（有机化学专业论文）高效液相色谱分离三唑类手性农药的研究.pdf

ab s t r a c t t h e e n a n t i o m e r s o f 2 2 t r i a z o l e c h i r a l c o m p o u n d s w e r e s e p a r a t e d o n t h e c e l l u l o s e d e r i v a t i v e s c h i r a l s t a t i o n a ry p h a s e ( c s p ) b y h i g h - p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) . t h e i n fl u e n c e o f t h e s t r u c t u r e o f c e l l u l o s e d e r i v a t i v e s c s p，t h e s e p a r a t i o n m o d e , t h e m o b i l e p h a s e a n d c h ir a l c o m p o u n d s c o n s t ru c t i o n s o n c h i r a l s e p a r a t i o n w e r e s t u d i e d . f u r t h e r m o r e , t h e s e p a r a t i o n m e c h a n i s m a n d c h i r a l r e c o g n i t i o n me c h a n i s m we r e d i s c u s s e d . t h e h p l c e l u e n t o r d e r o f t e b u c o n a z o l e , f l u t r i o f o l a n d h e x a c o n a z o l e w e r e s t u d i e d b y c i r c u l a r d i c h r o i s m ( c d ) . t h e r e l a t i o n s h i p o f t h e s t ru c t u r e o f t h e s e c h i r a l p e s t i c i d e s a n d t h e i r o p t i c a l a c t i v i t y w e r e i n v e s t i g a t e d . t h e s i x k i n d s o f p h y t o p g t h o g e n s w e r e p r o v i d e d a n d b i o a c t i v it y o f t h e r a c e m a t e s t e b u c o n a z o l e , f l u t r i o f o l , h e x a c o n a z o l e a n d t h e i r p u r e e n a n t i o m e r s w e r e d e t e r m i n e d b y a g a r d i l u t i o n m e t h o d . r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t e n a n t i o m e r s s h o w e d d i f f e r e n t a n t o m i c r o b i a l a c t i v i t y . ke y wo r d s : h p l cce l l u l o s e de r i v a t i v e s ch i r a l pe s t i c i d e sch i r a l rn i t i o n m e c h a n i s m ci r c u l a r di c h r o i s m p h y t o p g t h o g e n s o p t i c a l a c t i v i ty b i o a c t i v i ty 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2年 5月 第一章 ( 一 ) 前言 手性农药对映体分离的意义 化学领域中，手性( c h i r a lt y ) 是一个十分重要的 概念。 在现有的农药品种中， 分子中含有手性原子的化合物越来越多。据报道p l 在所有商品化使用的农用化 学品中有 2 5 % 是手性化合物，它们光学异构体之间的生物活性大多表现出较大 差异， 有的甚至一个是高效， 而另一个却无效， 这种现象已 愈来愈引 起人们的注 意. 李正名2 )等在 1 9 8 5年研究了内吸性杀菌剂三哇醇和三哩酮立体异构体和光 学异构体的生物活性，结果发现:三哇醇中以左旋体的药效最高，而三吵酮的 一对对映体药效几乎无差别。b u r d e n 等采用立体有择合成方法，分别得到了 三哇 醇 和烯效哇的 四 种光 学 异 构 体。 