現(xiàn)代有機(jī)及生物分析新技術(shù)新方法的構(gòu)建及其應(yīng)用*

張來新

（寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西寶雞721013）

綜述

現(xiàn)代有機(jī)及生物分析新技術(shù)新方法的構(gòu)建及其應(yīng)用*

張來新

（寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西寶雞721013）

簡要介紹了現(xiàn)代有機(jī)分析的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用，重點介紹了：（1）離子液體的制備及其在現(xiàn)代有機(jī)及生物分析中的應(yīng)用；（2）現(xiàn)代有機(jī)及生物分析在醫(yī)藥學(xué)分析中的應(yīng)用；（3）現(xiàn)代有機(jī)分析在有機(jī)物結(jié)構(gòu)鑒定上的應(yīng)用。并就現(xiàn)代有機(jī)及生物分析的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

；現(xiàn)代有機(jī)分析；新方法；新技術(shù)；應(yīng)用

現(xiàn)代有機(jī)分析是有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)相互交融彼此滲透的一門新興熱門邊緣學(xué)科，是人類認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)有機(jī)世界的重要途徑。隨著眾多新的分析技術(shù)、分析儀器、分析方法、分析理論的不斷問世，現(xiàn)代有機(jī)分析在科學(xué)研究領(lǐng)域的地位也迅速提高，今天已是一門把計算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理、統(tǒng)計學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)有機(jī)結(jié)合起來的一個具有非常大的發(fā)展空間的信息科學(xué)，目前，已被廣泛應(yīng)用于二十一世紀(jì)的熱門學(xué)科，如生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、資源和能源科學(xué)、材料科學(xué)、信息科學(xué)。不僅如此，還促進(jìn)和推動了分子生物學(xué)、天然有機(jī)化學(xué)、有機(jī)合成的形成和發(fā)展。并在石油化工、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥學(xué)及國防建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 離子液體的制備及其在現(xiàn)代有機(jī)及生物分析中的應(yīng)用

1.1 含芳香基和脂肪基離子液體固定相的制備及色譜性能研究

離子液體是指在室溫以及室溫附近由有機(jī)或無機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子組成的有機(jī)或無機(jī)液態(tài)物質(zhì)。它具有液體狀態(tài)溫度范圍廣，蒸汽壓極小，不易揮發(fā)，對有機(jī)物和無機(jī)物都有良好的溶解性，導(dǎo)電性好以及合成比較簡單等優(yōu)點。近年來離子液體在液相色譜上的應(yīng)用發(fā)展較快，已經(jīng)成為一個熱點領(lǐng)域。為此鄭州大學(xué)的胡晨晨等人以甲苯為溶劑，將活化硅、1-三甲氧基氯丙基硅烷和三乙胺回流攪拌反應(yīng)，得固體物經(jīng)洗滌干燥制得了氯丙基硅膠。將氯丙基硅膠與苯并咪唑回流攪拌反應(yīng)，制得了苯并咪唑硅膠（A）。將A與1-溴辛烷磁力攪拌回流反應(yīng)，制得了新型離子液體液相色譜的固定相（SiIBim-C8）[1]。即上述合成過程是經(jīng)過連續(xù)固液反應(yīng)，在苯并咪唑固定相上引入了C8基團(tuán)，形成了一種同時還有芳香基和脂肪基的新型離子液體液相色譜的固定相（SiIBim-C8），由實驗證明，由于SiIBim-C8固定相較SiIBim固定相多了一條8個碳的飽和烷基碳鏈，因此SiIBim-C8色譜柱的疏水性更強(qiáng)，對單取代苯混合樣的選擇性和保留時間更久。體現(xiàn)了SiIBim-C8色譜柱在分離復(fù)雜混合樣品中有更大的優(yōu)越性。所有物質(zhì)的分離度大于1.8，達(dá)到了良好的分離效果。

