（材料学专业论文）基于氨基酸的酯类手性固定相的制备.pdf

山东轻工业学院硕士学位论文 摘要 鉴于合适高效的手性固定相对手性物质分离的重要性，本文为进行高效液相 色谱法分离对映体提供酯类手性固定相。 本文以n - b o c l 一丙氨酸、n - b o c l 一苯丙氨酸、n b o c - l - 缬氨酸、n - b o o l 一脯 氨酸、n b o c l 亮氨酸、n b o c l - 异亮氨酸为手性源，首先以n ，n 一二环己基碳 二亚胺( d c c ) 为缩水剂、4 一二甲氨基吡啶( d m a p ) 为酯化催化剂，与丙烯醇进行 缩合反应，即氨基酸与丙烯醇的酯化反应来合成氨基酸丙烯酯。 然后采用薄层色谱法( t l c ) 确定柱层析的洗脱剂，用柱层析法提纯酯化反 应产物，制各了高纯度可聚合酯类手性功能单体。确定出最佳反应条件和展开剂 配比，并对反应机理进行了探讨。通过红外光谱、核磁共振及元素分析对产物进 行了表征。从表征结果来看，这些酯类手性功能单体的合成是成功的，方法简 便、快速，产率高，提纯质量好。 最后以偶氮二异丁腈( a i b n ) 为引发剂，进行单体的自由基聚合，合成酯类 手性聚合物。通过红外光谱对手性聚合物进行了表征。从表征结果来看，这些酯 类手性聚合物的合成是成功的，拟作为下一步进行高效液相色谱法分离对映体的 酯类手性固定相。 关键词：氨基酸：酯化反应；手性功能单体；酯类手性固定相 a b s t r a c t a b s t r a c t b e c a u s ep r o p e ra n de f f e c t u a lc s pw a sv e r yi m p o r t a n ti nt h es e p a r a t i o no fc h i r a l s u b s t a n c e s ，w ep r o v i d e de s t e rc s pf o r t h eh p l cs e p a r a t i o no fe n a n t i o m e r s f i r s t l y u s e dn b o c - l l a c t a m i n e , n b o c l - p h e n y l a l a n i n e , n - b o c l - v a l i n e , n b o c l - p r o l i n e , n - b o c - l - l e u c i n e ，n b o c - l i s o l e u c i n ea sc h i r a l r e s o u r c ea n dc h o o s e dn ，n - d i c y c l o h e x y l c a r b o d i i m i d e ( d c c ) a sd e h y d r a t i n ga g e n ta n d4 - d i m e t h y l a m i n op y n d i n e a se s t e r i f i c a t i o nc a t a l y s tt o s y n t h e s i z ea m i n oa c i de s t e rv i ac o n d e n s a t i o nw i t ha l l y l a l c o h 0 1 t h e nt h ee s t e rp o l y m e r i z a b l ec h i r a lf u n c t i o n a lm o n o m e rw i t l lh i g hp u r i t yw a s s y n t h e s i z e db yp u r i f yt h ep r o d u c t i o nv i as i l i c ag e lc o l u m nc h r o m a t o g r a p h y t h ee l u a n t w a ss e l e c t e db yt l c t h eb e s tc o n d i t i o no ft h er e a c t i o na n dt h ep r o p o r t i o no ft h ee l u a n t w e r ed e t e r m i n e d t h em e c h a n i s mo ft h er e a c t i o nw a sd i s c u s s e d t h ep r o d u c t sw e r e c h a r a c t e r i z e db yt h ei n f r a r e ds p e c t r u m ，n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c ea n du l t i m a t e a n a l y s i s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h es y n t h e s i so ft h ee s