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西酞普兰中间体的手性拆分研究 s t u d y o nc h i r a lr e s o l u t i o no f c i t a l o p r a m i n t e r m e d i a t e 学科专业：化学工艺 研究生：袁庆东 指导教师：王保国教授 天津大学化工学院 二零零八年五月 中文摘要 本文选用抗抑郁药西酞普兰的手性中间体( c i t i ) 作为拆分对象，研究 了吸附剂的合成及其手性拆分作用。以微晶纤维素( m c c ) 为原料，分别将其 与苯甲酰氯和异氰酸苯酯反应制备了纤维素苯甲酸酯和纤维素苯基氨基甲酸 酯吸附剂，通过元素分析、傅立叶红外光谱、圆二色谱等手段表征吸附剂结构并 考察其对外消旋混合物c i t i 的吸附分离性能。主要结论如下： 1 ) 实验研究表明：纤维素苯甲酸酯对c i t i 溶液没有手性分离作用，而纤 维素苯基氨基甲酸酯具有较好的拆分手性中间体c i t i 的作用； 2 ) 结合正交实验，获得了较优的纤维素苯基氨基甲酸酯的合成条件：m c c 在吡啶中的溶胀时间为lh ，反应温度为1 0 5 ，异氰酸苯酯与m c c 的摩尔配 比为4 0 ，无水甲醇沉降时间1 0m i n ； 3 ) 吸附溶剂对手性分离效果影响明显：采用无水乙醇为吸附溶剂时，吸附 剂对c i t i 溶液吸附拆分后，溶液中左、右旋体圆偏振光的最小摩尔吸光系数之差 a e m i 。从吸附前的0 降低至18 4 ；采用正己烷与无水乙醇混合溶剂为吸附溶剂时， 吸附后溶液中的最小摩尔吸光系数之差m i n 与溶剂的配比密切相关，当混合溶 剂中正己烷与无水乙醇的体积比为3 ：1 7 时，吸附后溶液中的最小摩尔吸光系数 之差m i l l 可达到2 5 3 。 关键词：西酞普兰吸附剂纤维素衍生物手性拆分 a bs t r a c t a d s o r b e n t sw e r es y n t h e s i z e da n dt h es e p a r a t i o np e r f o r m a n c eo fi n t e r m e d i a t e e n a n t i o m e r so fa n t i d e p r e s s a n td r u gc i t a l o p r a mw a sc h a r a c t e r i z e d a d s o r b e n t sw e r e p e r p a e r dt h r o u g ht h er e a c t i o no fm i c r o c r y s t a l l i n ec e l l u l o s e ( m c c ) w i t ha ne x c e s so f b e n z o y l c h l o r i d ea n d i s o c y a n a t e sr e s p e c t i v e l y s t r u c t u r e s o ft h e s y n t h e s i z e d a d s o r b e n t sw e r ea n a l y z e du s i n ge l e m e n t a r ya a n l y s i s ，f o u r i e rt r a n s f o r mi n f a r e d ，a n d t h e s e p a r a t i o np e r f o r m a n c eo fc i t a l o p r a mi n t e r m e d i a t e ( c i t i ) e n a n t i o m e r sw a s e v a l u a t e du s i n gc i r c u l a rd i c h r o i s m m a j o rc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e da sb e l o w 1 ) i ti si n d i c a t e dt h a tt h es y n t h e s i z e dc e l l u l o s eb e n z o a t ei sn o tc a p a b l eo f s e p a r a t i n gt h ei n t e r m e d i a t ec i t ie n a n t i o m e r s ，w h i l et h ec e l l u l o s ep h e n y l c a r b a m a t e s h o w sg o o dc h i r a ls e p a r a t i o no ft h ec i t ie n a n t i o m e r s 2 ) b a s e do no r t h o g o n a ld e s i g ne x p e r i m e n t s ，t h eo p t i m a lr e a c t i o nc o n d i t i o n sf