（应用化学专业论文）混合双选择体型手性固定相的合成及其手性识别的研究.pdf

摘要 摘要 随着科学技术的发展，人们对光学纯的化合物的生理活性的认识越 来越深入，对光学纯的手性化合物的需求也不断增加。这就促进了各种 手性分析和制备技术的进步。在众多的分析或制备光学纯手性化合物的 方法中，以手性固定相( c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e ，c s p ) 为基础的高效液相色 谱法以其简便、灵敏、高效和重现性好等特点而成为分离对映体的主要 方法。而c s p 的使用是该技术的关键。本文设计并合成了一系列混合双 选择体型手性固定相，本文合成的c s p 未见文献报道，以期得到手性识 别能力强的c s p 。本文主要进行了以下工作： 1 将3 氨基丙基三乙氧基硅烷与硅胶反应得到氨丙基硅胶。以l ( ) 二 苯甲酰酒石酸为原料，先与苯甲醇进行单酯化反应，单酯化的产物再 和氯化亚砜反应，制备出端基为酰氯的手性选择体。以( 1 r2 r ) ( + ) 二苯基乙二胺为原料，先与等量的苯基异氰酸酯反应得到单胺基衍生 化的产物，再与对苯二异氰酸酯反应制各出另一种手性选择体。将这 两个具有活泼端基的选择体分别与氨丙基硅胶反应得到c s p1 和c s p 2 ；将这两种手性选择体混合再与氨丙基硅胶反应得到c s p3 。用红外 光谱、元素分析和核磁共振对以上各步合成反应的生成物作了表征， 并对这三个c s p 的对映体分离能力进行了评价。结果表明，混合型手 性固定相有较好的手性识别能力，但其手性识别能力不及单选择体的 c s pl 。研究了流动相的组成、对映体结构以及分离温度等因素对对映 体分离能力的影响。发现c s p1 具有广泛的手性识别z 日、匕t - 力。 2 以( is ，2 s ) ( 一) 二苯基乙二胺、l ( ) 二苯甲酰酒石酸为手性原料，经同 样的步骤合成了与c s p3 结构相似的手性固定相，即c s p3 和c s p4 的差别在于由二苯基乙二胺衍生而生成的手性选择体的构型相反。用 红外光谱、元素分析和核磁共振对以上各步合成反应的生成物作了表 国家自然科学基金资助项目( 2 0 6 7 5 0 6 1 ) 武汉工程大学硕士学位论文 征，并对该c s p 的对映体分离能力进行初步的评价。通过比较c s p4 和c s p 3 的对映体分离能力，发现双选择体中二苯基乙二胺衍生物构 型的改变对手性识别有影响。 3 以l 一( ) 二苯甲酰酒石酸为原料，合成了与c s pl 相同结构的手性选择 体，固定化反应时增加其投料量，进而制备出手性选择体负载量更高 的c s p5 。用红外光谱、元素分析和核磁共振对以上各步合成反应的 生成物作了表征，并用5 5 种结构不同的手性化合物作为分析物对c s p 5 的对映体分离能力作出评价。c s p5 拆分了3 5 个手性化合物，适用 的分析物的范围较广。通过与c s p1 的分离能力相比较，发现两个 c s p 在正相模式下的分离能力各有优势，在反相模式下c s p1 的分离 能力优于c s p5 。 关键词：混合双选择体，手性固定相，手性选择体，高效液相色谱，对 映体分离 i i a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , p e o p l em o r ea n dm o r e h a v et h ek n o w l e d g eo fp h y s i o l o g i c a la c t i v i t i e so fo p t i c a li s o m e r s 砀e d e m a n df o ro p t i c a li s o m e r si si n c r e a s i n gc o n t i n u o u s l y , w h i c hh a sl e dt ot h e d e v e l o p m e n to f av a r i e t yo fa n a l y t i c a la n dp r e p a r a t i v et e c h n i q u e s a m o n gt h e v a r i o u s a n a l y t i c a l a n d p r e p a r a t i v et e c h n i q u e sa v a i l a b l e ，l i q u i d c h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o no fe n a n t i o m e r sb a s e do nc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e s ( c s p s ) h a sb e c o m eo n eo f t h em o s ti m p o r t a n tt e c h n i q u e si ne n a n t i o s e p a r a t i o n f o ri t sc h a r a