1.2 離子液體功能化磁性納米粒子的制備及性能研究

粒子液體（ILS）具有獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在樣品預(yù)處理中有著廣泛地應(yīng)用[2]。近年來，將離子液體與其它新型材料結(jié)合用于固相萃取的研究為熱門領(lǐng)域引起了學(xué)者們廣泛關(guān)注。其中磁性納米粒子（MNPs）由于具有大的比表面積、吸附性能強(qiáng)和快速分離等優(yōu)點，在分析化學(xué)樣品前處理中的應(yīng)用也日受青睞[3]。Yao等制備了三苯胺功能化的磁性微球，并將其用作固相萃取的吸附劑，結(jié)合HPLC應(yīng)用于環(huán)境水樣中痕量多環(huán)芳烴毒性物的分析。河池學(xué)院的盧俊宇等人結(jié)合ILs和MNPs的優(yōu)點，首先采用化學(xué)共沉淀法制備裸露的Fe3O4，接著以四乙氧基硅烷對其進(jìn)行包裹，然后用巰基丙基三甲氧基硅烷進(jìn)行表面修飾，最后通過硫醇烯點擊化學(xué)將1-乙烯基-3-丁基咪唑ILs鍵合在MNPs表面，制備出一種新型ILs功能化MNPs·SiO2-ILs作為固相萃取的吸附劑，并將其應(yīng)用于吲哚胺類化合物富集，然后利用HPLC進(jìn)行分析[4]，效果良好。

2 現(xiàn)代有機(jī)及生物分析在醫(yī)藥學(xué)分析方面的應(yīng)用

2.1 高速逆流色譜法分離珠子草中的木脂素的研究

珠子草是一種分布廣泛的藥用植物，民間廣泛用于治療肝炎和腎結(jié)石。近年來，人們對珠子草的化學(xué)成分及生理活性研究的比較多，結(jié)果表明，珠子草具有抗病毒、保肝、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制以及免疫抑制等作用。珠子草中含有具有生理活性的木脂素類化合物，木脂素類化合物具有抗病毒、抗癌防癌作用。廣西大學(xué)的周敏等人采用高速逆流色譜（HSCCC）法對珠子草粗提物中木脂素niranthin（1）hypophyllanthin（2）和phyllanthin（3）進(jìn)行分離?？疾炝藴囟群娃D(zhuǎn)速對溶劑體系1（正己烷∶乙酸乙酯∶甲醇∶水=3∶2∶3∶1,v/v/v/v）和溶劑體系2（正己烷∶乙酸乙酯∶甲醇∶水=6∶4∶5.5∶5,v/v/ v/v）的分離效果的影響，結(jié)果表明，在溫度25℃轉(zhuǎn)速800r·min-1、流動相流速2.0mL·min-1條件下，3種化合物均能夠有效地分離。利用此條件下的溶劑1，進(jìn)樣量達(dá)到257.3mg的粗提物可以有效分離得到niranthin84.8mg（純度69.97%）、hypophyllanthin31.9mg（純度90.24%）、phyllanthin65.2mg（純度86.78%）[5]。該方法還可用于其它中藥材有效生理活性成分的提取分離。

2.2 雀梅漿果中花青素的分離提取

雀梅為優(yōu)良的盆景藥用植物，夏秋之間開花，漿果近球形，始青色，成熟為紫黑色,可食用。雀梅漿果中含有大量的藥用物質(zhì)花青素。花青素是一種強(qiáng)有力的抗氧化劑，它能夠保持人體免疫，清除人體有害物質(zhì)自由基的損傷。因花青素增強(qiáng)血管彈性，具有降血壓、降血糖、降血脂、抗過敏、抗防癌癥、抗防心臟病、防止過早衰老、抗感冒、抗突變、治療關(guān)節(jié)炎、防中風(fēng)、抗炎、增強(qiáng)細(xì)胞活力等功效，故目前已有含花青素食品。為此，廣西大學(xué)的雷科嬋等人以雀梅漿果為原料，通過單因素實驗設(shè)計，確立了雀梅漿果花青素的提取方法：即以0.001mol·L-1的鹽酸為提取劑，采用浸提法，料液比為1∶10，提取溫度為400C，每次提取時間1h，經(jīng)3次提取，每克雀梅漿果提取到2.52mg花青素。采用732陽離子交換樹脂對花青素粗提液進(jìn)行了純化。其穩(wěn)定性分析表明：花青素在低于65.10C的環(huán)境中穩(wěn)定性很好；pH小于6有利于花青素的保存，而堿性條件下花青素的穩(wěn)定性較差[6]。該研究將在食品化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、分析分離科學(xué)中得到廣泛用于。