o r s y n t h e s i so fc e l l u l o s ep h e n y i c a r b a m a t ea r e ：t h es w e l l i n gt i m ei np y r i d i n e = 1h ， r e a c t i o nt e m p e r a t u r e = 10 5 ，a n dt h em o l a rr a t i oo fi s o c y a n a t e st om c c = 4 0 ，t h e p r e c i p i t a t i o np e r i o di nm e t h a n o l = 10m i n 3 ) s o l v e n t sg r e a t l ya f f e c t st h es e p a r a t i o np e r f o r m a n c eo ft h ea d s o r b e n t u s i n g a n h y d r o u se t h a n o la st h es o l v e n t ，t h ec i r c u l a rd i c h r o i s m m i no ft h ec i t is o l u t i o ni s c h a n g e df r o mt h e i n i t i a lz e r ot o 18 4a f t e r b e i n g a d s o r b e d b y c e ll u l o s e p h e n y l c a r b a m a t ef o r1h w h e nu s i n go r g a n i cm i x t u r ea st h es o l v e n t ，t h ec h i r a l s e p a r a t i o np e r f o r m a n c ei sd e p e n do nt h ec o m p o s i t i o no ft h em i x e ds o l v e n t t a k i n gt h e m i x e dn - h e x a n ea n de t h a n o l ( 3 ：1 nn 、a st h es o l v e n t ，t h ea d s o r b e dc i t is o l u t i o n s h o w sac i r c u l a rd i c h r o i s mu pt o 2 5 3 k e yw o r d s ：c i t a l o p r a m ，s o r b e n t ，c e l l u l o s ed e r i v a t i v e s ，c h i r a lr e s o l u t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他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。 学位论文作者签名：弓芝袁寿 签字日期：溯脾易月莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨叠盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 - ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：弓乏庹系 导师签名： 签字日期：山。眸易月6日签字日期：油d & 年6 月6 日 1 l j l 刖置 手性是由物质的三维取向引起的。一个物体如果不能与其镜像重合，该物体 就具有手性，这个物体与其镜像彼此是互为对映的，因此相互称为对映体。在自 然界，特别是在生物体中，手性化合物的两个对映体的存在量并不相同，有的仅 以单一的对映体形式存在，如构成蛋白质的氨基酸都是l 氨基酸，组成多糖和核 酸的单糖则是d 单糖。在机体的生理代谢和调控过程中所涉及的物质通常也具有 手性，许多其它天然存在的手性小分子也主要以对映体的一种形式存在，这种现 象称为手性择优，但产生这种属性的起源、确切机理和过程仍是个未解之谜l i j 。 当药物的分子结构中存在手性因素时，这类药物称为手性药物。手性药物的 药理作用是在与体内的大分子之间通过严格的手性识别和匹配而实现的。由于手 性药物的对映异构体在立体构型上存在差异，使得它们在人体内的药理活性和代 谢过程以及毒副作用上都存在明显差异。手性药物单纯按照药效划分，大致存在 下列四种不同的情况：一是只有一种对映体具有所要求的药理活性，而另一种没 有药效，如氯霉素消旋体中r 氯霉素有活性，而对映体s 氯霉素则无活性；普萘 洛尔是一种肾上腺素1 3 阻滞剂，其对映体s 普萘洛尔的活性是对映体r 普萘洛 尔的1 0 0 倍以上；非甾体抗炎药萘普生、布洛芬也属于这类药物；二是对映体中 的两个化合物具备等同或近乎等同的药效，如平喘药丙羟茶碱、抗组织胺药异丙 嗪、抗心律失常药氟卡尼等；互是两种对映体具有不同的药理活性，最典型的例 子是5 0 年代中期的t h a l i d o m i d e l 2 恶性事件，t h a l i d o m i d e 的中文名称为反应停，在 欧洲曾因为能减缓孕妇妊娠反应而被广泛用于临床上，此后几年中发现许多早期 服用这种药物的孕妇分娩出的婴儿具有严重的畸形，1 9 6 1 年该药物被禁用，通 过研究发现其r 构型具有良好的镇静作用而s 构型却导致胎儿畸形；四是各对映 体药理活性完全不同，j t h ( 2 s ，3 r ) 丙氧芬( 右丙氧芬) 是止痛剂，而( 2 r , 3 s ) - 丙氧芬 ( 左丙氧芬) 是镇咳药。 