介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法及其应用于提取莽草酸

摘要

本发明属于资源利用和化工分离技术领域，涉及介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，包括将TEOS和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌成均匀溶液，快速加入CTAB和尿素，加入去离子水，80～180℃水热反应2～6h，烘干后将所制得硅材料置于管式炉300～650°C焙烧4～8 h；然后在无水乙醇中溶解硅材料和KH570，40～100℃回流12～48 h，真空干燥得乙烯基改性硅材料；将其溶于乙腈溶液中，加入莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN反应后离心即得。该材料以介孔硅材料为基底，在其表面制备分子印迹聚合物引入双重识别机制，使得具有顺式二羟基结构的莽草酸在材料表面富集，实现莽草酸的有效分离。在富集分离以及纯化具有顺式二羟基结构的天然产物领域有较好的应用前景。

权利要求

1.一种介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a）按照固液比为5～30 mmol：0.5～2.5 mL：30 mL，将正硅酸乙酯和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌成均匀溶液，快速加入十六烷基三甲基溴化铵CTAB和尿素，加入去离子水，搅拌30 min，其中CTAB、尿素和去离子水的摩尔体积比为0.2～1mmol：1 mmol：30 mL，转移到水热反应釜，80～180℃反应2～6h 后，自然冷却至室温，离心，用丙酮和蒸馏水分别洗涤三次，烘干后将所制得硅材料置于管式炉300～650℃焙烧4～8 h，升温速度1℃/min；

b）按照每70 mL无水乙醇中溶解0.1 g上述制得的硅材料和0.5～2.5 mL KH570，超声分散0.5 h后，在机械搅拌下，40～100℃回流12～48 h后，离心，用蒸馏水洗净，真空30℃烘干得乙烯基改性硅材料；

c）称取25 mg 乙烯基改性硅材料溶于25 mL乙腈溶液中，按照每25 mL乙腈溶液加入质量比为10 mg：2～20 mg：10～40 mg：1～10 mg的莽草酸、4‑乙烯基苯硼酸VPBA、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯EGDMA、引发剂偶氮二异丁腈AIBN，在氮气保护下，40℃反应6 h后65℃反应12～20 h→80℃老化2～6 h，冷却后，离心分离，烘干后分散在甲醇/乙酸混合液中洗脱，离心分离得介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料。

2.根据权利要求1所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤a）中按照固液比为15 mmol：1.5 mL: 30 mL, 将正硅酸乙酯和正戊醇溶于环己烷中。

3. 根据权利要求1所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤a）中CTAB、尿素和去离子水的摩尔体积比为0.6mmol：1mmol：30 mL。

4. 根据权利要求1所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤a）中转移到水热反应釜，120℃水热反应4 h。

5. 根据权利要求1所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤a）中烘干后将所制得硅材料置于管式炉550℃焙烧6 h，升温速度1℃/min。

6.根据权利要求1所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中按照每70 mL无水乙醇中溶解0.1 g上述制的硅材料和2mL KH570。

7. 根据权利要求1所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤b）中在机械搅拌下，60℃回流24 h。

8.根据权利要求1所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，其特征在于：步骤c）中按照每25 mL乙腈溶液加入质量比为10 mg：10 mg：15 mg：5 mg的莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN；在氮气保护下，40℃反应6 h后65℃反应16 h→80℃老化4 h；所述甲醇/乙酸混合液为8:2 v/v。

9.根据权利要求1‑8任一所述方法制得的介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料，由尺寸 300 nm的硅基表面印迹聚合物材料构成，其形貌为球状。

10.一种如权利要求9所述介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的应用，其特征在于：将其应用于提取莽草酸。

说明书

介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法及其应

用于提取莽草酸

技术领域

[0001] 本发明属于资源利用和化工分离技术领域，涉及选择性分离环境植物组织中莽草酸的材料及制备方法，具体涉及介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法及其
应用于提取莽草酸。

