苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂及其制备方法与应用.pdf

本发明涉及一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂及其制备方法，并评价了其作为固相萃取填料的性能。该制备方法以氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯、4-乙烯基苯硼酸为反应原料，偶氮二异丁腈为引发剂，三氯化铁为催化剂，通过非水沉淀聚合反应合成含苯硼酸的树脂白球，再通过傅氏交联反应合成共价亲和超高交联树脂。本发明的共价亲和超高交联树脂属新一代的多孔聚合物树脂，较之常规大孔树脂，具有超高比表面积(800m2/g)，粒径为3-5μm，树脂同时具有共价亲和作用力和非极性作用力的复合功能，将其作为固相萃取填料，可用于复杂样品中顺式二醇型化合物的分离富集。

1.  一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂，其特征在于，其骨架由二乙烯基苯、4-氯甲基苯乙烯以及4-乙烯基苯硼酸构成，其化学结构通式如下：


2.  一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备方法，其特征在于，其具体步骤为：
(a)利用氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯、4-乙烯基苯硼酸为反应单体，用偶氮二异丁腈为引发剂，乙腈为反应溶剂，通过超声以及连续通氮气除去反应体系中的氧气，采用非水沉淀聚合反应合成低交联度的氯甲基苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基苯硼酸共聚物，选用甲醇、甲苯和丙酮除去反应体系中残留的反应原料以及合成过程中产生的线性结构，再经过真空干燥得到白色的低交联树脂微粒；
(b)将上述步骤(a)得到的低交联度的氯甲基苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基苯硼酸共聚物，溶胀于二氯乙烷溶剂中，通过超声和连续通氮气除去体系中的氧气，加入三氯化铁为催化剂，逐步反应至80℃，反应18小时后，得到高交联度的氯甲基苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基苯硼酸聚合物；
(c)反应结束后，离心除去反应母液，将得到的固体依次用甲醇和2mol/L 的盐酸多次洗涤，除去树脂中的二氯乙烷和反应体系残留的三氯化铁，将洗涤后的树脂，以丙酮为溶剂，索氏提取回流12小时；
(d)反应结束后，将反应体系冷却至室温，离心除去反应体系中的丙酮，依次用甲醇和乙醚洗涤多次，离心得到洗涤干净的高交联树脂，真空干燥得到共价亲和超高交联树脂。

3.  如权利要求2所述的一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(a)中，所述的反应单体的投料量为反应体系包括溶剂在内的所有物料总质量分数的2％。

4.  如权利要求2所述的一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(a)中，所述的4-乙烯基苯硼酸在三种反应单体中的质量分数为5～20％，4-氯甲基苯乙烯在三种反应单体中的质量分数为65～40％，二乙烯基苯在三种反应单体中的质量分数为20～50％。

5.  如权利要求2所述的一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(a)中，反应体系温度控制在50～80℃，反应时间为46小时。

6.  如权利要求2所述的一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(b)中，所述三氯化铁催化剂的物质的量与共价亲和低交联树脂中氯元素物质的量的比为1∶1。

7.  如权利要求2所述的一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备方法，其特征在于，在所述的步骤(d)中，所制得的苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂含有丰富的微孔分布，比表面积达800m²/g。

8.  一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂在固相萃取填料中的应用。

苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂及其制备方法与应用
【技术领域】
本发明涉及树脂技术领域，具体地说，是一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂及其制备方法与应用。
【背景技术】
在样品前处理技术中，固相萃取技术因其简单、高效、易实现自动化和有机溶剂耗量低等优点，已逐渐取代了传统的液-液萃取法，成为复杂体系分析的主流前处理方法。固相萃取的分离模式主要取决于固定相中的填料类型。在常规类型的聚合物填料中，由于多采用大孔树脂材料，故其比表面积较小(＜500m2/g)，吸附容量不高；且由于其吸附特性受所用单体的限制，对带有特殊基团化合物的选择性不够，必须通过化学修饰的方法提高其选择性。因此，发展具有强吸附能力和选择性富集效果的高比表面积聚合材料——修饰型超高交联树脂填料，将成为复杂样品固相萃取分析领域的一个重要方向。
在复杂样品分析中，对于含有顺式邻羟基结构的极性强化合物，如糖类化合物，一直以来缺乏有效的选择性富集材料，但此类物质的体内合成及代谢在生命体系中常扮演着重要的角色。因此，开发对糖类具有特异性选择能力的共价亲和超高交联树脂材料具有重要意义。该填料在超高交联树脂材料上修饰苯硼酸基团，利用硼羟基在特定的pH环境下可以和含顺式二醇结构通过共价亲和力相互作用，从而提高了其选择性。文献检索表明，这种苯硼酸 修饰的新型共价亲和超高交联树脂及其制备方法并未见报道。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂及其制备方法与应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂，其骨架由二乙烯基苯、4-氯甲基苯乙烯以及4-乙烯基苯硼酸构成，其化学结构通式如下：

