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[接受日期] 2008 05 22*通讯作者: 狄斌,副教授;研究方向: 药用色谱材料研究、中药复方代谢研究;Te:l 025 ********; E m ai:l dd w 888@v i p .si na .com纤维素类高效液相色谱手性固定相赵敬丹1, 狄 斌1,2*, 冯 芳1,2(1.中国药科大学药物分析教研室,江苏南京210009;2.药物质量与安全预警教育部重点实验室,江苏南京210009)[摘 要] 在液相色谱分离中,将纤维素衍生物作为手性选择体及固定相以分离对映体,是最广泛采用的方法之一。
介绍涂敷型及键合型纤维素手性固定相的分类和最新研究进展,并展望了纤维素类高效液相色谱手性固定相的发展趋势。
[关键词] 手性固定相;纤维素;对映体分离;H PLC[中图分类号] O 657 7 [文献标识码] A [文章编号]1001-5094(2008)10-0447-07The Cell u l ose Chira l Stati onary Phases i n H PLCZ HAO Ji n g dan 1, DI B in 1,2, FE NG Fang1,2(1.D epart m ent of P har m aceutical Anal y sis ,China Phar maceutical University,N anjing 210009,China;2.K ey Labora tory of Drug Quality Control and Phar m acovi g ilance,M inistr y of Education,N anjing 210009,China )[Abstrac t ] C ell u l o se deri v atives are w i d ely used as chro m atograph ic chira l se lectors i n ch iral stati o nary phases(CSP)f o r separating enantio m ers by H PLC ,wh ich represen t no w adays one o f t h e m ost popu lar types o f CSP.The classificati o n and the recent research advances o f coated and bonded ce llulose chira l stationary phases w ere i n troduced i n this paper ,and the trend o f cell u l o se ch iral stationary phases i n HPLC w as a lso fo recas.t[Key w ords] Ch iral stationar y phases ;Cellulose ;Enanti o m er separations ;HPLC 在液相色谱分离中,多糖衍生物是已商品化的手性固定相(ch iral stati o nary phases ,CSP)中应用最广泛的类型之一。
多糖是具有天然光学活性的高分子化合物,而其葡萄糖单元上的羟基易于被修饰和衍生化,表现出特殊的手性识别能力。
纤维素是 D 葡萄糖单元通过1,4 糖苷键连接而成的线状聚合物,具有高度有序、呈螺旋型空穴的结构,为了降低其极性、提高对映体的选择性,常用相关的酰氯化合物和异氰酸酯将其衍生化。
自20世纪70年代,Ger hard H esse 和Robert B H agel(Chro mato graphia,1973年)发现微晶纤维素三乙酯具有高的手性识别能力以来,人们对纤维素类手性固定相日趋关注,研究也不断深入。
纤维素类手性固定相按其物理形态可分为整体微球型固定相、涂敷型固定相和键合型固定相3种类型。
整体微球型固定相不使用担体,直接将多糖衍生物制备成多孔微球作为色谱固定相,降低了成本,同时提高了溶质柱载量,特别适合于制备性拆分,但流动相选择范围窄,且不适于在高压下使用,目前对其的研究较少;涂敷型固定相是将多糖衍生物涂敷于担体表面,拆分能力强,但流动相的选择范围比较窄;键合型固定相则是将多糖衍生物键合于担体表面,扩大了流动相的选择范围,但拆分能力弱于涂敷型固定相。
本文主要介绍涂敷型和键合型纤维素类手性固定相的研究和进展情况。
1 涂敷型纤维素手性固定相1 1 涂敷型纤维素手性固定相的载体首次成功将纤维素衍生物涂敷在硅胶上用于手性化合物拆分的是日本科学家Yoshio Oka m oto 等人(Che m Lett ,1984年)。
一直以来,硅胶是最常用于制备涂敷型手性固定相的载体。
最初使用的硅胶均预先经过硅烷化试剂处理,而氨丙基硅胶被认为是最适用于制作涂敷型手性固定相的载体,因为氨基的极性低于硅羟基,可减少硅胶表面裸露的酸性硅羟基与手性化合物之间的非立体选择性作用。
而且由于氨基与纤维素衍生物之间易形成氢键,可使衍生物分子有序地排列在担体表面,这有利于其与手性分子的相互作用。
但硅烷化也存在一定的问题:硅烷化反应会减小硅胶的孔径和孔体积容量,而使固定相的手性识别性能降低。
