（分析化学专业论文）酮洛芬和扁桃酸对映体的手性分离.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 本文研究了酮洛芬和扁桃酸两种手性药物外消旋体的手性分离 方法。主要内容如下： 1 手性选择剂酒石酸酯的合成：实验以l 、d 酒石酸和脂肪醇 为原料合成了一系列手性选择剂l 、d 酒石酸酯，并对目标产物进行 了红外表征；以l 酒石酸和异丁醇为原料合成l 酒石酸异丁酯为例， 讨论了带水剂用量、醇酸摩尔比、催化剂用量及种类对合成产率的影 响。实验结果表明，最佳反应条件为：醇酸摩尔比为2 8 ：1 、催化剂 为1 og 对甲苯磺酸、带水剂为4 5m l 甲苯。 2 双相识别手性萃取分离酮洛芬对映体的研究：研究了酮洛芬 在溶有酒石酸酯的有机相和p 环糊精衍生物水相萃取体系中的分配 行为；考察了有机溶剂、酒石酸酯和环糊精衍生物的种类、萃取剂浓 度和p h 值等因素对分离效果的影响。实验结果表明：p 一环糊精衍生 物优先识别s 一对映体而不是r 对映体，但l 酒石酸酯的识别能力刚 好相反；l ，2 一二氯乙烷作为有机溶剂，三甲基一p 一环糊精和l 一酒石酸异 丁酯做手性萃取剂时萃取效果最好；萃取剂的浓度和p h 值对分离效 果有明显影响；当三甲基一p 环糊精和l 酒石酸异丁酯的浓度分别为 o 1 m 0 1 l 和o 2 m 0 1 l ，水相p h = 2 5 时，分离效果最好。 3 二( 2 乙基己基) 磷酸与酒石酸衍生物对映单体复合萃取拆分 扁桃酸对映体：研究了扁桃酸对映体在含二( 2 乙基己基) 磷酸 ( d 2 e h p a ) 与酒石酸衍生物对映单体复合手性选择体的正辛醇和水两 相系统萃取分配行为，考察了酒石酸衍生物对映单体的种类、起始浓 度，d 2 e h p a 的起始浓度，扁桃酸的起始浓度，对分配系数和分离因 子的影响。实验表明：复合手性选择体的使用能大大提高分配系数和 分离因子；扁桃酸和手性选择剂的浓度对分配系数和分离因子的影响 也比较大。 4 高速逆流色谱法( h s c c c ) 手性分离扁桃酸对映体探讨：实验 了由正己烷乙酸乙酯异丙醇水按不同的配比组成的h s c c c 分离的 溶剂体系，选用l d b t a 和d 酒石酸异丁酯为手性选择剂进行 h s c c c 手性分离扁桃酸对映体。实验结果表明：所选用的溶剂系统 的固定相保留率都达到5 0 以上，但是外消旋体的分离效果不好。 引起以上结果的原因可能是：溶剂体系组成或配比不合适；手性选择 剂对外消旋体不同构型的选择性差异不大或加入的量不够；手性选择 硕士学位论文摘要 剂的在固定相中的溶解性不好；高速逆流色谱本身的分离效率低。 关键词双相识别，手性萃取，高速逆流色谱，酮洛芬，扁桃酸 l i 硕士学位论文 a bs t r a c t i nt h i sp 印e r ，k e t o p r o f e ne n a n t i o m e r sa n dm a n d e l i ca c i de n a n t i o m e r s w e r es 印a m t e d ，r e s p e c t i v e l y t h em a i nc o n t e n t sc a nb es u m m a n z e da s f 0 1 1 0 w s ： 1 s y n t h e s i so ft h ec h i r a l s e l e c t o ro ft a m a t e ：as e r i e so fc h i r a l s e l e c t o r so fl d t a r t a r i ce s t e r sw e r es y i l t h e s i z e dw i t hl 仍- t a n 撕ca c i d a n df a t t ya l c o h o l sa sm a t 甜a 1 a n dt h es t m c t l l r eo fa i m e dp r o d u c t sw e r e s t u d i e db yi n 仔a r e ds p e c t l l l m 1 a k i n gt h es y n t h e s i so fi s o b u t y lt a r t r a t ea s a ne x a r n p l e ，t h ee f r e c t so fm o l er a t i o ，s 0 1 v e m ，t y p e so fc a t a l y s t sa n d c o n c e n t r a t i o no fc a t a l y s to nt h ee s t e r i f i c a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eo p t i m u mr e a c t i o nc o n d i t i o n sw e r e t h a tt h em 0 1 a rr a t i oo fl d - t a n a r i ca c i dt oa l c o h o lw a s1 ：2 8 ，p t o l u e n e s u l f o n i ca c i da s c a t a l y s tw a s 1 0 ga n dt h e a m o u n to ft 0 1 u e n ea s d e h y d r a t i n ga g e n tw a s 4 5m l 2 s t u d y o nc h i r a l s 印a r a t i o n o fk e t o p r o f e ne n a j l t i o m e r s b y 帆。