c t e r i s t i c s ，s u c ha s e a s yp e r f o r m a n c e ，h i g hs e n s i b i l i t y , h i g h e f f i c i e n c y , g o o dr e p e a t i b i l i t y , w h i l et h eu s eo fc s p si se s s e n t i a lf o rt h i s t e c h n i q u e i nt h i st h e s i s ，as e r i e so fc s p so fm i x e db i s e l e c t o r sh a v eb e e n d e s i g n e da n ds y n t h e s i z e d 而ma na i mt oo b t a i nc s p sw i mh i g hc h i r a l d i s c r i m i n a t i o na b i l i t y t h ec s p si nt h i st h e s i sh a v e n tb e e nr e p o r t e d t h e w o r k so ft h i st h e s i sh a v eb e e nc o n d u c t e d ，w h i c hc a l lb es u m m a r i z e da s f o l l o w s ： 1 3 - a m i n o p r o p y l s i l i c a g e l w a sp r e p a r e d b y t h er e a c t i o nb e t w e e n 3 - a m i n o p r o p y l t r i e t h o x y s i l a n ea n ds i l i c ag e l t w oc h i r a ls e l e c t o r sw e r e p r e p a r e df r o ml 一( 一) 一d i b e n z o y lt a r t a r i ca c i d ( d b t a ) a n d ( 1r ，2 r ) - ( + ) - 1 ， 2 - d i p h e n y l e t h y l e n e d i a m i n e ( d p e d a ) r e s p e c t i v e l y t h e f o r m e rw a s p r e p a r e db yt h em o n o e s t e r i f i c a t i o no fl 一( 一) 一d b t aw i t hb e n z y la l c o h o l ， f o l l o w e db yc h l o r i n a t i o no ft h er e m a i n e dc a r b o x y lg r o u pi nt h ed e r i v a t i v e w i t hs o c l 2 ，g i v i n gt h eh i g h l yr e a c t i v eg r o u po f c o c l t h el a t e rw a s p r e p a r e db yt h em o n o - f u n c t i o na l i z a t i o no f ( 1r ，2 r ) - ( + ) 一1 ，2 - d p e d a w i mp h e n y li s o c y a n a t e ，f o l l o w e db yt h ef u r t h e rf u n c t i o n a l i z a t i o no ft h e a m i n ei nt h ed e r i v a t i v ew i t hp h e n y l e n ed i i s o c y a n a t e ，y i e l d i n ga n o t h e r h i g h l yr e a c t i v es u b s t i t u e n to f - n c o t h e t w os e l e c t o r sw e r e ，r e s p e c t i v e l y , i i i 武汉工程大学硕士学位论文 i m m o b i l i z e do n3 - a m i n o p r o p y ls i l i c ag e lt oo b t a i nc s pla n dc s p2 c s p 3o fm i x e db i s e l e c t o rw a sp r e p a r e db yt h er e a c t i o no f3 一a m i n o p r o p y ls i l i c a g e la n dt h em i x t u r eo ft h ea b o v et w os e l e c t o r s t h ep r o d