一种喜树碱分子印迹聚合物的制备及其分离纯化喜树果中喜树碱的方法与流程

1.本发明属于分离分析技术领域，涉及一种喜树碱分子印迹聚合物的制备及其分离纯化喜树果中喜树碱的方法。


背景技术：

2.喜树碱(cpt)是一种在药用植物喜树中发现的喹啉类生物碱。主要存在于喜树果实中，已被应用于肿瘤、白血病、银屑病、心血管疾病和癌症的治疗。随着人们对天然产物利用认识的提高，如何有效地利用以及分离纯化喜树碱非常重要。但是由于喜树中除喜树碱以外还含有其他多种组分，结构多样且相似，导致喜树碱分离纯化困难。传统分离纯化技术存在着有机溶剂消耗量大，萃取率低，选择性差以及能耗高等缺点。然而，吸附法由于其经济可行性、来源广泛、制备方便，已被证明是分离纯化天然产物的有效方法。例如在公开的专利cn107224753a利用固相萃取(spe)提取喜树中的喜树碱，β-环糊精改性的fe3o4磁性纳米材料作为固相萃取吸附剂，此方法使用有机溶剂少、重现性好，但是仍然存在特异选择性差等缺陷。如何提高吸附剂的特异选择性至关重要，利用分子印迹聚合物(mips)的特异选择性结合位点来提高吸附剂的吸附性能是一种不错的选择。例如在公开的专利cn 102993209 a利用分子印迹-基质固相分散技术分离喜树碱，此方法可实现对目标组分的有效分离，选择性高，但存在吸附量低，亲水性差等缺陷。因此建立一种具有特异性识别、吸附量大、选择性以及亲水性好的吸附剂很有必要。
3.迄今为止，大多数分子印迹聚合物是在有机或富有机溶剂中由疏水功能单体和模板分子与交联剂共聚合而成，具有亲水性能差、结构固定以及吸附量小等缺陷。然而聚苯乙烯具有结构可设计，吸附容量大，易再生等优点，是表面分子印迹理想的载体材料。由于其主要驱动力基于疏水和π-π堆积，所以为了提高聚苯乙烯的吸附能力以及亲水性，将其进行功能性修饰后引入极性基团苯酚，利用化学改性可使其通过氢键以及静电相互作用去增加极性匹配以增大对喜树碱的吸附量，同时也使其具有亲水性能。在催化剂zncl2催化下，苯酚与喜树碱形成的主客体配合物再与功能化聚苯乙烯微球发生烷基化反应，得到具有三维微孔或介孔结构的聚合物。利用烷基化反应与表面分子印迹结合制备成一种喜树碱分子印迹聚合物，将其作为吸附剂，实现对喜树碱的分离和纯化。