一p h a s e ( w o ) r e c o g n i t i o nc h i r a le x t r a c t i o n ：t h ed i s t r i b u t i o nb e h a v i o r o fk e t o p r o f e ne n a n t i o m e r sw a sp e r f b 册e di nt h ee x t r a c t i o ns y s t e m ，w h i c h w a se s t a b l is h e db ya d d i n gh y d r o p h o b i ct a r t r a t e si no 唱a n i cp h a s ea n d h y d r o p h i l i cp c y c l o d e x t r i n( p - c d ) d e r i v a t i v e si n a q u e o u sp h a s e p a r a m e t e r ss u c ha st h et y p e so ft h eo 略a n i cs o l v e n t ，p c dd 耐v a t i v e sa n d t a r t a 订cd e r i v a t i v e s ，t h ec o n c e n t r a t i o n so ft h eo p t i m u me x t r a c t a n t s ，a n d p h o ft h eb u f r 珂w e r es t u d i e dt od e t e n n i n et h e i ri n f l u e n c eo n e n a n t i o s e p a r a t i o n t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tb c dd e r i v a t i v e s p r e f e r e n t i a l l yr e c o g n i z e dn o tr - k e t o p r o f e nb u ts k e t o p r o f e n ，w h e r e a s l t a i t r a t e sh a dr e v e r s e r e c o g n i t i o n o f k e t o p r o f e ne n a n t i o m e r s ； l ，2 一d i c h l o r o e t h a n ea ss o l v e n t ，t r i m e t h y l p c da n dl 一( + ) 一i s o b u t y lt a r t r a t e a sc h i i a le x t i a c t a n t sw e i et h eb e s tc h o i c e ：t h ec o n c e n t i a t i o n so ft h e e x t r a c t a n t sa n dp hh a do b v i o u se f r e c to nt h ee n a n t i o s e l e c t i v i t y ；h i g h e n a n t i o s e l e c t i v i t yf o rk e t o p r o f e ne n a n t i o m e r sw a so b t a i n e di nt h eb u f 王e r c o n s i s t e do fo 2m o l l l 一( + ) - i s o b u t y l t 耐r a t ea n d0 1 m o l l t d m e t h y l 一p c da tp h 翌5 3 t h ed i s t 抽u t i o nb e h a v i o ro fm aa c i de n a n t i o m e r sw a se x a m i n e d i na 研o - p h a s ea q u e o u s o 略a n i cs o l v e n t m i x t u r ec o n t a i n i n gd 2 e h p aa n d l i l 硕士学位论文 a b s t r a c t t a r t a r i ca c i dd e r i v a t i v e sa sc o e x t r a c t a n t s t h ei n f l u e n c eo ft a i