结 果 表明 : 这些 光学 异 构 体 在杀 菌 和植 物 生长调节剂两种作用中所起的药效是完全不同的。如烯效畦四种光学异构体的 杀菌活性顺序为:2 r , 3 r 2 s , 3 r 2 r ,3 s -2 s ,3 s ;而植物生长调节作用活性顺序 为: 2 r ,3 s 2 r , 3 r 2 s , 3 s 2 s , 3 r 。 在杀虫剂+ 中， 人们已 经发现丙烯菊酷分子中 的八个立体异构体中， s 一 生 物丙烯菊酷( 1 r , 3 r反式s 醇) 的杀虫活性最高， 而除 草剂毗氟禾草灵的r体是高活性而s 体无活性。 为了开发生产这些高效异构体， 必须采用立体有择合成、拆分和差向异构等新技术、新工艺。同时，研究外消 旋体农药立体异构与生物活性关系，筛选新的生物活性高的异构体，亦是新农 药筛选领域之一。 手性农药高效异构体的开发生产常用有两种方法:一种是立体有择合成方 法，但合成的化合物纯度不高，后期的提纯、分离比较困难;另一种是手性拆 分方法。以前，大部分手性农药立体异构体与生物活性的关系之所以没有被深 入研究，仍以外消旋体形式出 售，主要是因为:i 限于分离、测定技术上的困 难， 化学合成的外消旋体混合物对映体的拆分花费也许十分昂 贵.n 对于一种 新研制的手性农药来说，它的对映体拆分技术的发展并不是同步的。i i i 新手性 农药纯对映体使用的有利之处仍没有被证实。目 前，随着现代分离、分析技术 的飞速发展，人们越来越倾向于使用第二种方法。在当今特别强调环境安全， 要求选用高效农药的情况下，人们必须不断改进手性拆分方法，进而对手性农 药中各个立体异构体的生物活性有一个全面评价，最终筛选出活性高的单一异 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2 年 5月 构体，这样不仅有利于提高产品性能，而且可以节省原料，降低开发成本，减 少环境污染。 ( 二)高 效液 相 色谱( h p l c ) 分离 手性 农 药新 进 展 近二十年来， h p l c作为一种快速、高效的 拆分手性化合物的方法获得了 迅速发展，已经成为测定光学纯度和获得纯光学异构体十分有效的方法。与气 相色谱、毛细管区带电泳分离对映体比较，h p l c不会发生被分离溶质高温构 型变化或破坏生物活性等，而且柱容量高，具有发展成为实验室和工业规模对 映体制 备分离技术的巨 大潜力。 h p l c中 最为 常 用的 是手 性固 定 相法 ( c s p ) ， 其 优势在于可拆分多种外消旋体，同时高收率地得到两种高旋光纯度的对映体， 还可用于拆分一些特殊结构如螺旋或螺旋桨结构的化合物，并且可以实现大量 制备。8 0年代以来，h p l c - c s p的研究发展迅速，己 研制出 1 0多种分子结构 类型， 2 1 0 多种c s p 。目 前， h p l c - c s p 法己 广泛的 应用于手性农药的 拆分5 - 1 0 c s p从手性拆分剂分子的质量可以分为两种，一种是有手性小分子键合在 非手性底物上，如硅胶ie - 0 , p ir k l e - c s p 和蛋白质一 c s p 均属于第一种，这种c s p 的手性识别机理在一些情况下可以由手性小分子的自 身结构预测，因而有可能 根据预测的手性识别机理设计更有用的 c s p 。另一种是把具有光学拆分能力的 手性聚合物键合或涂布于硅胶上。 1- n 1 ， 如纤维素一 c s p 。这类 c s p的手性识别能 力常常取决于手性聚合物高度有序的刚性结构，因而仅从聚合物的单体性质很 难预测其手性识别机理奋然而正是由于聚合物有这种高度有序的刚性结构，才 使它们具有意料不到的高手性识别能力。 第二种c s p 种， 纤维素衍生物一 c s p 是发展最快、拆分手性化合物范围 最广 的一类 c s p 。纤维素是d ( + ) 一 葡萄糖单元由1 , 4 - 搪普键形成的高度有序呈螺旋 型空穴结构的光学活性天然高分子，其本身虽然具有手性识别能力，但由于很 容易在溶剂中溶解，因而在实际中并不适宜用做固定相。但是可以通过纤维素 的轻基衍生化，以降低其极性和增加 c s p与溶质作用点的位阻体积，从而使其 色谱行为和选择性得到改善。目 前，有相当一部分纤维素衍生物一 c s p己 经商品 化 ( 如表 1 - 2 - 1 ) .从其衍生基团来看可以分为三种:纤维素氨基苯甲酸酷衍生 物;纤维素苯甲酸酩衍生物:纤维素乙酷衍生物。下面分别介绍这三类纤维素 衍生物一 c s p 的应用广泛程度和手性拆分机理方面的最新进展。 