一种偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物及其制备和应用

技术领域

本发明涉及偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物及其制备方法；本发明还以偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物为样品前处理材料用于三苯甲烷类染料的萃取与富集，实现食品中三苯甲烷类染料的分离分析，属于分析检测技术领域。

背景技术

孔雀石绿和结晶紫等三苯基甲烷染料因其在防治水产品传染病方面的优异效果而被广泛用作杀菌防腐剂，但孔雀石绿和结晶紫的致癌性和致突变性被发现后，于2002年被禁止在水产品中使用。最近一些研究人员利用亮绿与三苯基甲烷维多利亚纯蓝的衍生物碱性兰（VPBO）具有良好的防腐性能，用来代替孔雀石绿，但是其与孔雀石绿结构相似，可能具有相似的毒性。有学者报道，亮绿与碱性兰可能引起皮肤致敏或坏死，摄入或吸入亮绿与碱性兰可能刺激胃肠道和呼吸道。目前，三苯基甲烷染料及其可能替代品的应用十分复杂，极易在水产品中滥用。而一些未被禁用的未知染料更有可能造成潜在的危害。因此，对三苯甲烷染料进行有效的检测是非常重要的。

目前检测三苯基甲烷染料的方法主要为高效液相色谱法（HPLC），但由于水产品的复杂性造成基质干扰，且食品样品中染料残留的水平较低，导致回收率低、定量下限等技术指标无法满足测定要求。因此，发展高效的样品前处理技术是实现水产品中三苯基甲烷染料灵敏检测的一个重要环节。固相萃取技术由于具有溶剂量少、成本低、时间短、富集效率和回收率等特点，并易于实现自动化及与其他分析仪器的联用，应用最为广泛。而固相萃取技术的核心是为萃取材料。近年来，多孔有机聚合物（POPs）因其高的比表面积、低的骨架密度及较高的化学稳定性等独特理化性质在样品制备领域受到越来越多的关注，相比于经典的无机多孔材料如分子筛、无机-有机杂化的多孔材料如金属有机框架等，多孔有机聚合物的巨大优势在于可以选择特定的有机结构单元和合成技术调节聚合物的孔参数与骨架性质。然而目前还没有利用多孔有机聚合物用于食品中三苯基甲烷染料萃取与分析检测的相关报道。

发明内容

针对目前食品中三苯基甲烷染料样品前处理及分析检测的现状和不足，本发明的目的在于提供一种偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物及其制备方法；并将其用于食品中三苯基甲烷染料的高效萃取，并结合HPLC检测技术建立了分析测定方法，实现了食品样品中三苯基甲烷染料的分析测定。

一、偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物

本发明的偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物，是由偶氮苯基杯芳烃通过炔官能团连接，其具有如下所示的化学结构：

式中，取代基R

所述偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物的制备方法，是将偶氮苯基杯芳烃溶解到有机溶剂中，加入双(三苯基膦)二氯化钯和碘化亚铜，搅拌5~10min后再加入炔类化合物和碱，氮气保护下，于25~120℃下反应24~100小时，反应结束后用依次用机溶剂和水洗涤，干燥，得到目标有机聚合物。标记为POPs材料。

所述偶氮苯基杯芳烃的结构式如下式所示，偶氮苯基杯芳烃的合成参照文献（

其中：取代基R

炔类化合物是合成目标化合物的重要反应原料，结构式如下式所示：

其中：R

上述反应中，有机溶剂为四氢呋喃、乙腈、二氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、氯苯、三氯甲烷、甲醇、乙醇、石油醚、N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中至少一种。偶氮苯基杯芳烃与炔类化合物的质量比为5:1~1:1。

所述双(三苯基膦)二氯化钯与碘化亚铜均为反应所需催化剂，且偶氮苯基杯芳烃与双(三苯基膦)二氯化钯的质量比为3:1~1:1; 偶氮苯基杯芳烃与碘化亚铜的质量比为12:1~5:1。