一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备方法，其具体步骤为：
(a)利用氯甲基苯乙烯、二乙烯基苯、4-乙烯基苯硼酸为反应单体，用偶氮二异丁腈为引发剂，乙腈为反应溶剂，通过超声以及连续通氮气除去反应体系中的氧气，采用非水沉淀聚合反应合成低交联度的氯甲基苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基苯硼酸共聚物，选用甲醇、甲苯和丙酮除去反应体系中残留的反应原料以及合成过程中产生的线性结构，再经过真空干燥得到白色的低交联树脂微粒；
所述的反应单体的投料量为反应体系包括溶剂在内的所有物料总质量分数的2％。
所述的4-乙烯基苯硼酸在三种反应单体中的质量分数为5～20％，4-氯甲基苯乙烯在三种反应单体中的质量分数为65～40％，二乙烯基苯在三种反应单体中的质量分数为20～50％；
引发剂偶氮二异丁腈的投料量占三种反应单体中所有双键的摩尔分数的2％；
反应溶剂乙腈的量为400ml，树脂洗涤过程中，甲醇、甲苯、丙酮的使用量均为60ml。
步骤(a)中，为了解决4-乙烯基苯硼酸在反应体系中溶解性不好的问题，采用15～50ml的无水乙醇作为4-乙烯基苯硼酸的助溶剂；步骤(b)中为了解决三氯化铁在二氯乙烷中溶解度低的问题，采用15～40ml硝基甲烷溶解三氯化铁，再投入反应体系中。
为了使反应正常进行以及得到粒径较为合适的低交联聚合物，反应体系温度控制在50～80℃，反应时间为46小时。控制温度就是为了控制适当的反应速率，控制该温度范围可以控制树脂粒径在想要的范围之内，作为固相萃取填料。由于温度低，得到的树脂粒径较大；而温度高，得到的树脂粒径较小。
(b)将上述步骤(a)得到的低交联度的氯甲基苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基苯硼酸共聚物，溶胀于二氯乙烷溶剂中，通过超声和连续通氮气除去体系中的氧气，加入三氯化铁为催化剂，逐步反应至80℃，反应18小时后，得到高交联度的氯甲基苯乙烯-二乙烯基苯-乙烯基苯硼酸聚合物；
所述的二氯乙烷反应溶剂的体积为40ml；
所述三氯化铁催化剂的物质的量与共价亲和低交联树脂中氯元素物质的量的比为1∶1。
(c)反应结束后，离心除去反应母液，将得到的固体依次用甲醇和2mol/L的盐酸多次洗涤，除去树脂中的二氯乙烷和反应体系残留的三氯化铁，将洗涤后的树脂，以丙酮为溶剂，索氏提取器回流12小时；
所述甲醇洗涤的目的是为了除去残留的1，2-二氯乙烷，2mol/L的盐酸为了洗去树脂中残留的三氯化铁，洗涤液用硫氰化钾检测，直至无红色为止。
(d)反应结束后，将反应体系冷却至室温，离心除去反应体系中的丙酮，依次用甲醇和乙醚洗涤多次，离心得到洗涤干净的高交联树脂，真空干燥得到共价亲和超高交联树脂。
所制得的苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂含有丰富的微孔分布，比表面积达800m²/g。
一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂在固相萃取填料中的应用。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)本发明提供了一种苯硼酸修饰型共价亲和超高交联树脂及其制备方法，树脂的母体是二乙烯基苯和苯乙烯类化合物的聚合物，树脂具有超高比表面积和孔容，能够提供更好的吸附性能，树脂呈单分散的小球，是理想的固相萃取填料。
(2)树脂合成步骤中，加入了4-乙烯基苯硼酸，使该树脂具有良好的共价亲和作用，可以吸附复杂体系中顺式二醇化合物。该树脂改变了纯二乙烯 苯树脂的完全疏水骨架，使其在使用过程中可避免活化过程。
(3)该树脂制备步骤简单，制备的树脂具有较好的吸附动力学性能，便于分离，实际应用中，可通过选择适当的淋洗和洗脱步骤，快速除去干扰基质以及更好地吸附含顺式二醇结构的糖类化合物。
【附图说明】
图1为本发明合成苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的扫描电镜图；
图2为本发明合成苯硼酸修饰的共价亲和低交联树脂红外光谱图；
图3为本发明合成苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的红外光谱图；
图4为本发明合成树脂对邻苯二酚和对苯二酚的固相萃取各步骤流出液的高效液相色谱图。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂及其制备方法与应用的具体实施方式。
实施例1
苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂的制备，包括如下步骤：