u c t so f t h ea b o v e s y n t h e t i cr e a c t i o n sa n dc s p sw e r ec h a r a c t e r i z e db yf t 4 r , e l e m e n t a l a n a l y s i sa n d1 hn m rs p e c t r u m t h ee n a n t i o s e p a r a t i o na b i l i t yo ft h et h r e e c s p sw a se v a l u a t e d t h e s e p a r a t i o n r e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a t ，t h e e n a n t i o d i s c r i m i n a t i o na b i l i t yo fc s plo fm o n o s e l e c t o ri sb e t t e rt h a nt h a t o fc s p3o fm i x e db i s e l e c t o r t h es t u d i e so ft h ei n f l u e n c eo ft h e c o m p o s i t i o no fm o b i l ep h a s e s ，t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo fc h i r a la n a l y t e s a n dt h es e p a r a t i o nt e m p e r a t u r eo nt h ee n a n t i o s e p a r a t i o no ft h e s et h r e e c s p sw e r ea l s oc a r r i e do u t i tw a sf o u n dt h a tc s p1h a sb r o a d e r s e p a r a t i o na b i l i t yi nc o m p a r i n g t oo t h e rt w oc s p s c s p4w a sp r e p a r e di nt h es a m em a n n e rt op r e p a r ec s p3 ，u s i n g ( is ， 2 s ) - ( 一) 一1 ，2 - d p e d aa n dl - ( - ) - d b t aa st h es t a r t i n gc h i r a lm a t e r i a l s t h e s t r u c t u r eo fc s p4i ss i m i l a rt ot h a to fc s p3 ，o n l yw i t ht h ed i f f e r e n c eo f s t e r e o - c o n f i g u r a t i o no ft h ed e r i v a t i v eo fd p e d a t h ep r o d u c t so ft h e r e a c t i o n sw e r ec h a r a c t e r i z e db yf t - 1 1 l , e l e m e n t a la n a l y s i sa n d1 hn m r s p e c t r u m m e a n w h i l e ，t h ee n a n t i o s e p a r a t i o na b i l i t yo ft h ec s p4w a s e v a l u a t e d c o m p a r i n gt h ee n a n t i o s e p a r a t i o na b i l i t yo fc s p 3a n dc s p 4 ，i t i sk n o w nt h a tt h ec h i r a lr e c o g n i t i o na b i l i t yo ft h e s et w oc s p sm a yb e i n f l u e n c e db yt h ec o n f i g u r a t i o no fc h i r a ls e l e c t o r t h es a m ec h i r a ls e l e c t o ro fc s plw a sp r e p a r e di nt h es a m em a n n e rt o p r e p a r et h es e l e c t o ro fc s plu s i n gl 一( 一) 一d b t aa st h es t a r t i n gc h i r a l m a t e r i a l a f t e ri m m o b i l i z a t i o no ft h i ss e l e c t o r ，c s p5w