基于手性多孔有机分子笼材料的毛细管气相色谱手性柱研究

Capillary gas chromatography (GC) is one of the important methods for chiral separation. Porous organic cages (POCs), represent as an emerging class of porous organic materials, are packed by discrete organic molecules with shape-persistent and permanent cavities through weak intermolecular forces. Compared to related porous materials with frameworks or networks, POCs are soluble in organic solvents and solution processable in molecular state. It is also easy to prepare capillary GC column by static method. Our preliminary work has proved that chiral POCs has excellent chiral separation ability. In this project, we will synthesize chiral POCs, modify structure, prepare chiral POCs composite materials by coassembly or cocrystallization. Their structures will be characterized by single crystal or powder XRD, IR, elemental analysis, NMR, MS, CD, etc. They will be used as chiral stationary phases (CSPs) to prepare GC chiral columns. The columns will apply for the separation of chiral compounds and chiral components in Yunnan plants. The relationships between the structure and the separation performance of the POCs based CSPs and chiral recognition mechanism will be investigated. Moreover, we will also research the promoting effects of chiral separation of the POCs based CSPs for conventional stationary phases such as cyclodextrin derivatives, chiral amino acid derivatives, etc. This project will open up a new way to develop novel GC chiral column with high selectivity, high column efficiency and wide practicability.

毛细管气相色谱法是手性分离分析的重要方法之一。多孔有机分子笼（POCs）是由形状稳固、具有内部空腔的笼状分子通过弱的分子间作用力自组装而形成的一类新型的多孔有机材料，与具有框架或网络状结构的多孔材料相比，其可溶于有机溶剂，能在分子状态下加工修饰，也易于静态法制备毛细管气相色谱柱。我们的前期工作初步证明手性POCs具有非常优秀的手性分离能力。本项目拟将合成手性POCs，后修饰POCs，制备手性笼分子共组装或共结晶的复合材料，通过单晶或粉末X-射线衍射、红外、元素分析、核磁共振、质谱、圆二色谱等手段表征它们的结构，将其作为手性固定相制备毛细管气相色谱手性柱，拆分手性化合物以及云南植物中手性活性成分，研究手性POCs结构与分离性能的关系，探索其手性拆分机理。同时考察其对环糊精和氨基酸衍生物等常规手性固定相的手性拆分促进作用。该项目将为高选择性、高柱效、适用性广的新型气相色谱手性柱的研究开辟新途。

气相色谱法是重要的手性拆分技术之一，其手性固定相提供的手性微环境在手性拆分中起至关重要的作用，因此研究开发性能优越的高选择性手性固定相是其研究核心。多孔有机笼（POCs）是由分立的有机笼状分子通过弱的分子间作用力组装形成的新型多孔有机分子材料，与无限延伸的框架型或网络状结构多孔材料相比，其可溶于有机溶剂，具有更易结构修饰、制备复合材料、涂敷等特点，近年来引起了广泛研究兴趣。本项目将手性POCs材料用作气相色谱固定相，开发研制新型气相色谱手性柱。项目筛选合成了20余种手性POCs材料，制备了5种手性POCs共结晶复合材料，并对一些POCs材料进行了后修饰，分别将它们作为固定相制备了毛细管气相色谱柱，研究了其对手性化合物的拆分性能。结果表明制备的多种手性POCs柱具有优秀的手性拆分性能，可拆分包括一元醇、二元醇、胺、酯、醚、酮、环氧化合物、亚砜、有机酸、氨基酸衍生物等在内的许多不同种类的外消旋体化合物。这些柱的手性拆分性能优于或互补于现有的一些商品气相色谱柱，具有很好的实际应用前景，也为新型高选择性气相色谱手性柱的研制开辟了新途径。另外，该项目还研究手性拆分性能良好的手性POCs材料对环糊精衍生物等常用气相色谱固定相的手性拆分协同促进作用，初步探讨了手性POCs材料的手性拆分机理。在该项目的资助下，共发表学术论文12篇，其中SCI论文9篇；申请发明专利2项，培养硕士研究生2名。