1、.用低交換容量聚苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂柱色譜分離中性氨基酸Vo1.222001年l2月高等學校化學CHEMICALjOURNALOFCHINESEUNIVERSITIESNo.122l002103用低交換容量聚苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂柱色譜分離中性氨基酸劉菊湘劉國棟閻虎生程曉輝何炳林姜根華.楊國英.(1.南開大學高分子化學研究所,吸附與分離功能高分子材料國家重點實驗室,天津3000712.天津藥業(yè)有限公司,天津300161)摘要遙過磺化苯乙烯一-L烯苯共聚物或商品化的聚苯乙烯型強酸性陽離子變換樹脂(OOl×7)的逆磺化反應.得到一系列不同交換容量的聚苯乙烯型強酸性陽離子交換

2、樹脂.研究了丙氨酸和纈氨酸及纈氨酸和亮氨酸在這些樹脂拄上的色譜分離.結(jié)果表明,用兩種方法得到的樹脂對丙氮酸和纈氨酸的色譜分離性能基本相同;同時中性氨基酸與聚苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂之間的作用包括離子作用和琉水作用.且二者之間存在協(xié)同作用.樹脂的變換容量較低時對中性氨基酸有更好的分離性能.關鍵詞氨基酸l離子交換樹脂;疏水作用色譜審圍分類號TQ028.3文峨標識碼A文章鳙號02510790(2001)1221OO一04由蛋白質(zhì)水解液分離提取氨基酸是獲得天然氨基酸的重要方法之一1.蛋白質(zhì)的水解液中往往含有多種氨基酸,部分氨基酸可用等電點沉淀法及沉淀荊沉淀法分離,其它幾組氨基酸由于其化學及物理性能

3、非常接近,分離較難分離中性氨基酸常用聚苯乙烯型強酸性陽離子交換色譜法.一般認為其分離原理是氨基與樹脂上的磺酸基存在靜電作用,由于不同氨基酸氨基的堿性存在微小差異,故可通過柱色譜分離.前文7,B1表明,在配體交換色譜分離氨基酸時,氨基酸的側(cè)基與樹脂的骨架可能存在疏水作用.文獻6用聚苯乙烯型強酸性陽離子交換色譜分離氨基酸時,也曾提出氨基酸側(cè)基的大小或極性可能對分離有貢獻因此,在用聚苯乙烯型強酸性陽離子交換柱色譜分離氨基酸時,氨基酸的側(cè)基與樹脂骨架之間的疏水作用可能對分離有貢獻.目前陽離子交換色譜分離氨基酸所用的樹脂都為聚苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂,其特點是交換容量很高.如果疏水作用對分離確實有貢

4、獻,則分離氨基酸所用聚苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂的交換量并非越高越好.本文通過合成不同交換容量的聚苯乙烯受強酸性陽離子交換樹脂,通過研究交換容量對分離的影響來研究疏水作用對分離的影響,并合成出分離性能更好的強酸性陽離子交換樹脂.1實驗部分1.1屎辯及儀器001×7凝膠型聚苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂(南開大學化工廠),體積交換量2.02mmol/mL,粒度4060目.苯乙烯(工業(yè)品)和二乙烯苯(工業(yè)品,二乙烯苯含量為51.2,南開大學化工廠).其它試劑均為市售分析純.HL一1恒流泵和BSZ一160自動部分收集器(I-海滬西儀器廠),Uv一754塑紫外分光光度計(上海第三分析儀器廠)

5、.1.2通過贅化及遨璇化反應嗣備不同交換容量的強酸性陽離子交換樹脂含7二乙烯苯的苯乙烯.-L烯苯凝膠共聚物參照文獻9方法制備.將30g苯乙烯-二乙烯苯凝膠共聚物在250niL三口瓶中用30g1,2.二氯乙烷溶脹10mln,加人100g9Z.5的濃硫酸,慢速攪動,8O下反應一定時間后取樣,根據(jù)文獻9方法測定其交換容量.牧稿日期,2000一l0.1基金頊臣:天誶市重點科學基金項臣(批準號9801411)資助聯(lián)暴人簡介聞虎生(1959年出生).男,博士.教授,博士生導師.從事功能高分子和多肚臺成研究.E-mailth.a.nec螄劉菊湘等:用低變換客量聚苯己烯型強酸性陽離子交換樹脂柱色譜分離中性氨基

6、酸將100g001×7樹脂(濕)懸浮于200mL5稀硫酸中,于103攪拌反應一定時間后取樣,測定其交換容量.1.3氨基酸的柱色譜分離及分析鑒定將不同交換容量的H型磺酸樹脂100mL裝入2.0cmX50cm的玻璃柱中,將每種氨基酸的量相當于樹脂柱交換容量5(物質(zhì)的量分數(shù))的丙氨酸和纈氨酸或纈氨酸和亮氨酸用0.1mol/LHCI溶解成0.2mmol/mL的混合氨基酸溶液注入柱頂部,進樣速度2mL/min.用2倍于上述溶液體積的蒸餾水以相同流速洗至中性,用0.2moi/LNHC1洗脫荊以1mL/min的速度洗脫,自動部分收集器牧集,每5mL收集一管.每管各取1o皿樣品,分別點樣于新華層析紙