(a)在装有回流冷凝管、温度计和氮气保护装置的500ml三口烧瓶中，加入400ml乙腈，体系冰浴冷却至0℃；
(b)向冰水浴体系中，依次加入偶氮二异丁腈0.25g，二乙烯基苯2.98ml，4-氯甲基苯乙烯3.81ml和4-乙烯基苯硼酸1.2g，其中4-乙烯基苯硼酸需要用40ml无水乙醇溶解后加入到反应体系，体系温度维持0℃，通氮气2小时， 以除尽体系中的氧气；
(c)然后将反应转移至油浴中，调节磁力搅拌器至适当的转速，体系由室温慢慢升至70℃(按4min/℃的升温速率)，维持该温度继续反应46小时；
(d)反应结束后，将反应体系冷却至室温，反应液用0.2μm的尼龙过滤膜过滤，滤饼依次用60ml甲醇、60ml甲苯、60ml丙酮各超声洗涤两次，滤饼40℃真空干燥至恒重，得到白色的母体聚合物微粒。
(e)在装有回流冷凝管、温度计和氮气保护装置的250ml三口烧瓶中，依次加入1.5g上述步骤(d)得到的白色母体聚合物微粒和40ml 1，2-二氯乙烷，体系在氮气氛围下充分溶胀1.5小时，使共价亲和低交联树脂溶胀成圆球；
(f)称取无水三氯化铁0.9g，加入40ml硝基甲烷，使三氯化铁溶解完全；
(g)向(e)所得混合溶液中，滴加步骤(f)所得的含三氯化铁的硝基甲烷溶液，调节磁力搅拌器至适当的转速，滴完后快速升温至80℃，并在该温度下继续反应18小时；
(h)反应结束后，将反应体系冷却至室温，反应液减压过滤，弃去滤液，滤饼依次用甲醇、2mol/L盐酸溶液洗涤多次至滤液无色，得到棕黄色固体；
(i)将上述棕黄色固体，以丙酮为溶剂用索氏提取器连续提取12小时；
(j)提取完成后，所得固体再依次用甲醇、乙醚洗涤多次，过滤，滤饼在40℃时真空干燥至恒重，得到淡黄色苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂微粒。
(k)所得到的苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂，扫面电镜图如附图1所示。所合成的共价亲和超高交联树脂粒径主要分布为3-5μm，BET比表面积800m²/g。低交联树脂红外光谱如图2所示和高交联树脂的红外光谱如附 图3所示，树脂的红外光谱显示，树脂在1507cm^-1和1341cm^-1处分别有一个尖锐的吸收峰，为B-O伸缩振动，在1441cm^-1处有一个中等强度的吸收峰，为Ph-B键的伸缩振动，说明4-乙烯基苯硼酸已经成功通过非水沉淀聚合反应修饰在树脂上。二者红外光谱图对比可见，共价亲和低交联树脂在673cm^-1处有一个明显的C-Cl吸收峰，而共价亲和超高交联树脂在该处的吸收峰将近消失。此外共价亲和低交联树脂在1262cm^-1有一个尖锐的吸收峰，为CH₂-Cl强化的苯环上C-H键的面内弯曲振动，而共价亲和超高交联树脂在此处的吸收峰明显降低或者消失，说明C-Cl键在反应过程中明显减少。有机元素分析结果显示，树脂白球中氯元素的含量为7.92％，通过傅氏交联反应后，氯元素的含量小于0.5％，说明苄基氯元素含量大大减少，超高交联反应已顺利的进行。
实施例2
本实例的共价亲和超高交联树脂用作固相萃取填料，分离邻苯二酚(顺式二醇型)和对苯二酚(非顺式二醇型)异构体，其步骤为：
(a)溶剂的配制：准确称取磷酸氢二钠0.1750g，定容到500ml得pH＝8.5磷酸缓冲液A。准确移取0.5ml三氟乙酸和15ml乙腈，用超纯水定容至50ml得含1％三氟乙酸的乙腈∶水＝30∶70溶液B。准确移取10ml乙腈，用超纯水定容至100ml得乙腈∶水＝10∶90的乙腈溶液C。
(b)配制待测液：准确称取邻苯二酚、对苯二酚各0.2000g，用步骤(a)配制的溶液分别定容至50ml。
(c)固相萃取柱的装填：精确称取苯硼酸修饰的共价亲和超高交联树脂 树脂60mg，用30ml无水甲醇分散，采用湿法装柱将树脂装入体积为3ml的固相萃取空柱管中，得到填料的高度为3mm，内径为9mm，树脂两端用筛板压实。
(d)固相萃取活化步骤：将装填好的固相萃取柱依次用5ml甲醇、3ml步骤(a)所得溶液B、3ml步骤(a)所得溶液A活化，流速为0.5ml/min。
(e)固相萃取上样步骤：准确移取邻苯二酚、对苯二酚待测液各1ml至活化好的固相萃取柱中，流速0.3ml/min，收集流出液待测。
(f)固相萃取淋洗步骤：准确移取3.0ml步骤(a)所得溶液C为淋洗液，流速控制在0.5ml/min，收集固相萃取流出液待测。
(g)SPE洗脱步骤：准确移取3ml步骤(a)所得溶液B为洗脱液，流速0.5ml/min，收集固相萃取流出液待测。
采用高效液相色谱对各步所得到的样品进行测定，对比样品与标样的色谱峰峰面积，得到邻苯二酚和对苯二酚在各步中的回收率，实验结果如表1所示：
表1 邻苯二酚和对苯二酚在固相萃取各步中的回收率