p化学!生物高效液相色谱手性固定相的最新研究进展

赵 峰(昭通师范高等专科学校化学系, 云南 昭通 657000)摘要:综述高效液相色谱手性固定相的发展过程,介绍手性冠醚类、Pirkle型、配体交换型、大环抗生素、多糖类、环糊精类、分子印迹类、蛋白质类、手性聚合物类手性固定相在2006~2007年的发展过程,展望高效液相色谱手性固定相的发展前景.关键词:高效液相色谱; 手性固定相; 手性拆分中图分类号:O657.7 文献标志码:A 文章编号:1008-9322(2008)05-0010-09

收稿日期:2007-11-19作者简介:赵峰(1966) ),男,山东泰安人,讲师,硕士,主要从事色谱分析研究.

1 手性固定相的分类手性固定相(chiralstationaryphase,CSP)是通过物理吸附或者化学键合的方法把手性化合物键合到固相载体如全多孔硅胶上,已经研究过的几百种手性固定相有不少已成为商品柱.这些手性固定相可分为如下大类:(1)Pirkle型手性固定相;(2)配体交换型手性固定相;(3)大环抗生素类手性固定相;(4)多糖类衍生物手性固定相;(5)手性冠醚类手性固定相;(6)环糊精类手性固定相;(7)分子印迹手性固定相;(8)蛋白质类手性固定相;(9)手性聚合物固定相;(10)其他手性固定相.在这些大类中,具有好的性价比的应该是多糖类、Pirkle型以及环糊精类手性固定相[1].

2 手性固定相的手性识别基本原理各种不同的手性固定相具有不同的分离模式,从理论上讲,不管选择何种固定相,分离何种对映体,手性分离或手性识别都必须同时有三个相互作用点,这些作用中至少有一个依赖立体化学.该原理1952年首次由Dalgleish提出,称÷三点作用原理",用图1可以说明.

图1 三点作用原理将手性材料固定在硅胶表面,其中含有A、B、C三个作用点,与溶质的一个对映体相应的三个点A'、B'、C'作用,而与另一对映体则无C-C'作用力.如果C-C'作用力不等于C-D'作用力,则该外消旋体就有可能被拆分.÷三点作用"的作用力可以是氢键、偶极作用、范德华力、包合作用以及立体阻碍等.

3 各种手性固定相的最新研究进展3.1 冠醚类手性固定相(grownetherCSP)冠醚是具有一定大小空腔的大环聚醚化合物,呈王冠状结构,环的外沿是亲脂性乙撑基,环的内沿

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第30卷 第5期Vol.30No.5昭通师范高等专科学校学报JournalofZhaotongTeacherpsCollege2008年10月Oct.2008是富电子的杂原子,如氧、氮、硫等.用手性冠醚作固定相分离手性化合物的主要依据是溶质分子与手性冠醚环腔形成主客体络合物的稳定常数不同.冠醚的手性÷臂障"越大,其手性识别能力越高.1974年Blasius[2]和Cram[3)5]等最早报道了冠醚的合成和在色谱中的应用.1978年诺贝尔化学奖获得者Cram用手性冠醚做液相色谱固定相,开创了÷主-客"体作用原理.自20世纪90年代以来,韩国釜山国立大学的M.H.Hyun教授潜心从事冠醚类手性固定相的研究工作,发表了大量的论文[6)13],作出了卓有成效的成绩.图2为M.H.Hyun教授在2007年发表的论文[13]中合成的手性固定相.利用N-甲基酰胺和2,3,11,12-18-冠-6四羧酸键合合成.图中1为2,3,11,12-18-冠-6四羧酸.

图2 手性固定相的结构图3 环糊精的结构3.2 环糊精类手性固定相(cyclodextrinsCSP)3.2.1 固定相的合成环糊精(Cyclodextrins,简称CDs)是一类由不同数目的吡喃葡萄糖单元以A-1,4-糖苷键相连并互为椅式构象的环状寡糖化合物,常见的是它的6,7,8聚体,即A,B,C-环糊精.如图3是环糊精的结构[14].环糊精是应用次于Pirkle型的手性固定相.1984年由Arm-strong的研究组首次把环糊精键合到二氧化硅上用做HPLC的手性分离固定相.除了3种天然的环糊精A、B、C-环糊精外,还存在着大量衍生物.环糊精的手性识别主要来自环内腔对芳烃或脂肪烃类侧链的包容作用,以及环外壳上的羟基与药物对映体分子发生氢键作用.B-环糊精手性键合固定相对形成包含物有适宜大小的内腔,适用于较多药物对映体的拆分[15].