元素所9 9 级硕士毕业论文2 0 0 2年 s月 表 1 - 2 - 1 纤维素衍生化一 c s p 名称商品牌号开发商 -0 0 0 h 3微晶 纤 维 素 三乙 酸 酷c h ir a l c e l c a - 1 d a ic e l c e l l u l o s e t r i a c e t a t e me r c k c e l l u l o s e c e l - a c - 4 0 x f ma c h e r e y - n a g e l -l o c h :纤维素三乙 酸酣_ _ _ c h ir a lc 目q 盛j些c e 匕一一一 - - c o p h纤维素三苯甲酸酷c h i r a l c e l o b d a i c e l -c o n h p h纤维素三苯基氨基甲 酸酩 c h i r a l c e l o c d a i c e l -c o n h ( 3 ,5 一纤 维紊三 ( 3 ,5 一 二甲 荃c h ir a lc e l o d d a i c e l 2 c h 3 p h )苯 荃氨墓甲 酸酿 )_( o r o d - r 一 鱼些 目 一 一 一 0 ( 4 - c h 3 p h ) 纤维 素三 ( 4 甲 基c h ir a lc e l o j d a ic e l 苯甲 酸酩)( o r 0 ) 卫_ _一卫丝 c e l一 - c o c h = c h p h纤 维 素 三肉 桂 酸 酷c h ir a lc e l o k _一d a ic e l- 一 -c o n h ( 4 - c l纤维素 三 ( 4 - 抓 p h )苯 基 氨 基甲 酸 酣 )旦 卜 ir a lc e l g fes es - 一 三一卫 业丝 一 一一 一 -c o n h ( 4 一纤维素三 ( 4 一 甲 基c h ir a lc e l o g d a ic e l c h 3 p h )苯 墓 氮 荃甲 酸 酗_ _ 1 .纤维素衍生物一s p的应用 1 . 1纤 维素 氮 基 苯甲 酸ni ( c t p c ) - c s p 的 应用 o k a m o t o 1 s 等通过微晶纤维素与取代苯基异佩酸酌盐反应制备了一系列 c t p c的衍生物，从色谱对映体拆分和对映体之间识别机理两方面来说，这类 纤维素c s p 研究得较为详细，它们可以拆分含有各种官能团的手性化合物。 一般来说，c t p c的光学拆分能力与苯环上的取代基有关.当苯环的对位或 间位被给电子基团( 如甲基) 或拉电子基团( 如卤素) 所取代时， 与非取代c t p c 相比显示出较高的手性拆分能力” 9 -2 0 1 。但是，当苯环邻位被取代时，其手性拆 分能力则下降。杂原子取代的衍生物，如甲氧基团、乙氧基团和硝基均表现出 较差的手性识别能力2 11 。在这些 c t p c的衍生物中，纤维素三 ( 3 , 5 一 二氯氨基 苯甲 酸酉 部 c s p手性识别能力有其独到之处，它可以 拆分异丁烯酸和甲 基异丁 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2年 5月 苯甲 酸酉 韵 c s p手性识别能力有其独到之处，它可以 拆分异丁烯酸和甲基异丁 烯酸的立体异构体2 2 1 。然而，它在高含量的异丙醇流动相中易溶解，因此限制 了应用。后来，o k a m o t o等通过二异氰酸把该 c s p化学键合在 3 - 氨丙基一 硅烷 化的硅胶上，从而克服了易溶解的缺点。 c t p c 的衍生物中，纤维素三 ( 3 , 5 一 二甲基苯基氨基甲酸酷)一一 c d m p c , c h i r a l c e l o d的 手性识别能力非常高，可以 拆分芳 香碳氢化合物12 3 -2 4 1 轴和平面非对称化合物、含金属化合物2 5 、手性磷和硫化合物12 6 1氰基和拨基 化合物、胺、醇、氨基酸衍生物、酉 旨 及许多药物2 7 -3 0 1 ，包括卜阻滞剂。同时， 它还可拆分一些重要的手性高分子3 1-3 9 1 。最近，又在 o d上拆分了 几种商品化 的 手 性 三 哇 类 农 药 4 0 -4 11 流动相的选择对于对映体手性拆分十分重要。纤维素衍生物 c s p常用的流 动相是正己烷与异丙醇或乙醇的混合物，其中醉的结构可以影响对映体选择性。 另外，当手性分析物中含有一个酸性基团 ( 如狡基)时，流动相中加入少量二 乙胺或异丙醇胺可以 减少峰的拖尾4 2 1 ，水洗脱液对于研究生物体内手性药物的 药物动力学和药效学尤其有效4 3 1 ，同时， 水一 乙 睛和水一 甲 醇的混合物也可用作 流动相。但是，其它的溶剂如抓仿和 t h f不能作为主要的流动相，因为纤维素 衍生物c s p 在这些溶剂中易溶解或溶胀. 为了克服这个缺点， 人们4 4 1把c d m p c 通过聚氨酷空间群与葡萄糖单元2 , 3 , 6 位的区域选择性键合在硅胶上， 该c s p 的手性识别能力比那些没有区域选择性键合的c s p s 强，但是比涂布型的 c s p s 弱。另外，纤维素c s p也可以由其中的 o h基团化学键合在硅胶上，不过这样 可能改变纤维素高度有序的刚性结构，从而降低了其手性识别能力。同 样， 化 学键合的c d m p c - c s p 也可通过硅胶上烯丙基的自 由 基聚合来制备14 5 1 1 . 2纤维素苯甲 酸n( c t b ) c s p的 应用 o k a m o t o等制备了一系列纤维素三苯甲 酸酷的 衍生物， 对纤维素三苯甲 酸 酷 ( c t b , c h i r a lc e l o b ) 苯基取代对手性拆分的 影响做了 系统的 研究4 6 1 。 