r t a r i ca c i d d e r i v a t i v e ss p e c i e sa n di t si n i t i a lc o n c e n t r a t i o n ，t h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o n o fd 2 e h p aa n dd ，l m 已o nd i s t r i b u t i o nr a t i oa n de n a n t i o s e l e c t i v i t y w e r es t l j d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tb o t ht h ed i s t r i b u t i o n r a t i oa n d e n a l l t i o s e l e c t i v i t ya r cg r e a t l yi m p r o v e db yu s i n gd 2 e h p aa n dt a r t a d c a c i dd e r i v a t i v e sa sc o e x t r a c t a n t st h a nu s i n gt a r t a r i ca c i dd e r i v a t i v e s i n d i v i d u a l l v t h ei n n u e n c eo ft h ei n t i a lc o n c e n t r a t i o no fd ，l m aa n dt h e c h i r a ls e l e c t o ro nka n d 仅w e r ei n s i g n i f i c a n t 4 s t u d yo nc h i r a ls e p a r a t i o no fm a n d e l i ca c i de n a n t i o m e r sb y h i 曲- s p e e d c o u n t e r c u 鹏n tc h r o m a t o g r a p h y ：t h ed i f f e r e n t 帆。一p h a s e s o l v e n ts y s t e m sw e r ec o n s i s t e do fh e x a n e e t h y la c e t a t e i s o p r o p a n o l ，a n d l d b t aa n dd i s o b u t v l t a r t r a t ew e r e a s c h i r a l s e l e c t o r s t h e e ) 【p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h er e t e n t i o no ft h es t a t i o n a 巧p h a s eo f t h e 7t w o - p h a s es o l v e n ts y s t e mu s e dr e a c h e d5 0 ，b u tt h ee n a n t i o m e r s f a i l e dt ob es e p a r a t e d t h er e a s o n sc a u s e dt h ea b o v er e s u l t sc o u l db ea s f o l l o w s ：t h ec o m p o s i o no rp r o p o t i o no f 觚o - p h a s es o l v e n ts y s t e mw a s u n s u i t a b l e ：t h es e l e c t i v ed i f f e r e n c e sb e t w e e nd i f f b r e mc o n f i g u r a t i o n so f c h i m ls e l e c t o rw a sn o tv i s i b l e o rt h e 锄o u n to fc h i r a ls e l e c t o rw a st o o 1 i t n e ；t h ec h i r a ls e l e c t o rw a sn o ta d e q u a t e l yd i s o l v e di nt h es t a t i o n a 可 p h a s e ；h i 曲一s p e e dc o u n t c u 仃e n tc ：h r o m a t o g r a p h yh a di n f 舐o rs 印a m t i o n e f ! f i c i e n c y k e yw o r d s t w o - p h a s er e c o g n i t i o n ，c h i r a le x t r a c t i o n ，h i g h s p e e d c o u n t e r c u r r e n tc h r o m a t o g r a p h y ，k e t o p r o f e n ，m a n d e l i ca c i d l v 硕士学位论文第一章绪论 1 1 手性和手性药物 第一章绪论 手性，英文名为出r a l 竹，它是三维物体的基本属性，指一个物体不能与其 镜中的影像相重合，就如同人的左手与右手，彼此互为实物与镜像的关系而不能 重叠。