色谱 ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (4): 335-344.DOI: 10.3724/SP.J.1123.2024.06004
杨梅芳, 郑康妮, 龙怡幸, 李毅洁, 王雪萍, 章俊辉, 袁黎明*()
收稿日期:
2024-06-17
出版日期:
2025-04-08
发布日期:
2025-03-26
通讯作者:
*E-mail:yuan_limingpd@126.com.
基金资助:
YANG Meifang, ZHENG Kangni, LONG Yixing, LI Yijie, WANG Xueping, ZHANG Junhui, YUAN Liming*()
Received:
2024-06-17
Online:
2025-04-08
Published:
2025-03-26
Supported by:
摘要: 二维金属有机框架材料(2D-MOFs)具有易于衍生化、孔隙率高、活性位点充足等特点,目前,鲜有将2D-MOFs应用于色谱分离的研究报道,在气相色谱手性分离分析领域的报道更为罕见。本文通过表面活性剂辅助溶剂热法制备了2D-MOFs纳米片,即Co-BDC-NH2,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射对其进行表征。通过后修饰法分别将手性配体甘氨酰-L-天冬氨酸、甘氨酰-L-谷氨酸引入到Co-BDC-NH2中,得到两种具有手性的2D-MOFs纳米片材料,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、圆二色谱(CD)、热重分析(TGA)对其进行表征。将两种2D-MOFs纳米片材料用作气相色谱手性固定相,采用动态涂覆法分别将其涂覆到石英毛细管柱中,通过扫描电子显微镜分析,确定制备得到两根手性柱,并进行气相色谱分离测试。结果表明:两根色谱柱的理论塔板数各为3538和3108 N/m,柱效优良;两根柱子的麦氏常数依次为181与208,说明两种手性2D-MOFs纳米片是中等极性。两根色谱柱对位置异构体、外消旋化合物(尤其是氨基酸衍生物类)表现出较好的分离能力,其中,Co-BDC-NH2-甘氨酰-L-天冬氨酸与Co-BDC-NH2-甘氨酰-L-谷氨酸色谱柱分别对7种与8种外消旋化合物表现出手性识别能力。此外,Co-BDC-NH2-甘氨酰-L-天冬氨酸色谱柱对正构烷烃混合物、正构醇混合物及Grob试剂也表现出较好的分离效果。本研究在2D-MOFs纳米片上引入了手性功能团,验证其作为气相色谱固定相的可行性,也拓展了其在手性分离分析领域的应用。
中图分类号:
杨梅芳, 郑康妮, 龙怡幸, 李毅洁, 王雪萍, 章俊辉, 袁黎明. 基于Co-BDC-NH2的二维手性金属有机框架纳米片用作气相色谱固定相[J]. 色谱, 2025, 43(4): 335-344.
YANG Meifang, ZHENG Kangni, LONG Yixing, LI Yijie, WANG Xueping, ZHANG Junhui, YUAN Liming. Two-dimensional chiral metal-organic-framework nanosheets based on Co-BDC-NH2 used as stationary phases for gas chromatography[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2025, 43(4): 335-344.
图2 CMOF1和CMOF2的X射线衍射图谱
Fig. 2 X-ray diffraction patterns of CMOF1 and CMOF2 CMOF1: 2-aminoterephthalic acid-glycyl-L-aspartic acid; CMOF2: 2-aminoterephthalic acid-glycyl-L-glutamic acid.