根据统计【3 1 ，目前所用的5 2 3 种天然及半合成药物中，除6 种非手性药物外， 其余5 1 7 种均为手性药物；所用的1 3 2 7 种合成药物中，有5 2 8 种为手性药物， 限于分离技术上的困难，这些手性药物中的7 5 9 0 是以外消旋体的形式在市 场上销售的【4 】。鉴于手性药物对映体的构型与其生物活性之间的特殊关系，有必 要对手性化合物的各个异构体分别进行考察，掌握它们各自的生理活性，从而达 到高效、安全和无污染用药的目的。为此，许多国家纷纷规定：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；在制药工业中，必须对有效成 分的对映体进行拆分，而不能将其作为单一药物出售。美国食品与药物管理局 ( f d a ) 在1 9 9 2 年颁布了手性药物指导原则1 5 j ，要求所有在美国上市的外消旋 新药，其生产者必须对药物中所含对映体各自的药理作用、毒性和临床效果阐述 清楚；对于已经上市的消旋体药物，其单一对映体形式可作为新药提出申请，并 能得到专利保护1 6 。1 9 9 6 年f d a 又计划在2 0 0 0 年以后，手性药物必须以单一对 映体形式上市【7 j ，因此建立高灵敏度、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，并且已经成为当今科学领域中的研究前沿。 在药品安全备受重视的今天，单一对映体手性药物由于给药量少、副作用小， 颇受市场欢迎。与创制新药相比，开发手性药物风险小、周期短、耗资少、成果 大，这使得许多国家纷纷投入巨额资金用于手性药物的开发，手性产品将大大改 变医药业、农业化学品、化工与食品( 添加剂) 市场的面貌，发展前景无限广阔。 以上这些原因促使手性技术不断迅速发展，单一对映体物质的制备方法也层出不 穷，如：化学拆分法、结晶拆分法、复合拆分和包合拆分法、不对称合成法、手 性源合成法、酶或生物法、膜拆分法和色谱拆分法等，各种方法均具备自身的优 点和适用范围，对药物的手性拆分起到了不可磨灭的贡献。无论采用何种方法， 实现药物的工业化规模拆分应该是个最终目标，基于这一背景，本文借鉴手性色 谱法中手性固定相具有拆分性能的优点，合成了具备拆分性能的吸附剂，研究吸 附拆分手性药物的一般规律。 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 抑郁症及抗抑郁药物简介 1 1 1 抑郁症症状及现状 抑郁症为情感性精神障碍性疾病，症状以悲哀、绝望、热情减退等情感为特 征，此外还有焦虑、行动减少、思维迟缓、自责感及自卑、妄想、失眠、头痛、 食欲不振等表现，严重者常有自伤冲动及自杀念头。抑郁症是一种慢性疾病，容 易反复发作1 8 】。随着生活水平的提高，人们在享受新生活的同时，越来越残酷的 竞争以及由此而产生的种种压力，也给人们带来了精神痛苦和困扰。据世界卫生 组织估计，全球大约有3 的成人遭受抑郁症的折磨，某些国家的比例可能更高， 在中国，对全国抑郁症患病率的最低估计为2 ，即有2 6 0 0 万抑郁症患者。抑郁 症对社会和经济造成的影响已经引起专业人士的重视，开发新型有效的抗抑郁药 物已经成为人类长期而艰巨的任务一j 。 1 1 2 抗抑郁药物简介 5 羟色胺( 5 h t ) 、多巴胺( d a ) 和中枢去甲肾上腺素( n e ) 是特定的神 经递质，当它们含量过低并且它们的受体功能低下时，就会引起抑郁症l l 川。抑郁 症的治疗以药物治疗为主，心理治疗为辅。抗抑郁药是精神药物中的一大类别， 主要用来治疗抑郁症和各种抑郁状态。应用于临床的抗抑郁药物主要有：选择性 5 羟色胺再摄取抑制剂( s s r i s ) 、5 羟色胺( 5 - h t ) 和去甲肾上腺素再摄取抑制 剂( s n r i s ) 、去甲肾上腺素再摄取抑制剂( n e ) 、杂环类抗抑郁药( h c a s ) 、三 环类抗抑郁药( t c a s ) 、单胺氧化酶抑制剂( m a o i s ) 1 1 1 , 1 2 j 。 ( 1 ) 选择性5 羟色胺再摄取抑制剂( s s r i s ) s s r i s 是9 0 年代以来畅行全球的新型抗抑郁制剂，这类药物在全球范围内 已经取代了三环类抗抑郁药，目前应用较多的有舍曲林( s e r t r a l i n e ) ，帕罗西汀 ( p a r o x e t i n e ) ，氟西、汀( f l u o x e t i n e ) 和西酞普- - “- - ( c i t a l o p r a m ) 等，它们的结构如图1 - 1 所示，这类药物能抑制5 h t 的再摄取，使得5 h t 的浓度增大从而发挥抗抑郁 的作用。