t e rc h i r a lf u n c t i o n a lm o n o m e r w a ss u c c e s s f u l t h em e t h o dw a ss i m p l e ，c o n v e n i e n ta n df a s t t h eq u a l i t yw a sh i g ha n di t w a se f f e c t u a lt os e p a r a t ei nt h i sw a y f i n a l l yt h ee s t e rc h i r a lp o l y m e rw e r eo b t a i n e dv i af r e er a d i c a lp o l y m e r i z a t i o nu s i n g a z o d i i s o b u t y r o n i t r i l e ( a i b n ) a si n i t i a t o r t h ep r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yt h e i n f r a r e ds p e c t r u m t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h es y n t h e s i so ft h ee s t e rc h i r a lp o l y m e rw a s s u c c e s s f u l t h ep o l y m e rw o u l db eu s e da se s t e rc s pi nt h eh p l cs e p a r a t i o no f e n a n t i o m e r s k e y w o r d s ：a m i n oa c i d ，e s t e r i f i c a t i o n ，c h i r a lf i m c t i o n a lm o n o m e r ，e s t e rc s p i i 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，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 明并表示谢意。 做作者虢羝墨 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校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，本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名：黛! 垒 导师签名：幽i 日期：翌年月生日 日期：诬宰年上月卫日 山东轻工业学院硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 手性拆分的意义 自引入手性( c h i r a l i t y ) 概念以来，有机化学及其相关的领域得到了迅猛的 发展：建立了有机化学立体化学理论；发展和完善了对映体测定的分析方法，包 括手性位移试剂，核磁共振方法，手性色谱，x 线衍射方法；发展了不对称合成 方法；发展了酶催化反应和酶催化的动力学拆分等等。另一方面，手性技术的发 展又不断地向我们提出更多的科学问题。2 0 世纪6 0 年代“沙利度胺 ( t h a l i d o m i d e ) 事件”发现使胎儿致畸的是其s 异构体【1 。2 1 ，之后手性药物的研 究开始引起世界各国药物研发机构的重视，与手性技术有关的科学研究也得到蓬 勃的发展。 之后研究发现还有很多手性药物的另一异构体表现有不良作用。例如，药物 d o p a 的( s ) 异构体可治疗帕金森症，而其( r ) 异构体却有严重的副作用；药物 k e t a m i n e 的( s ) 异构体是麻醉剂的有效成分，而其( r ) 异构体可导致幻觉；药物 p e n i c i l l a m i n e 的( s ) 异构体可治疗关节炎，而其( r ) 异构体却是突变剂；药物 e t h a m b m o l 的( s ，s ) 异构体可治疗结核病，而其( r ，r ) 异构体却可致盲，等等。 因此，手性药物的不同异构体应该看待为不同的化合物。美国f d a1 9 9 2 年提出 法规，要求申报手性药物时对它的不同异构体的作用要叙述清楚【3 】。2 0 0 1 年度诺 贝尔化学奖的3 位得主的主要贡献，就是研制出了可用于氢化反应和氧化反应的 优异的手性催化剂，其研究成果之一就是研制出了药物d o p a 的单一对映体l - d o p a 来治疗帕金森症。 手性物质以对映体的形式存在，即具有手性中心的合成与半合成药物多数为 外消旋体。常用的二百种药物中，大约有一百二十种属于手性物质，而这些药物 中有8 0 , - 一9 0 都以外消旋体形式在市场销售，存在巨大的潜在危险性【4 】。