巯基 - 烯点击法制备 [2+4] 型手性多孔有机笼键合硅胶固定相及其在高效液相色谱中的对映体分离性能

《Journal of Chromatography A》：Thiol-ene click preparation of a [2+4]-type chiral porous organic cage bonded silica stationary phase and its enantioseparation performance in HPLC

　　

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  通过硫醇-烯点击反应制备了一种新型[2+4]型多孔有机笼基手性固定相（CSP）。
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  在正相（NP-HPLC）和反相（RP-HPLC）高效液相色谱下，多种外消旋体得到了令人满意的分离。
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  在对映分离方面，与先前报道的多孔有机笼基NC1-R和CC19-R色谱柱具有良好的互补性。
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  显著拓宽了多孔有机笼基色谱柱在对映分离方面的应用范围和适用性。

引言

高效液相色谱（HPLC）由于其高分离效率和广泛的适用性，被广泛用于对映体的分离和分析[[1], [2], [3]]。手性固定相（CSPs）的性质决定了手性分辨率，因此开发高效CSPs是主要的研究重点。过去几十年间，多孔材料作为色谱CSPs引起了极大的研究兴趣。金属-有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）和微孔有机网络（MONs）是三类先进的网状多孔材料，它们具有高比表面积、可调的孔道结构和可设计的功能性等共同特征，但其根本区别在于化学组成和键合化学。MOFs是由金属离子或金属簇通过配位键与有机连接体连接构建而成的结晶杂化多孔框架[4]。COFs是由通过坚固共价键连接的有机构建单元组装而成的纯有机结晶多孔聚合物[5]。相比之下，MONs是完全由有机单体构建的无定形交联微孔聚合物，缺乏长程结晶有序性[6]。近年来，MOFs [[7], [8], [9], [10]]、COFs [[11], [12], [13]]和MONs [14]已被广泛用于制备HPLC的先进CSPs，并凭借其迷人的特性表现出良好的手性分离性能。

多孔有机笼（POCs）是一类新型先进多孔材料，由具有笼状结构的离散有机分子通过弱分子间相互作用自组装形成[[15], [16], [17]]。POCs具有结构可调、固有腔体、高比表面积、开放孔道和永久孔隙率等特征，使其在分子识别与传感[[18], [19], [20]]、气体吸附与分子分离[[21], [22], [23]]、离子通道[24]、催化[25]和生物医药[26]等各个领域具有巨大的应用潜力。与上述通过坚固化学键无限延伸的多孔框架（MOFs、COFs和MONs）相比，POCs是通过弱分子间相互作用组装的。因此，大多数POCs在一些常见的有机溶剂（包括氯仿、二氯甲烷和四氢呋喃）中表现出良好的溶解性，便于溶液加工[27]。由于这些特性，均一的POC溶液有助于结构修饰、共价接枝、多孔复合材料的制备以及薄膜涂覆。因此，POCs也是制备色谱分离材料的高度前景介质。2015年，我们课题组使用一种手性POC（CC3-R）作为CSP制备了气相色谱（GC）柱，实现了数十种外消旋体的分离，展示了POCs在色谱对映分离方面的广阔前景[28]。随后，各种手性POCs在GC手性分离方面得到了研究[[29], [30], [31], [32]]。相比之下，关于HPLC中POCs的研究起步相对较晚。这是因为，尽管POCs具有良好的溶解性和低的框架密度，但它们通常需要通过化学键合到色谱载体上来制备用于HPLC的CSPs。然而，构建带有–OH、–NH₂和–COOH等活性官能团的手性POCs（这些官能团对于化学修饰或键合至关重要）面临着相当大的挑战。直到2022年，我们研究组首次将棱柱状[3 + 6]型手性POC（NC1-R）共价键合到硫醇修饰的二氧化硅（SiO₂-SH）上，以制备用于HPLC对映分离的CSP，实现了各种外消旋体的有效分离[33]。此后，一些POC，如CC3-R [[34], [35], [36]]、RCC2-S [37]和CC19-R [38]，也被共价键合到SiO₂-SH上以制备用于HPLC手性分离的CSPs。然而，目前大多数报道的用于HPLC对映分离的手性POCs通常具有相似的拓扑结构和有限的手性选择性。例如，CC3-R、RCC2-R和CC19-R都具有[4 + 6]型四面体结构（图S1）。具有不同拓扑结构的POCs表现出不同的孔径、腔体和手性微环境，进而影响其对映分离性能[[28], [29], [30], [31], [32], [33],37,38]。因此，探索具有多种拓扑结构的手性POCs用于HPLC中的对映选择性分离具有重要意义。一方面，具有不同拓扑结构的POCs的不同手性选择性可以拓宽POC基CSPs可分离的手性化合物的范围。另一方面，这一策略也促进了POCs作为新型HPLC CSPs的开发。例如，商用的纤维素基手性HPLC色谱柱具有一系列相似的纤维素衍生物CSPs，其中多种纤维素衍生物提供了互补的对映分离能力，从而拓宽了使用此类色谱柱可分离的手性化合物的范围。这些色谱柱的联合使用比单个色谱柱能分离更多的手性化合物。