这类药物起效快并且药效明显。据相关人士分析，在抗抑郁药物中，s s r i s 产品占据了主要市场，全球销售额大约7 5 亿美元，占抗抑郁药市场总额的7 2 。 第一章文献综述 含帕辑扣霸露妇豫) 帕罗西汀l p - 旧期f 断 f 西酞昔兰c it e l o p r e m ) h a c h 3 图1 - 15 - 羟色胺再摄取抑制剂 f i g u r e1 - 1s s r i s ( 2 ) 去甲肾上腺素再摄取类抑制剂( s n r i s ) 去甲肾上腺素再摄取类抑制剂( n o r e p i n e p h r i n er e u p t a k ei n h i b i t o r ) 主要为三 环类化合物( t r i c y c l i ca n t i d e p r e s s a n t ，t c a ) ，是由于结构中有三环而被形象归 为三环类药物，如图1 2 所示的阿米替林结构式，这类药物分子结构中还具有一 个叔胺或仲胺侧链，通常认为它的作用机理是通过阻断神经末梢突触前膜对n e 和5 h t 的再摄取，增加突触间隙单胺递质的浓度而达到抗抑郁的目的。较早用 于临床的三环类药物的选择性差，这也是s s r i s 能取代它们作为抗抑郁首选药物 的部分原因。但由于曾在抗抑郁界起到过一定的作用，故在此予以简介。 c 也b n ( c h 3 2 阿米普林删纳衔嗨) 图1 - 2 去甲肾上腺素再摄取类抑制剂 f i g u r e ! - 2s n r i s ( 3 ) 单胺氧化酶抑制剂( m a o i s ) 单胺氧化酶抑制剂1 2 1 是单胺类递质( 去甲肾上腺素，肾上腺素，多巴胺，5 羟色胺) 和酪胺的重要灭活酶，单胺氧化酶抑制剂( m o n o a m i n eo x i d a s e l n h i b i t o r s ) 4 第一章文献综述 的作用是通过抑制单胺类递质去甲肾上腺素、5 羟色胺等的代谢失活而达到抗抑 郁的目的。 单胺氧化酶抑制剂的代表药物是异丙胼( i s o n i a z i d ) ，如图1 3 所示，它是本 世纪5 0 年代问世的第一个抗抑郁药物，曾被广泛应用，但是因为陆续出现与某 些食物和药物相互作用后引起高血压、急性黄色肝萎缩等严重不良反应而被淘 汰。 c o n h n h 2 0 异两肼( 1 朝憾戤嗣 图1 3 单胺氧化酶抑制剂分子结构式 f i g u r e1 - 3m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fm a i o s 8 0 年代后期新一代氧化酶抑制剂即可逆性单胺氧化酶亚型( m a o a ) 抑制 剂问世，其代表药物为吗氯贝胺( m o c l o b e m i d e ) ，如图1 4 所示。这类药物的特 点是对m a o a 选择性高，并且对m a o a 的抑制作用具有可逆性，降低了与食 物相互作用的危险。虽然它比单胺氧化酶抑制剂安全，但是仍应注意体位性低血 压和潜在的食物与药物间相互作用，因此一般不作为抗抑郁的首选药物。 a 抖0 1 2 西酞普兰拆分与合成研究进展 西酞普兰( 简称c i t ) 结构式如图1 5 所示，它是一种选择性的、中枢活性 血清素( 5 h t ) 再摄取抑制剂。该化合物的抗抑郁性在文献【l3 1 4 j 中已有报道，研 究发现它对焦虑、恐惧和情绪障碍等疾病也有疗效l l 引。c i t 相对于同类s s r i s 药 物如氟西汀、帕罗西汀、舍曲林、氟伏沙明等而言，对5 羟色胺再摄取抑制的相 对选择性较高，具有起效快、耐受性好、药物相互作用少、副作用轻微等优点， 因此成为抗抑郁的首选药物【限1 9 】。1 9 9 8 年美国f d a 批准c i t 在美国上市，1 9 9 9 年在中国市场销售。c i t 化学名为l ，3 二氢1 3 ( - - 甲胺基) 丙基】- 1 一( 4 氟苯基) - 5 第一章文献综述 异苯并呋喃腈，分子结构中有1 个手性碳原子，它存在2 个光学异构体，即右旋 西酞普兰 s - ( + ) 一c i t 】和左旋西酞普兰 r _ ( 一) c i t 。 n c 图1 - 5 西酞普兰分子结构式 f i g u r e1 - 5m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fc i t a l o p r a m 药理学研究表明：右旋西酞普兰s ( + ) - c i t ( 又称为依地普仑或e s c i t a l o p r a m ) 的抗抑郁作用至少比左旋西酞普兰r ( ) c i t 强1 0 0 倍f 2 啦。s ( + ) c i t 结构式见 图1 6 。 f 、 图1 - 6s ( + ) 一西酞普兰分子结构式 f i g u r e1 - 6m o l e c u l a rs t r u c t u r eo f s - ( + ) - c i t s 一( + ) c i t 将是其他抗抑郁药乃至c i t 的更新换代产品，该药已于2 0 0 2 年8 月在美国上市，国内正处于研究阶段。c i t 的手性拆分在药物代谢的研究中已有 报道1 2 2 , 2 3 。