（农药学专业论文）环糊精手性固定相的合成及对手性农药中间体的分离研究.pdf

摘要 在手性农药的研究领域中，手性分离方法是一个十分重要的研究课题。其中使用手性固定相 的毛细舒气车h 包谱法以其简捷、灵敏的优点，成为众多手性分离技术常用的方法。 本论文主要集中于各种新型环糊精衍生物固定相的研制及其在手性农药中间体分离中的应 用研究，并探讨了其手性分离机理。研究分两部分： 第一部分，我们在总结和分析了气相色谱d - 环糊精衍生物固定相的最新研究进展和手性农药 在色谱中分离的基础之上，以手性固定相设计的基本原理和超分子化学的基本观点为指导，设计、 台成了两个系列共七种新型p 环糊精衍生物手性固定相。这些化合物的结构得到i r 和1 h n m r 确 证，其结构的新颖性也经s t n 国际联机检索。 第二部分，我们采用静态法制各了十根毛细管气相色谱柱，包括七根o 环糊精衍生物手性固 定相和三根常规固定相。并研究了它们的色谱性能。结果如下： ( 1 ) 在所制备的毛缅管气相色谱柱中有些色谱柱有较好的涂渍性能，柱效达到2 0 0 0 块米 以上，而另外- 些色谱柱涂渍性很差，柱效低于1 0 0 块，米。经过比较发现色谱柱涂渍性能与固定 柏的物理性能有很大关系。通过研究8 一环糊糟衍生物手性固定相的极性，发现它们属于中等偏弱 极性固定相。其中1 t 2 c d 极性最强，s p l c d 极性最弱。 ( 2 ) 经过对不同极性化合物的代表g r o b 试剂的分离研究，发现多数p 环糊精衍生物色谱柱对 g r o b 具有良好的色谱分离能力，尤其对芳香族位置异构体表现出良好的分离效果。其中对在 s e 5 4 ，p e g 2 0 m 固定相上较难分离的二甲苯、氯甲苯等在h i c d ，p - c d ，s p l c d 等固定相l 二 得到良好分离。对未见有过分离报道的氯苯胺、硝苯胺等二取代芳香族位置异构体也有较好的分 离。 f 3 ) 在普通手性化合物的分离中。我们重点测试了三个固定相( h 1 。c d ，p - c d ，s p l c d ) 。 它们都表现出良好的手性分离能力，共分离包括2 - 氯丙酸甲酯、乳酸甲酯、a 苯乙胺等2 0 多种手 性化合物。 ( 4 1 在对手性农药中间体的分离中，h 1 c d 表现出了良好的手性拆分能力。不仅能将菊酸甲 酯等含2 个手性中心有4 个对映异构体的化合物分离开。而且能将菊酸仲丁酯、菊酰仲丁胺等含 3 个手性中心有8 个对映异构体的化合物分开。特别是对含胺基的农药衍生物有很好的分离能力。 共分离了11 种拟除虫菊酸衍生物。其中有6 种手性农药衍生物的分离未见文献报道。 ( 5 ) 我们从热力学角度对制备的p 环糊精衍生物固定相的手性分离机理进行了探讨。通过热 力学参数计算，发现弱相互作用力在手性分离过程中起了重要的作用。 关键词：b 环糊精。手性固定相，毛细管气相色谱手性农药中问体 a b s t r c t t h e s e p a r a t i o n o fe n a n t i o m e r sh a sb e c o m ev e r y i m p o r t a n t i nc h i r a li n s e c t i c i d e s s t u d y c a p i l l a r yg a sc h r o m a t o g r a p h yu s i n g c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s ei sas i m p l ea n dc o n v e n i e n tw a yf o r e n a n t i o s e p a r a t i o na n d ap o w e r f u lt o o la m o n g m a n ya n a l y s i sm e t h o d s t h ep u r p o s eo fs t u d yi st oi n v e s t i g a t et h es y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o no fn e wc y c l o d e x t r i n d e r i v a t i v e sa ss t a t i o n a r yp h a s eo l ls e p a r m i o no fc h i r a li n s e c t i c i d e si n t e r m e d i a t e s t h ew o r kc 8 s 3 b ed i v i d e di n t ot w op a r t s ： f i r s t l y , a r e rr e v i e w i n gt h ei m p o r t a n c eo fc y c l o d e x t r i nd e r i v a t i v e s ( c d s ) a ss t a t i o n a r yp h a s e i nc a p i l l a r yg a sc h r o