无模板构建手性双亲水脂肪族共价有机框架基固定相以增强广谱液相色谱性能

《Analytica Chimica Acta》：Template-free construction of chiral and dual-hydrophilic aliphatic COF based stationary phase for enhanced broad-spectrum liquid chromatography

　　

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  提出了一种基于多用途手性脂肪族连接体的共价有机框架（COF）固定相。
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  多个作用位点可实现卓越的分子手性选择性和多模态分离。
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  展现出令人瞩目的广谱分离性能。
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  通过使用多种实际样本验证了其在复杂基质分析中的有效性。
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  推进了功能性脂肪族COF在色谱科学中的实际应用。

引言

基于手性固定相的高效液相色谱（HPLC）能够实现对手性异构体的高度选择性分离[1], [2], [3], [4], [5]，这是现代分离科学中实现手性识别的关键技术手段。多种立体选择性相互作用的协同效应会在色谱分离过程中引起手性异构体动态迁移速率的差异，从而实现高效分离[6]。近年来，基于多孔材料的新颖手性固定相不断涌现[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14]，这不仅推动了手性分离技术的发展，也为药物研发、食品分析和环境监测提供了强大的分析工具。

共价有机框架（COFs）凭借其结构可设计性、高度有序的孔道、大比表面积以及灵活可调的理化性质，在分离科学领域展现出巨大的潜力[15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]。然而，目前报道的基于芳香族构筑单元的COFs通常表现出较强的疏水性[24], [25]，这限制了其对亲水性化合物的分离效率[26]。为克服这一局限性，研究人员近期开发了含有羟基和氨基等极性功能基团的脂肪族连接体基COF（ALCOF）[27], [28], [29], [30]，通过在引入极性位点的同时保持多孔结构，增强氢键等相互作用，显著提升了亲水性色谱分离性能[31]。在此基础上，将手性中心引入ALCOF有望构建具有高手性识别能力的新型材料。然而，在不使用外源手性模板的情况下，将手性位点高效且稳定地引入ALCOF仍然是一个具有创新性且具有实际挑战性的研究方向。

目前，大多数手性COF的合成依赖于引入外源手性物质，如后合成改性中的手性基团或手性诱导合成中的模板分子[32], [33], [34], [35], [36], [37]。这些策略通常存在合成成本高、操作繁琐且容易损害材料的结晶度和结构完整性等不足。近期提出的连接体部分分解手性诱导策略为克服模板依赖提供了一条新思路[38]。连接体部分分解手性诱导策略利用手性连接体（D-Tad）在框架生长过程中的部分分解，同时释放手性信息并诱导C₃对称的4,4′,4″-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三苯甲醛（Tz）采取单手可旋桨形构象，从而实现从分子前驱体到有序框架的手性传递和良好保持。值得注意的是，连接体部分分解手性诱导策略凭借其独特的反应途径，为构建具有双重亲水位点的手性ALCOF开辟了新的路径。在反应过程中，D-Tad的部分分解原位生成具有三嗪连接基和未反应D-Tad片段的特殊结构单元，协同赋予所制备的ALCOF双重亲水位点[39]。

基于连接体部分分解手性诱导策略，制备了一种具有双重亲水位点的手性ALCOF（D-Tad-Tz-COF），并将其修饰到二氧化硅表面以获得新型D-Tad-Tz-COF@Silica固定相。D-Tad-Tz-COF固有的手性识别能力和亲水位点实现了对多种化合物的有效且高选择性分离，并显著提升了整体分离性能。本研究系统评估了该固定相对各种代表性分析物的分离能力，包括对映异构体、位置异构体、核苷、维生素、抗生素、磺胺类化合物、多环芳烃、烷基苯、邻苯二甲酸酯类和苯甲酸类化合物。为进一步验证D-Tad-Tz-COF@Silica的适用性，本研究检测了多种实际样本，涵盖药物成分分析、动物源性食品中兽药残留检测、植物基饮料中污染物筛查以及食品接触材料中迁移物质的测定。本研究旨在开发一种高性能多功能的ALCOF基固定相，从而为复杂基质中关键目标物质的准确识别和高效监测提供重要的技术支持。

各节摘要

D-Tad连接体的制备

将(?)-酒石酸二甲酯（D-Tar，112 mg）溶解于50 mL甲醇（MeOH）中。随后加入93.3 mg水合肼，回流加热6小时。最后用甲醇充分洗涤产物，干燥后得到白色固体[38]。

D-Tad-Tz-COF@Silica的制备

图1展示了D-Tad-Tz-COF@Silica的合成路径。首先，按照文献方法[33]制备氨基硅胶。随后加入80.1 mg D-Tad连接体、118 mg Tz，

表征

如图S1所示，扫描电子显微镜（SEM）表征显示，氨基硅胶表面光滑，而D-Tad-Tz-COF@Silica表面则呈现出明显的颗粒状粗糙附着层，表明D-Tad-Tz-COF已成功修饰到二氧化硅微球表面。傅里叶变换红外（FT-IR）光谱表征进一步证实D-Tad-Tz-COF@Silica（图S2a）的成功制备，表现为在处存在明显的吸收峰

结论

通过创新性的无模板连接体部分分解手性诱导策略，成功开发了一种高效D-Tad-Tz-COF@Silica固定相。D-Tad-Tz-COF@Silica同时包含疏水与亲水位点以及手性识别单元，提供了多种保留机制，从而构建了一个多功能色谱分离系统。填充有D-Tad-Tz-COF@Silica的色谱柱表现出令人满意的渗透性和机械稳定性，以及

CRediT作者贡献声明

Ni Fang：起草原稿、验证、方法学、调查、数据整理、概念构思。Ziyi Ke：方法学、调查。Jie Wang：调查。Yanjuan Liu：资源提供、方法学。Yuefei Zhang：资源提供。Wei Chen：指导。Sheng Tang：审阅与编辑、指导、资源提供、项目管理、方法学、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在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

本研究由国家自然科学基金（编号：21906124、32302202）、湖北省自然科学基金（编号：2017CFB220）、山东省自然科学基金（编号：ZR2023MH278）以及武汉工业大学研究生创新基金（编号：CX2025144）资助。

Ni Fang|Ziyi Ke|Jie Wang|Yanjuan Liu|Yuefei Zhang|Wei Chen|Sheng Tang