在美国、瑞士、瑞典、英国等国家，c i t 已经以s 一( + ) c i t 单体形式上 市。我国目前已有厂家开展西酞普兰和草酸右旋西酞普兰的研发与生产。因此， 建立c i t 的手性分离分析方法，对原料药的质量控制及药理学、药效学研究均具 有重要意义。采用手性柱对c i t 进行手性分离已有报道 2 4 , 2 5 ，但手性柱昂贵、操 作成本高。m a n d r i o l i l 2 6 1 和a n d e r s e n l 2 7 1 等以磺化b 一环糊精为手性选择剂实现了 c i t 的毛细管电泳( c e ) 手性分离，但因为磺化1 3 环糊精价格较高，使得这种 方法不适于推广。 自1 9 9 2 年d h u l s t 等 2 8 1 首次将麦芽糖糊精作为手性选择剂用于毛细管电泳手 性拆分以来，许多使用非环化糖类化合物作为手性选择剂的研究相继报道1 2 9 , 3 0 1 ， 6 第一章文献综述 但将糊精作为毛细管电泳手性选择剂的研究较少。肖尚友等1 3 l 】对c i t 在采用b 环糊精等不能实现毛细管电泳手性拆分的情况下，另选择糊精作为手性选择剂， 利用糊精与其它手性选择剂( 如环糊精等) 结构特点上的不同，实现了c i t 对映体 的手性拆分。作者考察了影响手性分离的主要因素，结果表明：当糊精浓度为7 0 ( m v ) 、缓冲液体系磷酸盐的浓度为8 0m m o l l 、p h 值为5 4 ，分离电压2 0k v 时，西酞普兰对映体分离度达到3 9 ，作者对拆分机理进行了初步探讨，认为糊 精的柔性螺旋结构能在溶液中形成网状空腔，此空腔对c i t 对映体分子的限制作 用可以进一步强化葡萄糖单元与c i t 分子间的氢键作用，从而产生立体选择性的 差异而实现西酞普兰外消旋体的手性分离。徐红梅等 3 2 】采用可溶性淀粉为手性选 择剂，实现了c i t 对映体的手性拆分，作者考察了影响手性分离的主要因素，结 果表明：当可溶性淀粉浓度为2 0 ( w w ) 、缓冲液体系磷酸盐的浓度为6 0 m m o l l 、p h 值为3 0 ，分离电压1 5k v 时，西酞普兰对映体达到基线分离，分离 度为1 8 。为了更系统的研究非环化糖类在c e 手性分离中的应用及其分离机理， 张蓉等【3 3 】用麦芽糖为手性选择剂，对c i t 对映体c e 手性拆分方法进行了评价与优 化，并对s ( + ) c i t 样品中的r ( ) c i t 异构体进行了定量测定，采用荧光光谱法、 紫外光谱法和电导率方法对以麦芽糖为选择剂的c e 手性拆分机理进行了较系统 的研究，结果表明：当麦芽糖浓度为4 0 ( m m ) 、缓冲液体系磷酸盐的浓度为 8 0m m o l l 、p h 值为5 0 ，分离电压2 0k v 时，西酞普兰对映体分离度达n 2 3 ，作 者认为麦芽糖的手性识别能力与其浓度有关，当麦芽糖达到一定浓度后将形成聚 集体，而麦芽糖的拆分作用主要体现在其聚集体疏水空腔的立体选择性差异上。 西酞普兰合成路线主要有以下两条 3 4 - 37 】以5 溴苯酞( 5 溴苯并呋喃酮) 为起 始原料通过格氏反应，最终氰化取代而得；以5 氰基苯酞通过格氏反应而得， 由于氰基是一个较活泼的基团，若采用5 氰基苯酞做起始原料，在后面的反应过 程中很难避免氰基的破坏；同时，由于分子中引入氰基的反应需用到剧毒的氰化 亚铜，理论上应在后期接入氰基较为适宜。吕亮等【3 8 j 设计了5 溴苯酞的合成路 线，以4 硝基邻苯二甲酰亚胺为原料，通过铁粉还原得到4 氨基邻苯二甲酰亚 胺，再经锌粉还原排氨得到5 氨基苯并呋喃1 酮，最后经重氮化、溴代得5 溴 苯酞，这条合成路线简便可行，原材料价廉易得，适合工业化生产，但是仍旧要 通过格氏反应和氰化才能得到西酞普兰外消旋体。 1 3 手性药物拆分方法综述 手性化合物的拆分是指给外消旋混合物制造一个不对称的环境，从而使两个 对映体分离开来3 们。从方法学上讲，可以分为结晶拆分法( 物理拆分方法、化学 第一章文献综述 拆分方法) 、动力学拆分方法、生物拆分方法及色谱拆分方、法【1 1 。 1 3 1 结晶拆分方法 ( 1 ) 直接结晶法 若外消旋体具有形成聚集体的性质，通过从溶液中结晶即可将其直接析出。 这种结晶方式是一个平衡过程，两个对映体以对映结晶的形式等量地自发析出。 由于聚集体结晶是对映结晶，结晶体之间也是互为镜像的关系，可人工将两个对 映体分开，但自发结晶要求生成的结晶必须具备一定的形状，使得这种方法的应 用受到很大局限，因此在实际中使用并不广泛。它的优点是不需要外加手性拆分 试剂，若严格控制反应条件也能获得较纯的单一对映体。 ( 2 ) 优先结晶法 在外消旋体的过饱和溶液中，加入适量的一种旋光性纯晶体作为晶种，由于 在溶液中此种旋光体含量较多，在晶种诱导下优先结晶析出。将这种结晶滤出后， 另一种旋光体在滤液中相对较多，再继续加入外消旋体制成过饱和溶液，于是另 一种旋光体将优先析出。如此反复可将一对对映体拆分开。优先结晶方法仅适用 于拆分能形成聚集体的外消旋体，而且该聚集体是稳定的结晶形式。 ( 3 ) 逆向结晶法 逆向结晶法是与优先结晶法相逆的一种方法。