m a t o g r a p h ya n dt h ea d v a n c ei ns e p a r t i o no f e h i r a li n s e c t i c i d e s ，w ef i n di ti s p r o b a b l et os e p a r t et h ec h i r a li n s e c t i c i d e sb ym o d i f y i n gt h ec d s s t r u c t u r e s o ，t w os e r i e so f c d s ( t o t a ls e v e nc o m p o u n d s ) a r ed e s i g n e da n dp r e p a r e d ，a c c o r d i n g t ot h ef u n d m e n t a lp r i n c i p l e d e s i g n i n gf o rc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e t h es t r u c t u r e so f t h e s ec o m p o u n d sa r ec o n f i r m e db yi r a n d1 h n m r ，a n dt h e ya r en o v e l ，w h i c hh a v ed e a ns e a r c h e dt h r o u g hs t n s e c o n d l y , t e nc a p i l l a r yg a sc h r o m a t o g r a p h i c c o l u m n sa r e p r e p a r e d w i t hs t a t i c m e t h o d ， i n c l u d i n g s e v e nc d sa n dt h r e ec o n v e n t i o n a l s t a t i o n a r yp h a s e t h e i rc h r o m a t o g r a p h i c p e r f o r m a n c e s a r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) s o m eo f t h ep r e p a r e dc d s c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e s ，h a v eg o o df i l m f o r m i n ga b i l i t ya n d t h e i rc o l u m ne f f i c i e n c ya r em o r et h a n2 0 0 0p l a t e m ，b u to t h e r sh a v ep o o rf i l m - f o r m i n ga b i l i t y t h ep o l a r i t yo fn o v e lc d sc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e sa r et e s t e da n dc o m p a r e dw i t ht h es a m ek i n d c d sc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e sr e p o r t e d t h er e s u l t ss h o wt h e i rp o l a r i t ya r em o d e r a t e t h ep o l a r i t y o fh1 一c di st h es t r o n g e s t s p l c dt h ew e a k e s ta m o n gt h e m ( 2 ) t h es e p a r a t i o no f n e wc d sc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e sf o rg e n e r a lc o m p o u n di se x a m i n e d w i t hg r o b t h er e s u l t s d i s p l a ys t r o n g r e t e n t i o na n df a v o u r a b l e s e p a r a t i o n f o r g e n e r a l c o m p o u n d s ，e s p e c i a l l y f o ra r o m a t i ci s o m e r s ，s u c ha sx y l e n e ，c r e s o la n dc h l o r o t o l u n e ，w h i c ha r e d i f f i c u l