技术实现要素：

4.为了解决传统分离纯化方法对喜树碱的分离效率低、选择性差、步骤复杂以及有机溶剂消耗量大等缺陷；以及传统的分子印迹方法中存在位点被包裹在聚合物内部，吸附量小，亲水性差欠缺等问题。本发明利用烷基化反应与表面分子印迹合成了一种喜树碱分子印迹聚合物作为吸附剂，用于分离纯化喜树果中喜树碱的方法。
5.1.一种喜树碱分子印迹聚合物的制备方法，具体是按照以下步骤完成：
6.一、聚苯乙烯微球的合成：取一定体积的去离子水加入到明胶中，明胶作为分散
剂，此反应体系在60℃～70℃下搅拌使溶液混合均匀；同时，将苯乙烯单体和二乙烯基苯称取适量后置于烧瓶中搅拌混合，在体系中加入过氧化苯甲酰作为引发剂，磁力搅拌均匀；然后取液体石蜡7.5g～9.0g和甲苯5.0g～6.0g，加入到上述体系中继续搅拌至均匀；将混合液缓慢倒入到三口烧瓶中，搅拌速率旋钮调至150rpm～180rpm，观察到在水相中有液滴悬浮其中，并随之成型；此时调节温度至70℃～75℃，恒温55min～65min后再升温至80℃～90℃，反应10h～12h；冷却溶液后，用真空泵过滤，收集共聚物；步骤一中所述的明胶质量与去离子水体积比为1g：(90ml～110ml)；步骤一中所述苯乙烯与二乙烯基苯质量比为1：(0.1～0.15)；步骤一中所述的二乙烯基苯与过氧化苯甲酰质量比为1：(0.1～0.15)；
7.二、功能化的聚苯乙烯微球的合成：将步骤一中制备的共聚物加入到三口烧瓶中，在冰水混合物体系下，氯甲基乙基醚和二氯甲烷混合后加入到烧瓶中，让其静置于烧瓶中8h～10h；随后量取5.0ml～6.0ml无水sncl4缓慢滴入到烧瓶中，室温搅拌22h～24h；抽滤得到混合物，用蒸馏水、1,4-二氧六环和甲醇反复洗涤，放置真空干燥箱干燥8h～10h,得功能化微球；步骤二中所述的共聚物质量与二氯甲烷体积比为1g：(3ml～4ml)；步骤二中所述的氯甲基乙基醚与二氯甲烷体积比为1：(2～2.2)；
8.三、一种喜树碱分子印迹聚合物的合成：将步骤二制备的功能化微球置于装有硝基苯的烧瓶中，此反应在氮气保护下搅拌均匀后静置12h；同时，在硝基苯中加入一定量的苯酚和喜树碱，搅拌12h；接着在溶有功能化微球的烧瓶中加入上述混合液，将反应温度调至70℃～80℃下，称取0.18g～0.22g的催化剂zncl2放入其中反应4h～6h，再称取0.12g～0.18g的zncl2加入到该反应中，随之改变反应体系的温度80℃～90℃下反应10h～12h；待冷却、抽滤后将所得聚合物盛于装有甲醇乙酸溶液的烧杯中，利用甲醇乙酸混合液抽提45h～50h，以脱除模板分子；最后将聚合物放入在60℃～70℃的真空干燥箱中干燥6h～8h，得到一种喜树碱分子印迹聚合物；步骤三中所述的功能化微球质量与硝基苯的体积比为1g：(7ml～8ml)；步骤三中所述的喜树碱与苯酚的质量比为1：(3.5～4.5)；步骤三中所述的喜树碱质量与硝基苯体积比为1g：(50ml～55ml)；步骤三中所述的甲醇与乙酸的体积比为85：(10～15)。
9.2.一种喜树碱分子印迹聚合物作为吸附剂用于分离纯化喜树果中喜树碱的方法，具体是按照以下步骤完成：
10.一、首先称60目～80目的喜树果粉末加入到乙醇水溶液中，将高压微波萃取仪温度设置为90℃～100℃下萃取10min～15min，随之在6500rpm下离心得到萃取液；步骤一中所述的喜树果粉末质量与乙醇水溶液体积比为1g：(14ml～16ml)；
11.二、称取90mg～110mg制备的喜树碱分子印迹聚合物装柱，在柱底部和顶部分别加入2mm的玻璃棉，压实；在流速为1ml/min～2ml/min下，先用1ml～3ml的甲醇再用2ml～4ml的水活化柱；5ml萃取液用水稀释4倍后进柱吸附，用4ml～6ml体积分数为5％～10％的甲醇水溶液淋洗柱；再用3ml～5ml甲醇乙酸的混合溶液(甲醇乙酸的体积比为95：5)洗脱得到含喜树碱的洗脱液，即完成利用分子印迹聚合物分离纯化喜树碱。
12.本发明的优点：1、本发明利用喜树碱分子印迹聚合物作为吸附剂，提高了喜树碱分离纯化的选择性，采用表面分子印迹技术把结合位点局限在具有良好可接近性的聚苯乙烯的表面上，从而有利于模板分子的洗脱与再结合，增大动力学吸附速率，在30min内即可达到吸附平衡；2、本发明制备喜树碱分子印迹聚合物的过程中对聚苯乙烯微球进行氯甲基
功能化修饰且利用苯酚当作功能单体，使制备的喜树碱分子印迹聚合物具有亲水性，同时增加了与喜树碱结合的吸附位点，通过静电、氢键作用等方式使其对喜树碱的吸附量进一步增大，吸附量可达240mg/g；3、本发明选择zncl2作催化剂，氯甲基基团可变为刚性亚甲基桥，且反应温和副作用少；4、喜树碱分子印迹聚合物可以通过脱附重复使用5次以上，实现材料的重复循环利用，吸附效率可达95％。
附图说明
13.图1是实施例1喜树碱分子印迹聚合物的扫描电镜图；由图1可以看出喜树碱分子印迹聚合物材料呈球形颗粒状，尺寸为100μm～300μm，表面有大小不一的孔洞，并有一定的坍塌；多孔的表面结构不仅有助于液体的传质，而且使它们更好地暴露在相互作用的位置，从而促进吸附；