在外消旋体的饱和溶液中加入 某一构型的异构体如s 异构体，添加的s 异构体就会吸附到外消旋溶液中的同种 构型异构体结晶的表面，从而抑制该种结晶的生长，而外消旋体溶液中相反构型 的( r ) 异构体结晶速度就会加快，形成结晶析出。 ( 4 ) 外消旋体的不对称转化 这种不对称转化有两种情况，一级不对称转化指在外部手性试剂的作用下， 使溶液中对映异构体之间的平衡发生移动，产生非等量的关系，形成外消旋体的 不对称转化和结晶拆分。这种转化通常发生在非对映异构体之间。二级不对称转 化指在平衡混合物中，其中一个对映异构体自发缓慢地结晶或加入纯对映异构体 晶种结晶时，由于其结晶速度比平衡速度慢，导致溶液中的平衡不断被打破，形 成外消旋体的不对称转化和结晶拆分，这种方法特别适用于氨基酸及其衍生物的 合成f 4 0 】。 ( 5 ) 非对映体结晶法 利用外消旋体的化学性质使其与某一光学活性试剂作用以生成两种非对映 异构体的盐，然后利用两种非对映异构体盐的溶解度差异，将它们分离，最后再 脱去拆分剂，便能得到一对对映异构体。这种方法需要寻找特殊的手性试剂，且 适于拆分的外消旋混合物的范围相当狭窄，因此实际工业生产的意义不大j 。 第一章文献综述 1 3 2 化学拆分法 ( 1 ) 组合拆分 采用一组同一结构类型的拆分剂家族代替单一的手性拆分剂，对外消旋化合 物进行拆分。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。实际操作时将 拆分底物与拆分剂家族以1 ：l 的形式于同一溶剂中进行拆分【4 2 】。 ( 2 ) 复合拆分 在拆分过程中，烯烃或芳香族化合物由于存在大兀电子，能和含7 c 电子的手性 试剂形成电子转移复合物，或与手性有机金属配合物形成配位物，这些电子转移 复合物和金属配位物因具有非对映异构体的特点而容易被分离。因此复合拆分适 合含兀电子的外消旋烯烃、芳香族化合物以及富有孤电子对元素的有机化合物如 有机硫化物、有机砷化物、有机磷化物等的拆分。 ( 3 ) 包合拆分 利用构型不同的客体( 被拆分分子) 与主体化合物( 拆分剂分子) 的空穴之 间形成氢键和范德华力能力的差异，对其中一个对映异构体产生优先包合，再通 过结晶方法将两个对映体分开【4 3 1 。 ( 4 ) 包结拆分法【4 4 】 利用手性的主体化合物通过弱的分子问作用力如氢键或分子间兀1 c 作用力 选择性地与外消旋的客体化合物中的一个对映异构体形成稳定的超分子配合物 即包结复合物析出，从而达到使对映异构体分离的目的。 1 3 3 生物化学拆分 生物化学拆分技术的优点是反应条件温和、收率高，并且一般不会造成环境 污染。酶本身就是一个手性催化剂，能选择性地作用于对映体的一种异构体从而 起到拆分作用，但这种方法的不足之处是可利用的酶制剂品种有限、酶易被破坏、 容易失活等，限制了酶拆分的推广【4 5 】。 1 3 4 色谱拆分法 这类方法主要有气相色谱法、薄层色谱法、超临界流体色谱法、毛细管电泳 色谱法和高效液相色谱法。 ( 1 ) 气相色谱法中不能使用流动相添加剂，因此手性固定相法是它的直接拆 分方法，它的不足之处在于不宜分离挥发性低、强极性或分子量大的化合物，限 制了其应用范围【4 6 】。 9 第一章文献综述 ( 2 ) 薄层色谱法的分离方式有手性试剂衍生化法( c d r ) 、手性流动相添加 剂法( c m p a ) 和手性固定相法( c s p s ) 。文献f 47 】中指出应用较多的是c s p s 法， 其关键技术在于制各不同的手性薄层板。 ( 3 ) 超临界流体色谱法( s f c ) 是由m o u r i e r 等人在1 9 8 5 年首次用该法实现手 性分离的 4 引。但是超临界流体色谱手性柱的制备较难，分析速度比气相色谱慢， 另外由于技术要求高、设备昂贵等原因，迄今没能得到广泛的应用。 ( 4 ) 毛细管电泳色谱法( c e ) 以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道， 依据样品各组分间浓度和分配行为的差异而实现分离【4 】。在手性c e 分离中，环糊 精及其衍生物常被用作手性拆分剂，但有时用单环糊精系统较难使一个复杂的混 合物中所有组分完全分离，为了提高分离度和选择性，人们采用双环糊精系纠4 9 1 。 在探讨中性环糊精和带电环糊精组成的二元环糊精体系拆分机理中，l e l i e v r e 5 0 】 认为二元环糊精的拆分效果与两个环糊精的浓度比、两个拆分试剂和两个被拆分 物的结合常数有关；s u r a p a n e n i t 5 1 】贝u 认为二元环糊精的拆分能力与两个环糊精的 绝对浓度、环糊精和药物间的结合常数有关，因此常通过改变环糊精的种类、浓 度比来提高对映体的手性选择性和混合体系中各组分的分离选择性 5 2 - 5 4 ，s t e p h e 和w r e n 5 5 】对c e 的分离机制进行了研究，从理论上阐述了一些具体问题，但是c e 手性分离对分离结果的预测性较差，分离电中性化合物仍是一个有待更好解决的 问题【5 6 1 。 ( 5 ) 利用h p l c 拆分对映体的方法通常有3 种：一种是手性试剂衍生化法； 二是手性流动相添加法；三是利用手性固定相( 简称c s p s ) 法直接对对映体进 行拆分。