结果发 现:含有给电子基团 ( 如甲基)的三苯甲 酸酩衍生物的手性识别能力比含有拉 电子基团 ( 如卤素)的强， 但是，当被强给电子基团甲氧基取代时，由于取代 基本身有很高的极化作用， 而不适合作c s p . o b 柱可用于拆分环醚化合物14 7 -4 8 1 纤维素苯甲 酸酷的衍生物中， 纤维素三( 4 一 甲 基苯甲 酸酷) - c h i r a l c e l o j 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2 年 5月 的手性识别能力最高，己 经成为十分实用的商品化 c s p . m a n n s h r e d k 4 9 1等和 p r a n c o tt e (5 0 -5 3 等分别制备了 c t b衍生物的球型珠，发现它们是一类十分有用的 c s p ，由 于它们的高负载能力尤其适用于制备级拆分。 o k a m o t o 5 0 等系统地研究 了流动相中不同结构的醇对c h i r a l c e l o j 柱手性拆分能力的影响。结果表明:拆 分因子a 随着流动相中乙醇、甲醇和异丙醇含量的增加而减少，对映体洗脱顺 序并不改变;但是当流动相中用正丙醇、正丁醇和异丁醇作为极性溶剂时，对 映体洗脱顺序正好相反。 他们认为c s p的构象可能受极性溶剂性质变化的影响， 同时，c s p手性空穴立体环境的改变也是由于极性溶剂的改变引起的。但是溶 质和 c s p构象的改变对于对映体洗脱顺序的转化并不起主要作用，而是因为体 积小的醇类比体积大的醇类更容易插入c s p的空穴中，使得c s p的手性识别机 理可能发生改变，最终导致对映体洗脱顺序的改变， 这说明 o j柱中至少有两 个手性结合点或识别位置。 o j 柱可用于拆分金属化合物s s 醚类化合物5 6 及含 氮 的 化 合 物 5，一，:。 1 . 3 纤维素乙醋c s p的应用 1 9 7 3 年， h e s s e 和h a g e l 5 9 1首次 制备了 纤维素 三乙 酸醋， 并 将它 作为 第一 个 纤维素衍生物 c s p 。他们发现在苯溶液、非均相条件下，天然纤维素通过乙酞 化反应制备的微径纤维素三乙酸酷 ( c t a - i ) 有很高的手性识别能力6 0 1 . c t a - 1 保留了与天然纤维素相似的结构，在以水和乙醉为流动相的条件下，可拆分 各种消旋体，尤其是非极性化合物和芳香药物6 i 。由于c t a - i 的高负载能力使 它成为在中等压力l c 条件下用于制备手性化合物最流行的c s p 之一6 2 1 0 h e s s e 和h a g e l 认为c t a - i 的 微结晶 度是手性识别的关键，当c t a - i 在溶 液中溶解时，对映体将有一个相反的洗脱顺序，而且c t a - i 的手性识别能力将 下降， 然而， 当c t a - i 通过溶剂涂布在硅胶上时则成为另一种有用的c s p ( c t a - 1 1 ) i l l .正如预测的结果一样，c t a - 1 1 的手性识别能力与 c t a - i 的完全不同， 如t r o g e r s 碱在这两种c s p 柱上的 对映体洗脱顺序是相反的。 s h i b a t a 等认为这 两种c s p的不同构象引起了它们手性识别的变化6 , 1 这些结果表明: 聚合物c s p s 的光学拆分能力主要取决于它们高度有序的刚性结构，尤其是含有芳香基团的 化合物更容易被拆分6 5 1 ，对映体可能由于插入c t a链形成手性空穴的深浅程度 不同而达到手性拆分。 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2年 5月 分子水平手性识别的理解在化学和生物的许多领域都是十分重要的6 6 -6 7 1 ，而 且，手性识别在对映体分离中起着关键作用。过去几年里， n m r光谱、 x 一 衍射 分析和计算机方法等几种方法已经用于 h p l c - c s p手性识别机理的研究，其中 研究最广泛的c s p 是环糊精c s p 和p i r k l e 型c s p 6 8 -7 0 ，已 经提出了c s p 和对映 体之间相互作用的合理模型。相反，聚合物 c s p的手性识别机理很少从分子水 平来研究7 1-7 2 ，手性聚合物与对映体之间常常有不同亲和力作用的不同结合点， 它们的固态或液态结构很难准确测定，因此无法对聚合物 c s p的手性识别机理 解释清楚。下面详细介绍纤维素衍生物c s p手性识别机理的新进展。 2 . 1纤维素氨基苯甲 酸酷 ( c t p c ) 衍生物c s p的手性识别机理 大多数 c t p c 的衍生物在高浓度溶液中均形成胶状液态晶体17 3 1 ，当它们从 溶液中提取后，在偏振光显微镜下显示出很高的结晶度，这说明在硅胶表面 c t p c是以规则有序的方式排列，这种有序结构对于c t p c衍生物c s p s 的手性 识别能力十分重要.某些 c t p c及其衍生物不能形成这种规则有序的结构，因 而手性识别能力十分差。有关 c t p c及其衍生物的手性识别机理已经从色谱、 计算机和光谱等方面进行了研究。 2 . 1 . 1 色谱研究 正如前面提到的，c t p c识别手性的能力在很大程度上受苯环取代基的影 响， 为了 从量上理解这种影响， o k a m o t o a )等经过研究发现这类c s p s 的主要手 性吸附点可能是极性氨基甲酸酷官能团，它可与含有n h和c = o基团的消旋体 发生氢键作用，同时偶极 偶极相互作用也对手性识别有影响。