a so b t a i n e dw i t h h i g h e rs e l e c t o rc a p a c i t yc o m p a r e dt oc s p1 t h ep r o d u c t so f t h er e a c t i o n s a n dcs pw e r ec h a r a c t e r i z e db yf t - i r , e l e m e n t a la n a l y s i sa n d 1h n m r s p e c t r u m t h ee n a n t i o s e p a r a t i o na b i l i t yo fc s p5w a se v a l u a t e db y5 5 s t r u c t u r a l l yd i v e r s er a c e m a t e s c o m p a r i n gt h ee n a n t i o s e p a r a t i o na b i l i t yo f i v 乙 爻 a b s t r a c t c s p5a n dc s p1 ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt h e s et w oc s p s ，r e s p e c t i v e l y , h a v e t h e i ro w ns u p e r i o r i t yo ne n a n t i o s e p a r a t i o nu n d e rn o r m a lp h a s em o d e w h e r e a su n d e rr e v e r s ep h a s em o d e ，t h ee n a n t i o s e p a r a t i o na b i l i t yo fc s p1 i sb e t t e rt h a nt h a to f c s p5 k e y w o r d s ：m i x e db i s e l e c t o r , c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e ，c h i r a ls e l e s t o r , 1 l i g h - p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , e n a n t i o s e p a r a t i o n v 独创性说明 本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：魂爻媚 细侔占月年日 学位论文版权使用说明书 本学位论文作者完全了解我院有关保留、使用学位论文的规定，即： 我院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 手段保存和汇编本学位论文。 保密o ，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：魂曼蝎 砌缉6 月2 阳 指导教师签名- 缈 伊8 年若只pe t 第1 章手性固定相的研究现状 1 1 引言 1 1 1 手性的基本概念 第1 章手性固定相的研究现状 物质互为镜像关系且不能重叠的性质称为手性( c h i r a l i t y ) 。如果某 些化合物具有相同的分子式，且原子或原子基团的连接方式相同，仅仅 由于它们在空间中的位置不同，那么这些化合物被称为立体异构体 ( s t e r e o i s o m e r ) ：镜像关系的立体异构体称为对映体( e n a n t i o m e r ) 。非 镜像关系的立体异构体称为非对映异构体( d i a s t e r e o m e r ) 【1 1 。这就好比 人的左右手，互成镜像对称但不能叠合，这便是“手性炉的含义。当不 存在外部手性环境影响时，对映体具有相同的物理和化学性质，但能够 使平面偏振光向相反的方向旋转【2 1 ；在手性环境里时，如生物体内，由于 分子问利用空间构型相互识别与作用，不同的对映体可能表现出不同的 生理活性。 1 1 2 手性化合物的意义 手性是自然界的一种普遍现象， 质大多是手性的，如蛋白质、多糖、 构成生物体的有重要生理意义的物 核酸、酶和生物碱等，手性分子的 化学、物理和生物活性都与手性环境密切相关，生命现象离不开手性【3 】。 天然的手性化合物往往以单一的对映体形式存在，如2 0 个天然的氨基酸 ( 除甘氨酸) 都是l 构型的；d n a 和r n a 的核糖和脱氧核糖都是d 构型的 等等，这种现象称为手性优择( c h i r a lp r e f e r e n c e ) 问。由于手性优择现象， 生命体内的手性作用位点与不同对映体之间的相互作用是不同的，也就 是说对生命活动起作用的可能只有对映体中的一个异构体【2 】，另一个没有 作用，或者有着很大的毒、副作用。最典型的例子当属反应停 ( t h a l i d o m i d e ) 。