最简便和最有效的方法是手性固定相法( c s p s h p l c ) 【5 7 。 手性试剂衍生化法是先将对映体用手性试剂衍生，生成非对映异构体后，利 用常规h p l c 方法分离测定的手性拆分方法，它适用于不宜直接拆分测定的化合 物。手性衍生化试剂常含有能够增强紫外吸收或产生荧光的结构，所以手性试剂 衍生化法既能改善被分析药物的手性分离色谱性能，又能增加检测灵敏度。手性 试剂衍生化法拆分对映体的效果取决于手性试剂的选择性，一般情况下，两手性 中心的距离相距越近，分离效果越好，手性中心区域含有环系统或刚性结构时可 增加非对映体衍生物的分离度【l j 。 手性流动相添加法对手性化合物的拆分可以通过两种方式实现：一是流动相 中手性试剂与对映体形成非对映配合物，利用它们在固定相中的保留时间和分配 不同而达到拆分；二是通过手性试剂吸附在柱上形成动态的手性固定相，利用对 映异构体与之作用不同而得到拆分【1 | 。 h p l c 的手性固定相法是指在色谱单体上涂渍( 或化学键合) 一种能拆分对 映体的手性选择剂( 又称手性拆分剂) ，利用这种手性选择剂与两个对映体之间 1 0 第一章文献综述 的作用能力的差异而使这对对映异构体在色谱体系中被分离。因为本实验中主要 借鉴了c s p s 能够拆分手性药物的优点，所以在此对常见手性固定相做一具体阐 述。 c s p s 的分类，根据不同的目的，有不同的分类方法，如w a i n e r 分类方法， 是按照手性固定相与溶质问的相互作用机理而分为五类。第一类为纤维素衍生物 类c s p1 5 8 , 5 9 1 ，被分析物是通过吸引作用被包容到固定相的手性空腔中；第二类为 给体受体c s p t 6 0 ，6 l 】，如p i r k l e 型c s p ，被分析物与c s p 之间通过吸引排斥 作用，主要是电子给体一受体机理，形成短暂的络合物；第三类为手性配体交 换色谱c s p 6 2 1 ，溶质是所形成的非对映异构金属络合物的一部分，它是将一个手 性氨基酸接到苯乙烯一二乙烯苯聚合物载体上，经吸附c u 2 + 或n i 2 + 之类的中心金 属离子，来拆分氨基酸对映体，另外还可以拆分一些药物；第四类为主客体络合 c s p 【6 3 舛】，如环糊精c s p s 、冠醚类c s p s ，形成的是包容络合物；第五类为蛋白质 类c s p s ，溶质与c s p s 通过疏水和极性作用的结合形成化合物。a l l e n m a r k 等以牛 血清蛋白b s a 通过氨基同硅胶键合作为h p l c 的c s p s t 6 5 】可以分离一系列氨基酸 对映体，在许多氨基酸对映体的拆分中这类c s p s 都显示了很好的对映体选择性 和拆分效果。 纤维素衍生物c s p s 纤维素是d ( + ) 葡萄糖单元由1 ，4 糖苷键形成的高度有序、呈螺旋型空穴结构 的光学活性天然高分子。虽然纤维素本身有手性识别能力，但是纤维素不耐高压， 并且由于其慢转移和扩散能导致低分辨率和峰宽，因此它并不能用作有效的 c s p ，此外纤维素的高极性羟基特性经常会导致溶质与纤维素之间出现非立体选 择性，因此通常都将其衍生化后再用作高效液相色谱的c s p 。由微晶纤维素和相 应的酰氯或异氰酸酯反应制取纤维素衍生物。纤维素及其衍生物用做c s p ，有三 种方式：a 做成凝胶颗粒直接装柱；b 涂布在大孔载体如硅胶上；c 化学键合 于硅胶表面 6 6 , 6 7 】，其中第二种方式最为常用，得到的柱效和稳定性较高，分离 效果也较好。 天然多糖本身具有手性识别能力，d a l g l i e s h l 6 8 1 曾用纤维素作为手性吸附剂直 接分离氨基酸对映体，但由于不耐高压等原因造成了多糖不能直接作为实际适用 的固定相，人们发现它们的衍生物作为c s p s 具有较高的手性识别能力，能拆分 大量的对映体。纤维素三醋酸酯( c t a ) 是第一个被研究的纤维素衍生物手性固 定相，可由微晶纤维素的乙酰化制得。尽管部分乙酰化的纤维素手性识别能力很 低，但1 9 7 3 年，h e s s e 和i h a g e l l 6 9 , 7 0 1 发现非均相条件下制备的具有微晶结构的纤 维素三乙酯显示出了较高的手性识别能力，对映体化合物可以结合到纤维素三乙 酯的空穴而达到手性分离，在这种手性固定相上得到完全分离的是t r o g e r s 碱， 第一章文献综述 这种手性固定相特别适合于分离芳香手性化合物1 7 1 - 7 3 。h e s s e 和h a g e l 后来发现， 当纤维素三乙酯溶于溶剂并吸着到硅胶上，或者将在均相条件下反应制得的 c t a i i 直接装柱时，虽然手性选择性有所降低，但仍然对很多外消旋体表现出 了不同于纤维素三乙酯原来的手性识别能力 7 4 , 7 5 ，他们把这一改变归因于纤维素 三乙酯的构象发生了改变。另外用x 一射线晶体分析涂敷到硅胶上的c t a i 时， 发现c t a 主要是无定形的 7 6 】，这种涂敷型的c t a 由于传质阻力减小，柱效大大提 高，也更加耐用。这些结果表明，纤维素衍生物手性固定相光学拆分能力很大程 度上依赖于高度有序的结构。