苯环上取代基的 性质影响氨基甲 酸酷的极性，进而影响了c s p s 的拆分能力， n h的酸度将随着 苯环上取代基拉电子能力的增加而增加。因此， n h酸度越大，丙酮与c s p s 之 间的氢键作用愈强，保留时间也就越长。 另一方面，当取代基是给电子基团 ( 如甲基)时，增加了拨基上氧原子的 电子密度，因此，醇与 c s p s 之间的氢键增强，保留时间增大;当取代基为极 性基团 ( 如硝基和甲 氧基)时，由于取代基距离手性葡萄糖残基较远，分析物 则与取代墓相互作用从而降低了 c s p s手性识别能力。因此，当大的烷氧基团 ( 如异丙氧基和异丁氧基)取代时，由于减弱了分析物与醚氧原子的作用而增 加了c s p s 的手性识别能力7 q 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2年 5 月 尽管 c t p c衍生物已经成为广泛使用的 c s p s ，但是从分子水平理解对映体 之间识别的机理仍不清楚，这些衍生物结构的准确测定对于理解手性识别机理 是十分必要的。 z u g e n m a i e r 7 6 3 等根据已提出的 c t p c x 一 衍射晶 体结构， 通过分 子力学计算得到了c t p c优化的一种稳定结构。 c t p c是一种左手3 / 2 螺旋结构， 葡萄糖残基顺着螺旋轴规则地排列，含有极性氨基甲酸醋基团的手性螺旋槽与 主链平行，靠近纤维素主链内侧的是极性氨基甲酸酣，而外侧是疏水性芳基， 极性对映体在手性螺旋槽内主要通过氢键与氨基甲酸醋相互作用，这种作用可 能是c s p 达到高效手性识别的重要原因，尤其在正相h p l c中。 2 . 1 .2 n mr研究 c t p c甚至在溶解状态下也保持螺旋结构7 6 ， 然而大多数c t p c衍生物c s p 只在极性溶剂如丙酮、毗吮和 t h f中溶解。在这些极性溶剂中，由于溶剂优先 与极性氨基甲 酸醋残基相互作用， 所以c t p c衍生物c s p的手性识别能力很差， 在这些溶剂中用 n m r光谱很难解释对映体识别机理。然而，o k a m o t o等发现 几种氨基苯甲 酸酷衍生物 如纤维素三( 4 一 甲 基硅氨基苯甲 酸l a ) ( c s p i ) 71 -7 1 1 和纤维素三 ( 5 - f - 2一 甲 基氨基苯甲 酸酷) ( c s p i i ) 11 , 一 在氯仿中溶解时，它 们的h和 c n m r光谱的手性识别与1 4 p l c一样好. 这是第一次允许人们利 用n m r光谱研究发生在溶液中的手性识别作用， 氨基苯甲 酸醋衍生物在h p l c 中已经拆分了大童手性化合物， 其色谱结果能够直接与光谱联系。 o k a m o t 。 等研究了化合物a( 士) 一 反一 氧化1 , 2 - 二苯乙烯在没有加入c s p i 和加入c s p i 的h n mr光谱图。 a 中次甲基质子的信号在c s p i 存在时被分裂 为两个单谱线，只有 卜) 异构体的信号移向 低场，这清楚的说明了c s p i 能够 在溶解状态下识别对映体。在 c s p i 上，( 土)a的色谱分离是 ( +) 异构体首 先被洗脱，并且达到完全基线分离 ( a = 1 .5 5 ) ，洗脱顺序与在 h n mr光谱中 ( 一 )异构体向低场移动相一致. 前面已 经提到 c t p c衍生物手性识别最重要的吸附点是极性氨基甲 酸酷残 基，对于 a来说， 环氧乙 烷的氧原子可能通过氢键与氨基甲酸酷中的氨基相互 作用，因此，质子受体的增加如丙酮，并不会引起次甲基质子信号的分裂。在 溶剂中加入异丙醉也会使a h n mr光谱发生相似变化。有趣的是，异丙醇甲基 基团的信号移向高场，并被分裂成一对双重谱线。这说明在 c s p i 存在下，两 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2 年5 月 个甲基基团的磁性不同，c s p i的手性似乎迫使异丙醇结合在一个非对映的环 境中，从而允许对映甲基基团的识别le o -s i b 其它外消旋混合物的 h n mr信号 ( 如安息香)在含有 c s p i 的条件下也 被分成两组峰，而且 c s p i 对长链醇 ( 如 2 一 辛醇)的较长链末端或远离立体中 心的甲基质子也有对映体识别，对于亚甲 基和另一个甲 基质子却没有识别。这 说明烷基链的甲基质子可能位于手性 c s p i附近，只有这样甲 基质子才能分裂 成两个对映体的信号.复合物c s p i 可以作为手性位移试剂。 2 . 1 . 3计算机研究 计算机模拟包括分子力学 ( m m )计算和分子动力学 ( m d )计算，对于解释 那些在c d c i , 中 不溶的c t p c 衍生 物c s p 手性 识别机理 是一 种十分 有用的 方法， 而且可以预言对映体的洗脱顺序。l i p l o w i t z 17 0 等已 经从理论上广泛研究了由手 性小分子制成的 色谱c s p s 的手性识别机理，并由m m . m d 和量子力学算出c s p s 与对映体间的相互作用能，在此基础上提出一种手性识别机理。 