功能化离子液体的合成及其在高效液相色谱中的应用研究

功能化离子液体的合成及其在高效液相色谱中的应用研究

一、绪论

（一）离子液体概述

概念：离子液体(ILs, ionic liquids)，又称室温离子液体(RTILs, room temperature ionic liquids)，是在室温及相邻温度(<100ºC)下完全由离子组成的有机液体物质。

组成:大多数离子液体的阳离子部分为有机阳离子,比如咪唑、N-烷基吡啶。阴离子部分是有机或无机物，包括比如卤素、硝酸盐、六氟化磷(PF6)、四氟化硼(BF4)等。

优点:离子液体作为优良的溶剂，对无机物、有机物、有机金属、高分子材料均有较高的溶解度；在室温下呈液态，稳定，不易燃，可传热，可流动却无显著的蒸气压，不挥发，不会造成污染，因此被誉为绿色溶剂。许多离子液体有很宽的液态温度范围，从-70ºC 到 300～400℃在这些温度下可以作为液体使用。

应用:室温离子液体的物理化学性质同时受到它们阳离子和阴离子部分的影响。结合不同的阳离子和阴离子会得到很多具有不同性质的离子液体。因此，室温离子液体常被称作“可定制或者是可调控材料”。

1.功能化离子液体

概念:将离子液体视为一种可设计和修饰的功能型分子，使其满足科研或生产的实际需要，从这一新型溶剂中获得更大的应用价值，这就是所谓的功能化离子液体(TSILs, task-specific ionic liquids)。

构成:功能化离子液体主要由带有官能团的核心离子和相应的其它离子构成。在功能化离子液体中，离子液体和官能团的性质都发生了显著的改变。

优点:功能化离子液体具有普通离子液体的通性,同时在黏度、熔点等方面又有自己显著的优越性。如在有机反应中不仅仅是作为溶剂，更是作为一种试剂、载体或催化剂，影响着反应过程。

研究现状:存在巨大潜在应用价值,但对于功能化离子液体的合成与应用研究还仅仅处在探索阶段，随着研究的深人，它们的应用已经不仅仅局限于有机合成中，早已渗透到化学工业的各个领域，例如：纳米器件的合成、多孔渗水材料、生物大分子的合成等等。设计出具有独特物理化学性质的功能化离子液体来适应各种特殊需要将是离子液体未来发展的重要方向。

2.氨基酸离子液体

概念:氨基酸离子液体(AAILs, amino acid ionic liquids)是指用氨基酸作为阴离子的一类离子液体。

特点：离子液体的许多性质都和氨基酸离子的侧链结构密切相关，其功能调变性可以通过改变氨基酸基团、碳酰基团等功能性基团实现，从而控制氨基酸离子液体的手性、疏水性、离子导电性、熔点等。

优点及应用：天然氨基酸方便易取，使得合成多种性能的氨基酸离子液体也相对

容易，并且降低了生产成本。制备手性离子液体，其手性中心比较稳定，能有效防止制备过程中的外消旋化。采用氨基酸作为离子液体的原料，更好地实现了环境友好性、生物降解性、生物活性以及较低的毒性，使离子液体的绿色度及绿色过程集成问题得到进一步的发展，具有光明的应用前景。我国科学家已经利用AAILs 作为金属离子净化和有机催化的基质。

3.离子液体在HPLC 中的应用

（1）离子液体作为反相色谱有机修饰剂

（2）离子液体作为流动相添加剂

将离子液体作为离子对试剂添加到流动相中，在分析生物碱和有机胺类分析物时能够减小拖尾、使峰展宽变小、改善分离。

（3）离子液体作为液相色谱固定相

一般采用化学键合的方法使离子液体键合到硅胶上，发展这类新型固定相最大的优势在于只使用纯水作流动相就能实现分离，从而避免使用对环境产生污染的有机溶剂，体现出绿色离子液体在液相色谱上的真正含义。

（4）离子液体在样品前处理中的应用

优点及应用：离子液体能克服有机溶剂易燃、毒性等大部分缺点，另外，基于离子液体均一的物化性质、对各种不同目标分析物良好的提取能力，及对大多数化合物具有很好的溶解性等优点。离子液体作为新型的绿色萃取溶剂，在HPLC 样品前处理中已经展示出优越的萃取性能，对其在这方面的研究仍有广阔的发展空间。