因 此，拆分与识别单一对映体对生命科学和药物化学的研究以及对于人类的健康都 十分重要。在医学上，服用单一对映体的手性药物可减少剂量和代谢负担，提高 剂量的幅度并拓宽用途，对药物动力学及剂量能有更好的控制。单一对映体的手 性药物可减少与其他药物的相互作用，提高活性并降低由某对映异构体引起的可 能的副作用。对制药企业来说，生产手性药物可以节省资源，减少废料的排放， 降低对环境的污染。 现代分离分析技术可以广泛应用于具有物理或化学性质差异的药物的分离分 析。但是由于手性药物的两个对映异构体的物理和化学性质几乎完全相同，只有 旋光性不同，所以利用常规分离分析手段无法实行对他们的分离。只有采用适宜 第1 章绪论 的具有手性识别能力的方法，或使它们转变为具有明显的物理和化学性质差异 的、具有非对应异构体性质的两种不同物质，才能实现对手性药物的两个对应异 构体的分离。 1 2 手性色谱分离简介 手性化合物的拆分是给外消旋混合物制造一个不对称的环境，是两个对映异 构体能够分离开来。根据拆分方法不同，可以分为结晶拆分法( 物理拆分方法、 化学拆分方法) 、动力学拆分方法、生物拆分方法( 大多为生物催化的动力学拆 分) 及色谱拆分方法。其中色谱法在对映异构体的分离与测定方面有巨大的优越 性，具有重要的地位和作用。 “ 色谱法是一种物理化学分析方法，它利用混合物中各物质在两相间分配系数 的差别，当溶质在两相间做相对移动时，各物质在两相间进行多次分配，从而使 各组分得到分离。色谱法最突出的特点是具有高超的分离能力，它的分离效率远 远高于其他分离技术如蒸馏、萃取、离心等方法。此外，色谱法还有许多优点， 如应用范围广、分析速度快、灵敏度高、分离和测定可一次性完成、易于自动化 而利于在工业流程中使用等等。 色谱法进行手性化合物或手性药物的分离是最广泛应用的方法。其手性识别 作用在主客体之间的产生，必须具备四个基本条件【5 】：( 1 ) 手性识别的主客体之间 存在非共价键作用力的协同作用，如氢键、7 c - 兀键、疏水作用、范德华力作用 等，并且其中必须有一种作用与手性相关。( 2 ) 主客体之间发生相互作用时，主体 的手性基团与客体分子之间的立体效应对手性识别的影响极大，因此，手性基团 的大小适当极其重要。( 3 ) 主体需要具有适当的刚柔性。如果手性识别的主体的柔 性过大，那么主体经过自身构象的调整，便既能与r 构型的客体配合，又能与s - 构型的客体配合，也就无法产生手性识别。( 4 ) 主客体的大小尺寸和几何形状的互 补也是影响手性识别的重要因素。 手性色谱分离可大致分为气相色谱( g c ) 【l l 】、液相色谱( h p l c ) 0 1 、和电色谱 ( c e ) t 1 2 。6 】等。气象色谱可分为气固色谱和气液色谱：气固色谱是以气体为流动 相，以固体为固定相的色谱；气液色谱是以气体为流动相，以液体为固定相的色 谱。液相色谱可分为液固色谱和液液色谱：液固色谱是以液体为流动相，以固体 为固定相的色谱；液液色谱是以一种液体作为流动相，以另一种液体为固定相的 色谱。在液相色谱中如把固定相装在一个管子里( 色谱柱) ，液体流动相流过色 谱柱中的固定相进行分配分离，这种形式的色谱叫柱色谱。在液相柱色谱中又包 含了多种模式，如正相液相色谱、反相液相色谱、离子色谱、离子对色谱、疏水 作用色谱等等。此外还有一些有别于柱色谱的其他液相色谱模式，如纸色谱和薄 层色谱等。电色谱有多种模式，有用电压( 电渗流) 驱动的毛细管电泳，有毛细 2 山东轻工业学院硕士学位论文 管柱电色谱。毛细管电泳又可分为五种模式：毛细管区带电泳、毛细管凝胶电 泳、毛细管胶束电动色谱、毛细管等电聚焦、毛细管等速电泳。还有用电压和泵 同时驱动的电色谱。要完成上述的色谱过程，均要使用不同类型的色谱仪，如气 相色谱仪、液相色谱仪、薄层色谱扫描仪、体积排阻色谱仪( 凝胶渗透色谱 仪) 、超临界流体色谱仪等。此外，液相色谱仪中还有专用的离子色谱仪和氨基 酸分析仪等。 1 9 6 6 年g i l a v 等【1 7 】首次成功地采用气相色谱法分离了氨基酸对映体，之后 手性固定相迅速发展起来。1 9 7 7 年f r a n k 掣1 8 】，将l 缬氨酸叔丁基酞胺偶合在聚 硅氧烷主链上，然后将所得手性聚合物作为固定相引入毛细管柱来分离氨基酸对 映体。这是气相色谱法分离氨基酸对映体的一大进展。它具有低挥发性和高耐热 性。但是，虽然其能耐较高温度，可以一次性将所有氨基酸对映体完全分离，用 于气相色谱时，它的选择性和热稳定性就略显不足。 气相色谱法要求样品具有一定的挥发性和热稳定性，这使其应用受到了限 制。而高效液相色谱法就凸显了它优越的性能，它为极性大、非挥发性和热稳定 性差的手性药物的分离分析提供了更为有效地途径。采用高效液相色谱法可以直 接、快速、简便而有效地分离光学异构体。高效液相色谱法分离对映体，最初是 采用间接法。即首先将外消旋体转化为共价键的衍生物，再将产生的非对映体注 入非手性柱中，最后用展开剂淋洗，这样非对映体( 如酞胺类、酯类、脲、硫脲和 氨基甲酸酯等) 便可实现分离。然后将分离出的非对映体的衍生物水解而得到原来 的对映体。间接法的重要环节是选择适宜的易于除去的衍生试剂，涉及到样品的 转化、分离等预处理过程，容易造成组分的消旋化和损失。