在此，根据报道的方法[39]合成了四醛配体，以4,4′-亚甲基双酚为起始原料，并采用三氟乙酸（TFA）和六亚甲基四胺（HMTA）的组合作为甲酰化剂。随后，通过所获得四醛配体与(1R, 2R)-1,2-环己二胺之间的醛亚胺缩合反应制备了一种[2 + 4]型手性POC [39]。然后，按照我们之前的程序[37,38]，用5-溴-1-戊烯对该手性POC进行烯基功能化，并通过硫醇-烯点击策略共价键合到SiO₂-SH上，从而提供了一种新的HPLC CSP。在正相（NP）和反相（RP）洗脱模式下评估了其对应分离性能，并将结果与先前报道的[3 + 6]型POC NC1-R、[3 + 6]型POC CC19-R，以及商业化的Chiralcel OD-H [CSP: 纤维素三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)]和Chiralpak AD-H [CSP: 直链淀粉三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)]色谱柱进行了比较。

章节片段

试剂与仪器

4,4′-亚甲基双酚、(1R,2R)-1,2-环己二胺、三氟乙酸（TFA）、六亚甲基四胺（HMTA）、KOH、偶氮二异丁腈（AIBN）、5-溴-1-戊烯、NaH、3-巯基丙基三甲氧基硅烷和MgSO₄购自阿达玛斯-贝塔（中国上海）。丙酮（ACE）、甲苯（PhMe）、甲醇（MeOH）、乙醇（EtOH）、氯仿（CHCl₃）、二甲基亚砜（DMSO）、乙腈（ACN）和HCl购自昆明杨林工业开发区（中国）。MeOH、n-己烷（n

四醛配体、[2 + 4]型手性POC和CSP的表征

通过NMR、FT-IR、ESI-MS、TGA和EA对所合成的四醛配体、[2 + 4]型手性POC和CSP进行了系统表征。图S2和S3分别呈现了四醛配体和[2 + 4]型手性POC的¹³C和¹H NMR表征结果。在[2 + 4]型POC的FT-IR光谱轮廓（图4a）中，位于3422 cm^?1处的宽峰归因于O–H伸缩振动，而2924 cm^?1和2856 cm^?1处的峰对应于?CH₂?的C–H伸缩振动

结论

总之，我们成功地通过硫醇-烯点击化学将[2 + 4]型手性POC共价键合到SiO₂-SH上，制备了一种新的CSP。在NP-HPLC和RP-HPLC模式下评估了新CSP的对映分离性能。结果表明，该CSP在两种分离模式下均具有良好的对映分离能力，在NP-HPLC系统中成功分离了15种外消旋化合物，在RP-HPLC系统中成功分离了16种。此外，这种制备的[2 + 4]型POC

CRediT作者贡献声明

Chun Chen：撰写-初稿、方法学、研究、数据整理。Li-Qin Yu：方法学、研究。Ying Xie：软件、概念化。Bang-Jin Wang：可视化、形式化分析。Sheng-Ming Xie：资源、资金获取。Jun-Hui Zhang：撰写-审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。Li-Ming Yuan：资源、资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金委（编号：22564021和22364022）和2026年云南师范大学研究生科研创新基金（编号：YJSJJ26-B090）的支持。

Chun Chen|Li-Qin Yu|Ying Xie|Bang-Jin Wang|Sheng-Ming Xie|Jun-Hui Zhang|Li-Ming Yuan