14.图2是实施例1喜树碱分子印迹聚合物的n2吸附/脱附等温线图；样品的等温线表现出iv型行为，h1滞后回路明显；由图2可知，喜树碱分子印迹聚合物为介孔材料，孔径为10nm～35nm，平均孔径为21.61nm；
15.图3是实施例1喜树碱分子印迹聚合物的红外图；从红外图像中可以看出，其峰值在3450cm-1
处变得异常宽(o-h的伸缩振动)，这表明喜树碱分子印迹聚合物中含有丰富的亲水官能团；在679cm-1
处出现了一个强烈的吸附峰，与c-cl在氯甲基中的伸缩振动有关，但在喜树碱分子印迹聚合物中该吸附峰急剧下降，表明氯甲基参与了反应；红外光谱显示了许多特征吸收峰，如763cm-1
和1351cm-1
处的c-h键伸缩振动，1583cm-1
处的c＝c键对称伸缩振动；由图3可得出，喜树碱分子印迹聚合物被成功合成；
16.图4是实施例1喜树碱分子印迹聚合物的热重图；在50℃-350℃的温度范围内，热重曲线非常平稳，材料损失的质量几乎为零；当温度高于350℃，材料开始有损失，此时失去的重量主要是吸附喜树碱在升温过程从材料孔道中脱附造成的；当温度上升到400℃-500℃的时候，喜树碱分子印迹聚合物的重量骤减，约减少了85％，此过程主要是由于降解过程中聚苯乙烯载体中骨架的断裂；530℃之后，重量基本不再减少；由图4表明，喜树碱分子印迹聚合物具有良好的稳定性；
17.图5是实施例1喜树碱分子印迹聚合物的可重复使用性图；对喜树碱分子印迹聚合物进行了重复使用性测试；随着循环次数的增加，喜树碱分子印迹聚合物的吸附量略有下降，但在第5次循环后吸附效率仍保持在95％以上；由图5可得出结论，所选择的洗脱液可以有效地破坏喜树碱模板分子与印迹位点之间的非共价相互作用，而不会对印迹位点的形状和大小造成额外的破坏，从而证实了材料的可重复使用性；
18.图6是实施例1喜树碱分子印迹聚合物的等温吸附图；吸附等温线表明，在测试浓度范围内，喜树碱在分子印迹聚合物和非分子印迹聚合物上的吸附容量随着喜树碱初始浓度的增加而增加；在相同浓度下，喜树碱在分子印迹聚合物上的吸附能力优于非分子印迹聚合物；当喜树碱浓度为100μg/ml时，非分子印迹几乎达到吸附饱和，而分子印迹的吸附量在实验浓度范围内继续增加。
具体实施方式
19.实施例1：
20.一种喜树碱分子印迹聚合物的制备方法，具体是按照以下步骤完成：
21.一、聚苯乙烯微球的合成：取150ml去离子水加入到1.5g明胶中，明胶作为分散剂，此反应体系在60℃下搅拌使溶液混合均匀；同时，将22.0g苯乙烯单体和2.25g二乙烯基苯称取后置于烧瓶中搅拌混合，在体系中加入0.25g过氧化苯甲酰作为引发剂，磁力搅拌均匀；然后取液体石蜡7.5g和甲苯5.0g，加入到上述体系中继续搅拌至均匀；将混合液缓慢倒入到三口烧瓶中，搅拌速率旋钮调至150rpm，观察到在水相中有液滴悬浮其中，并随之成型；此时调节温度至70℃，恒温60min后再升温至80℃，反应12h；冷却溶液后，用真空泵过滤，收集共聚物；
22.二、功能化的聚苯乙烯微球的合成：将步骤一中制备的5g共聚物加入到三口烧瓶中，在冰水混合物体系下，8.2ml氯甲基乙基醚和16.5ml二氯甲烷混合后加入到烧瓶中，让其静置于烧瓶中8h；随后量取5.25ml无水sncl4缓慢滴入到烧瓶中，室温搅拌24h；抽滤得到混合物，用蒸馏水、1,4-二氧六环和甲醇反复洗涤，放置真空干燥箱干燥8h,得功能化微球；
23.三、一种喜树碱分子印迹聚合物的合成：将步骤二制备的4g功能化微球置于装有30ml硝基苯的烧瓶中，此反应在氮气保护下搅拌均匀后静置12h；同时，在2.5ml硝基苯中加入0.20g的苯酚和0.05g喜树碱，搅拌12h；接着在溶有功能化微球的烧瓶中加入上述混合液，将反应温度调至70℃下，称取0.2g的催化剂zncl2放入其中反应4h，再称取0.15g的zncl2加入到该反应中，随之改变反应体系的温度85℃下反应10h；待冷却、抽滤后将所得聚合物盛于装有30ml甲醇乙酸溶液的烧杯中，利用甲醇乙酸混合液抽提48h，以脱除模板分子；最后将聚合物放入在60℃的真空干燥箱中干燥6h，得到一种喜树碱分子印迹聚合物。
24.实施例2：
25.一种喜树碱分子印迹聚合物作为吸附剂用于分离纯化喜树果中喜树碱的方法，具体是按照以下步骤完成：
26.一、首先称80目的喜树果粉末加入到15ml乙醇水溶液中，将高压微波萃取仪温度设置为90℃下萃取10min，随之在6500rpm下离心得到萃取液；
27.二、称取100mg制备的喜树碱分子印迹聚合物装柱，在柱底部和顶部分别加入2mm的玻璃棉，压实；在流速为1ml/min下，先用2ml的甲醇再用3ml的水活化柱；5ml萃取液用水稀释4倍后进柱吸附，用5ml体积分数为10％的甲醇水溶液淋洗柱；再用4ml甲醇乙酸的混合溶液(甲醇乙酸的体积比为95：5)洗脱得到含喜树碱的洗脱液，即完成利用分子印迹聚合物分离纯化喜树碱。