后来直接法取代了这 种间接法。直接法就是手性固定相直接与对映异构体作用，其中一个对映体生成 为不稳定的短暂的对映体复合物，在淋洗时其与另一种对映体在柱中的保留时间 不同，从而达到分离的目的【1 9 1 ，直接法简单、快捷，可避免不必要的实验误差。 1 3 手性固定相的分类及应用 手性高效液相色谱法中，手性固定相是实现对映体拆分的基础。手性固定相 可以根据他们与被拆分的对映体的作用机制进行分类【2 0 j ：第一类是通过氢键、兀 7 c 或偶极吸引等相互作用与对映异构体形成配合物进行拆分的手性固定相，如n 硝基苯甲酰基氨基酸或n 萘基氨基酸酯手性固定相；第二类是通过吸引和包合作 用进行拆分的手性固定相，纤维素衍生物手性固定相大都属于该类；第三类是具 有手性空穴的手性固定相，对应异构体进入手性空穴后形成包合配合物被拆分， 这类固定相主要为环糊精，冠醚手性固定相和螺旋型聚合物( 如三苯甲基丁烯酸 酯) 也属于该类；第四类是通过对映异构金属配合物进行拆分的手性固定相，也 第1 章绪论 称为手性配体交换色谱；第五类是通过疏水和极性相互作用进行手性拆分的蛋白 质手性固定相。 手性固定相根据其化学类型可分为以下六种： 1 3 1 手性聚合物固定相 手性聚合物固定相包括两类不同来源的聚合物。一类是天然的多糖衍生物， 包括纤维素和直链淀粉。另一类是合成的高分子化合物。 纤维素和直链淀粉可直接或经衍生后用作高效液相色谱的手性固定相。纤维 素和直链淀粉是d 葡萄糖以b 1 ，4 糖苷键或0 【1 ，4 糖苷键相连而形成的线型聚合 物，由于葡萄糖单元的手性，每个聚合物链均具有沿着纤维素主链存在的一个螺 旋形的沟槽。对映体进入沟中，主要通过吸引和包合作用实现对映异构体的拆 分。纤维素和淀粉的手性识别能力的不同，主要在于其葡萄糖单元的构象差异。 纤维素和淀粉手性固定相的优越之处在于：有良好的稳定性，制柱简单，无需键 合；适用于多种手性药物的拆分，尤其是含芳香环药物的拆分：对醇、酸、酮、 酯、含p 或s 的药物或手性中间体均有良好的手性识别能力。 合成的手性高分子化合物为固定相的拆分方法，是由被拆分的物质以不稳定 的键合作用与该固定相结合，由于高分子化合物固定相的手性基团与外消旋体中 的两个对映异构体的亲和力不同，而实现对映体的拆分的方法。合成的高分子化 合物用作高效液相色谱固定相的有聚酰胺类、聚氨酯类及聚酯( 如聚甲基丙烯酸 酯) 等，聚合物的螺旋型结构是它们手性来源，是引起旋光性的根本原因。 当光学活性的聚酰胺出现以后，人们便将其用来作为一种重要的色谱拆分试 剂。如用交联的手性聚酰胺柱拆分沙利度安( 反应停) ，以获得足够量的单一对 映体，研究其药理和毒理特性。 对现有的手性聚合物前体进行修饰可以大大提高其拆分能力。宋雅茹等人【2 l 2 2 】将( r ) 1 萘基甘氨酸和3 ，5 二硝基苯甲酸共价键合所得c h i r e x3 0 0 5 手性色谱 柱用于正相高效液相色谱直接拆分p 2 受体兴奋剂克仑特罗，并对拆分机理加以探 讨。结果证明这种固定相对对映体的拆分方法简便、快速。之后他们又用这种酰 胺型高效液相色谱手性固定相实现了格列美脲顺反异构体( 新一代的磺酰脲类降 糖药) 的分离，并对反式异构体进行了定量分析。实验结果表明，流动相中甲醇 和l ，2 二氯乙烷的含量对分离结果影响比较大；色谱柱温度和流动相流速对保留 时间影响较大，而对分离度和选择性因子的影响较小。 p e t e r s 2 3 】等用2 羟基乙基异丁烯酸叫l 缬氨酸3 ，5 二甲基苯胺) 氨基甲酸酯 手性单体和甲基丙烯酸缩水甘油醚等制备了“模塑”刚性整体毛细管刷型手性固定 相，来拆分n ( 3 ，5 二硝基苯甲酰基) 亮氨酸二烯丙基酰胺对映体。实验结果表明 这类手性固定相有良好的选择性和高效性。 4 山东轻工业学院硕士学位论文 翁文等 2 4 1 使用正相高效液相色谱手性柱( k r o m a s i lc h i d m b ，含o ，o 一二 ( 3 ，5 二甲基苯甲酰) n n 二烯丙基酒石酸二酰胺衍生的网状聚合物) 成功拆分了 联萘苯酚对映体，但其无法拆分二对甲苯磺酸联萘酯等。这种手性住可用于联萘 酚不对称合成中光学收率的检测。他们又在l 酒石酸二酰胺型手性键合网状聚合 物固定相上正相拆分了2 苯甲酰氨基3 ( 4 甲基苯基) 丙酸甲酯、2 一苯甲酰氨基一3 一 苯基丙酸甲酯等7 种氨基酸衍生物 2 5 】。实验结果表明这种网状聚合物固定相的分 离效果好，分析时间短。 姚碧霞1 2 6 等用o ，o 二( 3 ，5 二甲基苯甲酰) n ，n 二烯丙基酒石酸二酰胺衍生的 网状聚合物为手性固定相，用液相色谱仪在正相模式下拆分了2 乙酰氨基3 一( 苯 并【1 ，3 间二氧杂环戊烯5 基) 丙酸甲酯对映体。实验结果表明这种网状聚合物手性 固定相有良好的分离效果且重现性好。 1 3 。2 硅胶负载型手性固定相 硅胶为多孔性无定性粉末，机械强度高、比表面积大，具有优异的化学、物 理和机械性能。硅胶表面带有硅醇基，呈弱酸性，通过硅原子上的羟基与极性化 合物或者不饱和化合物形成氢键而带有吸附性能。是应用最广泛的色谱填料基 质。