手性是普遍存在的，如海螺的螺纹和藤科植物的缠绕方向都是右旋的； d n a 和r n a 的核糖和脱氧核糖都是d 型的；构成蛋白质的2 0 种天然氨基酸( 除甘 氨酸) 都是l 型的凡此总总，不胜枚举。自1 8 4 8 年p a s t e w 发现酒石酸的光学异 构体现象以来，立体化学( s t e r e o c h e m i s 缸奶和对映体选择性( e n a l l t i o s e l e “啊t y ) 在药 物开发和评价中的重要性逐步被人们认识。 手性药物( c h i r a l ( 1 m g ) 是指具有药理活性的手性化合物组成的药物【l j 。对映体 是指化合物分子中存在手性中心，旋光性相反的立体异构体。手性药物对映体选 择性是指各个对映异构体在生物环境中表现出的药物效应和药代动力学性质的 特异性，即在药物效应的种类和强度，以及药物吸收、分布、代谢、排泄等方面 的立体选择性差异。手性化合物由于具有独特的生理活性，在医药、精细化学品、 材料科学等领域得到广泛应用，其合成一直是国内外研究热剧2 1 。 当前大多数药物是以外消旋体的形式出现，即药物里含有等量的左右两种对 映体。但是近年来单一对映体药物市场每年以2 0 以上的速度增长。1 9 9 3 年全球 1 0 0 个热销药中，光学纯的药物仅仅占2 0 ；然而到了1 9 9 7 年，1 0 0 个中就有5 0 个 是以单一对映体形式存在，手性药物己占到世界医药市场的半壁江山。在1 9 9 3 年， 手性药物的全球销售额只有3 3 0 亿美元；到了1 9 9 6 年，手性药物世界市场已经增 长到7 3 0 亿美元；2 0 0 2 年总销售额更是达到1 7 2 0 亿美元，2 0 1 0 年可望超过2 5 0 0 亿 美元【3 。5 】。广阔的应用前景和巨大的市场需求触发了更多的医药企业和学者探索 更新更高效地获得单一手性化合物的方法。 1 2 手性药物拆分的必要性 目前，世界上临床应用的1 3 2 0 多种合成药物中具有光学活性的占4 0 ，而这 些具有手征性的药物通常是以外消旋体( 两种对映体的等量混合物) 方式给药的 【6 】。从立体化学的角度看，实际上给予的并不是单一物质，而是两种不同的药物， 但这是一个长期被忽略了的事实。人体中与药物发生作用的受体和酶的结构也是 三维的，它们与异构体药物有不同的亲和力，从而产生不同的治疗活性和毒理学 性质。在药物相互作用方面的性质也可能截然不同。在2 0 世纪6 0 年代，镇静药沙 硕士学位论文 第一章绪论 利度胺( 反应停) 是以两个对映体的混合物用作缓解妊娠反应药物的，在欧美曾 广泛使用，但许多服用过此药的孕妇产下畸形婴儿，后来研究发现( r ) 反应停具 有镇静和缓解妊娠反应作用，而( s ) 反应停则是强力致畸剂，成为震。惊世界的沙 利度胺悲惨事件【7 1 。 随着手性药物研究的深入，不同的对映体在人体内的药理、代谢过程、毒性 和疗效存在着显著差异，大致有以下六个类别： ( 1 ) 两种对映体的药理活性可相互协同，具有互补作用。 对映体药物的药理活性互补，联合应用可起到很好的疗效。如利尿药茚达立 酮主要是其右旋体发挥作用。但该药有滞留尿酸的不良反应，而其左旋体却可促 进尿酸排泄，两者合用有利，其最佳配比为( + ) ：( ) = 4 ：1 或8 ：l 【8 】。 ( 2 ) 对映体活性不同，可开发成2 个药物。 例如丙氧芬，右旋体( 2 s ，3 r ) 一异构体是止痛剂，而左旋体( 2 r ，3 s ) 一异构体是镇 咳药【9 1 。 ( 3 ) 两种对映体一种有治疗药理活性，另一种产生毒副作用。 氯胺酮的麻醉作用主要取决于s ( + ) 体，r - ( - ) 体却可致术后心理失调等精神 症状【10 1 。 ( 4 ) 对映体具有相反的活性。 长效钙拮抗剂尼古地平右旋体为钾通道启开剂，左旋体却为钾通道阻滞剂 【l l 】 o ( 5 ) 一个对映体具有显著的活性但其对映体活性很低或无活性。 例如( s ) 布洛芬比其( r ) 异构体要强2 8 倍；r 氯霉索有很强的抗菌作用，而 s 氯霉素则无此疗划1 2 】。 ( 6 ) 两种对映体有等同或相类似的药理活性，但作用强度有差异。 b 肾上腺素受体阻断剂普萘洛尔的左、右旋体之间的作用差别很大：其s 体是r 体的1 0 0 倍【1 3 】。 综上所述，在大多数情况下，使用外消旋混合物药物会使无效成分在人体或 环境中积累，造成危害和污染。从经济上来说，使用外消旋混合物中无效成分也 是一种浪费。针对外消旋药物潜在的危险性，1 9 9 2 年美国f d a 发布了有关手性药 物的指导原则。对于含有手性中心的药物必须测定每一个对映体( e n a n t i o m 砷的 活性强度及纯度，若各个对映体的药代动力学不完全相同。