纤维素三乙酯的晶体结构与手性识别能力归结有如 下关系：1 ) 手性识别能力随结晶度的增加而降低；2 ) 即使在均相条件下制备的 纤维素三乙酯也有手性识别能力；3 ) 通过涂敷于硅胶会产生高的柱效。 纤维素三( 苯基氨基甲酸酯) ( c t p c ) 及其衍生物是目前研究最多的手性 固定相，这类衍生物可以由异氰酸苯酯以及苯环上取代的苯基异氰酸酯制备而 得，将其涂敷于硅胶上昕- - - j - 7 7 , 7 8 ，苯基氨基甲酸酯的光学拆分能力依赖苯环上的 取代基类型，对于给电子基，如烷基特别是叔丁基衍生物或吸电子基如卤素的衍 生物，比苯基上没有取代基的苯基氨基甲酸酯衍生物显示出更高的手性识别能力 7 9 1 。c t p c 上最重要的吸附位点是邻近手性单元的氨基甲酸酯残基，这种残基的 极性还受到苯环上取代基影响1 8 0 1 。如果苯环上存在给电子基，羰基电子云密度增 高；若有吸电子基，一n h 的活性将增大，存在极性基团的对映体主要通过氢键 与氨基甲酸酯相互作用；另一方面发现苯基上引入甲氧基或硝基后手性识别能力 反而降低，究其原因可能是由于对映体与远离手性多糖主链的取代基相互作用， 降低了c s p 的手性识别能力。但是在苯环上引入体积大的烷基如异丙基，由于立 体位阻的效应，抑制了对映体与醚氧键的相互作用，却改善了c s p 的光学拆分能 力。在纤维素苯基氨基甲酸酯的苯基的不同位处引入甲基，结果表明：在3 - 或 4 位时手性识别能力提高，在2 位时手性识别能力低，这可能由于2 一位上甲基立 体效应阻碍了高度有序纤维素苯基氨基甲酸酯衍生物的形成。在纤维素苯基氨基 甲酸酯系统中，规则有序的结构有利于获得高的手性识别能力，而不规则的高分 子则总是难以达到有效的分离 7 7 , 8 1 , 8 2 j 。 纤维素苯甲酸酯衍生物手性固定相也是研究较多的纤维素类衍生物，在各种 纤维素苯甲酸酯中，人们发现纤维素三苯甲酸酯和它们的衍生物被吸附在大孔硅 胶上时，显示出很好的手性识别能力 7 0 , 8 3 。在这类衍生物中，羰基是最重要的活 、性识别位点，苯环上的取代基可以改变羰基的极性。苯基上有给电子基如甲基时 比吸电子基如氨基时制备的纤维素苯甲酸酯类的c s p s 手性识别能力高，因此增 加羰基氧原子上电子云密度可能是能提高此类手性固定相拆分能力的重要因素。 这类c s p s 可以与有羰基的消旋化合物通过偶极相互作用，与有氨基的化合物通 1 2 第一章文献综述 过氢键相互作用而达到拆分对映异构体的目的，纤维素的3 或4 甲苯基甲酸酯 也能拆分各类外消旋体。此外，这类衍生物的手性识别能力还受到制备过程的影 响。c h a n k v e t a d z e 等人【8 2 】研究了涂敷型和键合型纤维素三( 4 甲基苯甲酸酯) c s p ，结果表明正相条件下涂敷型纤维素三( 4 甲基苯甲酯) c s p 优于键合型c s p 。 1 9 9 3 年，k a i d a 等【8 0 】首先在纤维素上引入混合取代基，结果表明这些手性固 定相对许多对映体具有良好的拆分能力，他借助的思想是：因为纤维素葡萄糖结 构单元上的一个伯羟基和两个仲羟基的反应活性不同，采用区域选择非均一衍生 化方法，分别将伯羟基与仲羟基与不同底物反应，从而得到混合型纤维素衍生物。 随后c h a s s a i n g t 8 4 l 又比较了氨基甲酰化和苯甲酰化纤维素c s p 的分离性能，结果表 明6 位的取代基对手性识别非常重要，在6 位增加手性碳可以增加对映体选择性。 他们还制备出新的纤维素6 ( r 苯乙基氨基甲酸酯) 2 ，3 ( 3 ，5 二甲基氨基甲 酸酯) c s p ，其拆分对映体的效果甚至好于相应的c h i r a c e l 商品c s p 。m u r a t 等采 用区域选择性取代法，合成了纤维素2 ，3 双芳基氨基甲酸酯60 芳基酯类和纤 维素2 ，3 双芳基酯60 芳基氨基甲酸酯类，它们比纤维素三( 3 ，5 二甲基苯氨基 甲酸酯) c s p 具有更高的对映体选择性。o k a m o t o 等曾经研究了纤维素芳烷基氨 基甲酸酯类手性固定相，发现甲基和异丙基衍生物手性识别能力低，而苯基、1 苯乙基、1 苯丙基、甲基1 苯丙基、l ，1 二苯甲基氨基甲酸酯衍生物用作c s p 时， 苯乙基和苯丙基对光学异构体拆分能力较高。 ( 窑) p i r k l e 型c s p s ( 刷型手性固定相) b r u s ht y p ec s p 是一类对手性识别机理揭示较深的重要c s p s ，是2 0 世纪6 0 年代由p i r k l e 等人发明的，它是将单分子层的手性有机分子通过适宜的连接基团 键合到硅胶载体上，它具备确定的化学结构，其结构特征是在手性中心附近至少 含有下列基团之一：能形成氢键的原子或基团；能发生偶极相互作用的极性基团； 能提供立体位阻、范德华力相互作用和构型控制的较大的基团；兀- 吸电子或兀一 给电子的芳香基团( 在手性识别过程中发生兀一兀电荷相互作用) 【l 】，在这种c s p s 上发生的对映体分离是通过以下几种作用方式实现的：c s p s 上的仲胺、羰基基 团与溶质的酸性质子、羟基或氨基之间的氢键作用；偶极偶极作用；被分离溶 质与c s p s 芳环的7 【一受体和冗一授体之间的冗1 c 作用；大体积非极性基团靠