p H 值对硅胶的色谱性能、分离效率影响较大:当p H >8时,硅胶骨架会被溶解;而当p H <3时,硅氧烷键又因慢慢水解而脱离硅胶表面使填料变性。
硅胶还存在不耐高温的问题。
因此近年来,具有良好化学稳定性和独特选择性的氧化锆色谱填料受到了广泛的关注[1 2]。
1 2 涂敷型纤维素手性固定相的类别1 2 1 均一取代的纤维素衍生物手性固定相 纤维素苯甲酸酯类衍生物的手性识别能力一方面来自外消旋化合物手性中心附近的功能基与衍生物上的羰基和苯环之间的氢键作用、偶极-偶极相互作用及 键相互作用,另一方面来自外消旋化合物在手性空腔中的空间适应性。
当分子结构中有一个推电子取代基的苯甲酸酯时,其手性识别能力优于分子结构中有一个吸电子取代基的苯甲酸酯。
在这类固定相中,纤维素-三(4 甲基苯甲酸酯)(CT M B)对许多手性化合物显示出较强的手性拆分能力,对此已有不少文献报道[3 10]。
纤维素苯基氨基甲酸酯及其衍生物主要的手性识别位点是氨基甲酸酯残基,具有极性基团的外消旋化合物通过氢键、偶极-偶极相互作用而达到手性分离。
相邻葡萄糖单元上的氨基甲酸酯残基之间通过分子内氢键形成的高级结构也是获得高手性拆分的重要原因之一。
在苯基的3位或4位无论引入吸电子基或推电子基都能提高纤维素苯基氨基甲酸酯的手性分离能力。
在众多衍生物中,纤维素-三(3,5 二甲基苯基氨基甲酸酯)和纤维素-三(3,5 二氯苯基氨基甲酸酯)表现出极高的手性拆分能力。
但后者易溶解在醇-烃混合溶剂中。
Francotte 等[11]借助嵌入式汞放电灯、激光灯照射或在光敏剂存在的条件下使衍生物之间发生交联,将衍生物固定在载体上。
该固定相对溶剂有高度的稳定性,且能充分保持高分离能力。
另外,当纤维素衍生物上的苯环同时有供电子取代基和吸电子取代基时,对许多外消旋体有高分离能力,比如纤维素-三(3 氯 4 甲基苯基氨基甲酸酯)、纤维素-三(4 氯 3 甲基苯基氨基甲酸酯)、纤维素-三(3 氟 4 甲基苯基氨基甲酸酯)等。
有研究发现,在相同条件下,纤维素-三(3 卤素 5 甲基苯基氨基甲酸酯)对某些外消旋化合物的拆分效果甚至优于纤维素-三(3,5 二甲基苯基氨基甲酸酯),并且由于其在20%以下的异丙醇-正己烷溶剂中几乎不溶解,故柱寿命比纤维素-三(3,5 二氯苯基氨基甲酸酯)的更长[10]。
在Da ice l 公司已上市的此类涂敷型手性柱中,CH I R LCEL OD[硅胶表面涂敷有纤维素-三(3,5 二甲基苯基氨基甲酸酯)]和C H I R LCELOJ[硅胶表面涂敷有纤维素-三(4 甲基苯甲酸酯)]的应用最为广泛。
1 2 2 区域选择性取代的纤维素衍生物手性固定相 根据葡萄糖结构单元上的伯羟基和仲羟基反应活性的不同,可以在葡萄糖单元上衍生不同的取代基,如在C2、C3和C6位衍生不同的苯甲酸酯或苯基氨基甲酸酯,并由此生成4种不同的衍生物(1~4)[12]。
20世纪90年代,Yuriko Ka i d a 和Yoshio Oka m oto(Bull Che m Soc Jpn ,1993年)制得的纤维素-三(3,5 二甲基苯基氨基甲酸酯)和纤维素-三(3,5 二氯苯基氨基甲酸酯)对许多异构体显示出极高的手性拆分能力。
为了研究这种拆分能力的特点,他们首次在C6和C2、C3位分别引入苯环上含不同取代基的氨基甲酸酯,得到了CSP 1(5)和CSP 2(6),结果发现,这些衍生物的分离能力与对映异构体结构相关。
而当C6和C2、C3位的取代基为不同的苯甲酸酯时,也得到了类似的结果。
此后不久,F li x (J Chro m atogr A ,1996年)发现,在C6位引入手性苯乙基氨基甲酸酯,如CSP 3(7)和CSP 4(8)可以提高纤维素类手性固定相的选择性,对某些对映体可获得高的分离因子。
但是,C6位并不是手性选择的活性位点。
在C6和C2、C3位分别衍生有苯甲酸酯和苯基氨基甲酸酯的纤维素衍生物CSP 5(9)、CSP 6(10)、CSP 7(11)对于对映体的保留在很大程度上受其苯环上取代基的空间位阻而不是电性效应的影响,并且分离和保留是独立的。
与C H I RLCELOD 相比,C6和C2、C3位分别衍生有氨基甲酸酯和苯甲酸酯的纤维素衍生物手性选择性相对较低。
可见,这种区域选择性取代衍生物的手性识别能力并不是取代基作用的简单加合,而是由纤维素规整有序的高级结构所决定的。
并且,区域选择性取代存在的问题是:当C6位脱去三苯基甲基保护基时,C2、C3处会发生部分去氨基甲酸酯化;而C6位三苯基甲基的存在使C2、C3处难以完全酯化,即区域选择性取代最终产物是C2、C3和C6位分别含有不同比例取代基的衍生物。
虽然对涂敷型手性固定相的研究较多,但是,涂敷型手性柱在以四氢呋喃、三氯甲烷、丙酮等一些有机溶剂为流动相时,会使纤维素衍生物溶胀和溶解,导致空间结构被破坏而失去手性识别能力,这大大限制了该类手性柱的使用。
2 键合型纤维素手性固定相键合型手性固定相是将纤维素衍生物固定于载体表面,从而扩大了流动相的使用范围,使很多在常规流动相中不能被分离的对映体能够通过流动相的改变而被拆分[13 16]。
但由于键合反应会破坏纤维素衍生物有序的二级结构和超分子结构,从而使其手性选择性降低,所以在选择固定相时要均衡利弊。