2.3 珠子草中兩種木脂素抗鴨乙型肝炎病毒的實驗研究

前已述及，珠子草是一種能夠治療多種疾病的藥用植物（中藥材），木脂素更有抗病毒、抗炎、抗癌防癌之功效。廣西大學(xué)的劉盛等人采用柱色譜法，從珠子草活性石油醚部位分離得到4種木脂素，經(jīng)IR、MS、NMR分析確定其結(jié)構(gòu)分別為Niranthin（1）、Nirtetralin B（2）、hypophyllanthin（3）和phyllanthin（4）。進(jìn)而對其進(jìn)行了抗鴨乙型肝炎病毒的動物實驗研究，發(fā)現(xiàn)其中的（1）和（2）具有抗乙型肝炎細(xì)胞活性[7]。對廣西麻鴨進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)（1）和（2）均有顯著的抗鴨乙型肝炎作用，能有效地抑制DHBV的復(fù)制和減輕肝臟病理性損傷。該研究將在生命科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)及環(huán)境科學(xué)的研究中得到應(yīng)用。

2.4 血清脂質(zhì)組學(xué)的多重離子化LC-MS分析方法研究

血清中的脂質(zhì)類代謝物的種類及結(jié)構(gòu)具有多樣性，而采用單一離子化技術(shù)的LC-MS方法檢測具有局限性，故無法獲得全面的脂質(zhì)類代謝物信息，不能為生物醫(yī)藥研究和臨床醫(yī)藥學(xué)研究提供詳實有力的情報信息。為此中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院的王中華對的人采用ESI、APCI、APPI 3種電離技術(shù)結(jié)合的RRLC-MS方法，對20例健康人的血清樣本進(jìn)行了分析，針對脂質(zhì)類代謝物系統(tǒng)考察了基于3種離子源的RRLC-MS分析方法及其檢測完整性。結(jié)果表明，采用多重離子化方式的RRLC-MS方法，有助于獲得血清脂質(zhì)組學(xué)研究所需的全面、完整的脂質(zhì)類代謝物信息[8]。從而為生物醫(yī)學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)研究提供了理論依據(jù)。

3 現(xiàn)代有機(jī)及生物分析在有機(jī)物結(jié)構(gòu)鑒定上的應(yīng)用

3.1 香草酸去氫陰離子丟失甲基自由基的碎裂研究

電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜（ESI-MS）已成為一種必不可少的分析技術(shù)。電噴霧離子化所產(chǎn)生的離子主要是閉殼電子的偶電子離子，如[M+H]+和[M-H]-。根據(jù)“偶電子規(guī)則”，閉殼離子的碎裂通常產(chǎn)生閉殼碎片離子。近年來，有文獻(xiàn)報導(dǎo)了一些違反“偶電子規(guī)則”的現(xiàn)象，即偶電子離子經(jīng)碰撞活化后發(fā)生自由基碎裂反應(yīng)，產(chǎn)生奇電子離子。杭州師范大學(xué)的蔣可志采用串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)對香草類異構(gòu)體的去質(zhì)子化離子的碎裂反應(yīng)進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)香草酸和異香草酸去陰離子的碎裂反應(yīng)，二者都存在丟失甲基自由基的自由基碎裂反應(yīng)，該反應(yīng)違背“偶電子規(guī)則”。香草酸和去香草酸去氫陰離子的碎裂產(chǎn)物具有相同的結(jié)構(gòu)，但異香草酸去氫陰離子的能量更高，更容易發(fā)生碎裂。這對異構(gòu)體的二級質(zhì)譜圖差異明顯，可以用該檢測方法，來區(qū)分異構(gòu)體[9]。

3.2 N-苯基二茂鐵甲酰胺類化合物質(zhì)譜裂解機(jī)理研究

近年來，二茂鐵酰胺類化合物已被廣泛應(yīng)用于修飾多種氧化還原酶特別是葡萄糖酶的生物傳感器，這種電極具有儲存穩(wěn)定性好、反應(yīng)速率快、響應(yīng)電流大等優(yōu)點。然而，該類化合物的質(zhì)譜裂解機(jī)理的系統(tǒng)研究未見報道。浙江工業(yè)大學(xué)的朱坤丹等人利用高分辨電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)對系列N-苯基二茂鐵甲酰胺衍生物的質(zhì)譜裂解機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)探討：結(jié)果發(fā)現(xiàn)該類化合物電噴霧電離，主要生成質(zhì)子化離子和分子離子。中性丟失取代苯胺形成碎片離子m/z=213，中性丟失取代基異氰酸苯酯形成質(zhì)子化的二茂鐵離子m/z=187。另一方面，取代基會影響相應(yīng)碎片離子的豐度，當(dāng)苯環(huán)上有吸電子取代基時，容易產(chǎn)生碎片離子m/z=213；相反當(dāng)有供電子取代基時，則有利于碎片離子m/z=187的產(chǎn)生[10]。該分析新方法用于有機(jī)結(jié)構(gòu)分析和反應(yīng)機(jī)理研究意義重大。