目前的各类固定相中以硅胶为基质的占9 0 ，其中化学键合相约占3 4 。 周华等【2 刀以l 脯氨酸为手性选择子，在c s p 结构中引入萘酰胺，制备了一 种新型高效液相色谱手性固定相，用于对4 种n 3 ，5 二硝基苯甲酰d l 氨基酸 甲酯对映体的拆分。拆分结果显示对映体的选择因子在1 0 4 1 1 8 之间。 c h e n 等【2 8 】经手性选择子l 苯丙氨基酰胺和间隔壁( 3 一缩水甘油基羟丙基) 三甲 氧基硅烷修饰的手性硅胶整体柱，得到了带有正电荷的配体交换手性固定相( l e c s p ) ，成功地拆分了十二对丹酰化氨基酸消旋体。k r a u s e 等【2 9 】则以聚丙烯酰胺衍 生物和多糖衍生物键合硅胶作为毛细管电色谱的手性固定相( 结构如图1 1 所 示) ，对苄氟噻嗪等手性化合物进行了拆分。由实验得出，电渗流方向与常规 o d s 柱相同，但是电渗流值是常规o d s 柱的1 1 0 至1 5 ，且随着流动相p h 值的 增大而增大。 1 3 3 合成高分子负载型手性固定相 与硅胶负载型填料相比，合成高分子负载型填料有较强的负载能力、有较高 的柱容量，耐酸、碱，耐溶剂。目前使用最广泛的是交联聚苯乙烯型树脂。 m a r y w 等【3 0 】合成了如图1 1 所示的手性固定相，发现在手性分离过程中， n a c l 对分离结果有明显的影响。 第l 章绪论 图1 1 手性固定相结构 王云普等3 1 1 以l 谷氨酸为原料，首先合成了n 邻苯二甲酰l 谷氨酰氯，再 与聚苯乙烯发生傅克酰化反应，合成了聚苯乙烯负载手性化合物，拟作为柱色谱 填充材料的手性色谱固定相。其合成路线如图1 2 所示： 旦b o c t ，管。h 岛双l 黔”一 双c o c c h 2 i ) 2 c o c f 粤双： i ? 。o 0 昌 图1 2 聚苯乙烯负载手性化合物的合成路径 1 3 4 环糊精键合型手性固定相 环糊精( c y c l o d e x t r i n ，c d ) 是环形寡聚糖，结构中含有多个手性碳原子，它通常 由6 至1 2 个互为椅式构象手性d ( + ) 葡萄糖单元通过伐( 1 ，4 ) 糖苷键连接而成，具 有独特的截锥式的圆筒形空腔结构，即笼状空穴结构。圆筒空腔内径的大小与分 子中所含葡萄糖单元的个数有关。商品化的环糊精有0 【环糊精、p 环糊精及丫- 环 糊精三种类型，它们分别含有6 个、7 个和8 个d ( + ) 葡萄糖单元。 环糊精通过与对映体之间的包含复合作用来进行手性拆分。环糊精分子空腔 内径不同，则其所能包合的分子大小及类型就有所不同。每个葡萄糖单元具有5 个手性中心，由1 1 个葡萄糖单元组成的环糊精具有5 n 个手性中心，环糊精为手性 拆分提供了良好的手性环境。 环糊精分子中的葡萄糖单元在2 位、3 位有仲羟基，排列在截锥式圆筒形空 腔的大1 2 1 端；6 为有伯羟基，位于空腔的小口端。因此，腔内具有疏水性，腔外 具有亲水性。空腔部分的疏水性可以与对映异构体分子的疏水性部分发生包合作 用，而对映异构体分子中的极性基团可以与环糊精分子空腔边缘的羟基发生氢键 等极性相互作用，从而构成三点相作用，实现手性分离。环糊精一般通过含有6 6 1 嚣k 山东轻工业学院硕士学位论文 至1 0 个碳的烷基链键合到硅胶上形成固定相。但这类手性固定相的表面环糊精 覆盖率不高，柱容量有刚3 2 】，并且动态包合的过程相对较慢，致使拆分峰形较 差，所以手性环糊精柱不太适用于手性制备。 为了实现手性分离，手性化合物分子必须进入环糊精分子疏水性的空腔内， 而其极性基团必须与环糊精分子空腔边缘的羟基发生氢键作用。因此，环糊精手 性固定相的选择性与对映异构体分子的大小密切相关。 小环糊精适合较小的如含单苯基药物的对映体的分析，而丫环糊精适合于较 大分子药物的分离，如甾体药物或含有稠环的药物。b 环糊精目前应用最广。它 对具有萘环、双环和多取代苯环的手性药物可以实现良好的拆分，如丹酰化氨基 酸、扁桃酸、麻黄碱和巴比妥类药物等。将环糊精与酰胺键联，两者之间共同作 用，则拆分效果更佳。 早期用环糊精和某些含有官能团的化合物如羧酸、酯、醇等形成包合物进行 部分拆分，但得到的化合物光学纯度比较低，但对一些特殊的化合物如亚磷酸酯 的拆分效果比较好，经三次重复处理，光学纯度可达到8 4 e e 。因此，用环糊精 可以进行多次重复性操作，使光学异构体的量得到富集。 k o i d e 等【3 3 j 将烯丙基甲胺酰p 环糊精( a c p c d ) 键合到带有负电荷的聚丙烯 酰胺凝胶上结构，来作为毛细管电色谱的整体手性固定相。以含有非手性冠醚的 t r i s 硼酸缓冲液为流动相，拆分了间羟叔丁肾上腺素等1 5 种阳离子化合物；以 s 硼酸缓冲液为流动相拆分了2 种中性化合物。保留时间重现性和分离因子都 很好，且柱的寿命长。 1 3 5 聚硅氧烷键合型手性固定相 聚硅氧烷类化合物兼具无机结构特性和有机结构特性。聚硅氧烷固定相具有 良好的热稳定性和化学稳定性，也是一种很好的手性固定相填料基质。 1 9 8 8 年，r u f f i n g 3 4 】等通过硅氢加成反应，将非酰胺类不饱和手性单体与含氢 硅油反应，得到侧链带手性基团的聚硅氧烷，然后将其键连到硅胶上制备了聚硅 氧烷手性固定相。