7、上,用(正丁醇)/v(乙醇)/(乙酸)/v(水)4/1/1/2的展開劑展開,1.0茚三酮/乙醇顯色.剪下斑點,用4mL(O.1cusO)/v(75乙醇)一4/76的脫色劑脫色.測定脫色液在570D.m波長下的吸光值,再根據(jù)標準曲線計算氨基酸的含量.2結(jié)果與討論2.1低交換窖強蘸性陽離子交換樹脂的制備用92.5的硫酸磺化臺7二乙烯苯的苯乙烯一二乙烯苯共聚物,不同的磺化時間可以得到不同交換容量的強酸性陽離子交換樹脂(表1).由表1可見,苯乙烯一二乙烯苯共聚物的磺化速度相當快,磺化0.5h后其樹脂的交換容量已達到1.00mmol/mL.磺化速度快可能造成磺酸基在樹脂顆粒內(nèi)分布不均勻,對分離不利.為了

8、得到磺酸基分布較均勻的強酸性陽離子交換樹脂,我們采取逆磺化高交換容量的強酸性陽離子交換樹脂(工業(yè)品,001×7)制備低交換容量的強酸性陽離子交換樹脂,即將001×7懸浮于5稀硫酸中加熱,使強酸性陽離子交換樹脂去磺化(表1).由表1可知,逆磺化反應的速度很慢.由上述兩種方法制得的具有相同或相近交換容量的樹脂柱色譜分離丙氨酸和纈氨酸的結(jié)果(文中未列出)表明,這兩種方法制得的樹脂具有幾乎相同的色譜行為.這可能是由于在直接磺化法中使用了較大量的溶脹劑1,2-二氯乙烷,因此磺化反應在樹脂的不同部位進行得較均勻.Tab|e1SulfonaiJonofstyrenedivinylbenz

9、enetopoiymerandreversed-sulfonationofstronglyar.k:llccationexchangeresm(0l×7)2.2中性氨基酸在不同交換窖強蘸性陽離子交換樹脂柱上的色譜行為中性氨基酸在強酸性陽離子交換樹脂色譜柱上的交換平衡(以NHC1為洗脫劑)表示如下:-R-+n0一一SO-NH+SO"H3NCH:o【)一NH+如果氨基酸在強酸性陽離子交換樹脂柱上的保留僅由上述的離子交換引起,則氨基酸氨基的堿性越大,其保留體積越大樹脂的交換容量越大,氨基酸的保留體積也越大.圖1為丙氨酸和纈氨酸在不同交換容量樹脂柱上的色譜圖圖1(A)所用樹脂為00

10、1×7,圖1(c)和1(E)所用樹脂由直接磺化法制得,圖1(B)和1(D)所用樹脂由逆磺化法制得.由圖1可知,纈氨酸的保留體積比丙氨酸的保留體積大.而纈氨酸氮基的堿性(p鼠=4.51)比丙氨酸氨基的堿性(pK4.31)小1,這和上面的推鍘正好相反.其原因可能是由于強酸性陽離子交換樹脂的骨架對氨基酸的側(cè)基發(fā)生疏水噯附作用引起的.因為纈氨酸側(cè)基(異丙基)的疏水性比丙氨酸側(cè)基(甲基)的大,因此樹脂骨架對纈氨酸的琉永吸附作用比對丙氨酸的大.但聚苯乙烯型大孔吸附樹脂對非芳香性的氨基酸基本無吸附作用,或者說聚苯乙烯骨架對非芳香性氨基酸的吸附作用很小,聚苯乙烯型強酸性陽離子交換樹脂骨架的琉水性比聚

11、苯乙烯型大孔吸附樹脂的疏水性更小.而上述的色譜體系顯示,強酸性陽離子交換樹脂骨架與氨基酸之間可能存在疏水作用.可能的解釋是上述體系的樹脂與氨基酸之間同時存在離子(靜電)作用和疏水作高等學校化學VoI.22用,且兩者之間存在協(xié)同作用.因為當氨基酸質(zhì)子化的氨基與樹脂上的磺酸負離子以靜電結(jié)合后,氨基酸側(cè)基與樹脂骨架間的疏水作用相當于分子內(nèi)的作用,由疏水作用而結(jié)合造成體系熵減小的值比此種作用單獨作用時的小,因此,協(xié)同作用使氨基酸側(cè)基與樹脂骨架之間的疏水作用力增加,或者兩種作用存在協(xié)同作用時的總作用力比這兩種作用單獨作用時的作用力之和大.700900110013001500700900110013001