近年來，由于各門科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使現(xiàn)代有機(jī)分析化學(xué)的發(fā)展日新月異。即現(xiàn)代有機(jī)及生物分析的發(fā)展和其他科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相得益彰。各種應(yīng)用于特殊環(huán)境、超痕量組分和復(fù)雜體系的測量方法的相繼問世，使現(xiàn)代有機(jī)分析化學(xué)也彰顯出為人類未來發(fā)展提供保障的重要性。即成為“為人類未來的生活、生存、文明進(jìn)步及可持續(xù)發(fā)展提供安全保障的關(guān)鍵學(xué)科”。正如1991年UPAC國際分析科學(xué)會議主席E.NiKi教授所言：未來的世界是光明還是黑暗，取決于人類在資源和能源科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)、和環(huán)境科學(xué)四大領(lǐng)域的進(jìn)步，而取得這些領(lǐng)域進(jìn)步的關(guān)鍵問題的解決則依賴于現(xiàn)代有機(jī)分析化學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代有機(jī)分析必將與時俱進(jìn)的朝著靈敏、準(zhǔn)確、特新、快速、微量痕量、自動化、在線化的分析分離檢測的方向發(fā)展，必將為人類文明進(jìn)步創(chuàng)建新的輝煌。

［1］胡晨晨,趙文杰,張文芬,等.含芳香基和脂肪基離子液體固定相制備及色譜性能［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P103-104.

［2］YU Honglian,D.HO T,L.ANDERSON J.Ionic liquid and polymeric ionic liquid coatings in solid-phase microextraction［J］. Trends Anal.Chem.2013,45:219-232.

［3］LI Xiaoshui,ZHU Gangtian,LUO Yanbo,et al.Synthesis and applications of functionalized magnetic materials in sample preparation［J］.Trends Anal.Chem.，2013,45:233-247.

［4］盧俊宇,黃秀香,韋聯(lián)強(qiáng),等.離子液體功能化磁性納米粒子的制備及其性能研究［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P211-212.

［5］周敏,陳劍,韋乃興,等.高速逆流色譜法分離珠子草中的木脂素［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P143-144.

［6］雷科嬋,喬寬,韋萬興.雀梅中花青素成分研究［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué), 2013年10月,P135-136.

［7］劉盛,韋萬興.珠子草中兩種木脂素抗鴨乙型肝炎病毒的實驗研究［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P137-138.

［8］王中華,張瑞萍,陳艷華,等.血清脂質(zhì)組學(xué)的多重離子化LC-MS分析方法研究［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P225-226.

［9］蔣可志.香草酸去氫陰離子丟失甲基自由基的碎裂研究［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P207-209.

［10］朱坤丹,張斐飛,葉學(xué)敏,等.N-苯基二茂鐵甲酰胺類化合物質(zhì)譜裂解機(jī)理研究［C］.全國第十七屆有機(jī)分析及生物分析學(xué)術(shù)討論會論文集,南寧廣西大學(xué),2013年10月,P13-14.

Development and applications of new methods and technologies in modern organic and biological analysis*

ZHANG Lai-xin
（Chemistry&Chemical Engineering Department,Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013，China）

This paper briefly introduces the generation,development,and applications of modern organic and biological analysis.Emphases are put on three parts:①preparation and applications of ionic liquid;②applications of modern organic and biological analysis to pharmaceutical analysis;③applications of modern organic analysis to organic structure identification.Future developments of modern organic analysis are prospected in the end.

modern organic analysis；new technology；new method；application

TQ172.16

A

1002-1124（2014）09-0029-03

2014-03-31

陜西省植物化學(xué)重點實驗室基金資助項目（09JS066）；陜西省教育廳自然科學(xué)基金資助課題（04JK147）；寶雞文理學(xué)院自然科學(xué)基金資助課題（zk12014）

張來新（1955-），男，漢族，陜西周至人，寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事大環(huán)化學(xué)研究及天然產(chǎn)物分離提取。