tt ob es e p a r a t e do ns e - 5 4a n dp e g 2 0 m ( 3 ) i ti sf o u n dt h a ts o m ec h i r a lc o l u m n s ，i n c l u d i n gh c d ，p c da n ds p l 一c d ，p o s s e s s e x c e l l e n te n a n t i o s e p a r a t i o n sa b i l i t y , m o r et h a nt w e n t yg e n e r a lc h i r a lc o m p o u n d sa r es e p a r a t e d ， s u c ha s2 - c h l o r o p r o p i o n i ea c i dm e t h y le s t e r , a l l e t h y o n ea c e t a t ea n dp r o p a r g y l l o n ea c e t a t ee t c f 4 1w es t u d ye n a n t i o s e p a r a t i o no fs o m ec h i r a li n s e c t i e i d e si n t e r m e d i a t e so nh 1 - c de l e v e n p y r e t h r o i d d e r i v a t i v e sa r e s e p a r a t e d t h e r e s u l t ss h o wt h ep y r e t h r o i dd e r i v a t i v e sa r ew e l l s e p a r a t e d ，i n c l u d i n gp y r e t h r o i ca c i dm e t h y le s t e r s ( c o n t a i n i n gt w o c h i r a lc e n t e ra n df o u rc h i r a l i s o m e r s ) ，p y r e t h r o i c a c i d s e c - b u t y le s t e r s ( c o n t a i n i n g t h r e ec h i r a lc e n t e ra n d e i g h t c h i r a l i s o m e r s ) ( 5 ) t h em e c h a n i s mo f e n a n t i o s e p a r a t i o ni sd i s c u s s e df r o mt h ev i e wp o i n to f t h e r m o d y n a m i c s s i m p l y k e yw o r d s ：1 3 - c y c l o d e x t r i n ，c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e ，c a p i l l a r yg a sc h r o m a t o g r a p h y ，c h i r a l i n s e c t i c i d e si n t e r m e d i a t e s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名身砷，k 时间：卅 年j 7 月衫目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名： 终雳 砖，疋时间：矽? 年r 月谚日 时间：刘；年r 月巧日 中国农业大学硕士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1引言 在自然界中，手性现象无处不在。化合物分予含有某些不对称因素时，该化合物被称为手 性化台物。随着人类在生物工程和生命科学上的发展，科学家已经认识到手性化合物例如手性 药物_ 昴构体尽管其物理和化学性质几乎完全相同，只有旋光性不同，但它们在生物体内的生理 作用和药理作用却存在很大的差别。最典型的例子是t h a l i d o m i d e lj ，其r 构型具有良好的镇静 作用而s 构型却导致胎儿畸型。在农药中，最有代表性的是拟除虫菊酯类杀虫剂，其结构大多 含有多个手性碳，存在多个光学异构体，而这些光学异构体的杀虫活性差异很大，例如溴氰菊 酯”有8 种对映异构体，但只有( + ) 反式体和( + ) 顺式体生物活性最强，其余的几乎无效， 不但不起杀虫作用，反而对环境造成了污染。表1 1 列出了部分手性农药和手性医药不同光学异 构体的生物活性的差别。 