Column | Temperature/ ℃ | Retention factor (k) | Linear velocity/ (cm/s) | Column efficiency/ (N/m) |
---|---|---|---|---|
CMOF1 | 120 | 1.43 | 14.5 | 3538 |
CMOF2 | 120 | 1.34 | 13.3 | 3108 |
表1 CMOF1、CMOF2色谱柱的性能
Table 1 Properties of the CMOF1 column and CMOF2 column
Column | Temperature/ ℃ | Retention factor (k) | Linear velocity/ (cm/s) | Column efficiency/ (N/m) |
---|---|---|---|---|
CMOF1 | 120 | 1.43 | 14.5 | 3538 |
CMOF2 | 120 | 1.34 | 13.3 | 3108 |
Column | Benzene | 2-Pentanone | 1-Butanol | 1-Nitropropane | Pyridine | Average polarity |
---|---|---|---|---|---|---|
CMOF1 | 102 | 157 | 195 | 238 | 211 | 181 |
CMOF2 | 168 | 179 | 225 | 213 | 254 | 208 |
表2 CMOF1、CMOF2色谱柱的麦氏常数
Table 2 McReynolds constants of the CMOF1 column and CMOF2 column
Column | Benzene | 2-Pentanone | 1-Butanol | 1-Nitropropane | Pyridine | Average polarity |
---|---|---|---|---|---|---|
CMOF1 | 102 | 157 | 195 | 238 | 211 | 181 |
CMOF2 | 168 | 179 | 225 | 213 | 254 | 208 |
n-Alkane | Separation factor (α)* | Resolution (Rs)* |
---|---|---|
n-Hexane | - | - |
n-Heptane | 1.73 | 1.52 |
n-Octane | 1.89 | 2.46 |
n-Nonane | 1.97 | 3.44 |
n-Decane | 1.72 | 4.14 |
表3 正构烷烃在CMOF1色谱柱上的分离数据
Table 3 Separation data of n-alkanes on the CMOF1 column
n-Alkane | Separation factor (α)* | Resolution (Rs)* |
---|---|---|
n-Hexane | - | - |
n-Heptane | 1.73 | 1.52 |
n-Octane | 1.89 | 2.46 |
n-Nonane | 1.97 | 3.44 |
n-Decane | 1.72 | 4.14 |
n-Alcohol | α | Rs | |
---|---|---|---|
Methanol | - | - | |
Ethanol | 4.28 | 1.03 | |
1-Propanol | 2.36 | 1.28 | |
1-Butanol | 2.34 | 2.04 | |
1-Pentanol | 1.61 | 1.90 | |
1-Hexanol | 1.36 | 1.90 | |
1-Heptanol | 1.24 | 1.98 | |
1-Octanol | 1.29 | 4.37 | |
1-Nonanol | 1.10 | 1.64 |
表4 正构醇在CMOF1色谱柱上的分离数据
Table 4 Separation data of n-alcohols on the CMOF1 column
n-Alcohol | α | Rs | |
---|---|---|---|
Methanol | - | - | |
Ethanol | 4.28 | 1.03 | |
1-Propanol | 2.36 | 1.28 | |
1-Butanol | 2.34 | 2.04 | |
1-Pentanol | 1.61 | 1.90 | |
1-Hexanol | 1.36 | 1.90 | |
1-Heptanol | 1.24 | 1.98 | |
1-Octanol | 1.29 | 4.37 | |
1-Nonanol | 1.10 | 1.64 |
Grob | α | Rs | Grob | α | Rs | Grob | α | Rs |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2,3-Butanediol | - | - | 2,6-Xylidine | 1.21 | 1.65 | Dicyclohexylamine | 1.11 | 1.78 |
n-Decane | 3.66 | 2.50 | 2,6-Xylenol | 1.10 | 0.76 | Methyl undecanoate | 1.09 | 1.57 |
n-Undecane | 1.98 | 3.03 | 1-Nonanal | 1.08 | 0.57 | Methyl laurate | 1.10 | 1.33 |
1-Octanol | 1.95 | 5.79 | Methyl caprate | 1.06 | 0.73 |
表5 Grob试剂在CMOF1色谱柱上的分离数据
Table 5 Separation data of Grob mixtures on the CMOF1 column
Grob | α | Rs | Grob | α | Rs | Grob | α | Rs |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2,3-Butanediol | - | - | 2,6-Xylidine | 1.21 | 1.65 | Dicyclohexylamine | 1.11 | 1.78 |
n-Decane | 3.66 | 2.50 | 2,6-Xylenol | 1.10 | 0.76 | Methyl undecanoate | 1.09 | 1.57 |
n-Undecane | 1.98 | 3.03 | 1-Nonanal | 1.08 | 0.57 | Methyl laurate | 1.10 | 1.33 |
1-Octanol | 1.95 | 5.79 | Methyl caprate | 1.06 | 0.73 |
Positional isomers | T/℃ | k1 | k2 | α1 | α2 | Rs1 | Rs2 | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
α,β-Ionone | 150 | 1.26 | 1.32 | 1.04 | - | 0.59 | - | 13.9 |
cis-/trans-Citral | 125 | 1.13 | 1.19 | 1.05 | - | 0.62 | - | 15.6 |
o,m,p-Nitrobromobenzene | 125 | 0.69 | 0.81 | 1.17 | 1.03 | 2.31 | 0.67 | 12.5 |
表6 位置异构体在CMOF1色谱柱上的分离数据