o k a m o t o 等通过m m 计 算了c t p c 和c d m p c i 3 1 与 化合 物a 之间的 相互作用能， 从而 探 讨了 在c d c i , 中 不 溶的c t p c 衍生 物c s p 的 手 性识别 机 理。由 于c t p c 的 结构已在 x - 衍射基础上提出，因此选为研究对象。c t p c在 h p l c条件下有着与 c d m p c 一样的手性识别能力， 在色谱对映体分离中， 化合物a 在c t p c( a = 1 .4 6 ) 和 c d m p c ( a = 1 .6 8 )上均达到了 基线分离，但是有着相反的对映体洗脱顺序， 在c t p c 上是r , r 异构体先被洗脱。 计算相互作用能有两种方法: 对映体分子呈空间分布，而且在 c t p c或 c d m p c中氨基甲酸醋的每一个 n h 质子周围呈具体的角度旋转. n h 在色谱和n m r 研究中被证实为化合物a与c s p s 间最重要的吸附点，根据对映体的旋转角度找出所有可能的结合点，在c t p c 或 c d m p c分子上每一个结合点以一栅的单位计算相互作用能。这种计算结果可由 最低相互作用能和相互作用能的贡献来评价。 对映体分子通过一个特定的范德华半径、 一特定的方位随机的与 c t p c或 c d m p c分子发生作用，然后一步步进行分子间m m计算。这种计算结果由平均相 互作用能来评价。 在以上两种计算中，c t p c或 c d m p c的一种八聚物结构被使用，该结构是随 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2 年 5月 着m m和m d 计算优化， 在c t p c x 一 衍射基础上建立的。为了 避免聚合物尾部基 团的影响，假设对映体在聚合物中部与之作用，尽管没有更详细的叙述，但是 两种计算方法得出的结果均与c t p c 和c d m p c的色谱拆分结果相一致。计算结果 表明c t p c 与( s , s ) 一a间的最低或平均相互作用能比c t p c 与( r , r ) 一a的要低， 而在c d m p c中正好相反。这说明( s , s ) 一a与c t p c的相互作用力比( r , r ) 一a要 强，反过来，( r , r ) 一a 与c d m p c 的相互作用力比 ( s , s ) - a 更强。 通过( s , s ) - a与c t p c之间相互作用的计算机模拟图可知，化合物( s , s ) 一a 包合在手性槽中，每一个苯基可能通过二 一 二 相互作用与 c t p c中的苯基作用， ( s , s ) - a中的醚氧原子位于c t p c中n h质子附近而形成氢键，对于化合物 a在 c d m p c上为什么表现出相反的对映选择性目 前仍不清楚. 通过计算机优化算出 的c d m p c 的优化结构可以 得知c d m p c 含有一个与c t p c 相似的左手3 / 2 螺旋结构， 但是苯环呈不同的排列，这有可能是c d m p c 与c t p c 呈相反对映选择性的原因. 另外， 在稀溶液中， c d m p c 与c t p c 也表现出 不同的行为， n o r i s y e + -a s i 等报道了 c d m p c在稀溶液中与其它纤维素衍生物包括c t p c比 较，表现出明显的光学各向 异性，这可能与c d m p c 的性质有关。 在上面的计算中，由于极性消旋体在聚合物链中可能优先与极性氨基甲酸 醋残基相互作用，因此多糖的单链与对映体的相互作用也被考虑。但是，除了 这些极性相互作用，c t p c衍生物中的苯基与溶质中芳香官能团之间的: 一 二 相 互作用也是手性识别的动力，尤其是在流动相中含有水的反相条件下，c t p c链 间的某种疏水手性空穴肯定在手性识别中起主导作用。进一步的计算机研究对 于解释c t p c 衍生物c s p s 的 手性识别机理将十分有用. 2 . 2纤维素苯甲酸醋( c t b ) 衍生物c s p 手性识别机理 c t b 衍生物主要的手性吸附点被认为是醋中的极性拨基基团， 它可以与手性 化合物发生氢键和偶极一 偶极相互作用w l ， 另外c t b 中的苯环与芳香族对映体之 间有。 一 : 相互作用，正是这些作用使 c t b有很强的手性识别能力。w a i n e r等 在 c t b - c s p ( c h i r a l c e l o b ) 上拆分了一系列芳香酞胺1“ 和醇8 7 的手性化合物， 提出了相似机理。然而，c t b 衍生物 c s p 的手性识别能力很大程度上取决于 c s p 的制备条件，尤其是在涂布过程中用于溶解 c t b 衍生物的溶剂，这于c t a - i 中 观察的一样，这意味其他因素如 c t b 衍生物的形态，肯定与对映选择性有关8 8 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2年 5 月 f r a n o t t e h e 和z h a n g 指出c t b 衍生物的 超分子结构在手性识别中 起主要作用3 9 1 0 g r i n b e r g 等在叮柱上研究了拆分手性二醇的热力学性质9 0 1 ， 他们发现对映 体的拆分受温度的影响:在低温时，对映选择性通过包合作用由 墒驱动，而在 高 温 下， 主 要 通 过 氢 键 作 用 由 焙 驱 动。 