这类固定相对氨基酸如缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸的衍生物的 分离效果很好。同时，由于这种固定相的极性基团与手性中心直接相连，对于对 映体选择性更强，分离效果更好。 s a e e d ”j 和杨正华等【3 6 】人，用o v 2 2 5 ( 苯基含量2 5 ，腈丙基含量2 5 ) 和 x e 6 0 ( 腈丙基含量2 5 ) 为原料，在强酸或强碱的条件下，将c n 基水解成 c o o h 基，再与手性酰胺的化合物n 卞氧羰基l 缬氨酸或l 缬氨酸一s 苯乙酰胺 反应，制成了应用范围更广的z l v a l o v 2 2 5 和x e 6 0 l v a l s 苯乙酰胺固定 液。这类固定相对氨基酸对映体和脂肪族氨基醇有很高的选择性。但这种类型的 7 第1 章绪论 改性聚硅氧烷的c n 基团在强碱或强酸作用下水解时，会不同程度地造成聚硅氧 烷主链的断裂，使产物的分子量分布范围变宽，从而影响其色谱性能。 k 6 n i g 和b e n e c k e 【3 7 】还采用还原法，把o v 2 2 5 上的c n 基还原为n h 2 基，然 后与氨基酸类手性化合物反应，转化为手性酰胺取代的聚硅氧烷固定液，反应路 径如图1 3 所示： e h 3 s i 一0 ( g h 2 ) 3 c n c h 3 一s i o ( c h 2 ) 3 o h 2 内h 2 型! 二茎兰里旦旦兰= 一二3 ( c h ；) 4占6 h 5 h - c o - c h - - n h _ a 图1 3 聚硅氧烷固定液的合成路径 式中a 为c a h 5 o c o ，r 为c h ( c h 3 ) 2 或c h 2 c h ( c h s ) 2 即n 卞氧羰基l 缬 氨酸或n 卞氧羰基l 亮氨酸。这两种固定液对氨基酸对映体的选择性不高，但 对氨基醇和胺类对映体的选择性很高。 r u d e r i s c h 等【3 8 】将间苯二酚与n 溴乙酰l 一缬氨酸叔丁酰胺反应所得的大环手 性化合物接枝到聚硅氧烷链上，得到了一种新的手性固定相。其应用于气相色谱 分离对映体，得到了很好的效果。 i a b e 【3 9 】等将( s ) 一( 一) - t - 白氨酸环丙酰胺、( s ) 一( ) 一t - 白氨酸环丁酰胺、( s ) 一( 一) 一t 一白 氨酸环戊酰胺等六种手性单体接枝到聚硅氧烷侧链上，制备了六种聚硅氧烷手性 固定相。这些手性固定相应用到氨基酸对映体的分离中，发现( s ) ( ) - t 白氨酸环 辛酰胺聚硅氧烷手性固定相对天冬氨酸具有较高的分离效率，这种特性已经应用 到人类齿质年代的推算中。 1 3 6 冠醚键合型手性固定相 冠醚是具有不同大小空腔的大环聚醚类化合物，其分子结构呈王冠状。王冠 状环的外沿是亲脂性乙撑基，内沿是富电子的氧。不同结构和大小的分子与冠醚 中的氧原子形成氢键的能力不同，与王冠状环腔大小的匹配性不同，从而使这些 不同结构和大小的分子得到分离。 冠醚键合型手性固定相主要用于拆分一些含有能够质子化的伯胺官能团的手 性化合物，尤其是用于分离氨基酸及其衍生物的对映体。为了与冠醚发生配合作 用，氨基必须处于质子化状态，因此，利用冠醚类手性固定相进行拆分时，一般 都使用酸性( 如高氯酸) 流动相。常用冠醚是“1 8 一冠一6 ，商品柱为日本 d a i c e l 公司的c r o w n p a k c r ( + ) 或c r ( 一) 柱。两柱手性拆分的出峰次序顺反，可以 满足对映体纯度分析时的不同要求。冠醚类化合物有剧毒且致癌，实验时必须要 8 一 贮b 一| ：f 5 叱一一 c i 引c 一 山东轻工业学院硕士学位论文 加以注意。 k o i d e 等1 4 0 将冠醚手性衍生物键合到带有负电荷的聚丙烯酰胺上，制备了毛 细管电色谱整体手性固定相，分离了1 2 种伯氨基化合物，分离效果良好。 z h a n g 等1 4 1 将冠醚衍生物和4 烯丙基二苯并1 8 冠6 共价结合到聚异丙基丙 烯酰胺水凝胶上，制备了具有热敏性的水凝胶即聚( n i p a c o c e ) 。这种水凝胶对 于手性药物对映体的拆分具有潜在的应用能力，有一定的研究开发价值。 1 4 基于天然手性单体的手性固定相的合成 手性是自然界的属性。在自然界，特别是在生物体中，手性化合物的两个对 映体的存在量是不同的，有的仅以单对映体存在。例如，构成蛋白质的氨基酸 都是l 氨基酸，而组成多糖和核酸的单糖则是d 单糖。许多其他天然存在的手 性小分子也主要以对映体中的一种存在。这种现象称为手性优择。在手性药物 中，来自天然产物或由天然产物衍生的手性药物占到很大的比例，例如喜树碱、 奎宁、紫杉醇、长春西汀、青蒿素、石杉碱甲和许多通过发酵产生的药物如青霉 素、红霉素等。天然产物药物是人类最早得益的手性药物重要资源，也是现代合 成药物的基础。