背景技术

[0002] 莽草酸(Shikimic Acid)在自然界中广泛分布，具有较高医用价值，其化学结构为3,4,5‑ 三羟基‑1‑环己烯‑1‑羧酸。以八角科植物八角茴香中莽草酸的含量最高(约10％)，
被视为提取莽草酸的最佳资源植物。研究表明莽草酸具有抗肿瘤、抗血栓及脑缺血和抗炎
症作用，以莽草酸为原料可以通过化学合成或微生物合成法，生产抗禽流感病毒的唯一武
器‑专利药物 GS4104(达菲)。我国提供了世界市场上90％的八角茴香，若以八角茴香为原
料来生产莽草酸，将会产生很好的经济效益和社会效益。然而，八角茴香提取液成分复杂，
除多糖、色素、蛋白质外，还有少量的2,4‑二羟基苯甲酸、金合欢素‑3‑O‑β‑D‑吡喃葡萄糖
苷、山萘酚‑3‑O‑ β‑D‑吡喃葡萄糖苷、异莽草酸、4‑甲氧基‑3‑O‑β‑D‑吡喃葡萄糖基苯甲酸
甲酯、对羟基苯甲酸等多种杂质，导致莽草酸高纯产品的质量控制成为一大难题。因此，选
择合适的提取与分离纯化方法、提高八角茴香提取液中莽草酸得率和纯度，已成为科研工
作者极度关注和亟待解决的重大问题之一。

[0003] 目前，常用的分离纯化莽草酸的方法主要有重结晶法、活性炭吸附法、硅胶柱层析法等。这些方法虽然各有独特优点，但也各有其局限性，其中共性的缺陷是材料的非特异性
吸附强、吸附容量小、方法选择性差从而得到的产品纯度不高。因此，建立和完善选择性识
别与分离纯化八角茴香提取液中莽草酸的新方法，有效增加产品得率和纯度是目前急需解
决的问题。

[0004] 分子印迹技术(Molecular Imprinting Technique,MIT)是一种制备对某一特定目标具有特异选择性的聚合物的技术，所制备的聚合物称为分子印迹聚合物(Molecular 
Imprinted Polymer,MIP)。MIP具有预定性、识别性和实用性等特点，在分离纯化领域有着
广泛的应用。但由于莽草酸提取液成分复杂，仅靠印迹聚合物的单重识别能力很难达到深
度分离纯化的要求。由于莽草酸含有顺式二羟基的特殊结构，可以制备基于硼亲和的材料
实现对莽草酸的有效识别。引入双重识别机制是选择性分离纯化莽草酸的可靠保证，是满
足社会对高纯莽草酸需求的有效途径。

发明内容

[0005] 针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开了一种用于选择性分离植物组织中莽草酸的材料的制备方法。

[0006] 技术方案：

[0007] 一种介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：

[0008] a)按照固液比为5～30mmol：0.5～2.5mL：30mL，优选15mmol：1.5mL:30mL, 将正硅酸乙酯(TEOS)和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌成均匀溶液，快速加入十六烷基三甲基溴
化铵(CTAB)和尿素，加入去离子水，搅拌30min，其中CTAB、尿素和去离子水的摩尔体积比为
0.2～1mmol：1mmol：30mL，优选0.6mmol：1mmol：30mL，转移到水热反应釜，80～180℃反应2
～6h后，优选120℃水热反应4h，自然冷却至室温，离心，用丙酮和蒸馏水分别洗涤三次，烘
干后将所制得硅材料置于管式炉300～650℃焙烧4～8h，优选550℃焙烧6h，升温速度1℃/
min；

[0009] b)按照每70mL无水乙醇中溶解0.1g上述制得的硅材料和0.5～2.5mL KH570，优选每70mL无水乙醇中溶解0.1g硅材料和2mL KH570，超声分散0.5h后，在机械搅拌下， 40～
100℃回流12～48h后，优选60℃回流24h，离心，用蒸馏水洗净，真空30℃烘干得乙烯基改性
硅材料；