Table 6 Separation data of positional isomers on the CMOF1 column
Positional isomers | T/℃ | k1 | k2 | α1 | α2 | Rs1 | Rs2 | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
α,β-Ionone | 150 | 1.26 | 1.32 | 1.04 | - | 0.59 | - | 13.9 |
cis-/trans-Citral | 125 | 1.13 | 1.19 | 1.05 | - | 0.62 | - | 15.6 |
o,m,p-Nitrobromobenzene | 125 | 0.69 | 0.81 | 1.17 | 1.03 | 2.31 | 0.67 | 12.5 |
Positional isomers | T/℃ | k1 | k2 | α1 | α2 | Rs1 | Rs2 | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
α,β-Ionone | 128 | 1.23 | 1.33 | 1.08 | - | 0.89 | - | 12.6 |
o,m,p-Dinitrobenzene | 135 | 0.73 | 0.77 | 1.06 | 1.10 | 0.75 | 0.97 | 12.2 |
o,m,p-Chlorophenol | 110 | 0.86 | 0.91 | 1.06 | 1.53 | 0.63 | 2.82 | 15.1 |
o,m,p-Nitrobromobenzene | 110 | 0.93 | 1.12 | 1.20 | 1.04 | 3.52 | 0.66 | 14.2 |
表7 位置异构体在CMOF2色谱柱上的分离数据
Table 7 Separation data of positional isomers on the CMOF2 column
Positional isomers | T/℃ | k1 | k2 | α1 | α2 | Rs1 | Rs2 | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
α,β-Ionone | 128 | 1.23 | 1.33 | 1.08 | - | 0.89 | - | 12.6 |
o,m,p-Dinitrobenzene | 135 | 0.73 | 0.77 | 1.06 | 1.10 | 0.75 | 0.97 | 12.2 |
o,m,p-Chlorophenol | 110 | 0.86 | 0.91 | 1.06 | 1.53 | 0.63 | 2.82 | 15.1 |
o,m,p-Nitrobromobenzene | 110 | 0.93 | 1.12 | 1.20 | 1.04 | 3.52 | 0.66 | 14.2 |
Racemate | T/℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|
DL-Alaninea | 150 | 0.72 | 2.59 | 4.93 | 13.0 |
2-Methylpentanoic acid | 178 | 0.91 | 1.06 | 0.79 | 14.0 |
2-Methylvaleraldehyde | 178 | 0.90 | 1.24 | 1.84 | 13.1 |
Menthol | 155 | 1.01 | 1.09 | 1.29 | 15.0 |
DL-Lysinea | 162 | 1.25 | 1.06 | 0.99 | 13.5 |
DL-Methioninea | 172 | 1.57 | 1.16 | 1.15 | 15.6 |
Butyl glycidyl ether | 133 | 0.99 | 1.14 | 1.67 | 14.2 |
表8 外消旋体在CMOF1色谱柱上的分离
Table 8 Separation data of racemates on the CMOF1 column
Racemate | T/℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|
DL-Alaninea | 150 | 0.72 | 2.59 | 4.93 | 13.0 |
2-Methylpentanoic acid | 178 | 0.91 | 1.06 | 0.79 | 14.0 |
2-Methylvaleraldehyde | 178 | 0.90 | 1.24 | 1.84 | 13.1 |
Menthol | 155 | 1.01 | 1.09 | 1.29 | 15.0 |
DL-Lysinea | 162 | 1.25 | 1.06 | 0.99 | 13.5 |
DL-Methioninea | 172 | 1.57 | 1.16 | 1.15 | 15.6 |
Butyl glycidyl ether | 133 | 0.99 | 1.14 | 1.67 | 14.2 |
Racemate | T/℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|
Butyl glycidyl ether | 110 | 0.70 | 2.17 | 3.92 | 14.4 |
1,2-Epoxybutane | 100 | 1.02 | 1.04 | 0.58 | 14.7 |
Styrene oxide | 100 | 1.29 | 1.08 | 0.74 | 13.9 |
Methyl phenyl sulfoxide | 127 | 0.76 | 1.23 | 1.36 | 14.1 |
Menthol | 129 | 0.63 | 1.73 | 4.74 | 14.5 |
Limonene | 150 | 1.06 | 1.06 | 0.71 | 14.9 |
DL-Methioninea | 185 | 1.06 | 1.13 | 0.99 | 13.5 |
DL-Isoleucinea | 145 | 0.96 | 1.11 | 0.68 | 15.5 |
表9 外消旋体在CMOF2色谱柱上的分离
Table 9 Separation data of racemates on the CMOF2 column
Racemate | T/℃ | k1 | α | Rs | v/(cm/s) |
---|---|---|---|---|---|
Butyl glycidyl ether | 110 | 0.70 | 2.17 | 3.92 | 14.4 |
1,2-Epoxybutane | 100 | 1.02 | 1.04 | 0.58 | 14.7 |
Styrene oxide | 100 | 1.29 | 1.08 | 0.74 | 13.9 |
Methyl phenyl sulfoxide | 127 | 0.76 | 1.23 | 1.36 | 14.1 |
Menthol | 129 | 0.63 | 1.73 | 4.74 | 14.5 |
Limonene | 150 | 1.06 | 1.06 | 0.71 | 14.9 |
DL-Methioninea | 185 | 1.06 | 1.13 | 0.99 | 13.5 |
DL-Isoleucinea | 145 | 0.96 | 1.11 | 0.68 | 15.5 |
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