很多天然化合物都可用作手性原料，如表1 1 所示： 表1 1 廉价手性原料和拆分试剂啪3 9 第l 章绪论 氨基酸羟基酸碳水化合物萜生物碱 l 一丝氨酸 l 一色氨酸 l 一酪氨酸 l 一缬氨酸 d 一苏氨酸 l 一苏氨酸 l - 谷氨酰胺 p 葡萄糖d 一( + ) 一薄荷醇 d 一葡糖醛酸内酯卜薄荷酮 d 一异抗坏血酸 d 一甘露糖醇 诺卜醇 ( 一) 一a 水芹烯 d 一甘露糖 ( - ) - c i 一蒎烯 d 一核糖内酯( + ) 一q 一蒎烯 d 一核糖( - ) - 一蒎烯 d 一葡糖二酸 d 一山梨糖醇 l 一山梨糖 d 一木糖 1 4 1 硅胶键联手性氨基酸类固定相的合成 ( r ) 一( + ) 一长叶 薄荷酮 徐修容等【钢制备了不同取代基的l 缬氨酸一酰胺型化学键合手性固定相，来 用于高效液相色谱法分离对映体。固定相的结构及具体合成路径见图1 4 ： 用 b o o n h h c c o o h _ b o c n h h c - c o n h r + n h 2 c h c o n h r ill 6 h ( c h3 ) 2 c h ( c h3 ) 2 c h ( c h3 ) ： c 6 hs c h 2 0 0 c ( c h 2 2 c o n h h c c o n h r c h f c h3 ) 2 ，h o o c ( c h 2 ) 2 c o n h h c c o n h r 竺竺! ：! 竺! ： c h f c h3 ) 2 。 ii c h2 c h 2 c h2 n h c o ( c h 2 ) 2 c o n h c h c o n h r c h f c h3 ) 2 r = c ( c h 3 ) 3 ( t b v s )c h 2 c h ：c h 2 c h 3 ( n b vs ) c h ( c h3 ，2 ( i p v s c h 2 c h ：c h j ( n p v s ) o c h v s ) o ( p h v s ) h ( a v sj 图1 4 手性l 一缬氨酸一酰胺型化学键合固定相的结构及合成途径 他们研究发现：无取代基的简单的酰胺固定相对于对映体完全没有拆分作 带有取代基的酰胺固定相，其取代基疏水常数值( 7 c 值) 和立体效应值 ( e s ) 对拆分效果有一定的影响，但兀值和e s 需要适当匹配才能使所得固定相有 最佳的拆分效果，同时，7 【值与容量因子之间没有规律关系。 1 0 山东轻工业学院硕士学位论文 徐修容等1 4 3 】还合成了一种新型手性l 缬氨酸叔丁酰胺型化学键合手性固定 相，来用于高效液相色谱法分离对映体。固定相的结构及合成路径如图1 5 所 不o a o e , n n c 。h c t h r t b 0 澌峄i c c 腑i c ( 啦h + 瑚j 田c 0 l 峨h e h ( c 1 3 ) 2 c h ( c h a h 6 h ( c 卜如 鳓蝴b 咖r 洲嘲b c , h ( o h h 图1 5l 一缬氨酸一叔丁酰胺型化学键合固定相的结构及合成路径 由图可以看出，与前面一个相比较它在主链上确定了一个叔丁基，以增强其 疏水性。徐修容的实验与h 绷1 等的实验相比较，结果表明，徐修容实验所得手 性固定相在1 0c m 长的色谱柱上分离所得到的d l 缬氨酸、d l 亮氨酸和d l 一苯 丙氨酸衍生物的分离因子0 【值均高于h a r a 4 3 】等在2 0e m 色谱柱测得的0 【值。 唐琴梅等【4 5 】在此基础上改变手性碳上侧链的结构，制备了多种l 氨基酸叔 丁酰胺型固定相，结构如图1 6 所示。通过实验对比结果表明，t b i l s 填充柱对 氨基酸、二肽以及洳氨基烃基膦酸衍生物的对映异构体的拆分效果最佳。 i j 下 一i 卜0 - r 洲2 b m 叱k 洲“m q 洲3 b c h 2 c h ( c h 3 ) 2 i b l s 图1 6 多种l 一氨基酸一叔丁酰胺型固定相的结构 刘晋钫等【4 6 】将主链的构成改变，制备了多种含有不同结构间隔基的l 缬氨酸 叔丁酰胺型键合硅胶手性固定相，结构如图1 7 所示： 图1 7l 一缬氨酸叔丁酰胺型键合硅胶手性固定相 第1 章绪论 实验结果表明，此类固定相对于对映体均有不同程度的拆分效果。其中间隔 基的性质对其拆分效果的影响比较大。间隔基的刚性增大，则削弱其拆分效果。 刘晋钫等【4 7 】将主链的结构再次改变，将主链上增加一个手性碳，制备了一类 新的手性固定相来拆分n 乙酰基。口氨基酸甲酯，n 乙酰基p 二茂铁基丙氨酸乙 酯和n 叔丁氧羰基亮氨酸甲酯的对映异构体。实验结果表明，他们制备的手性固 定相相对于由( d ，d ) 及( l ，l ) - n 叔丁氧碳基亮氨酰亮氨酸甲酯构成的外消旋体均具 有良好的拆分效果，分离度r 值高达1 7 9 。 l 一脯氨酸是一种非常重要的手性天然底物，周华【4 8 】等用l 脯氨酸代替l 缬 氨酸，并在主链末端用萘基替代叔丁基来制备高效液相色谱手性固定相，用其拆 分了4 种n 3 ，5 二硝基苯甲酰d l 氨基酸甲酯对映异构体。初步结果表明，这种 固定相对于对映异构体的选择性在1 0 4 - 1 1 8 之间。吴邦桂等【4 9 】也在这方面进行 了深入的研究。 祝馨怡等【5 0 】制备了l 苯丙氨酸硅胶键合手性配体交换色谱固定相，来用其进 行仅一氨基酸的直接光学分离。