[0010] c)称取25mg乙烯基改性硅材料溶于25mL乙腈溶液中，按照每25mL乙腈溶液加入质量比为10mg：2～20mg：10～40mg：1～10mg的莽草酸、4‑乙烯基苯硼酸(VPBA)、交联剂乙二醇
二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，优选每25mL乙腈溶液加入质量比为
10mg：10mg：15mg：5mg的莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN，在氮气保护下，40℃反应
6h后65℃反应12～20h→80℃老化2～6h，优选 65℃反应16h，80℃老化4h，冷却后，离心分
离，烘干后分散在甲醇/乙酸混合液(8:2v/v) 中洗脱，离心分离得介孔SiO2表面引发硼亲
和印迹聚合物材料。

[0011] 根据本发明所述方法制得的介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料，由尺寸约300 nm的硅基表面印迹聚合物材料构成，其形貌为球状，可应用于提取环境植物及废弃物
中的莽草酸。

[0012] 应用实验如下：

[0013] 按每20mL 1g/L莽草酸溶液加入0.05g介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物计，调节溶液pH在5～9.5,35℃搅拌反应4～8h后，溶液中的莽草酸吸附/富集到材料表面；离心分
离，将反应后的材料分离出来。

[0014] 按照公式(1)计算吸附量Q(mg/g)，并以等量的非印迹聚合物作为吸附对照。

[0015]

[0016] 式中：C0和C(mg/L)分别为莽草酸溶液的初始浓度和平衡浓度，V(mL)为莽草酸溶液体积,m(g)为吸附剂质量。

[0017] 为便于对比，非印迹聚合物的制备除不加模板分子外，其余操作步骤与印迹聚合物相同，并将其作为对比例。

[0018] 本发明所用的正戊醇、环己烷、正硅酸乙酯(TEOS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、尿素、KH570、无水乙醇、丙酮、乙腈、甲醇、乙酸、莽草酸，国药集团化学试剂有限公
司； 4‑乙烯基苯硼酸(VPBA)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、偶氮二异丁腈(AIBN)，上海
阿拉丁生化科技股份有限公司。

[0019] 本发明的特点为：

[0020] (1)所制备的介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料具有较好的生物相容性，制备方便，成本低廉；

[0021] (2)引入分子印迹技术提高对莽草酸的吸附容量有显著效果；

[0022] (3)将用于选择性分离环境植物组织中莽草酸的材料将分子印迹技术与硼亲和技术相结合，构筑了硼亲和与印迹孔穴二元特异性识别位点，为选择性分离纯化莽草酸提供
可靠保证。

[0023] 有益效果

[0024] 现有分离纯化莽草酸的方法主要有重结晶法、活性炭吸附法、硅胶柱层析法、碱性阴离子交换树脂和大孔树脂法等。这些方法虽然各有独特优点，但也各有其局限性，其中共
性的缺陷是材料的非特异性吸附强、吸附容量小、方法选择性差和得到的产品纯度不高。本
发明以介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物作为吸附/富集分离莽草酸的材料，提高莽草
酸的吸附效率。该材料以介孔硅材料为基底，通过在其表面制备分子印迹聚合物引入双重
识别机制，使得具有顺式二羟基结构的莽草酸在材料表面富集，实现莽草酸的有效分离。本
发明在富集分离以及纯化具有顺式二羟基结构的天然产物领域有较好的应用前景。

附图说明

[0025] 图1.介孔二氧化硅SEM；

[0026] 图2.介孔二氧化硅TEM；

[0027] 图3.介孔SiO2表面引发硅基硼亲和印迹聚合物材料SEM；

[0028] 图4.介孔SiO2表面引发硅基硼亲和印迹聚合物材料TEM。

具体实施方式

[0029] 下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。

[0030] 除非另外限定，这里所使用的术语(包含科技术语)应当解释为具有如本发明所属技术领域的技术人员所共同理解到的相同意义。还将理解到，这里所使用的术语应当解释
为具有与它们在本说明书和相关技术的内容中的意义相一致的意义，并且不应当以理想化
或过度的形式解释，除非这里特意地如此限定。