加入碱的目的是为反应提供了一个碱性环境，碱可以为有机碱或无机碱；其中有机碱为三乙胺、吡啶、二异丙胺或4-二甲胺基吡啶；无机碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、碳酸铯、碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸钡中至少一种。偶氮苯基杯芳烃与碱的摩尔比为80:1~20:1。

上述偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物的合成式如下：

图1为本发明制备的POPs的固体核磁图谱。图1表明，在152 ppm附近的吸附峰对应杯状[4]芳烃的苯氧碳，在115~140 ppm范围内的化学位移分配给杯状[4]芳烃和连接剂的苯碳，85 ppm和30 ppm附近的峰分别属于连接剂的炔基碳和大环的亚甲基碳，表明多孔有机聚合物的成功合成。

图2为本发明制备的POPs材料的透射电镜表征图。如图2所示，所得多孔有机聚合物为非晶态网状结构，材料表面存在许多有序的孔隙，为目标分析物的萃取提供丰富的吸附位点。

图3为本发明制备的POPs材料的比表面积测试图。测试结果表明多孔有机聚合物具有较大的BET表面积为80.74 m²·g

二、偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物在样品预处理中的应用

（1）将2.0~100 mg（优选为10 mg）上述制备的POPs材料置于1~10 mL（优选为2 mL）含有浓度为2~50 mg·L

（2）经分离得到的POPs材料转移到离心管中，加入洗脱剂，超声0.5~20 min（优选5min），使目标分析物从POPs萃取材料上解吸下来。重复以上操作3次，合并解吸液，利用HPLC测定其浓度。从而计算原待测样品中三苯基甲烷染料的含量。

洗脱剂可以为甲醇与酸液的混合溶液或乙腈与酸液的混合溶液，酸溶液可选择甲酸、乙酸、三氟乙酸中的一种，酸溶液所占体积比为0.1%~5%，优选：洗脱液为乙腈与三氟乙酸的混合溶液，酸溶液的体积比为1%。

图4为POPs材料优选条件下萃取前后五种三苯基甲烷染料分析检测图：（1）孔雀石绿；（2）罗丹明B；（3）结晶紫；（4）亮绿；（5）碱性兰。从图4中可以看出，经POPs材料富集后的五种待测目标分析物（三苯基甲烷染料）的富集效果均很明显，富集系数最大可达100倍（结晶紫）。

另外，实验还发现，本发明制备的多孔有机聚合物材料具有良好的稳定性，使用寿命长，可重复使用10次以上。

综上所述，本发明制备的偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物POPs是将由偶氮苯基杯芳烃通过炔官能团连接。该聚合物材料比表面积大、功能性基团含量高，对食品中三苯甲烷类染料具有优异的萃取性能，可提高食品中三苯甲烷类染料的样品前处理效率，提高样品预处理的回收率，提高其检测灵敏度，降低目标分析物的基质干扰，实现水产品等食品中三苯甲烷类染料的精确分析与检测。

附图说明

图1为POPs的固体核磁图谱。

图2为POPs材料的透射电镜表征图。

图3为POPs材料的比表面积测试图。

图4为POPs材料萃取前后五种三苯基甲烷染料分析检测图：（1）孔雀石绿；（2）罗丹明B；（3）结晶紫；（4）亮绿；（5）碱性兰。

具体实施方式

下本发明通过具体实施例对本发明POPs材料的制备及性能做进一步说明。

实施例1

（1）将化合物1（115 mg）溶解到无水四氢呋喃（5 mL）中，在氮气保护下加入双(三苯基膦)二氯化钯（35 mg）和碘化亚铜（10 mg），搅拌5分钟后，逐滴加入溶解有1, 4-二乙炔基苯（52 mg）和二异丙胺（50 uL）的四氢呋喃溶液（2 mL），上述溶液在氮气保护下搅拌10分钟后，在65 °C加热72小时。冷却至室温后，过滤得到固体，依次用四氢呋喃、二氯甲烷、甲醇和水洗涤后干燥，得到偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物材料（POPs-1）。反应结构式如下：