表11 手性农药和手性医药对映异构体的生理活性的差异 药物名称异构体活性关系 作用 ( d e l t a m e t h r i n ) 括性不同( 3 r , i r ，s ) 高杀虫活性，其余低活性 丙硫磷( p r o t h i 叩h o s ) 活性不同s 体的药效是r 体的5 倍 氰戊菊酯( f e n v a l e 豫t e )活性不同( i s ，2 s ) 活性最高t 其余低活性 甲霜灵( m e t a i a ) c y l ) 活性不同r 体杀菌活性大大高于s 体 删t ( d i n i c o n a z o l e ) 活性不同e , r 体杀菌活性最高，其余次之 沙立度胺( t b a l i d o m i d e ) 作用不同 r 镇静剂；s 致畸形剂 心得安( p m p r a n 0 1 0 1 ) 作用不同 r 避孕：sb 受体阻断剂 乙胺丁i 葬( e t h a m b u t 0 1 ) 其一有技，其一有害s , s 治疗结核病：r , r 致盲 萘瞢生( n a p r o x e n ) 协同作用r 利屎剂：s 促尿酸 氯胺酮( k e t a m i n e ) 作用不同 r 致幻剂：s 麻醉剂 具统计【”，目前所用的各类药物中，5 2 3 种天然及半合成药中手性药有5 1 7 种t 1 3 2 7 种全合 成药中手性药有5 2 8 种。而这些手性药物中的7 5 9 0 是以外消旋体的形式在市场上销售。在 农药方面，到1 9 9 6 年为止，在市售的近6 5 0 个农药品种中，经证实有1 7 3 个有手性结构，市售 中国农业大学硕士学位论文 第章文献综述 的光活性农药只有2 9 种【4 l 。鉴于有机分子的构型与其生物活性的特殊关系，有必要对手性化合 物的各个异构体分别进行考察，了解它们各自的的生理活性，以便达到高效、安全、无污染的 用药目的。为此，许多国家都先后规定，在申报手性药物时，必须对不同光学异构体的生理活 性叙述清楚。因此，建立高专属性，高灵敏度，高分离度的对映体拆分和测定方法具有重要的 理论和实际意义并且已成为当今科学领域中的研究前沿。 对手性化台物的拆分，经典的方法是采用分级结晶法，即通过与一光学纯试剂反应，生成 非对映异构体，利用他们物理性质的差异达到分离的目的。但这种方法有很多缺点：光学纯试 剂较昂贵、操作费时、后处理麻烦、局限性较大。对手性化台物的测定，常用的是比旋光度测 定法，该方法要求样品中某一构型的含量大于其对映异构体的2 时才能分辨，因此对于复杂体 系无能为力，其它如同位素法、核磁共振法，虽然分析精度高，但费用贵，一般很少用。 随着现代科学技术特别是仪器分析技术的发展，科学家们已经把注意力集中在手性化合物 的色谱分离方法的研究上。不对称合成的发展也促进了手性色谱法的建立以测定合成的起始物， 中间体和最终产物。1 9 8 8 ”年在巴黎召开的第一届国际手性分子分离大会上，9 0 的文章是涉及 色谱的。而在第十七届国际色谱大会上，有关对映体分离的报告占1 5 。由此可见，色谱技术 已经成为当前手性分离的主要工具，手性分离也成为色谱科学的重要的研究对象。 目前，常用的高效液相色谱( h p l c ) ，气相色谱( g c ) ，超临界流体色谱( s f c ) 以及最新 发展的高效毛细管电泳( h p c e ) ，集分离与测定与一体，可实现复杂基质下对映体的定性，定 量及纯度的测定。其中，气相色谱( g c ) 手性分离研究开展较早，其速度快、灵敏度高、操作 简单，特别是毛细管气相色谱( c g c ) ，因其超高的柱效在分离上表现出明显的优势而受到科学 家的青睐。 色谱手性分离一般采用两种形式：( 1 ) 间接法，即先通过与一光学纯试剂反应生成非对映 异构体，然后在非手性环境下分离；( 2 ) 直接法即采用手性固定相或手性添加剂直接进行样品 的分离与测定。间接法涉及样品的转移，分离等预处理过程，不可避免地会造成组分的损失： 直接法简单、快捷、可避免不必要的试验误差，因而多采用直接法分离法测定对映体。 直接采用手性固定相的拆分手性化合物的色谱法导致了对手性固定相的研究，因为常规固 定相( 主要包括聚硅氧烷类和聚乙二醇类等一些分子量较大的聚合物) 如o v 一1 7 、p e g - 2 0 m 等 只能分离一些结构和性质有较大差异的物质，对一些光学异构体的分离则无能为力a 必须采用 对这些化合物的有特殊作用力的特殊选择性固定相，才能把它们分开。所以发展手性g c 分离 技术的关键在固定相的选择，对特殊选择性固定相的研究在目前是一热点。 到现在为止，用与色谱分离的手性固定相已有几百种。按照c h i r b a s e g c l 9 9 4 ”1 年的统计， 采用手性g c 技术已分离了4 5 0 0 多对手性化合物但对与自然界众多的手性化合物特别是手性 农药来说，目前的固定相还远远不能满足手性拆分的需求。因此。继续开展对特殊选择性固定 相的研究，仍然有很大的必要性。 1 2 国内外研究现状分析 自1 9 6 6 年g i l a v 等f 7 l 首次报到了采用氨基衍生物作为g c 手性固定相分离了多对氨基酸对 映体，至今手性g c 技术已发展了多种类型应用广泛的手性固定相，如液晶、冠醚、氨基酸衍 2 巾国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 生物、手性金属络合物、环糊精、杯芳烃等。