2 0 世纪6 0 年代【5 】，镇静药肽胺哌啶酮( 反应停) 以消旋体用 作缓解妊娠反应药物，许多孕妇服用后，发生胎儿畸变，曾在欧洲掀起一 武汉工程大学硕士学位论文 场风波。后来研究发现使胎儿致畸的是其( s ) 一异构体。之后的工作表明， 还有其它一些手性药物的其中的一个异构体表现有不良作用( 表卜1 ) 。有 人还提出对于手性药物的不同异构体应该以不同的化合物来看待。 表1 1 手性药物不同异构体的作用 t a b l e1 1f u n c t i o no fd i f f e r e n ti s o m e r si nc h i r a lm e d i c i n e 美国食品与药品管理局于1 9 9 2 年3 月公布了一系列准则【6 】。要求对含 有手性中心的药物，分别做每个旋光异构体的毒理和药理临床实验及其 活性强度、质量和纯度的测定。证明它们都无任何有害作用，甚至对已 上市的外消旋体药物也要按如此要求补做研究工作，完善其研究资料，以 指导这类药物的开发。近年来，我国食品与药品监督管理局( s f d a ) 也 对手性药物的研究与开发做出了相应的规定。使用单一对映体药物，还 具有用药剂量小、起效快、毒副作用少等优点。因而近年来一些大的制 药公司将许多手性药物经“手性转换以单一对映体代替了过去的消旋 体。如奥美拉唑( o m e p r a z o l e ) 、氟西汀( f l u o x e t i n e ) 、氧氟沙星( o f i o x a c i n ) 、 西沙必i 乖l ( c i s a p r i d e ) 等。因此，单一对映体的分析检测和制备光学纯的手 性化合物在制药工业日益迫切。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，对提高药物的活性，减小副作用，深入 研究作用机理等具有重要的理论和实际意义。 1 1 3 手性拆分的方法 对光学纯手性化合物需求的不断增加，促使了各种对映体分离技术 2 第l 章手性固定相的研究现状 的发展。目前，制备光学纯手性化合物的方法主要有化学或生物催化的 不对称合成法和手性拆分法，其中手性拆分法包括结晶法、化学拆分、 生物( 酶) 拆分和色谱拆分等。在色谱拆分法中发展最快、应用最广的 是高效液相色谱法( h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ，h p l c ) p 】，它 是药物质量控制以及药物的药代动力学、药理学和毒理学研究的重要手 段，具有高效、简便、快速、成本低等优点，己经被证明为对映体分离 分析的最好方法之一。从7 0 年代开始，特别是近些年来，手性h p l c 在 手性研究中取得了令人瞩目的进展【8 0 5 1 ，不仅在制药领域，在天然产物化 学、农药化学、精细化学品等领域也有广泛的应用。而且，近年来发展 起来的模拟流动床与液相色谱连用的技术一模拟流动床色谱，使对映体分 离达到制备级，这无疑会对光学纯手性药物的研究起到极大的促进作用 【3 1 6 - 1 8 。 高效液相色谱法一般分为【1 9 】：直接法( 通过瞬间的非对映异构络合) 和间接法( 色谱分离前通过合成转化成非对映异构体) 。目前直接法是 应用最多的，直接法又分为手性固定相法( c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e s ，c s p ) 和手性流动相添加剂法( c h i r a lm o b i l ep h a s ea d d i t i v e s ，c m p a s ) ，其中以 c s p 为基础的手性h p l c 法更具优势，其优势主要表现在：1 ) 适用范围 广，可用于多种外消旋体的拆分；2 ) 可以同时得到两种高光学纯度的手 性化合物；3 ) 可以实现大量制备。 c s p 的使用是手性h p l c 分离手性化合物的前提和基础。因此，设 计并制备一种适用范围广、手性识别能力强、负载量大的c s p ，便成为 手性h p l c 研究中的核心问题【2 0 1 。 1 2 手性固定相 手性固定相是将手性化合物键合或涂敷到载体( 一般为硅胶) 表面 而制成的这些被涂敷或被键合到载体表面的手性化合物称为手性选择 体，对映异构体由于与键合或涂敷的手性选择体分子形成非对映异构体 武汉工程大学硕士学位论文 络合物的结合能力有差别而达到拆分目的。 1 2 1 手性固定相的分类 根据固定化手性选择体的结构类型，手性固定相细分为以下九类： 1 ) p i r k l e 型手性固定相该类c s p 是h p l c 手性固定相中非常重要 的一类，这类手性固定相具有容易制备、对映体选择性好、柱容量高等 优点，p i r k l e 等人已经相继制备了三代手性固定相，目前已经商业化的就 有几十种，已广泛应用于氨基酸、己内酰脲、胺类、醇类及硫醇类药物 对映体的拆分【2 1 1 。