最 近， s a a d k h a t t a b i 9 1和c h e r r a k 9 等 用一次兰格缪尔等温线模型分别很好地解释了 1 一 苯基一 1 一 丙醇两对对映体和 3 - 氯- 1 一 苯基一 1 一 丙醇两对对映体在 c h i r a c e l o b柱中的行为，他们用测得的竞争 吸附等温线参数通过多次计算来预测两种对映体和它们混合物的带行分布，预 测结果和实验结果的差别随着进样体积的增加而减小，这些研究为进一步研究 纤维素衍生物c s p 的手性识别机理迈出了可喜的一步。 s t e i m n e i e : 和z u g e n m a i e p1在x 一 衍射结构分析的基础上， 提出c t b具有左 手3 / 2 螺旋结 构。 f r a n c o tt e 5 1 1和g r i n b e r g 9 0 1 也 提出 了 一 样的c t b模型， 他们提 出c t b的主链结构与c t a - i 的十分类似。 o g u n i 等9 3 -9 4 1通过n m r光谱研究了 c h i r a l c e l o ) 手性识别机理， 苯基乙 醇的几个信号被分裂为对映体的 信号， 进一 步的实验可能提供更多的信息. 2 .3 纤维紊乙酷衍生物c s p的手性拆分机理 c t a - i 作为c s p 已 经用了 很长时间， 但是由 于准确测定它的结构十分困 难， 所以其手性识别机理至今仍不能获得满意解释。o g u n l等19 5 1详细的研究了纤维 素三乙酸酩的晶体结构与手性识别之间的关系，获得一些重要结果: c t a的 识别能力随着结晶 度的增加而降低2 7 ) . c t a即使在均相条件下制备也有手性 识别能力。.c t a - i 与 c t a - i i 的 对映选择性是相反的6 3 1 0 高柱效可通过涂 布在硅胶上实现。 涂布型纤维素三乙酸醋 c s p的手性识别能力可以通过选择 涂布溶剂 来获 得优 化% 。 它的 拆分 能力 随 下面 溶剂 顺序增 加: c h , c l 2 , c h z c l z c f ,0 0 0 h , c h z c l z 苯 酚， 这是由 于 涂布 溶剂 性 质的 不同 会 影 响 纤 维 素 衍生 物的 析 出速度，以 至于重结晶后的晶型结构、微晶粒的大小也有差异，即纤维素三乙 醋在不同的涂布溶剂中构象不同，而这种不同足以影响两种不同绝对构型的对 映异构体分子插入 c s p手性空腔的深浅程度，于是影响样品在 c s p上的保留时 间，进而影响 c s p对手性化合物的分离。 o g u n i等最终得出结论:纤维素三乙 酸醋的微晶结构对于高手性识别能力并不总是必须的，硅胶上纤维素三乙酸醋 合适形态的形成也能够达到手性识别。 元素所9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2 年 5月 目 前， c t a的结构已 经通过x 衍射9 7 -9 8 、 计算9 9 和固态 c n m r谱1 0 0 1等几 种方法 研究。 h e s s e 和h a g e l 和 后来的f r a n c o tt e 等 9 8 提出 一 种包合 机理， 即 对 映体可能被层压板 c t a - i 模型组成的手性空穴吸附，在空穴中分子的包合可能 不是通过官能团的相互作用， 而主要是由 分子的形状来决定的 1 0 1-1 0 2 。包合机理 似乎解释了c t a - i 的手性识别，因为许多没有取代官能团的芳香或非芳香碳氢 化合物都能够在 c t a - i c s p上获得拆分， 其它理论研究1 0 3 1和模型化合物的 x - 衍射分析o g4 也支持包合机理。非均相乙酞化可能使 c t a - i 形成一种超分子结 构，模型内表面与空腔中的多个相互作用点可能是手性识别对映体的关键(1 0 5 1 c t a上超分子结构也在溶剂中n m r的研究中被提出。然而， n mr光谱无法解 释在 c t a - i c s p上对映体之间的识别机理，因为故态微结晶 度在对映选择性方 面起了主要作用， 所以 一个详细的故态n m r 研究是十分必要的。 3 .小结 纤维素衍生物 c s p s能够拆分的化合物种类非常广泛，包括含有和不含有 官能团的脂肪族和芳香族化合物以及许多药物。在已经商品化的这类 c ps中， 纤维素三 ( 3 , 5 一 二甲基苯基氨基甲酸酷)( c h i r a l c e l o d)和纤维素三 ( 4 一 甲基 苯甲 酸酷) ( c h i r a l c e l o j ) 的手性识别能力最强， 它们己 成功拆分了实验中超过 8 0 %的 手性化合物， 这类c s p s 不仅仅用于分析目 的， 而且可用于对映体的制备 级分离。 