按照它们的主要拆分机制可归结为三大类： ( 1 ) 基与氢键作用的手性固定相，主要是氨基酸衍生物固定相： ( 2 ) 基与配位作用的手性固定相，即手性金属络台物固定相； ( 3 ) 基与包结络台作用的手性固定相，主要是超分子体系中的受体分子，包括环糊精衍生 物、手性冠醚、杯芳烃等。 在这三大类中，发展最快，选择性最好，应用面最广的手性固定相是各种类型的环糊精衍 生物。 1 2 1 环糊精的结构与特点 环糊精( c y c l o d e x t r i n s ，简称c d s ) 是一类由不同数目的吡哺葡萄糖单元以一1 ，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0 l ，p ，7 一环糊精，v i l l i e r s 最早于 1 8 9 1 年发现r d c d ，s c h a r d i n g e r 在1 9 0 3 年用分离的菌株消化淀粉得到了- c d 和b - c d 图l1 p - c d 结构示意图 f r e u d e n b e r g 和c r a m e r 在1 9 4 8 1 9 5 0 年间发现t t - c d 并确定了其结构。环糊精分子呈笼状( 或 桶状) 结构，向内的1 ，4 糖苷键使得腔内的电子云密度较高，具有疏水性，而腔外由于羟基的 存在具有亲水性。由于每个葡萄糖单元有5 个手性中心，由m 个葡萄糖单元构成的c d 分子将 有5 m 个手性中心，能够为手性拆分提供良好的不可多得的不对称环境。因此作为具有良好的立 体选择性主体( 受体) 化合物，它能与客体( 底物) 分子形成超分子化合物，从而对客体( 底 物) 分子产生多重的分子识别能力。据统计，近年来，每月约有1 3 0 - - 1 4 0 篇与环糊精有关的论 文、专利、等出版。在人工仿酶1 “、分子识别【9 i 、药物载体i 、色谱分离i “l 等方面环糊精都取得 了很多的研究成果。 中国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 i l l l 1 2 2 环糊精在气相色谱中的应用 m 于c d 独特的结构，使得它在色谱固定相研究领域中占据重要的地位。环糊精衍生物己 广泛用于化合物的气相色谱分离中。1 9 6 1 年，s a n d 等i ”1 将乙酰化的c d 用于脂肪族酯化物的分 离，以后又用于备种几何异构体的分离”，1 9 8 0 年，m i z o h u c h i t 4 l 将环糊精与二异氰酸酯的聚合 物作为固定相分离了脂肪族酯化物，醇、酮，并研究了其分离行为。s m o l k o v a k e u t e m a n s o v a 等 【l ”对c d 作为色谱固定相的研究进展进行了综述。但在8 0 年代前期，有关环糊精用于手性化合 物分离的报道还很少。主要原因在于天然的c d 由于具有高达2 9 0 的熔点，直接使用时，可涂 渍性差，制备的毛细管柱效低，不利于色谱分离。1 9 8 7 年j u v a n c z 等”“制备了全甲基1 3 环糊精 玻璃和石英毛细管柱，分离了多种不同类型的对映异构体。1 9 8 8 1 9 8 9 年k 6 n i g 等j ”1 报道 了一系列的经过戊基和乙酰基修饰的吐，b 并环糊精手性固定相，直接涂渍得到了高的桂效和好的 拆分性能。研究表明。环糊精经衍生后，其熔点会大大下降，粘性显著增强，涂渍性更好，适 合c g c 柱的制备。而且衍生后其空腔深度和柔性发生改变，增加了多作用力，更适合手性分离。 这一成果使得c d 衍生物手性固定相得到飞速的发展。目前为止，共合成和使用了上百种环糊 精衍生物固定相，分离了多种手性化合物。并且已有多种商品柱闯世1 2 。b i c c h i j 于1 9 9 9 年评 述了环糊精衍生物固定相在气相色谱中的应用。在国内，北京理工大学傅若农研究组口2 ，”o 、中 科院大连化物所1 ”l 、兰州化物所口6 1 在这一领域均作出了重要的贡献。 环糊精衍生物制备手性毛细管柱最常采用的方法是直接涂渍法。固态的环糊精衍生物直接 制柱，不仅得不到高的柱效而且立体选择性也很差。大多数环糊精衍生化后，在室温下呈粘 稠状，直接涂敷在毛缅管柱内就有好的色谱分离性能。除了涂渍单一环糊精衍生物外，s c h u r i g “ 首次采用稀释固定相的方法，将熔点高的全甲基p 环糊精( m p = 1 9 7 。c ) 稀释于气相色谱常规固 定液o v 1 7 0 i 中，制备出柱效高、操作温度范围宽、手性选择性好的毛细管柱。最常用的稀释 剂是o v 1 7 0 1 和o v 1 7 。采用稀释固定相的方法，可以大大提高柱效但有的稀释剂会降低立 体选择性”i 。有关稀释荆的极性类型和含量对手性选择性造成的影响，也很多报道。即”。除了 与常规固定液进行混涂外，两种环糊精衍生物进行混涂也引起了研究者的广泛关注。北京理工 大学傅若农研究组队”j 4 1 在中一领域做了大量研究，发现混涂后立体选择性会发生改变，并 称这种现象为“协同效应”。有关其作用机理也有大量报道。 