[0031] 实施例1

[0032] 一种介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：

[0033] a)按照固液比为(5mmol：0.5mL：30mL)，将TEOS和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌后按照摩尔比为(0.2：1)将CTAB和尿素快速加入上述溶液，加入30mL去离子水，搅拌30min
后，转移到水热反应釜，置于80℃的鼓风干燥箱中，反应2h后，离心，用丙酮和蒸馏水分别洗
涤三次，烘干后将产品置于管式炉焙烧，焙烧温度300℃，焙烧时间4h，升温速度1℃/min；

[0034] b)按照每70mL无水乙醇中溶解0.1g上述制备的硅材料和0.5mL KH570，超声分散 0.5h后，在机械搅拌下，40℃回流12h后，离心，用蒸馏水洗涤五次，真空30℃烘干得乙烯基
改性硅材料；

[0035] c)称取25mg乙烯基修饰硅材料溶于25mL乙腈溶液中，按照每25mL乙腈溶液加入质量比为10mg：2mg：10mg：1mg的莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN，在氮气条件下，40℃
反应6h后,65℃反应12h，最后80℃老化2h，冷却后，离心分离，烘干后分散在甲醇/乙酸混合
液(8:2v/v)中洗脱，离心分离得介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料。

[0036] 所制备的吸附剂对莽草酸的吸附量达到8～12mg/g；作为对比，等量的非印迹聚合物在同样的条件下对莽草酸的吸附量有5～7.5mg/g。

[0037] 实施例2

[0038] 一种介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：

[0039] a)按照固液比为(12mmol：2mL：30mL)，将TEOS和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌后按照摩尔比为(0.4：1)将CTAB和尿素快速加入上述溶液，加入30mL去离子水，搅拌30min后，
转移到水热反应釜，置于100℃的鼓风干燥箱中，反应6h后，离心，用丙酮和蒸馏水分别洗涤
三次，烘干后将产品置于管式炉焙烧，焙烧温度400℃，焙烧时间5h，升温速度1℃/min；

[0040] b)按照每70mL无水乙醇中溶解0.1g上述制备的硅材料和2mL KH570，在机械搅拌下，75℃回流15h后，离心，用蒸馏水洗涤五次，真空30℃烘干得乙烯基改性硅材料；

[0041] c)称取25mg乙烯基修饰硅材料溶于25mL乙腈溶液中，按照每25mL乙腈溶液加入质量比为10mg：8mg：12mg：4mg的莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN，在氮气条件下，40℃
反应6h后,65℃反应18h，最后80℃老化5h，冷却后，离心分离，烘干后分散在甲醇/乙酸混合
液(8:2v/v)中洗脱，离心分离得介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料。

[0042] 所制备的吸附剂对莽草酸的吸附量达到14～18mg/g；作为对比，等量的非印迹聚合物在同样的条件下对莽草酸的吸附量有8～11.5mg/g。

[0043] 实施例3

[0044] 一种介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：

[0045] a)按照固液比为(15mmol：1.5mL：30mL)，将TEOS和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌后按照摩尔比为(0.6：1)将CTAB和尿素快速加入上述溶液，加入30mL去离子水，搅拌30min
后，转移到水热反应釜，置于120℃的鼓风干燥箱中，反应4h后，离心，用丙酮和蒸馏水分别
洗涤三次，烘干后将产品置于管式炉焙烧，焙烧温度550℃，焙烧时间 6h，升温速度1℃/
min；

[0046] b)按照每70mL无水乙醇中溶解0.1g上述制备的硅材料和2mL KH570，在机械搅拌下，60℃回流24h后，离心，用蒸馏水洗涤五次，真空30℃烘干得乙烯基改性硅材料；

[0047] c)称取25mg乙烯基修饰硅材料溶于25mL乙腈溶液中，按照每25mL乙腈溶液加入质量比为10mg：10mg：15mg：5mg的莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN，在氮气条件下，40
℃反应6h后,65℃反应16h，最后80℃老化4h，冷却后，离心分离，烘干后分散在甲醇/乙酸混
合液(8:2v/v)中洗脱，离心分离得介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料。