则要求分别测定各自 的剂量浓度效应关系，观察代谢产物及药物相互作用对药代动力学一药教学的影 响，还需证明各个对映体无严重的毒副作用，这一切将有助于单一对映体药物的 开发【1 4 ，15 1 。1 9 9 7 年1 月，f d a 发布了手性药物发展的另一条行政指令，对于早期 批准上市的消旋体药物要求用相应成分手性药物替代，对于这类新上市的光学纯 2 硕士学位论文第一章绪论 药物将提供5 年专卖权，并且相应消旋体药物须撤出市场。目前这个年销售额超 过1 0 0 0 多亿美元的高新科技产业强烈地吸引世界各国的大制药公司及其相关的 研究机构，使其相继从事手性药物的研究与开剔m 】。这就对手性化合物的制备 提出了迫切的要求。手性药物在我国的研究也取得了长足发展，由中国科学院上 海有机化学研究所戴立信和中国医学科学院药物研究所黄量院士共同主持的“九 五 重大基金项目“手性药物的化学与生物学研究”已于1 9 9 7 年6 月正式启动【1 7 】， 并且在手性药物的化学与生物学研究两个方面已取得了重要进展。 近年来手性药物的研究倍受关注，单一对映体药物不断上市。已有许多手性 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、氟西汀、氧 氟沙星，西沙必利等。由此可见，手性药物的开发前景广阔。 使用单一对映体药物具有用药剂量小、起效快、毒副作用小等优点，将一对 对映体作为两个化学实体对待，是手性药物的发展趋势。所以，研究开发更有效、 更安全的手性药物，是对药学工作者的新挑战和新机遇。 1 3 手性拆分方法 目前获得单一手性化合物的方法有3 种：手性源合成法：以天然手性物质 为原料合成其他手性化合物【l 引，但是天然手性物质的种类有限，要合成多种多 样的目的产物会遇到很大的困难，而且步骤繁多的合成路线也会使最终产物成本 十分高昂。不对称催化合成法：是在催化剂或酶的作用下合成得到过量的单 一对映体化合物的方法【1 9 】。但是不对称合成方法具有在技术上和经济上的不划 算。外消旋体拆分法：是在拆分剂的作用下，利用物理化学或生物方法将外 消旋体拆分成两个对映体。外消旋体拆分法作为一种经典的分离方法，在此显示 出其经济省时的优势，在工业生产上得到广泛的应用。目前，外消旋体拆分法可 分为结晶拆分、化学拆分、生物拆分、色谱拆分、膜拆分和手性萃取拆分等方法。 1 3 1 结晶拆分方法 用结晶的方式进行外消旋体的分离，是手性化合物拆分中最重要也是最主要 的方法。结晶法又可分为直接结晶法和间接结晶法两种。 1 3 1 1 直接结晶法 直接结晶法利用外消旋体具有形成聚集体的性质，直接将其从溶液中结晶析 出。18 4 8 年p a s t e u r 发现外消旋酒石酸钾铵的水溶液在2 7 经慢慢蒸发得到的结晶 3 硕士学位论文第一章绪论 有两种晶形，彼此成镜像关系，可以仔细地把它们挑开分成两堆，这种机械式拆 分是直接结晶法中最简单的一种，但这种拆分方法非常麻烦，具有很大的局限性。 p a s t e u 越择酒石酸盐进行重结晶研究可以说是非常幸运的，因为绝大多数左旋和 右旋的等量混合物是不能用简单的重结晶方法分离的。在p a s t e u r 实验后，人们经 过一个世纪的研究也只发现9 例可以用机械拆分法进行光学活性物质分离的化合 物【2 们。 1 3 1 2 间接结晶法 间接结晶法是将对映异构体与光学纯的化合物形成非对映异构体，然后利用 非对映异构体的溶解度差别使其中一个结晶析出。这是一种经典的、应用最广的 方法。大多数光学活性药物的生产均用此方法。可示意如下： s ，r 2 + r r 2 原ll 复原 丫丫 s t + r 2r t + r 2 其中r 2 是用于拆分外消旋体的光学活性物质，称为拆分剂。 一种好的拆分剂除要能与外消旋体进行反应外，在得到的非对映体两者的性 质上要有足够的差别便于分离；在分离后，同拆分剂结合的旋光体易分解，拆分 剂类型的选择由外消旋体分子中的官能团而定。例如酸类的拆分剂一般是光活性 的碱类，其中有天然的生物碱如金鸡纳碱、辛可宁碱、二甲马钱子碱、吗啡碱和 麻黄碱等【2 1 1 。 1 3 2 化学拆分法 化学拆分法是广泛使用的一种方法，根据手性试剂与外消旋体反应所得生成 物不同可分为以下几种。 1 3 2 1 经典拆分法 如果外消旋体分子含有如羧基、氨基、羟基或者双键等活性基团，可让其与 某一光学活性试剂( 拆分剂) 进行反应，生成两种非对映异构体的盐或其它复合 物，再利用它们物理性质( 如溶解度) 和化学性质的不同将两者分开，最后把拆分 4 缉复 一醇一 一 硕士学位论文第一章绪论 剂从中分离出去，便可得到单对映体。拆分成功的关键是选择合适的拆分剂。 适用于这类光学拆分方法的外消旋体有酸、碱、醇、酚、醛、酮、酰胺及氨基酸 等。其过程如下式( 1 1 ) 所示： ( d l ) - a + ( d ) 一b ，( d ) a ( d ) - b + ( l ) 一a ( d ) - b( 1 - 1 ) 这种经典的方法运用广泛，但其也有明显的局限性，比如拆分剂和溶剂的选 择较为盲目；拆分剂价格昂贵；收率和e e 值不高等。近年来，随着主一客体化 学的深入研究，开发出了包结拆分和组合拆分等新型手性拆分技术，在一定程度 上弥补了经典成盐拆分法的不足。 