1 2 , 3b 一环糊精衍生物的最新进展 在3 种最常用的o l ，p ，y 环糊精中，研究发现d 环糊精衍生物对手性分离有最好的选择性“， 特别是对芳香族化合物的手性分离，p - 环糊精类固定相研究报道展多。有关使用p - 环糊精固定相 分离手性化合物报道，已有综述1 2 2 3 - 2 ”，因此我们重点对近几年来p 环糊精固定相的合成和在气 相色谱中的应用进行了总结。 中国农业大学硕士学位论文第一章文献综述 表12 近年来用于色谱分离的环糊精衍生物 对环糊精衍生的主要策略是利用其空腔外面的羟基进行醚化、酯化、氧化等化学反应，使 其表面具有新的功能团，进一步改善它的物理性能和立体选择性。从表1 2 中可看出，用于g c 的环糊精衍生物大致分三大类：一类是k 6 n i g 等 5 9 , 6 0 1 发展起来的亲油性的全烷基衍生物和部分烷 基部分酰基衍生物：第二类是a r m s t r o n g 发展的亲水性的羟基衍生物；第三类是由羟丙基、烷基 硅基与烷基混合取代的衍生物。环糊精改性后，在其空腔边缘引入的各种官能团，引起其空腔 深度、分子间弱相互作用力和各种物理性质的变化。c t - c d 结构经全甲基化后，x ，r a y 研究【b “发 现，c d 空腔原来窄的开口变得更窄，宽的开口变得更宽。 对环糊精衍生主要方法是利用其2 ，3 ，6 位上羟基在不同条件下反应性能的差别( c d 羟基 的反应活性顺序为6 - o h 2 o h 3 o h ，酸性强弱则为2 - o h 3 o h 6 - o h ) 进行有选择的衍生。 c r o f t f 6 2 】和b r e s l o w l 6 ”先后对环糊精不同位置的取代进行了综述。从衍生的位置来看，用于g c 固 5 中国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 定相的环糊精衍物主要有4 种情况：( 1 ) 2 ，3 ，6 位衍生化基团相同；( 2 ) 2 ，6 位衍生基团一 致，3 位不同：( 3 ) 2 ，3 位衍生基团一致6 位不同；( 4 ) 2 ，3 ，6 位衍生化基团各不相同。不 i 百i 取代位置的环糊精衍生物其g c 分离性能有很大的差别。p c d 的结构经x - r a y 证明c 6 位 的基团向外伸展，如同一只张开的手，这样可能将客体分子牢牢抓住，使之进入空腔或在附近 发生超分子作用1 6 。3 一位上的基团与还糊精的轴线几乎平行【6 ”，在3 位引入能提供氢键受体的 基团时，对极性分析物醇、酸等对映体具有较高的拆分，其结构对客体分子会产生很大的作用， 2 位的基团会对客体分子产生不同的识别。从衍生的基团来看，除了烷基和酰化基团外一些卤 代硅烷和聚硅氧烷也是常用的衍生化试剂。表中所合成的烷基硅基环糊精衍生物都有较强的手 性分离能力。b e c k 等“比较了不同位置的环糊精硅烷化衍生物的手性分离性能，并通过热力学 分析发现硅烷的极性与其基圜的大小对手性分离有很大的影响。国内唐课文等制备了多种含硅 烷化环糊精衍生物，并取得了好的手性分离性能1 3 5 3 7 | 。 在环糊精发展史上，环糊精接枝聚硅氧烷占据重要的地位。将环糊精衍生物键台到聚硅氧 烷 二制得的环糊精接枝聚硅氧烷，兼有环糊精衍生物的立体选择性和聚硅氧烷的热稳定性与良 好的涂渍性为环糊精衍生物固定相的实际应用开辟了新的途径。1 9 9 0 年s c h u r i g 6 r l 和f i s c h e r p w 同时发表了聚硅氧烷接枝环糊精衍生物固定相的文章，用于c g c 得到了良好的分离效果。此类 固定相降低了使用温度，增加了涂渍性，经交联固化后适于高温，大流速，大进样量的分离。 f i s c h e r 此后将此环糊精接枝聚硅氧烷与将环糊精衍生物溶于聚硅氧烷的混合固定相进行了比 较，发现其具有耐清洗、不易流失、极性适中、环糊精有效浓度可随聚硅氧烷的接枝数量而调 节，从而来改变其手性分离性能的特点。关于从环糊精的2 ，3 ，6 位接枝的聚硅氧烷均有报道。 其中全甲基口c d 接枝聚硅氧烷和2 , 6 二o 甲基3 o t f a d c d 接枝聚硅氧烷是最成功的两种。 在国内，阮宗琴“从o c d 的6 位键合了聚硅氧烷并取得很好的拆分效果。凌云在1 3 - c d 的3 位 键合上聚硅氧烷，不但对柠檬烯、a 羟基酮等含1 个手性中心的光学异构体得到好的分离，而 且对有两个手性中心的菊酯类手性农药和2 , 6 而乙酰氧基庚烷( 其中的一个异构体是稻婴蚊性信 息索的成分) 成功的进行了拆分 5 s , 6 9 , 7 0 。史雪岩经过对环糊精接枝聚硅氧烷、接枝前体、接枝前 体和o v 7 混涂的色谱分离性能进行了比较，发现环糊精接枝聚硅氧烷在低温下的手性分离性能 要好于后两者，但在高温时，分离性能接近p “。在环糊精的哪个位置键合聚硅氧烷手性拆分最 好，并无定论。但它良好的涂渍性和较高的热稳定性仍是引起研究者重视的地方。 针对一些结构特殊的对映体，一些具有多作用模式的环糊精衍生物，如冠醚类1 3 一c d ，苄基 类b c d ，氨基甲酸酯类d c d 先后用于手性分离且得到很好的分离效果。但总得来看，由于手性 化合物的特殊性，这些类型的固定相目前还不能满足实际需要仍有广泛的研究前景。 