[0048] 所制备的吸附剂对莽草酸的吸附量达到30～35mg/g；作为对比，等量的非印迹聚合物在同样的条件下对莽草酸的吸附量有12～15mg/g。

[0049] 在此比例的基础上，对所制备的聚合物材料进行了形貌表征，附图1和附图2是基底介孔二氧化硅的SEM和TEM图，可以看出材料尺寸在300～400nm，具有良好的单分散性和
均匀的球形形貌，形成了独特的纤维状形貌。印迹之后，材料表面形成一层厚度约为30nm 
的印迹层(图4硅基硼亲和印迹聚合物材料TEM),从图3也可看出介孔硅基底上形成了一层
聚合物。

[0050] 实施例4

[0051] 一种介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：

[0052] a)按照固液比为(15mmol：1.2mL：30mL)，将TEOS和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌后按照摩尔比为(0.8：1)将CTAB和尿素快速加入上述溶液，加入30mL去离子水，搅拌30min
后，转移到水热反应釜，置于150℃的鼓风干燥箱中，反应4h后，离心，用丙酮和蒸馏水分别
洗涤三次，烘干后将产品置于管式炉焙烧，焙烧温度450℃，焙烧时间 8h，升温速度1℃/
min；

[0053] b)按照每70mL无水乙醇中溶解0.1g上述制备的硅材料和1.5mL KH570，在机械搅拌下，85℃回流36h后，离心，用蒸馏水洗涤五次，真空30℃烘干得乙烯基改性硅材料；；

[0054] c)称取25mg乙烯基修饰硅材料溶于25mL乙腈溶液中，按照每25mL乙腈溶液加入质量比为10mg：15mg：30mg：5mg的莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN，在氮气条件下，40
℃反应6h后,65℃反应12h，最后80℃老化6h，冷却后，离心分离，烘干后分散在甲醇/乙酸混
合液(8:2v/v)中洗脱，离心分离得介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料。

[0055] 所制备的吸附剂对莽草酸的吸附量达到20～23mg/g；作为对比，等量的非印迹聚合物在同样的条件下对莽草酸的吸附量有8～10mg/g。

[0056] 实施例5

[0057] 一种介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料的制备方法，包括如下步骤：

[0058] a)按照固液比为(30mmol：2.5mL：30mL)，将TEOS和正戊醇溶于环己烷中，充分搅拌后按照摩尔比为(1：1)将CTAB和尿素快速加入上述溶液，加入30mL去离子水，搅拌30min后，
转移到水热反应釜，置于180℃的鼓风干燥箱中，反应6h后，离心，用丙酮和蒸馏水分别洗涤
三次，烘干后将产品置于管式炉焙烧，焙烧温度650℃，焙烧时间8 h，升温速度1℃/min；

[0059] b)按照每70mL无水乙醇中溶解0.1g上述制备的硅材料和2.5mL KH570，在机械搅拌下，100℃回流48h后，离心，用蒸馏水洗涤五次，真空30℃烘干得乙烯基改性硅材料；

[0060] c)称取25mg乙烯基修饰硅材料溶于25mL乙腈溶液中，按照每25mL乙腈溶液加入质量比为10mg：20mg：40mg：10mg的莽草酸、VPBA、交联剂EGDMA、引发剂AIBN，在氮气条件下，40
℃反应6h后,65℃反应20h，最后80℃老化6h，冷却后，离心分离，烘干后分散在甲醇/乙酸混
合液(8:2v/v)中洗脱，离心分离得介孔SiO2表面引发硼亲和印迹聚合物材料。

[0061] 所制备的吸附剂对莽草酸的吸附量达到18～22mg/g；作为对比，等量的非印迹聚合物在同样的条件下对莽草酸的吸附量有7.5～10mg/g。

[0062] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均
同理包括在本发明的专利保护范围内。