1 3 2 2 组合拆分 组合拆分( c o m b i n a t o a 1r e s o l u t i o n ) 【2 2 】是近年来报道的一种新方法，它的原理 是采用一组同一结构类型的手性衍生物拆分剂家族( r e s o l v i n ga g e n t 陆n i l y ) 代替 单一的手性拆分剂进行外消旋化合物的拆分。这些拆分剂家族往往是以常用的手 性拆分剂为原料，经结构修饰得到的衍生物。也可以是含有不同取代基的某一类 结构类型的化合物。w y l l b e r g 设计了一系列芳香环取代的衍生物组成不同的拆 分剂家族，首次将该方法应用于化学拆分中。经过实验验证，酒石酸类衍生物的 拆分剂家族t 和t a ( 图1 1 ) ，可用于碱性化合物的拆分，0 【苯乙胺类拆分剂家族 p e i ，p e i i 和p e i i i ( 图1 2 ) ，通常用于酸性化合物的拆分【2 2 2 6 】。 冀= h i e b rr 二r i - h r t 、1 0 ，r 2 i h 殳- = h r ，、o i 图1 1 拆分剂家族t 和t a 5 硕士学位论文 第一章绪论 p r 图1 2 拆分剂家族p e i ，p e i i 和p e i i i 实际操作时将拆分底物与拆分剂家族以1 ：1 的形式，于同一溶剂中进行拆分。 这种组合拆分方法和前述的经典拆分方法比较，具有结晶速度快，收率高，纯度 高等特点。 1 3 2 3 包结拆分 手性包结拆分属于分子手性识别的范畴。早在1 9 3 3 年，e a s s o n 和s t e d m a l l 就 提出了分子手性识别中的“三点相互作用”概念，这种概念直到1 9 4 8 年o 擎t o n 用它解释了l s 嘶n e 的酶催化去羰基化反应后才为人们所接受。其后，“三点相 互作用 被作为生物对映选择性的基本作用模型井迅速扩展到其它领域【2 7 ，2 8 1 。 有几篇文章很好地阐述了分子的手性识别原理【2 9 1 ，在分子的手性识别中，最主 要的是手性主体分子的手性必须在与客体分子的相互作用中体现出来。在手性主 体分子与客体分子形成的包结复合物中，比较重要的作用力就是氢键、兀_ 兀相互 作用和空间位阻效应，几乎所有的包结复合物中都有氢键存在。 1 3 2 4 动力学拆分法 1 8 5 8 年，p a s t e u r 发现发酵消旋酒石酸铵时，右旋对映体的代谢要比左旋体快， 以此进行分离，可得到光学活性化合物，这大概是化学史上第一个动力学拆分先 例，又称经典动力学拆分( c 1 a s s i 喇髓n e t i cr e s o l u t i o n s ，c k r ) ，这种方法的限制是 最多只可能得到5 0 的理论产量。由于经济和环境的影响，人们不仅仅需要生产 高纯度的对映体，也需要提高生产的理论产量，在此条件下，促进出现了动态动 力学拆分( d y n 锄i c n e t i cr e s o l u t i o n s ，d k r ) 【3 0 】，动态动力学拆分要想得到较高 的对映体过量值( e e ) ，其反应选择性必须很高，一般只有酶才有这样好的选择 6 硕士学位论文 第一章绪论 性，从而将拆分技术引入了酶拆分方法的研究【3 l 】。 1 3 3 生物拆分法 2 0 世纪8 0 年代美国的目i b a n o v 等用胰脂肪酶粉或其固定化酶在几乎无水的 有机溶剂中成功地合成了肽、手性醇、酯酰胺3 2 3 4 1 ，改变了酶促反应只能在水相 中进行的传统观念【3 5 1 。酶的选择性是多方面的，包括底物专一性、对映体选择 性、前手性选择和位置选择等，对药物的拆分起决定作用的是能识别对映体的对 映体选择性。对映体选择性越高，产物的光学纯度越高，对手性药物的拆分越有 利。 由于生物酶有很高的对映体选择性，可以得到纯度很高的单一对映体药物， 这一方法比化学方法优越，但酶的成本高是实施拆分过程工业化急需解决的关键 问题。 1 3 4 色谱拆分法 1 3 4 1 超临界流体色谱拆分法( s f c ) s f c 具有高效、快速、操作条件易于变换等特点，并具在手性分离方面与高 效液相色谱、气相色谱相互补充，在光学纯药物的制备方面有独到的优越性。该 方法一般采用超临界状态的二氧化碳作流动相【3 6 】，由于其密度与液体相似，因 此它有强的溶解能力，可以迅速将产物洗出，适于分离难挥发和热稳定性差的物 质；而且二氧化碳无毒，对环境污染小，价格便宜，适用于大量生产。s f c 系统 既可使用h p l c 检测器，也可使用g c 的检测器，操作简便。超临界流体的粘度近 于气体，过程阻力小，可采用细长色谱柱可以增加柱效。 1 3 4 2 气相色谱法 气相色谱是较早用来分离对映体的一种方法，它的优点在于分离速度快、分 离效率高、选择性好、样品用量少和检测灵敏度高且操作简单，费用低【3 7 1 。尽 管气相色谱作为对映体分离手段已经比较完善，但由于它比较适用于那些易挥发 物质如麻醉药异氟烷和地氟烷【3 8 】等的制备，因此限制了它的应用，后来出现了 气相模拟移动床色谱，可应用于麻醉药安氟醚【3 9 】的对映体拆分，才逐渐扩大了 应用范围。 