1 2 4 手性农药及中间体对映体的色谱分离 由于手性农药在生物活性方面具有显著的立体特异性，其药效高、用量省、三废少、对作 物和环境生态更安全、相对成本低、市场竞争力强，已经引起了各国科研者的重视。据1 9 9 6 年 的统计，手性农药占全球农药市场的3 0 4 。近年来，其比重更是在不断的增长。鉴于手性农药 巨大的市场潜力和良好的应用前景，对手性农药的研制开发是势在必行。手性分离技术的发展， 6 中国农业大学酿士学位论文 第一章文献综述 特别是色谱技术的发展为手性农药对映体的分离提供了便捷的方法。分离手性农药常用的手性 固定桴有：p i r k l e 型手性固定相；多聚纤维素固定楣：手性配体交换色谱和环糊精手性固定相等。 l i s s e t e r “使用p i r k l e 柱对1 5 种菊酯进行了拆分，分离效果最好的是丙烯菊酯和氯氰菊酯，通过 改变流动十比例，它们都被分为8 个峰。并且p i r k l e 柱经改良后对菊酯类和三唑类杀菌剂都有 很好的分离l ”i 。e d w a r d s l 7 3 用纤维素键台固定相对氯氰菊酯的4 对异构体进行了拆分。周志强1 7 4 , 7 5 l 用纤维素涂教型固定相对甲霜灵中间体和喹禾灵进行了拆分丙考察了流动相对分离度的影响。 d a v y 采用手性配体交换色谱方法，在h p l c 的流动相中加入l 脯氨酰一辛胺n i ( i 】) 手性选择剂， 分离了苯氧羧酸类除草剂”。k i e n t z 用衍生化纤维素熔融硅毛细液相色谱固定相，对甲胺磷、 乙酰甲胺磷等有机磷农药进行了有效的分离。环糊精手性固定相在农药的手性分离中也用的很 多，我们研究组m i 在1 9 9 6 年对环糊精手性固定相用于手性农药的分离进行了评述，近年来环糊 精手性固定相对手性农药的分离研究，大都集中在拟除虫菊酸衍生物方面。周良模【”谰b - c d 手 性固定相分离r 菊酸乙酯，并从热力学角度探讨了其分离机理。n i e 等“”在单一及混涂p c d 柱 上，研究了镝酸甲酯等对映体的分离，发现混合环糊精衍生物对菊酸甲酯的分离存在正的协同 效应。史雪岩口0 1 采用4 种酰基化1 3 一c d 对4 种拟除虫菊酸甲酶进行了分离。我们i 暑”也采用合成的 新型1 3 一c d 手性固定相分离了拟除虫菊酸甲酯，研究发现该固定相具有较竞的分离范围，能够分 离4 种拟除虫菊酸甲酯，并且取得了很好的分离效果。刘绍仁等_ ”使用自制的8 - c d 衍生物，在 毛细管气相色谱中分离了精喹禾灵、禾草灵、丙烯菊酯等多种手性农药。除了使用手性色谱柱 来对农药光学异构体进行分离外，先将手性农药衍生为非对映异构体，然后在普通色谱柱上进 行分离，也是较常采用的分离方法。南京农大蒋木庚等 s s - s f 1 在这方面迸行了很多研究，实现了 包括菊酯类、三唑类、芳氧丙酸类等多种手性农药的分离，并取得了良好的效果。 1r 2 5 环糊精衍生物的手性分离机理 尽管修饰c d 成功地应用于高效g c 分离对映体，但手性分离机理至今仍不十分清楚。目前 基于c d 与分离物存在超分子作用的基础关于c d 的手性拆分机理有以下几种：( 1 ) 包结机理 矧：( 2 ) 缔合作用机理【8 8 】：( 3 ) 构象诱导作用机理：( 4 ) 主客体作用机理( 认为主体与客体 分子主要依靠超分子作用力，即范德华力、氢健、静电力、疏水结合作用等) 。a m s t r o n g 在这一 领域开展了大量研究他用分子图解表象( m o l e c u l a r g r p h i er e p r e s e n t a t i o n s ) 配合p - c d 键台固定 相，研究对药物对映体和非对映体的分离机理，提出了三点作用机理的模式，经x r a y 得到 证实。后来他通过大量的热力学研究结合计算机分子模拟，认为c d s 作为g c 固定相，至少存 在两种对映体保留机制，一种是c d 与对映体形成包结物【8 ”，另一种是c d 与手性分子在外部 形成一种有多作用力的缔合物【“。有许多手性分离显示了介于这两种机制之间的保留行为。国 内万宏 9 1 】、周良模 9 2 1 也通过热力学法对环期糖的手性识别进行了研究。l i p k o w i t z l 9 3 1 使用分子动 力学模拟研究手性拆分过程，发现最可能键合的位置是在空腔内，还发现环糊精与手性分子的 作用力是短程色散力，主要包括氢键相互作用，偶极一偶极相互作用及范德华力。a l v i r a i s 4 用分 子模型研究了手性分离，认为范德华力在拆分过程中起主要作用，静电力也影响到手性选择。 7 中国农业大学硕士学位论文第二章论文设计 第二章论文设计 2 1 设计依据 由于手性农药高效、低毒、污染少的特点迎合了未来农药工业可持续发展的需要，已经成 为2 l 世纪农药发展的主要方向之一。色谱技术在手性农药的分析监测中起着不可替代的作用。 因此，通过研究色谱技术中的关键部位一一固定相有着重要的现实意义和理论意义。环糊精独 特的结构，具有能与被分离化台物形成超分子化台物，从而对其产生多重识别作用力的优点。因 此将其作为手性母体固定相，将会产生巨大的应用潜力。