图4 手性固定相的合成过程#11#

赵峰高效液相色谱手性固定相的最新研究进展第5期2007年阿尔及利亚的KahinaSiAhmed等人用苯基-氨基甲酸酯-丙基-B-环糊精合成了手性固定相[17],合成过程如上页图4所示.3.2.2 环糊精的三种拆分机理3.2.2.1 包含作用机理环糊精能与手性分子形成包含物已经X-衍射、NMR、UV及色谱证实,如VitaminA能与B-环糊精、26-O-二甲基-B-环糊精形成包含物虫剂对氯苯基苯磺酸酯与B-环糊精形成包含物3.2.2.2 缔合作用机理-包含作用机理的发展D.W.Amstrong等认为,环糊精及其衍生物在手性拆分过程中形成的包含物不是简单的包含作用,而是形成强有力的缔合作用,作用力源于偶极-偶极作用、范德华力等.3.2.2.3 构象诱导作用机理A.Venema等认为,在2,3,6位的衍生化基团有利于分子间的相互诱导作用,增强环糊精空腔的柔韧性,使被分离分子的手性中心易于与环糊精的手性部分接近,因而拆分能力增强.K.Kano等报道了通过X-衍射证明A-环糊精经全甲基化后,分子的柔韧性增强,能与邻甲基苯甲酸形成稳定的包合物.3.3 多糖类手性固定相(polysaccharidesCSP)多糖类衍生物主要包括纤维素衍生物和直链淀粉衍生物.直链淀粉与纤维素都是由D-葡萄糖单元构成,纤维素是以葡萄糖B-1,4-糖苷键相连形成的线性聚合物,直链淀粉是葡萄糖以A-1,4-糖苷键结合而成的链状化合物;葡萄糖单元具有手性,因此纤维素和直链淀粉是具有光学活性的聚合物,它们本身表现出一定的手性识别能力,但其直接做固定相选择性低,然而其衍生物作为CSP具有较高的手性识别能力,能拆分大量的对映体.1984年,Okamoto[17]采用物理涂布的方法把多糖类衍生物固定在大孔硅胶上用作HPLC的手性固定相,达到了很好的手性色谱分离效果.从那时起,Okamoto研究组进行了深入系统的研究,制备了上百种多糖类衍生物手性固定相并在HPLC上分别评价了它们的手性色谱分离性能,并最终实现了多糖类衍生物手性固定相的商品化生产[18],在这一领域做出了杰出的贡献.多糖类衍生物的合成主要是通过酯化或醚化的方法来完全取代葡萄糖结构单元上的羟基,从而引入具有不同分子.其衍生物主要可分为苯基氨基甲酸酯和苯甲酸酯两大类.2007年新加坡国立大学的张胜等人合成了纤维素的衍生物-叠氮基纤维素氨基甲酸苯酯,然后用来合成手性固定相[19].2006年Okamoto课题组利用纤维素和直链淀粉的烷氧基氨基甲酸苯酯衍生物(图5)合成了一系列的手性固定相[20],并且用来拆分12种手性药物,效果良好.

图5 纤维素和直链淀粉的烷氧基氨基甲酸苯酯的结构3.4 Pirkle型手性固定相(刷型固定相)(brushtypeCSP)在手性液相色谱领域,Pirkle型手性固定相是目前使用量大、适用面广、对手性识别机理揭示较深

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第30卷昭通师范高等专科学校学报2008年(总第120期)的一类重要CSP.这类固定相研究主要贡献应归功于美国Illinois大学的PirkleWH研究组,故称Pirkle型手性固定相,因其结构特点也常称刷型手性固定相.Pirkle型手性固定相具有确定的化学结构,其共同结构特征是在手性中心附近至少含有下列基团之一:P-酸或P-碱芳基;极性氢键给体-受体;形成偶极相互作用的极性基团;大体积非极性基团,提供立体位阻、范德华作用或构型控制作用[21)24].在该类CSP上的对映体分离通常通过以下几种作用而发生:(1)被分离溶质与CSP芳环的P-受体和P-授体之间的P-P作用;(2)CSP上的仲胺、羰基基团与溶质的酸性质子、羟基、氨基之间的氢键作用;(3)偶极-偶极作用;(4)大体积非极性基团靠近CSP手性中心而产生的空间立体效应.2007年沈阳药科大学的张丹丹等人利用R-(+)-1,1-'联萘-2,2'双氨合成了一种Pirkle型手性固定相[25].同年中国农业大学的王敏课题组合成了另一种Pirkle型手性固定相[26].3.5 配体交换型(LEC)手性固定相(CSP)这类固定相是利用配体交换的分离机制而制成的固定相,即一个金属离子可结合一个配体分子和一个对映体溶质分子,形成可逆的非对映体复合物,以达到分离对映体的目的.这类手性固定相的液相色谱多用于氨基酸或者肽类的拆分,这类色谱多用含水流动相,其中加入适量螯合的金属离子.2006年日本Mukogawa女子大学的刘跃琪等人用chitosan(聚氨基葡糖)和chitin(甲壳质)合成了配体交换型的手性固定相[27].使用的流动相为含有Cu(Ò)缓冲溶液或与水互溶的有机溶剂混合液,可用来分离部分氨基酸对映体以及生物学上重要的氨基醇等.图6和图7是文[27]中有关图形.

图6 聚氨基葡糖和甲壳质的结构

图7 对映体与硅胶表面键合Cu(II)-聚氨基葡糖络合物反应模型3.6 大环抗生素类手性固定相(macrocyclicantibioticsCSP)自1994年Armstrong等[28]首次将糖肽类抗生素作为手性选择剂应用于高效液相色谱手性固定相以来,这类手性固定相获得了广泛的关注,并被证明是一类非常有效的HPLC手性固定相.相继报导了万古霉素(vancomycin,VA)、利福霉素B(rifamycinB)、硫链丝菌素(thiostrepton)、替考拉宁(teico-plain,T)、瑞斯托菌素A(ristocetinA)、去甲万古霉素(norvancomycin,NVC)等大环糖肽类抗生素作

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