7 硕士学位论文第一章绪论 1 3 4 3h p l c 法 h p l c 法拆分手性药物是通过引入手性环境使对映异构体间呈现物理特征的 差异而进行分离的，一般分为直接法和间接法，前者直接以手性流动相( c h i r a l m o b i l ep h a s e ，c m p ) 或手性固定相( c h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e ，c s p ) 进行分离【4 0 】；后者 是对映体混合物用手性试剂作柱前衍生，形成一对非对映体，然后以常规固定相 分离，该法亦称作手性衍生化试剂法( c h i r a ld 嘶v a t i z a t i o nr e a g e i l t ，c d r ) 【4 l 】。 ( a ) c d r 法 间接法即手性衍生化试剂法( c d r ) ，对映体的混合物与手性试剂结合，形成 一对非对映异构体，然后以常规固定相或手性方法分离。手性药物的分离分析可 采用手性固定相高效液相色谱法直接分离，该方法有操作简便、不需衍生化、不 改变组分结构、便于收集等特点，但每类手性柱能分离的样品有限，且价格昂贵， 因而在实验室中配置不同种类的手性柱来分离各种结构不同的异构体药物在国 内还难以实现。 目前已有许多商品化的c d r 可供选用，常见的c d r 可分为以下几类：( 1 ) 异 硫氰酸酯和异氰酸酯类：此类试剂易与大多数醇类及胺类化合物反应进而被分 离，如麻黄素类、肾上腺素类、肾上腺素拮抗剂、儿茶酚胺类等。王亚芹等【4 2 】 采用s ( + ) 1 一( 1 苯基) 乙基异氰酸酯为衍生化试剂分析了血浆中普罗帕酮的对应 体，并研究了其在健康人体内的药代动力学。( 2 ) 萘衍生物类：由于此类化合物 有利于提高立体选择性和检测灵敏度，因此萘的各种衍生物用作手性试剂十分普 遍。a j l d r i s a n ov 等【4 3 】选用萘甲醛小d h ) 为手性试剂，与其缩合成恶唑烷衍生物， 成功地分离了麻黄碱、4 一甲氧基麻黄碱、伪麻黄碱。 m ) c m p a 法【4 4 4 6 】 c m p a 法是在流动相中加入c m p a ，在常规的正相获反相非手性柱上进行对 映体分离。该方法有以下几种类型： ( 1 ) 手性包含复合法：经常采用的添加剂是环糊精( c d ) 和手性冠醚。环糊精 对疏水性和亲水性药物对映体都具有很强的包合作用。此法已用于分离氨基酸及 其衍生物、巴比妥类、氯胺酮、苯妥英代谢物、美芬妥英及其代谢物、哌嗪类镇 痛药、伪麻黄碱、去甲羟基安定等。采用的固定相常为o d s 、c n 、c 8 、苯基、 硅胶等。检测方法多用u v 和电导检测法( e c d ) 【4 7 ，4 8 1 。 ( 2 ) 手性配合交换法：将手性金属配合剂加入h p l c 流动相中，形成三元非对 映体配合物，此配合物与固定相发生立体选择性吸引或排斥反应，由于其结构稳 定性和能量的差异，使对映体得以分离。配合交换系统使用水性流动相和疏水性 固定相，洗脱顺序与反相h p l c 一致，可采用反相柱，u v 检测。溶质疏水性增加， 硕士学位论文第一章绪论 保留时间延长。常用的手性配合试剂多为氨基酸及其衍生物，配位金属有c u 2 + 、 z n 2 + 、n i 2 + 、c d 2 + 等。该法可用于分离氧氟沙星、氨基酸及衍生物、苯妥英类代 谢物、多巴胺等。 ( 3 ) 手性离子对色谱法：其原理是在h p l c 流动相中加入反离子，使之与流动 相中对映体生成非对映的离子对复合物，由于这些离子对复合物具有不同的稳定 性和分配性质，在与固定相发生静电、疏水或氢键作用后，产生差速迁移而得以 分离。此法可用于拆分氨基酸类、b 受体阻断剂、羧酸及磺酸类等化合物。 ( c ) c s p 法 将手性试剂化学键合到固定相上，与药物对映体形成非对映体对复合物，这 种固定相称作c s p 在c s p 表面所形成的非对映体对，可根据其稳定常数不同而获 得分离，分离的效率和洗脱顺序取决于复合物的相对强度。c s p 的主要类型有蛋 白质键合相、手性聚合物键合相、环糊精键台相和p i r k l e 型手性固定相等。对于 体内手性药物的分析，单独采用c s p 法往往不能排除内源性杂质的干扰，采用非 手性柱手性柱联用技术能克服此不足【4 9 1 。此法将非手性柱与手性柱以柱切换系 统或直接相连系统连接起来，经预处理的样品进样后，首先随流动相载人非手性 柱上，被测手性药物与干扰成分分离。接着被测手性药物进入手性柱，不受干扰 地各自拆分，此法不仅能提高c s p 的分离能力，而且能延长c s p 柱的使用寿命。 1 3 4 5 毛细管电泳( c e ) 拆分法 c e 以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品各组分之间淌度 和分配行为的差异而实现分离【5 0 ，”】，具有高效、快速、简便等特点而被广泛应用 于手性分离。 w 姗和r o w e 【5 2 ，5 3 】对该法的分离机制进行了研究。按照毛细管电泳的操作模 式、分离方式可分为毛细管区带电泳、毛细管凝胶电泳、胶体电动色谱和毛细管 点色谱体系【5 2 州。毛细管区带电泳分离效果很高，一些位置异构体如反式丁烯二 酸( 富马酸) 和顺式丁烯二酸( 马来酸) 等可用其直接分离。