从现有研究结果表明：衍生化的环糊精 不仅使熔点降低，提高了成膜性，而且表现出了更好的分离性能。衍生化的环糊精，空腔的柔韧 性增加可以与被分离物形成更稳定的包含物；连接上的不同基团可使得环糊精衍生物具有不同 选择性。而现已报道的环糊精，衍生化引入的基团结构变化不大。而手性分离的针对性非常强， 现有的手性固定相包括环糊精在内，还远远不能满足大量手性化合物研究中的实际需求。因此， 引入一些具有特殊作用力的新颖基团，制备具有特殊选择性的环糊精衍生化固定相是很有必要 的。遵循手性固定相设计研究的基本原则p ”，即： ( 1 )充分利用已知手性识别的原理，已证明具有良好手性分离能力的固定相在对映体分离 中具有重要的价值。 ( 2 )在手性固定相机理研究中减少多相性。 ( 3 )利用手性中心富集的化合物作为固定相的母体。 ( 4 )在手性固定相中避免弱键相连。 ( 5 )手性识别机理的研究可利用色谱、光谱等手段。 ( 6 )应用各种热力学参数分析手性机理。 ( 7 )归纳和验证已有手性识别原理用于新型固定相的设计。 2 2 研究内容 本论文着重于以下几方面的工作 2 , 2 ，1 1 3 - 环糊精衍生物固定相的制备 五咖吼 参照文献 1 0l 】，向装有0 1 9 二氯菊酸的试管中，缓慢滴加重氮甲烷的乙醚溶液，边滴加边摇 晃，直至试管里的黄绿色不再消失为止，加热除去乙醚即得粗产品。硅胶柱纯化后，得无色液体。 结构经1 h m n r 确证。 同法合成功夫菊甲酯、菊酸甲酯、蒈醛酸甲酯、菊酸乙酯。结构经1 h m n r 确证。 4 3 2 二氯菊酸仲丁酯的合成 合絮磐k 。一s o c l 2 c 。i 净八。c h ，c h o h c h x c 地：二 走沙撼矾 ，埘n 法如 c h ：3 n h c h c h 2 c b k 1 1 4 2 4 6 1 2 2 1 10 1 3 k 2 1 44 3 l b 1 50 7 5 0 , 4 n 10 0 0 l c 41 5 0 7 5 i 氯翌酸1 3 0 k 5 1 6 0 0 7 q “s 1 0 0 0 川。c d 伸丁酯 k61 60 0 7 k 7 1 65 3 3 “8 ，7 l0 2 3 菊酰仲丁1 6 0 胺 功夫箍酰t 4 5 伸丁胺 二氯菊酰1 6 0 仲丁胺 1 6 9 0 5 2 09 4 5 2 14 6 8 2 2 1 1 2 2 25 9 l 2 4 9 9 7 2 5 7 0 6 2 6 4 8 3 2 7 6 7 7 “1 10 2 5 “3 l0 2 2 a s 10 2 8h 1 - c d f g g r 7 10 4 5 1 32 4 6 1 7 , “1 1 0 3 8 1 37 4 8 1 3 。8 8 6 1 3 n 1 4 2 6 6 1 5 3 9 4 口6 f s 1 6 2 5 3 1 6 4 8 4 a 们 1 77 9 7 1 7 4 1 3 a i 1 7 8 6 l 1 8 3 8 9 4 n 1 8 7 5 5 2 07 s 7 口辅 2 1 3 5 7 2 20 0 7 o - l t r 1 0 2 7 1 0 5 6 h i c d 1 0 8 0 1 0 2 6 10 2 0 10 2 7h 1 - c d 10 4 1 _-_-_l_-_-_-_。k。_。2。02。9。0。_-_-。o。一 r 。1 3 5 辩肌“酗“鼹肼舯缸 ”|盈鼬豁灯n n ”b “蚧 中国农业大学硕士学位论文第五章环糊精衍生物固定相色谱性能测试结果与讨论 t r a n s 鳗 再里 百一t m i n 23 111 4 固5 2 l 二氯菊酸甲酯在h c d 拄的分离凰 柱温1 2 0 c ，n 2 流速2 3 7 c m s 。 _ 1 十_ _ r h r r l 下 1 51 6 171 81 9 t m i n 匣5 2 3 菊酸甲酯在h c d 柱的分离图 柱温i2 0 c ，n 2 流速2 37 c r r l s 。 3 6 1 01 112131 4 1 5 1 61 7 1 8 t m i n 囤5 2 2 功夫菊酸甲酯在h c d 柱的分离图 柱温9 5 ( 2 ，n 2 流速2 3 7 c m s a _ _ _ 1 1 1 1 。_ f 尸r r t 十t 呻 7r9 q3 nr 1t m i n 图5 2 4 菊酸乙酯在h c d 柱的分离圉 柱温1 2 0 c ，n 2 流速2 3 7 c m s 弓r 虿忑胃t r a i n2 32 42 52 62 72 8 图5 , 2 5 二氯菊酸伸丁酯在h - c d 柱的分离图 柱温1 3 0 c ，n 2 流速2 3 7 c m s 。 f 石1 一t r a i n 图5 2 7 菊酸仲丁醣在h c d 柱的分离圈 柱温1 4 0 c ，n 2 流速2 37 c m s 。 雨再雨= 雨焉t r a i n 41 51 11 2 1 3 11 6 1 7 1 8 图5 2 6 蕾醛酸甲酯在h - c d 柱的分离固 柱温1 1 0 ，n 2 流速2 3 7 c m s 。 石r百可vmin68911 711 图5 2 8 功夫菊酸仲丁酯在h c d 柱的分离图 柱温1