（2）将10 mg上述制备的材料POPs-1置于2 mL含有浓度为20 mg·L

（3）经分离得到的材料POPs-1转移到离心管中，加入乙腈与三氟乙酸的混合溶液（酸溶液的体积比为1%）洗脱剂，超声5 min，使目标分析物从材料POPs-1上解吸下来。重复以上操作3次，合并解吸液，利用HPLC测定其浓度。计算原待测样品中三苯基甲烷染料的含量。POPs-1材料对待测样品萃取前后五种三苯基甲烷染料分析检测图如图4：（1）孔雀石绿；（2）罗丹明B；（3）结晶紫；（4）亮绿；（5）碱性兰，从图4中可以看出，经POPs-1材料富集后的五种待测目标分析物（三苯基甲烷染料）的富集效果均很明显，富集系数最大可达100倍。

实施例2

（1）将化合物2（130 mg）溶解到无水四氢呋喃（5 mL）中，在氮气保护下加入双(三苯基膦)二氯化钯（35 mg）和碘化亚铜（10 mg），搅拌5分钟后，逐滴加入溶解有1, 4-二乙炔基苯（52 mg）和三乙胺（80 uL）的四氢呋喃溶液（2 mL），上述溶液在氮气保护下搅拌10分钟后，在50 °C加热36小时。冷却至室温后，过滤得到固体，依次用N, N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、乙醇和水洗涤后干燥，得到偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物材料（POPs-2）。反应结构式如下：

（2）材料POPs-2的应用：同实施例1。

实施例3

（1）将化合物3（54 mg）溶解到乙腈（5 mL）中，在氮气保护下加入双(三苯基膦)二氯化钯（54 mg）和碘化亚铜（15 mg），搅拌5分钟后，逐滴加入溶解有2-氨基-1, 4-二乙炔基苯（52 mg）和碳酸钠（0.04 g）的乙腈溶液（2 mL），上述溶液在氮气保护下搅拌10分钟后，在100 °C加热36小时。冷却至室温后，过滤得到固体，依次用四氢呋喃、二氯甲烷、甲醇和水洗涤后干燥，得到偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物材料（POPs-3）。反应结构式如下：

（2）材料POPs-3的应用：同实施例1。

实施例4

（1）将化合物4（115 mg）溶解到三氯甲烷（5 mL）中，在氮气保护下加入双(三苯基膦)二氯化钯（87 mg）和碘化亚铜（45 mg），搅拌5分钟后，逐滴加入溶解有2-甲基-1, 4-二乙炔基苯（52 mg）和氢氧化钠（0.04 g）的三氯甲烷溶液（2 mL），上述溶液在氮气保护下搅拌10分钟后，在80 °C加热96小时。冷却至室温后，过滤得到固体，依次用四氢呋喃、二氯甲烷、甲醇和水洗涤后干燥，得到偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物材料（POPs-4）。反应结构式如下：

（2）材料POPs-4的应用：同实施例1。

实施例5

（1）将化合物5（115 mg）溶解到甲苯（5 mL）中，在氮气保护下加入双(三苯基膦)二氯化钯（32 mg）和碘化亚铜（15 mg），搅拌5分钟后，逐滴加入溶解有2-甲基-1, 4-二乙炔基苯（52 mg）和吡啶（40 μL）的甲苯溶液（2 mL），上述溶液在氮气保护下搅拌10分钟后，在120°C加热24小时。冷却至室温后，过滤得到固体，依次用四氢呋喃、二氯甲烷、甲醇和水洗涤后干燥，得到偶氮苯基杯芳烃多孔有机聚合物材料（POPs-5）。反应结构式如下：

（2）材料POPs-5的应用：同实施例1。