这类c s p 一般通过一定的间隔臂，连接一个单分子层 的手性有机分子到硅胶载体上而制得，因而被称之为“刷型 或“束型” c s p 2 2 1 ，其化学结构特点是在手性中心附近至少含有下列功能团之一：( 1 ) 兀一酸性( 带吸电子取代基) 或兀一碱性( 带推电子取代基) 的芳香基团，在 手性识别过程中能发生兀兀电荷转移相互作用；( 2 ) 能形成氢键的原子或 基团；( 3 ) 能发生偶极偶极叠合相互作用的极性键或基团；( 4 ) 能提供 立体排斥、范德华相互作用和( 或) 构型控制的较大的非极性基团。该 类手性固定相已经经过了二十几年的发展，取得了很多好的成果，目前 仍是该领域研究的热尉2 3 2 5 】。 2 ) 环糊精手性固定相环糊精( c y c l o d e x t r i n s ，c d ) ，是d 吡喃葡萄糖单 元以c c ( 1 ，4 ) 糖苷键连接而成的环状低聚糖。吡喃葡萄糖环都处于椅 式构象，由于椅式构象中各个糖基不能围绕糖苷键自由旋转，因此环糊 精分子就如同一个中空的圆台。目前，应用得最多的是1 3 - c d 2 睨8 1 ， 3 - c d 外表面有7 个伯羟基位于空腔的细端口，1 4 个仲羟基位于空腔的阔端口， 其中7 个羟基指向顺时针方向，另外7 个为逆时针方向。且每个葡萄糖 单元有5 个手性碳原子，因而具有很好的手性识别能力，即c d 的手性 识别能力主要来自环内腔对芳烃或脂肪烃类侧链的包容络合作用，以及 环外壳上的羟基与药物对映体分子发生氢键作用。该类固定相的缺点是 表面c d 覆盖率不高，柱容量有限，所以，c d 手性柱不太适用于制各级 分离。 4 第1 章手性固定相的研究现状 3 ) 纤维素和多糖衍生物手性固定相该类手性固定相一般是将纤维 素或多糖的衍生物直接涂敷到大孔硅胶上而得到的，可拆分大部分的手 性化合物。其手性识别主要来自纤维素经修饰产生的氨基甲酸酯或酯的 部位与被拆分物形成氢键或偶极一偶极作用，或通过被拆分物分子进入纤 维素空腔，导致腔内立体环境的改变而实现。拆分对映体首选的聚糖类 固定相为c h i r a c e lo d ，其次为c h i r a c e lo j 或c h j r a l p a ka d ，用这3 种固 定相可以拆分8 0 的手性化合物【2 9 】。该类手性固定相具有应用范围广、 制备简单、成本低、柱容量高等优点，所以目前仍然是该领域研究的热 点。其缺点是柱效相对较低，对有些溶质显示不可逆吸附，固定相易流 失，对流动相组成、流速等有一定要求 2 9 , 3 0 。 4 ) 蛋白质手性固定相蛋白质是由l 氨基酸组成的复杂的聚合物大 分子。目前约有六种蛋白质c s p 已经商业化，分别是牛血清蛋白( b s a ) 、 人血清蛋白( h s a ) 、0 【酸性糖蛋白( a g p ) 、卵类蛋白( o v m ) 、胃蛋白酶和 纤维素水解酶【3 1 1 ，其中牛血清白蛋白固定相( b s a c s p ) 最为常用。目前合 成b s a c s p 的方法一般是先将空白硅胶基质硅烷化( 大多是制成氨丙基 硅胶) ，然后利用羰基二眯唑等双官能团物质活化此硅胶，最后再与b s a 偶联而成。此类c s p 因其多结合位点及位点键的相互作用而达到对许多对 映异构体拆分的目的。该类色谱柱可拆分的化合物面很广，主要是在反 相模式下进行，色谱参数的选择与优化十分灵活，但仍存在柱效和柱容 量低、成本高等缺点，目前主要用于分析。 5 ) 合成聚合物手性固定相该类手性固定相一般是通过带有双键的 单体自由基聚合 3 2 , 3 3 或多官能团的单体缩聚反应【3 4 1 得到的高分子键合或 涂敷到载体上而得到的。到目前为止，合成聚合物型手性固定相的拆分 机理比较复杂，大多数学者认为该类c s p 手性识别能力主要与选择体的高 级结构有关 3 5 , 3 6 。本课题组做了很多这方面的工作，该类c s p 具有合成方 法较为简单、性质稳定、负载量大等优点，有较好的手性识别能力。 6 ) 大环抗生素手性固定相a n i 】s 们n g 【3 刀最早将大环抗生素( 如万福 武汉工程大学硕士学位论文 霉素b 和万古霉素) 键合到硅胶上，并拆分了一系列化合物。大环抗生素 类物质具有多种官能团和不对称中心，糖肽型还含有孔穴结构，所以， 该类手性固定相可能具有兀一7 1 ：配位作用、氢键、疏水腔的包合作用、偶极 作用和空间排斥作用等多种作用方式，且可以在多种流动相模式下使用， 因此通用性很强、柱容量也较高 3 7 - 3 9 】。该类手性固定相还有待更深入的 研究。 7 ) 冠醚类手性固定相手性冠醚是具有一定大小空腔的大环化合物， 环的外侧是亲脂性的，内侧是富电子的氧原子。其手性识别主要是基于 固定相“空穴”的主一客体络合氢键作用【4 0 1 ，主体一般是联萘衍生物【4 1 1 ， 它们可以键合到硅胶或聚苯乙烯基质上，主要用于分离胺、氨基酸及其 衍生物，含有较大环取代基的冠醚有较好的手性识别能力。 8 ) 配体交换手性固定相该类手性固定相是将手性配体键合到固定 相基质上，其配体分子为具有手性的氨基酸如脯氨酸，金属离子多用c u 2 + ， 其拆分机理与配体流动相的拆分机理相同。d a v a n k o v 等通过手性金属配 合物与对映异构体作用形成非对映异构体金属配合物，建立了手性配体 交换色谱拆分技术【4 2 l ，主要用于a 氨基酸及类似药物的手性拆分。 