胶体电动色谱m e c e 是毛细管电泳的一种操作方式，特别适用于脂性化合物的分离。 1 3 4 6 薄层色谱( t h i nl a y e rc h r o m a t o 伊a p h y ，t l c ) 拆分法 薄层色谱是平面色谱的一种，为最简便的色谱技术之一。用t l c 拆分手性药 物的方法也主要有三种：手性试剂衍生化( c d r ) 、手性流动相添加剂( c m p a ) 、 手性固相( c s p ) 。其中，薄层色谱手性固定相制备加工相对方便，且实验时操作 9 硕士学位论文 第一章绪论 简单，所以至今仍在手性拆分领域有重要用途，国内外研究也很热【5 5 - 5 7 1 。 1 3 5 膜拆分法 膜法主要包括了液膜拆分法和固膜拆分法。前者基于选择性萃取，后者基于 对映体间亲和性的差异。近年来关于膜法分离手性化合物的报道很多。例如， p i d d e 嘲等报道了采用液膜法拆分n 3 ，5 二硝基苯甲酞基亮氨酸正丁酯对映体； m a s a l l 娜i 【5 9 1 等报道用戊二醛将l 苯丙氨基酸交联到聚矾膜上得到立体选择性超 滤膜，对苯丙氨基酸对映体进行了分离，分离因子达到4 1 0 。 1 3 6 分子印记法( m i p s ) 将m i p s 用作色谱固定相进行手性拆分是m i p s 早期研究的一个重点，也是 m i p s 进展最大的领域，到目前为止已经成功分离了氨基酸衍生物、糖苷衍生物、 镇静药：苯二氮、b 肾上腺素阻滞剂：普萘洛尔、非甾体消炎镇痛药：萘普生 等手性对映体唧引】。 相对于常规的手性固定相，m i p 具有一些独特的优点，其中最显著的优点是 可以预测选择性，即出峰顺序可以预测。而且m i p 手性固定相容易制备，价格相 对低廉，物理机械性能好，使用寿命长，能多次重复使用而不损失其分子记忆效 应。但m i p 也有许多缺点：如结合位点的不均匀性导致低的柱效，结合容量不高 等。此外其在制备前首先需要纯的对映体分子，这就给一些用一般方法难以拆分 的消旋药物的拆分工作带来了困难。尽管如此，分子印迹聚合物用于手性拆分的 前景是不容否定的，大量研究已经表明分子印迹聚合物用于手性物质的分离，比 较易于实现规模化。 1 3 7 手性液液萃取拆分法 按照分相原理的不同液液萃取可分为水有机相萃取( 依据水和有机物的不 相溶性分相) 和双水相萃取( 依据聚合物的不相溶性分相) 。双水相萃取与水 有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配。 1 3 7 1 水有机相手性萃取 近来，水有机相萃取作为一项传统的分离技术，因其具有分离效果好、回 1 0 硕士学位论文 第一章绪论 收率高、能耗低、设备简单、生产过程易实现自动化与连续化而被应用于手性药 物的拆分，并取得了一定的成效【6 2 挪】。 水有机相手性萃取与传统萃取分离不同的是：除待拆分的外消旋体外，两 互相接触的液相至少有一相含有旋光性的手性选择剂。萃取过程中，手性选择剂 依靠极化、诱导和氢键等多种分子问作用力或配位键与对映体生成两种非对映 体，这两种非对映体具有不同的化学和物理特性，存在一定的自由能差，手性萃 取正是依靠两非对映体的自由能差将外消旋体分离。从理论上讲，两对映体的分 离因子只要大于1 ，在足够多的级数下，即可实现两者的高纯度分离。因此，相 对化学拆分法、酶拆分法和色谱拆分法，水有机相手性萃取对于各种外消旋体 的拆分，尤其是水溶性外消旋体的拆分，分离体系的选择有一定的规律可循。依 据文献瞄】，基于对水有机相手性萃取的研究，目前至少存在三种萃取拆分体系， 即：亲和萃取拆分体系、配位萃取拆分体系和形成非对映立体异构体萃取拆分体 系。 幸亲和萃取拆分体系 外消旋体和拆分剂之间至少分别有两个作用点，这样一对外消旋体由于构型 上的差异，与分离剂实现形成的非对映体配合物的稳定性不同，其物理性质如溶 解度存在较大差异，而且，作用点愈多，这种差异就越大，从而使手性化合物得 以实现萃取分离。v l a d i m i r 等【67 】研究了麻黄碱类对映体在含有疏水性酒石酸酯的 1 ，2 二氯乙烷水两相中的分配行为，并对其萃取机理进行了初步研究。唐课文等 【6 8 ，6 9 】研究了l 广二苯甲酞酒石酸为手性选择剂对氧氟沙星的萃取性能，除此之外还 萃取拆分了扁桃酸、氯噻酮和特布他林对映体。 幸配位萃取拆分体系 这种萃取拆分体系是以手性试剂为配体与中心离子( 多数为过渡元素的离子) 形成的配合物( 络离子) 作萃取拆分剂，与对映体形成螯合物，由于对映体构型上 的差异，所形成的螯合物合物稳定性不同，其物理性质表现出比较大的差异，在 两相间的分配行为表现亦不同，从而实现对映体的拆分。t o s l l i i f 7 0 】等用正十 二烷基脯氨酸或正十二烷基脯氨酸的醇溶液萃取拆分含c u 2 + 的亮氨酸水溶液的 亮氨酸对映体，结果发现正十二烷基l 广脯氨酸或羟脯氨酸的醇溶液中富集了更多 的l 广亮氨酸。除氨基酸以外的其它对映体，只要满足适当的条件，也能在这种萃 取拆分体系实现拆分。唐课文【7 1 】等用n - n 十二烷基l 广羟基脯氨酸铜离子络合物 来萃取拆分扁桃酸，研究了扁桃酸对映体在含有c u 2 + 和n n - 十二烷基l 羟基脯氨 酸手性配体两相系统中的分配行为。 牛