他们更换不同的氨基酸并且在其主链上增加容易形 成氢键的官能团来增强三点力。并且详细考察了流动相、p h 值、金属离子浓度、 流速、进样量和色谱柱温度等因素对于分离效果的影响，进一步优化了这种固定 相的色谱分离条件。祝馨怡等【5 l j 还使其与l 脯氨酸合成时，用于0 l 。氨基酸的直接 光学分离。祝馨怡等还对键含量进行了探讨，合成了两种不同键合量的l 脯氨酸 硅胶键合手性固定相【5 2 1 ，然后利用配体交换色谱法分离了一系列的0 l 。氨基酸，实 验结果表明，固定相的键合量的不同，对于0 【氨基酸的拆分能力影响较大。 离子型亮氨酸手性固定相【5 j j ( 结构如图1 8 所示) ，属于第二代“刷型”手性 固定相，目前已经商品化。共价型亮氨酸手性固定相【5 4 j ( 结构如图1 9 所示) ， 目前已经商品化，且应用非常广泛。缬氨酸手性固定相【5 5 】结构( 如图1 1 0 所示) ， 已经商品化。由图可以看出他们增加了酰胺键的数量，并引入容易形成氢键的官 能团，在对固定相的结构的修饰方面取得了进展。吕海涛等【56 j 也对此机理进行了 探讨。适用于高效液相色谱的硅胶键合手性l e c 固定相是由g t i b i t z 等【5 7 。5 8 】发展 起来的，其手性固定相代表结构如图1 1 l 所示。它们键合的配体分别是l 脯氨 酸、苯丙氨酸、缬氨酸、组氨酸、羟脯氨酸、酒石酸和氮杂环丁烷羧酸等。 n 0 2 n o 。 。 c 1 2 n l c o n h 牟h c 0 2 h 3 n ( c h 2 ) 3 一号i ( ：h 2 c h ( c h 3 ) 2l 0 2 n 图1 8 离子型亮氨酸手性固定相结构式图1 9 共价型亮氨酸手性固定相结构式 1 2 一 ol b 叱k呤 h c 训删 h hc l c 州0 山东轻工业学院硕士学位论文 l h 可c 1 咀o r 心q 罗r iii 一“3 i r rh i 图1 1 0 缬氨酸手性固定相结构式图1 1 1 硅胶键合手性l e c 固定相结构式 d a v a n k o v 5 9 】等曾经对手性配体交换色谱法进行了研究评述，这种色谱法很多 都是采用刚性环状结构的光学活性脯氨酸或羟基脯氨酸键合相作为色谱柱填料【6 m 6 3 ，j e a n n e r e t - g r i s 等畔】曾经采用l ，2 ，3 ，4 四氢3 异喹啉羧酸接枝的聚丙烯酰胺相 拆分氨基酸对映体。龙远德等【6 5 】基于l 苯丙氨酸制备了一种新型配体交换色谱键 合手性固定相( s ) 1 ，2 ，3 ，4 四氢3 异喹啉羧酸。o i 等【6 6 柳】分别将n 3 ，5 二硝基苯酰 基d 1 萘) 甘氨酸、3 ，5 二硝基苯基氨基羰基l 特亮氨酸和3 ，5 二硝基苯基氨 基羰基l 缬氨酸共价键合到3 氨丙基硅烷化的d e v e l o s i l 硅胶上。这种硅胶键联 手性氨基酸固定相可用来分离1 9 种羧酸和较为复杂的氨基酸衍生物的对映异构 体。 y a n o 等【6 8 j 人首先合成出一种缬氨酸的衍生物( 氨基中的一个氢被甲基丙烯酰 基置换，羧基中的羟基被叔丁胺基置换) ，然后以其为功能单体，制备出对多肽衍生物 具有选择分离能力的印迹聚合物。 z i l i nc h e n 等【6 9 】在引入羟基的同时，还加入了c u ( i i ) ，通过溶胶凝胶法制备 了一种手性固定相，结构如图1 1 2 所示： a a ：a m i n oa f y l a m i d e l e - c s p l ：l - p h e n y l a l a n i n a m i d e l e c sp ：2 ：l - a l a n i n a m i d e l e - c s p 3 ：l - p r o l i n a m i d e 图1 1 2 固定相分子结构 他们通过对p h 值、流动相中乙腈的含量、缓冲组份和温度来研究其分离效 率，实验结果表明，这是可以被广泛应用的手性固定相。对于这种固定相的手性 识别机理，g i a n n ig a l a v e m a 等【7 0 】在流动相中加入c u ( i i ) 后进行了研究，他们在实 验中发现，手性的区分产生的原因，一是因为在某阶段非对映异构复合结构的形 成，二是因为溶液中形成的中性三重非对映异构 c u l h 1 a 固定相的不同的亲 合力。z i l i nc h e n 等【7 1 】也对此进行了研究。在国内，丁国生等【7 2 】用简易的方法制 1 3 一 篇 一 第1 章绪论 备了c u ( i i ) l 羟脯氨酸键合手性固定相，可以分离部分常见的氨基酸，分离效果 良好。 j u n m i nh u a n g 等【7 3 】基于脯氨酸通过增强主链的刚性和引入羰基合成了多种手 性固定相，对它们的手性分离效能进行了研究。实验结果表明，寡脯氨基酸的 c s p 2 、c s p 4 、c s p 5 $ i c s p 6 相对于他们的单体脯氨酸类似化合物来说，可以作为 通用的手性色谱柱。但这种手性固定相的选择性受被分离物的化学结构的影响很 大，需要进一步探索，以提高其稳定性和