9 ) 分子印迹手性固定相该类c s p 通过可断裂的键，将烙印分子链接 在交联的聚合物内，经水解反应，烙印分子从聚合物中移去，在聚合物 上留下与烙印分子在形状和官能团位置有互补性的识别点【4 3 删，分子印记 空腔就像锁一样，能识别与烙印分子具有相同或相似结构的外消旋化合 物。该类手性固定相拆分了许多生物分子，具有较高的选择性，能预测 对映体的洗脱顺序，有较强的化学和机械稳定性：但一般柱效低，柱容量 较小【4 5 1 。 1 2 2 手性固定相的拆分机理 目前，普遍认为手性拆分机理主要为d a l g l i e s h 于1 9 5 2 年提出的“三 点作用 ( t h r e e p o i n ti n t e r a c t i o n ) 原理【4 6 4 9 1 。所谓的“三点作用 原理就 是指在手性选择体与被拆分对映体的分子之间通过氢键、电子效应、范 6 第l 章手性固定相的研究现状 德华力等作用至少形成三个点的作用，因不同的对映体与手性选择体的 作用力强弱不同而拆分开对映体( 图1 1 ) 。 上世纪八十年代，p i r k l e 5 0 】等人在深入研究手性色谱立体识别机理过 程中，重新阐述了三点作用原理理论：“手性识别要求手性固定相至少与 对映体之一同时有三个相互作用，且三者中至少有一个与立体化学因素 有关。1 9 9 2 年t a y l o r t ”】等对“三点作用原理”进行了更为深入的研究， 提出三点作用力中除了依赖于对映异构体和固定相的立体化学的一个作 用力外，而另外两个作用力必须是两种不同类型的作用力，否则可能产 生不利于对映体手性拆分的作用，使得手性固定相对该物质对映体的手 性识别能力降低或消失。这种作用模式已被n m r 分子间的核极化效应和 分子机理计算所证实。 由于手性拆分机理比较复杂，近年来，在手性拆分机理研究方面进 展不大。一些现代分析仪器比如n m r 、x r d 等已用于手性识别机理的 研究，为此提供了新的研究思路1 5 2 , 5 3 1 。 c h i r a l s e l e c t o r b b i c 卜。 跏。 。厂力 图1 - 1 “三点相互作用”原理 f i g 1 - 1 t h et h e o r yo f t h r e e - p o i n ti n t e r a c t i o n 武汉工程大学硕士学位论文 1 2 3 多个手性中心的手性固定相 手性h p l c 是制备和检测光学纯手性化合物的重要方法，而手性固 定相是手性h p l c 发展的关键因素，所以，高效、多功能的c s p 的研制 至关重要。许多科研工作者为此做出了不懈的努力，研制出了超过1 0 0 0 多个手性固定相，但是以前的研究主要是单一手性选择体的手性固定相， 即载体上只连有一个手性选择体。许多单一手性选择体的手性固定相也 表现出了很好的手性识别能力，但至今仍然没有找到一种具有广泛适用 性的手性固定相。然而这个问题可能可以通过具有两个不同结构特点手 性选择体的手性固定相所解决【5 4 1 。 o i 5 5 1 ，1 w a k i e 5 6 1 和i u l i a n o 5 9 】等人合成了具有多个手性中心的手性选 择体，再键合到硅胶载体上制备了多个手性中心的刷型手性固定相或双 选择体型手性固定相。其中，i u l i a n o 将o i 的c s p 和p i r k l e 小组的一个 c s p 通过三嗪将它们结合在同一个分子中，得到的双选择体型手性固定 相( 如图2 2 所示) 和单选择体的o i 和p i r k l e 的手性固定相相比有更好 的手性识别能力，不仅可以识别o i 的c s p 和p i r k l e 的c s p 所识别的所 有对映体，还可以识别一些它们不能识别的对映体。目前，许多多个手 性中心的c s p 已经商业化并普遍使用。如o i 等报道的酰基化的氨基酸和 菊酸为选择体的c s p 。但是研究这类c s p 的拆分机理就比较困难。 本文合成的c s p 也属于多个手性中心的刷型手性固定相。现有的多 个手性中心的手性固定相的制备均采用如前所述i n l i a n o 的方法，即通过 共价键将不同的手性选择体连接在一起，生成一个新的分子，再将这个 新的分子固定在载体上得到固定相。而本文合成的混合双选择体型固定 相的特点是将两种不同的选择体各自同时固定在同一载体上而制成，两 个选择体具有不同的结构特点，与只固定其中一个选择体的手性固定相 相比，其手性识别能力应有所不同。 8 第l 章手性固定相的研究现状 图1 2 双选择体型手性固定相 f i g u r e1 - 2 b i s e l e c t o rc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e 1 3 本文的设计思想 经过十几年的快速发展，在手性分析领域已涌现出许多分离性能优 良的c s p 。据不完全统计，目前已有上千种各种类型的c s p 被用于拆分 手性化合物，其中商品化的c s p 已达1 8 0 多种。但是在分析大量不同类 型手性化合物时，要选择一个适用范围广、分离性能优、成本较低的c s p 却不太容易。在制各级手性分离领域，由于柱容量和柱效的限制，能适 用的c s p 就更少了唧】。