均匀球形共轭微孔聚合物的简便合成方法，用作超高效液相色谱的固定相

《Analytica Chimica Acta》：Facile Synthesis of Uniform Spherical Conjugated Microporous Polymers as Stationary Phases for Ultra-Performance Liquid Chromatography

　　

倪慧珍|王家龙|李安康|于克锐|杨高升|胡先超|孙文宇|史启文|张慧|童胜强

浙江工业大学药学院，杭州，310014，中国

摘要

背景

共轭微孔聚合物（CMPs）是一类具有广泛π-共轭网络的非晶态多孔有机材料。近年来，由于结构多样性和可设计性，多孔有机材料在色谱学中受到了越来越多的关注。其中，CMPs在气体储存与分离、催化和传感等领域得到了广泛研究。然而，它们在色谱学中的应用仍然较为有限。

结果

在本研究中，通过简单的Schiff碱缩合反应在室温下合成了均匀的球形共轭微孔聚合物（SCMPs）。SCMPs具有微米级粒径、狭窄的粒径分布和良好的单分散性，因此具有高效的分离性能和选择性。直接装填在色谱柱中的SCMPs能够有效分离多种疏水性不同的芳香化合物，包括单取代芳香烃、有机卤化物、多环芳烃（PAHs）、苯乙烯类似物和硝基苯胺的位置异构体。值得注意的是，该色谱柱对烷基苯的分离效率达到了67907-75166 plates/m。此外，建立了LSS和QSS保留模型，结果表明SCMPs柱上的分析物保留主要受疏水相互作用控制，同时其他分子间作用也有所贡献。

意义

首次将SCMPs直接装填到色谱柱中，作为超高效液相色谱（UPLC）的新型固定相，无需使用传统的硅胶等支撑材料。这项研究展示了SCMPs在色谱学中的应用潜力，为开发新的色谱固定相提供了新的可能性。

引言

超高效液相色谱（UPLC）是一种先进的液相色谱技术，通过使用粒径小于2 μm的填料柱并在较高系统压力下运行，实现快速和高分辨率的分离[1]，[2]。与传统的高效液相色谱（HPLC）相比，UPLC在分离效率、灵敏度和分析速度方面有显著提升[3]。在UPLC系统中，固定相的性质和结构特征对保留行为、选择性和分离效率起着决定性作用。在各种固定相中，多孔材料因其发达的孔结构和较大的比表面积而受到广泛关注，这有助于增强分析物与固定相之间的相互作用，从而提高色谱性能[4]。

近年来，多种多孔材料被用作液相色谱的固定相，包括金属有机框架（MOFs）[5]，[6]，[7]，共价有机框架（COFs）[8]，[9]，[10]，[11]，[12]，共轭微孔聚合物（CMPs）[13]，[14]，[15]，[16]，[17]，以及多孔有机笼（POCs）[18]，[19]，[20]。MOFs具有可调的晶体结构和功能，但其实际应用仍受限于在恶劣条件下的稳定性不足。COFs具有有序的孔道和可设计的框架；然而，制备高结晶度且形态均匀的COFs仍然具有挑战性，因此通常在色谱应用前会与硅胶微球结合使用[21]，[22]，[23]。POCs具有内在的孔隙性和可溶液加工性，但其相对较低的机械稳定性可能限制了其在高压色谱条件下的应用。

在这些多孔材料中，CMPs是一类具有扩展π-共轭框架和永久孔隙性的非晶态多孔有机聚合物[13]。由于其优异的化学稳定性和耐溶剂性，CMPs被认为是液相色谱应用的理想候选材料。此外，非晶态材料通常由于各向同性的生长行为而形成球形形态，使其可以直接用作色谱固定相，无需额外的球形支撑。

尽管自Cooper团队2007年首次报道以来，CMPs在气体吸附、催化和传感等领域得到了广泛研究[24]，但其在色谱学中的应用仍然相对有限。2020年，Qiao团队[16]首次报道了基于CMP的HPLC固定相，通过在硅胶微球上制备CMPs实现。随后，Feng团队[17]采用逐层组装策略制备了吡啶基CMP涂层的硅胶材料，而Peng团队[25]开发了一种能够用于多种色谱模式的吡啶离子液体功能化的SiO₂@CMP固定相。这些研究表明基于CMP的材料在色谱分离方面具有巨大潜力。然而，之前报道的CMP固定相通常依赖于硅胶微球作为支撑基质，导致制备过程相对复杂。更重要的是，直接使用CMPs作为液相色谱的固定相的研究很少，主要是因为难以制备出形态均匀且粒径适合直接装填的CMP材料。

在本研究中，通过简单的Schiff碱缩合反应在室温下合成了均匀的亚微米级球形CMPs（SCMPs）。得益于其球形形态、狭窄的粒径分布和良好的单分散性，制备的SCMPs首次直接用作UPLC的固定相，无需添加硅胶微球。使用一系列芳香化合物（包括单取代芳香烃、有机卤化物、PAHs、苯乙烯类似物和硝基苯胺的位置异构体）系统地研究了SCMPs色谱柱的分离性能。所制备的SCMPs固定相在分离各种芳香分析物方面表现出良好的色谱性能。

章节摘录

试剂和材料

本研究中使用的所有化学试剂均为分析级或更高级别，所有流动相均为HPLC级别。所有试剂均按原样使用，无需进一步纯化。三(4-氨基苯基)胺（TAPA）、2,3,5,6-四氟对苯二甲醛（TFTA）、乙腈（ACN）、乙醇（EtOH）、丙酮、二氯甲烷（DCM）和甲苯胺均购自上海Titan科技有限公司。甲醇（MeOH）购自上海Meryer化学科技有限公司。

合成

选择含氟单体主要是考虑其刚性的芳香结构和吸电子特性，这些特性有利于通过Schiff碱缩合构建CMPs。此外，引入氟化芳香单元可能会影响所得CMPs材料的表面极性和疏水性，从而有利于在反相条件下对芳香分析物的色谱保留。

结论

通过简单的室温Schiff碱缩合策略成功合成了均匀的亚微米级SCMPs，并首次直接将其用作UPLC的固定相，无需添加硅胶支撑。得益于其球形形态、狭窄的粒径分布、多孔框架以及良好的热稳定性和机械稳定性，制备的SCMPs材料适合直接装填到色谱柱中，并表现出有效的色谱性能。

CRediT作者贡献声明

杨高升：方法学研究。于克锐：写作 – 审稿与编辑。张慧：指导。史启文：项目管理。孙文宇：方法学研究。胡先超：数据管理。王家龙：方法学研究、实验设计。倪慧珍：写作 – 初稿撰写、实验设计、数据分析、概念构思。童胜强：资源获取、资金申请。李安康：写作 – 初稿撰写、实验设计

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（22478347；21978266）、浙江省“先锋”和“领头雁”研发项目（2025C04034）、浙江省自然科学基金（LBY22H280004）、浙江省自然科学基金（LQ24H300003）以及浙江工业大学科学技术研究院（KYY-HX-20240629；KYY-HX-20210732；KYY-HX-20210066；KYY-HX-20200221；KYY-HX-20190182）的支持。