多糖纤维素c s p s 用于对映体的大规模制备分离已 经实 现， f r a n c o tt e 全面评 述了 对映体制备级色谱的拆分， 得出结论: 用于制备级拆分中的c s p s 有近7 0 % 是多糖衍生物c s p s ，尤其对于近几年发展起来的模拟流动床色谱 ( s m b ) 用于 工业范围的纯对映体制备有巨大潜力， 而且已 经变为了现实，s m b色谱是一个 持续地固一 液同时发生的过程，这样可以持续进样从而节省了大量的流动相。 从分子水平解释这类 c s p s的手性识别机理对于这个领域的进一步发展十 分重要，c s p s 手性识别机理的正确解释有助于预测对映体的洗脱顺序以及发展 更高效的多糖衍生物c s p s . ( 三) 圆二色光谱 ( c d )在手性识别机理研究中的应用 c d是目前最有用的手性光学方法“ 0 6 1 ，由于 c d的测量仅对应于一个吸收 带，因此 c d 测得的数据比旋光谱 ( o r d )测得的数据更容易解释。c d 在立 元素所 9 9 级硕士毕业论文 2 0 0 2 年 5月 体化学中有许多 应用， 如构型和构象测定 p 0 1和对映体光学纯度的测定p 0 8 ， 另外， 光谱研究也很重要，c d使电子转移的测定和电子激发态的监测变得更加容易， 尤其是目 前色谱技术和手性固定相的飞速发展使 c d有了更广泛的应用。在 h p l c中可用 c d光谱仪作为检测系统p 1 9 - n i b ，使人们在单一波长下进行色谱分 离的同时记录对映体洗脱的 c d谱图。下面主要介绍 c d在手性识别机理研究 中的应用。 1 . c d的原理 平面偏振光可以分解为两个周期和振幅相同而旋转方向相反的 ( 一个向左， 一个向右)圆偏振光，在没有旋光能力的物质中，两个圆偏振光的传播速度相 等，所以透过这样的物质偏振平面不发生偏转，但是当平面偏振光通过某种有 光学 活 性的 物质时， 左右圆 偏 振光的 传播 速 度不同 ， 既q:? - c r ， 从而导 致入 。 #入 ; ，而且它们被吸收的程度不同，既 l # e r ，所以 透过光学活性物质后， 透 射出 来的 两 个圆 偏 振 光的 角 移 便 要 相 差 一定 角 度， 从 而 发生 偏 转，c = 。 - e r 被称为圆二色性.目 前c d图 大多是 对波长的 关系图， 正负的改变 称为康顿效应，通常造成康顿效应的结构因素大概有三种:有固有的手性发色 团产生的，如不共面的取代联苯化合物;原发色团是对称的，但处于手性环境 中而被歪曲，如环己酮中邻位有取代时;有分子轨道不相互交叠的发色团偶极 相互作用产生的。 我们可参考b e e r - l a m m b e r t - b o u g u e r 法则对c d 进行一下定童及标准化的描 述。 如果 工 。 为 进入检测 器时的 光强 度， i 为离 开 检测器时的 光强 度， 则 吸光度 a = 1 o g ,1 1 i 1 / i l = c l ， 既a 与 物质 浓度c 和检 测池 长 度1 成正比. 如果c ( m o l / 1 ) 和 1 ( c m )为以知，则: 称为摩尔吸光系数，在光学活性物质中，分别记左、 右圆 偏 振 光的 吸 光 度， a t 1 0 9 ,1 1 1 1 / i l 和a r 1 0 9 ,1 1 1 1 / 工 r i ， 当 进 入 吸收 物 质时， i o i. i o r ， 则 a a = a l a r l o g ,1 1 i 1 / i l l - l o g ,j i 1 / i r l = l o 9 ,1 1 i r / i l l a 。 =( 1 / c l ) a a 从等式 a中 可以 看出，工 。 并不出现，因 此参照光束是不必要的， 仪器为单束光 种类。 2 . c d 在手性识别机理研究中的应用 元素所 9 9级硕士毕业论文 2 0 0 2 年 5月 c d谱图直接反映出对映体的不同，对于每一个对映体来说，它们的 数 值大小相同， 但方向相反。 在h p l c 中， 使用c d 检测系统有可能从一个己知c s p 上检测光学活性分子的洗脱顺序，在一定的波长下，可以通过经验或非经验方 法测定洗脱物质的绝对构型1 12 - 1 1 3 1 ，而所有这些组成了分析物一 c s p 之间相互作用 的基本信息，这些相互作用正是对映选择保留的主要动力，通过对这些作用力 的了解，就有可能进一步研究色谱手性识别机理，同时色谱手性识别机理的了 解又是合理设计新型 c s p的基础，这样可以提高 c s p的立体选择性和扩大它们 的 使用范围。 对于c d 谱图的 数据来说， 根据g . s n a t z k e l 0 1 的分类， 主要有经验、 半经验和无经验三种方法，下面着重介绍这三种方法在实际中的应用。 2 . 1经验方法 c d数据的经验分析是指分析物的结构与一已知绝对构型物质的结构十分 类似，因而可把两种物质的c d谱线相对照。 如果己 知构型物质 s 一 体的 康顿效 应为负，则分析物中康顿效应为负的也为 s 一 构型。这个方法已被成功应用于建 立1 , 4 一 二苯二 氮杂草一取代系列化合物洗脱顺序的测定 (1 1 3 1 2 .2 半经验方法 c d数据的半经验分析是以矢量规则为基础的，主要考虑两个方面:发色 团的对称性;已知绝对构型分子的 c d数据，这些矢it规则可以说明