因此，在c s p 的设计和合成方面仍然面临很大的 挑战。 本文的设计思想是，合成混合双选择体型手性固定相，通过键合法 将两个具有不同结构特点的手性选择体固定在同一载体上，即氨丙基硅 胶( a m i n o p r o p y ls i l i c ag e l ，a p s g ) 上制备出c s p ( 图1 3 ) ，再将这两种 选择体分别固定在a p s g 上，共制得三个手性固定相。比较这三个手性 固定相的分离能力可能会发现：由于两种选择体的协同作用，混合型的 手性固定相可能具有更广泛的手性识别能力；另一方面，也可能由于两 种选择体的反协同作用，混合型双选择体手性固定相的识别能力可能有 9 武汉工程大学硕士学位论文 所下降。不过还是期望所得的c s p 同时具有两种手性选择体的优点，克 服单一选择体c s p 的缺点，同时希望所制备的c s p 具有柱容量大和柱效 高的特点，能够满足分析及半制各级分离的要求。另外，本文还通过改 变混合双选择体型手性固定相的其中一个手性选择体的立体构型，保持 另外一个手性选择体的构型不变，再混合在一起固定在a p s g 上，制备 了另一种混合型c s p ，并通过与构型没变的混合型固定相的手性分离能 力相比较，探讨该类手性固定相中两个手性选择体在手性识别中的协同 和反协同作用。本文还合成两个具有明显不同固定量的固定相，通过对 映体分离能力的测试，研究选择体的固定量对手性识别的影响。 在本文c s p 的合成中，其手性选择体着眼于小分子，其载体为无机 基质硅胶，将硅胶进行氨丙基化，使之表面带有胺基。所使用的手性原 料是l ( ) 二苯甲酰酒石酸禾f l ( 1 r ，2 r ) ( + ) 1 ，2 二苯基乙二胺，经过化学修 饰后，它们的结构中含有更多苯环、脲键和酯键等，使手性选择体的末 端带有活性基团异氰酸酯或酰氯，再利用这些活性基团与氨丙基硅胶表 面上的胺基反应，制得c s p 。 图1 - 3 混合双选择体型c s p ( c ) 和单一选择体型c s p ( a 、b ) 的示意图 f i g u r e1 - 3 t h ei l l u s t r a t i o n so fc s p ( c ) o fm i x e db i s e l e c t o ra n dc s p s ( a 、b ) o fs i n g l e s e l e c t o r 1 0 第1 章手性固定相的研究现状 本文c s p 分离能力的测试主要是针对本实验室现有的约7 0 个手性化 合物对映体拆分进行的，并尝试多种流动相，最后进行优化组合，期望 拆分更多的对映体。 第2 章混合双选择体型手性固定相 2 1 引言 第2 章混合双选择体型手性固定相 酒石酸的d 构型和l 构型的异构体都是廉价的手性原料。b o w m a n 6 1 】 最早发现了酒石酸衍生物对对映体的手性识别作用，他当时是以溶剂萃 取法拆分对映体的。目前，酒石酸及其衍生物在手性拆分领域中应用广 泛，可用作手性拆分剂( 化学和结晶拆分法) 、手性流动相添加剂、合成 手性固定相的原料等。把酒石酸制备成手性固定相将成为主要的研究趋 势【6 2 1 。本章采用l 一( ) 二苯甲酰酒石酸( l 一( ) 一d i b e n z o y lt a r t a r i ca c i d ， l 一( ) d b t a ) 为原料，它与酒石酸一样是具有两个手性碳原子的对称结构， 只是比酒石酸多了两个苯甲酰基，这样既增加两个与活泼h 产生氢键作 用的酯键位点，又增加了空间位阻，还可以与含有苯环的对映体分子之 间产生兀- 冗电荷转移相互作用。l ) d b t a 经过苯甲醇修饰，再转化成 酰氯后固定在a p s g 上( 图2 1 ) ，这样该手性结构单元上增加了一个酯 基、一个苯环和一个酰胺基团，预计会有较好的手性识别能力。 ( 1 r ，2 r ) ( + ) 二苯基乙二胺( ( 1 r 2 r ) ( + ) d p e d a ) 是本章使用的另外一 个手性原料。d p e d a 也是一种具有c 2 对称轴的手性试剂。目前广泛用 于不对称合成及手性拆分中。d p e d a 结构中含有两个胺基和两个苯环， 两个苯环可给手性选择体带来更大的空间障碍，另一方面将产生更强的 兀一相互作用力，胺基作为活性基团可以进行化学修饰( 图2 2 ) ，使其 末端带有能与氨丙基硅胶反应的活性基团，即异氰酸酯。d p e d a 经过化 学修饰后的手性选择体( 图2 2 ) 具有四个苯环和两个脲键，预计其会与对 映体有较强的作用力。 本章合成的混合双选择体型c s p 的结构如图2 3 中所示。 武汉工程大学硕士学位论文 +d c 删 3 - 。a m i n o p r o p y l s i 1 i c a 9 1 e l _ ， p y ，t e a ，8 0 c c s p l 图2 - 1 二苯甲酰酒石酸衍生物手性固定相的合成 f i g 2 - 1 t h es y n t h e t i cs c h e m eo ft h ec s p o ft h ed e r i v a t i v eo fd i b e n z o y lt