12、500700900110013001500V/mLV/mLV/mL7OO900lloo13001500700900110013001500V/mLVnLF.1Chromatograntsofalanine(a)andvaline(b)onstronglycationicexchangeresincolumllswithdifferentionexchangecapacitiesc/(ram?rrIL);(A)2.02;(B)189(c)1.67;(D)1.49;(E)1.0O.當樹脂的交換容量降低時,由離子交換導致的氨基酸的保留體積下降,但樹脂的疏水性增加,因此由疏水吸附導致的氨基酸的保留體積

13、增加.這兩種作用對保留體積的影響正好相反.Table2Chromatographicparametersofalanineandvalineonstronglycationicexchangei-encoJumltswithdifferentionexchangecapacitiesmL等AMaline.(mm?mLAJanmeValme(一?)20221725.41.170.4614915.9朋,91.440.87ll89l9.92411.210.551oo14.421.61500.97ll6716.821.41.27m82圖1表明,隨著樹脂柱交換容量的降低,丙氨酸的保留體積下降.對丙氨酸來

14、說,離子作用的影響比疏水作用的影響大.對于纈氨酸,當樹脂柱的3,5交換容量由2.02mmol/mL下降到1.67mmol/mL3.0時,其保留體積有所下降但當樹脂柱的交換容量f2.5由1.67下降到1.O0mmol/mL時,其保留體積基2.0本不變.這說明疏水作用對纈氨酸保留體積的貢獻ll5比對丙氨酸的大.這與上面的結(jié)論一致.表2為丙10氨酸和纈氨酸在不同交換容量強酸性陽離子交換樹0.5脂柱上的色譜分離參數(shù)(容量因子為樣品峰的保0?0留體積和死體積之差與死體積的比值,分離因子為被分離兩個樣品峰的值之比,分離度足為被FIg.2分離兩個樣品峰保留體積之差與兩峰的半峰寬之和的一半的比值).隨著樹脂柱

15、交換容量的降低,丙10l400180220Z600V,mLChromatgramofvallne(n)andleeine(b)onstronglycationkexchangel'esjncolumnExchangecapacity1.67mdJmL.76543ZlD.日.目一!l0_E.5N0112劉莉湘等:用低交換謇量蒙幕己烯型強酸性陽鼻子交換樹麝拄色譜分離中性氨基酸2103氨酸和纈氨酸的分離度增加.圖2為纈氨酸和亮氨酸在交換容量為1.67mmol/mL的強酸性陽離子交換樹脂柱上的色譜圖,其分離度尼為0.98.由于亮氨酸側(cè)基(丁基)比纈氨酸側(cè)基的疏水性大.其保留值也大.綜上說明,中

16、性氨基酸在強酸性陽離子交換樹脂柱上的分離主要由其側(cè)基的疏水作用控制.參考文獻GteinJ.P.,WinitzM.ChemistryoftheAminoAcid,Vo1.3M,NewY.rklWileyCHENQiHa(蒜啟覆).An1inoAcidag.(氨基酸雜志)J,1982,3(1)l81OCAOZhe-Yu(者瑜).ZHANGZhen-Jia(張振袁).AminoAcidMag.(氨基藏雜志)J,1986.(1)tl一6DyeR.,D軸bJ.P.I.,Carta矗.Ind.Eng.Chem.R醢UJ?1930?l9I84魯一857TANGJhFang(騎家芳),LuWei(偉).Ami

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19、hLowIonExchangeCapacityLIUJuXiang,LIUGuo-Dong,YANHuSheng,CHENGXiaoHui'HEBingLin,JIANGGen-Hua.,YANGGuo-ying.(1.StateKeyLohoratoryofFmzaiaalPolymerMaterialsfordrt婦andSeparation,jmfFofPlvm.s.Chemistry,mEUniversity,Tianj30007,G;2.rianfinPharmaceaticMCompanytriamjln30016?c)AbstractAseriesofpolystyren

20、ebasedstronglyacidiccationexchangeresinswithdifferentionexchangecapacitiesweresynthesizedv/a/hereversedsulfonationofacommercialpolystyrenebasedstronglyacidiccationexchangeresin(001×7)orsulfonationofstyrene-divinylbenzenecopolymer.Thechromatographicseparationofalanineandvalineorvalineandleucineo

21、ncolumnspackedwiththeseresinswascarriedout.Theresultsshowedthatthechromatographicpropertiesofthetwokindsoftheabovementionedresinsontheseparationofalanineandvalinewerealmostthesame.Theretentionvolumeofalaninewaslessthanthatofvalineonthesamecolumnwithvariousionexchangecapacities,andtheretentionvolumeofvalinewaslessthanthatofleucineonthecolumnwiththeionexchan