基于三线性分析的大孔吸附树脂对黄酮类化合物分离的构效关系及其分离选择性规律研究

本研究选择几种典型的黄酮类化合物为模板分子，以苯乙烯-二乙烯苯系大孔吸附树脂（MAR）为研究对象，系统研究各筛分作用（孔径、孔结构、模板分子尺寸等）和各吸附作用（功能基种类及键合率、MAR和模版分子极性大小等）对分离效果的贡献度，利用化学计量学-三线性成分分析法（Trilinear component analysis）解析MAR性能参数和靶标分子结构参数之间的构效关系及这种构效关系对黄酮类化合物选择性规律的影响，阐明MAR与黄酮类化合物的构效关系，揭示其分离规律，并利用计算机模拟，建立描述MAR对黄酮类化合物筛分作用和吸附作用协同作用机制的数学模型。本研究结果旨在为合成高选择性、专一性MAR的设计与制备提供理论指导，并为根据靶标分子的结构特征预测和筛选最佳MAR提供有规律可循的技术支持。

由于国内外在大孔吸附树脂(MAR)与靶标分子的构效关系及其分离规律的基础研究方面比较薄弱，致使无法在理论指导下进行高选择性MAR合成；另一方面，由于MAR的种类繁多，在预测和筛选对目标分子具有最佳分离效能的MAR时，工作量巨大，且往往出现漏筛、误筛。这些问题已成为功能高分子科学和分离分析科学交叉领域的一个亟待突破的研究课题。本项目的主要研究内容为：1）MAR分离纯化天然产物中有效成分的动力学和热力学研究；2）MAR吸附行为研究；3）MAR表面改性及其吸附理论和数学模型研究。研究表明，在一定程度上经典的动力学和热力学模型可以对MAR的吸附机理进行解释。进一步对混合模式和功能化MAR的吸附行为进行研究表明，MAR的孔径、比表面积和功能基团对的吸附选择性有着重要影响。在以上研究工作的基础上，对MAR表面改性及其吸附理论、构效关系和吸附模型进行研究。利用密度泛函理论方法研究了芦丁在氨基、羟基和羧基功能化MAR上的吸附机理，该方法对吸附剂的合成、吸附实验设计和实际应用具有指导意义。以几种典型的黄酮类化合物为目标分子，以苯乙烯-二乙烯基苯系MAR为研究对象，利用有机改性反应将氯甲基、胺基、N-甲基咪唑等特征功能基引入到MAR基体中，系统研究各功能基种类、含量等吸附作用和孔径、孔结构等筛分作用对分离效果的贡献度，并研究MAR吸附黄酮类化合物的吸附规律，阐明MAR与黄酮类化合物吸附选择性构效关系；结合现有吸附作用力理论，充分考虑MAR的吸附特性，针对MAR的吸附过程建立了多层吸附作用力模型，并针对N-甲基咪唑改性MAR的多种类吸附作用力特点建立了多层多种类吸附作用力模型。这为吸附分离过程中MAR的选择和吸附条件的控制提供了理论指导。根据MAR吸附动力学行为的考察，结合现有吸附动力学理论和多层吸附作用力理论，分别建立了充分考虑MAR物理结构特性和吸附动态平衡特性的多层吸附动力学模型；充分考虑吸附液浓度、初始平衡时间等吸附参数的多层多参数吸附动力学模型和充分考虑MAR颗粒大小参数的基于树脂尺寸的多层吸附动力学模型。该研究根据多层吸附模型理论建立了用于研究吸附过程的百叶窗-海波浪吸附直观示意，为多层吸附理论的理解与应用提供了技术支持。本项目的研究结果为合成高选择性、专一性MAR的设计与制备提供理论指导，并为根据靶标分子的结构特征预测和筛选最佳MAR提供有规律可循的技术支持。