. 高等学校化学学报， 2000， 21（7）， 1043—1044
13	Rafferty J. L.， Siepmann J. I.， Schure M. R.， Anal. Chem.， 2008， 80（16）， 6214—6221
14	O'Gara J. E.， Walsh D. P.， Alden B. A.， Casellini P.， Walter T. H.， Anal. Chem.， 1999， 71（15）， 2992—2997
15	Omamogho J. O.， Stack E. M.， Santalad A.， Srijaranai S.， Glennon J. D.， Yamen H.， Albert K.， Anal. Bioanal. Chem.， 2010， 397（6）， 2513—2524
16	Silva C. R.， Jardim I. C. S. F.， Airoldi C.， J. Chromatogr. A， 2003， 987， 127—138
17	Li Y. Y.， Dai P. C.， Ke Y. X.， Jin Y.， Liang X. M.， J. Sep. Sci.， 2010， 33（19）， 2998—3004
18	Qiu H.， Mallik A. K.， Takafuji M.， Liu X.， Jiang S.， Ihara H.， Anal. Chim. Acta， 2012， 738， 95—101
19	Jing Y. Q.， Long Y. D.， Huang T. B.， Chem. J. Chinese Universities， 2002， 23（2）， 210—212
	景玉清，龙远德，黄天宝. 高等学校化学学报， 2002， 23（2）， 210—212
20	Liu X.， Bordunov A.， Tracy M.， Slingsby R.， Avdalovic N.， Pohl C.， J. Chromatogr. A， 2006， 1119， 120—127
21	Majors R. E.， Przybyciel M.， LC. GC. Eur.， 2003， 16（2）， 584—590
22	Qiu H. D.， Jiang S. X.， Liu X.， J. Chromatogr. A， 2006， 1103， 265—270
23	Guo D. D.， Yang C. X.， Qiu R. C.， Huang S. H.， J. Chromatogr. A， 2020， 1625， 461331
24	Lei G. H.， Xiong X. H.， Huo Y. M.， Wei Y. M.， Zheng X. H.， Chem. J. Chinese Universities， 2008， 29（2）， 268—272
	雷根虎，熊晓虎，霍艳敏，卫引茂，郑晓晖. 高等学校化学学报， 2008， 29（2）， 268—272
25	Ji S. Q.， Jin Z.， Guan W. N.， Pan X. Y.， Guan T.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（6）， 20220008
	季双琦，靳钊，观文娜，潘翔宇，关彤. 高等学校化学学报， 2022， 43（6）， 20220008
26	Dom N.， Knapen D.， Benoot D.， Nobels I.， Blust R.， Chemosphere， 2010， 81（2）， 177—186
27	Wang C.， Wang W. L.， Liu X.， Wu Q. Y.， Hu H. Y.， Acta Sci. Circumstantiae， 2019， 39（10）， 3434—3441
	王纯，王文龙，刘鑫，吴乾元，胡洪营. 环境科学学报， 2019， 39（10）， 3434—3441
28	Ding X. J.， Xiong L.， Zhou Q. M.， Ye Q.， Guo L.， Liu L.， J. Chengdu Univ. Tradit. Chin. Med.， 2018， 41（2）， 102—108
	丁兴杰，熊亮，周勤梅，叶强，郭力，刘菲. 成都中医药大学学报， 2018， 41（2）， 102—108

[1]	谢小兰, 刘湛, 吕佳敏, 余申, 李小云, 苏宝连, 陈丽华. Cu基等级孔ZSM-5分子筛单晶的制备及硝基苯加氢催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(10): 20230109.
[2]	葛怡聪, 聂万丽, 孙国峰, 陈稼轩, 田冲. 银催化2-烯基苯胺与苯并异噁唑的[5+1]环化反应[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220142.
[3]	季双琦, 靳钊, 观文娜, 潘翔宇, 关彤. 双阳离子型离子液体和十八烷基修饰的混合模式硅胶固定相的制备及色谱性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220008.
[4]	陈潇禄, 袁珍闫, 仲迎春, 任浩. 机械球磨制备三苯胺基PAF-106s及C2烃吸附性质[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210771.
[5]	杨思娴, 钟文钰, 李超贤, 苏秋瑶, 许炳佳, 何谷平, 孙丰强. 聚苯胺纳米线/SnO₂复合光催化材料的光化学制备与性能[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1942.
[6]	王琳硕, 李昆杰, 刘玉敏, 赵瑞红, 李青, 钱鑫, 张帆, 薛志伟. 三苯基均三嗪基团调控敏化染料光电性能的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(7): 1653.
[7]	任文, 张国立, 闫涵, 胡兴华, 李焜, 王景凤, 李瑞琦. 超疏水聚苯胺/聚四氟乙烯复合膜的制备及油-水乳液分离性能[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(4): 846.
[8]	令旭霞, 龙柱, 王士华, 李志强, 郭帅, 张丹. 聚苯胺表面修饰芳纶浆粕及其纸基材料的导电性能[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(11): 2553.
[9]	王乙涵,尹强,杜凯,殷勤俭. 聚吡咯/聚苯胺二元复合纳米管及其热电性能[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(1): 175.
[10]	王琳, 张艳慧, 阿孜古丽·木尔赛力木, 兰海蝶. 以PS-b-P2VP为模板剂诱导调控聚苯胺形貌、尺寸及电化学性能[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(8): 1748.
[11]	赵宇轩, 陈艳君, 潘顾鑫, 王畅, 彭振博, 孙宗旭, 梁永日, 师奇松. 静电纺丝制备Tb-PEG+Eu-PEG/PANI/PAN荧光导电相变三功能复合纤维[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(4): 824.
[12]	付林杰, 骆然, 汪淑华, 张宁, 陈超. 新型Cd(Ⅱ)-MOF的合成及对4-硝基苯胺的高效识别[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(3): 419.
[13]	刘奔, 张行颖, 陈韶云, 胡成龙. 一维有序聚苯胺纳米阵列的制备及电化学储能性能[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(3): 498.
[14]	周明娟, 闫莹, 晁单明. 电致变色/电控荧光双功能聚合物的合成及性能[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(1): 147.
[15]	杨倩, 杨璨瑜, 孙孔春, 侯雯清, 吴乐艳, 沈报春. 手性聚苯胺/二氧化硅核/壳复合物的合成及应用[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(7): 1587.