4.离子液体在样品前处理中的应用

（二）对映异构体的手性分离

对应异构体:互为物体与镜像关系的立体异构体，称为对映异构体(enantiomers)，简称为对映体。特点:都有旋光性，一个左旋，一个右旋，又称为旋光异构体。外消旋化合物:等摩尔的左旋和右旋异构体相互混合时，旋光性消失，称为外消旋化合物(racemic compound)。

手性分离:将外消旋化合物分离为其对映体的过程称为手性分离(resolution)，又叫手性拆分

1.手性分离的意义

手性药物的对映体对人体具有不同药理作用和毒副作用，而市场上这类药物大多数却都是以外消旋体的形式存在的。美国食品和药物管理局(FDA)在1992年做出了新规定，要求申报手性药物时必须对不同对映体的生理作用清楚阐述。因此手性药物的拆分成为一个研究的热点，也具有非常重要的现实意义。

2.对映异构体的HPLC 手性拆分

HPLC 拆分对映异构体可分为间接法和直接法两种方法。

直接法是应用范围较广的一种方法，其优点是在分离前不需要进行衍生化反应而直接进行手性拆分，分为手性固定相和手性流动相两种方法。

HPLC 手性固定相法拆分性对映体是现今最常用的方法。其原理是把手性化合物键合或涂敷到固定相载体表面，对映体样品由于与键合或涂敷的手性分子形成非对映异构体的结合能力有差别而达到拆分目的。

HPLC 手性流动相法的原理是手性对映体与加入到流动相中的手性添加剂间形成非对映异构体复合物，再用常规的非手性柱分离。

(三) 中药质量控制

中药是在传统中医理论指导下的药用物质，是具有我国特色、切实有效的创新药物物质来源。建立科学、合理、可行的中药质量控制体系对中药事业的发展具有重要意义，中药质量控制研究也已经成为中药标准化、现代化、国际化的关键。

1.中药质量控制现状

中药质量控制主要存在以下几个问题：中药品种来源复杂、质量各异；中药质量标准不完善；中药的化学成分难以完整确定及检测手段不能适应当前中药标准化需要等

2.色谱法在中药质量控制中的应用

主要包括以下几种技术：

①薄层色谱法：操作简单。具有分离、鉴定双重功能，是中药分析的常用手段。

②气相色谱法：多用于中药材挥发性成分的测定，也可经衍生化反应后用于分析中药的其他成分(如生物碱、脂肪类、内酯类、酚类、糖类、动物类药材等)。③高效液相色谱法：具有分离效能高、分析速度快等特点，是中药分析最常用的分析手段。用于中药分析主要是联用技术的发展和中药指纹图谱的建立。④超临界流体色谱法(SFC, supercritical flow chromatography)：用超临界流体(常用CO2)作为流动相的新型色谱，兼有气相、液相的优点，可在较低温度下分离热不稳定性和不挥发性化合物，扩大了样品分析范围。

3.中药样品前处理新方法

中药有效成分的提取，是指从原料药材中分离有效成分的单元操作, 在色谱分离系统中，经过预处理后的样品分析可以大大减少对色谱柱或其他分离介质的损害，提高仪器的分辨率和检测灵敏度。

中药样品前处理中的新方法有：超临界流体提取、超声提取、微波提取、半仿生提取及酶解提取等等。

优点：对提高提取效率、缩短提取时间、增强提取选择性、降低环境污染等方面起到积极的推动作用。新的提取技术在中药有效成分提取分离领域的广泛运用必将极大地推动中药现代化进程。

（1）超临界流体萃取(SFE, supercritical fluid extraction)

超临界流体概念：超临界流体是指温度与压力均处于临界点以上的液体。

特点：其密度与液体相近，粘度与扩散系数与气体相似，因此具有很高的溶解能力和良好的流动、传质性能。CO2是超临界流体提取法中最常用的超临界流体。超临界流体提取概念：超临界流体提取(SFE)是利用超临界状态下的流体所具有