环糊精类高效液相色谱固定相的研究进展

文献综述环糊精类高效液相色谱固定相的研究进展Ξ陈 慧 王琴孙南开大学元素有机化学研究所 天津摘要 对高效液相色谱中的Β 环糊精及其衍生物手性固定相的发展过程进行了综述 引用文献 篇∀关键词 高效液相色谱法 Β 环糊精及其衍生物 手性固定相中图分类号 文献标识码 文章编号前言在自然界中 手性现象无处不在 如生物体内的氨基酸 核酸 糖类 酶 生物碱等 其分子多属于不对称分子∀随着生命科学 尤其是生命化学和药物化学的发展 人们已经认识到并开始重视手性药物异构体在生物体内的生理作用和代谢过程的差别∀例如震惊世界的沙立度胺致畸事件 研究结果表明 它完全是由于 Σ 异构体所致∀杀虫剂溴氰菊酯有 种光学异构体 但只有 反式体和 顺式体杀虫活性最强 芳氧基丙酸酯类除草剂中仅 对映体有效 ∀鉴于有机分子的立体结构与其生物活性的特殊关系 年美国食品和药物管理局规定 今后凡是发展具有不对称中心的药物 必须给出手性拆分结果 ∀欧共体也采取了相应措施∀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∀为了适应科学发展的需要 科学家们已经把注意力集中在手性化合物的色谱分离方法的研究上∀不对称合成的发展也促进了手性色谱法的建立以测定合成的起始物质 中间体和最终产物∀ 年 月在巴黎召开的第一届国际手性分子分离会上 的文章是涉及色谱的 ∀近 年来 随着各种新型手性固定相的不断出现 给手性色谱分离带来了前所未有的活力∀目前 用于色谱分离的手性固定相已有 多种 ∀本文从环糊精 简称 的结构特征出发 综述环糊精及其衍生物作为液相色谱手性固定相的发展过程∀环糊精的结构特征早在 年 发现由芽孢杆菌产生的 葡萄糖转移酶作用于淀粉 可以制得一类白色结晶状化合物 这类化合物就是 ∀此类化合物为 吡喃葡萄糖单元以Α 糖苷键以椅式构象相结合而形成的环状低聚糖 通常为含 ∗ 个吡喃葡萄糖单元 可用作色谱固定相的为分别含 个葡萄糖单元的Α Β Χ ∀的结构如同一个中空的圆台∀对于Β 而言 外表面有 个伯羟基位于空腔的细口端 个仲羟基位于空腔的阔口端 其中 个羟基指向顺时针方向 另外 个羟基指向逆时针方向∀空腔内部只有氢原子及糖苷氧原子 具有疏水性 而空腔端口的羟基使 外部具有亲水性∀每个葡萄糖单元有 个手性碳原子 这种结构因素能对手性化合物起到识别作用∀而端口羟基的衍生化不仅可以改变 的亲水性 而且对 空腔的形状也有很大的影响∀这些结构及性质的改变更加扩大了 的应用范围∀环糊精类固定相的发展过程最初应用于薄层色谱固定相∀对于高效液相色谱而言 有很好的光学纯度并且不干扰紫外光第 卷第 期色 谱年 月Ξ收稿日期 修回日期作者简介 王琴孙 男 南开大学元素有机化学所教授 博士生导师 已发表论文 余篇 陈慧 女 南开大学元素有机化学所 级博士生∀通讯联系人 王琴孙谱对化合物的检测 因此可将其键合到合适的载体上制备手性固定相 也可用于流动相添加剂∀从应用的观点看 手性流动相添加剂具有一定的优势 因为这种方法在技术上容易实现 可以用常规的非手性色谱柱∀但是应用手性流动相添加剂方法也有不少难以克服的缺点而限制了其应用 一是由于 在水相中溶解度低使其在流动相中难以达到理想的浓度 二是如果形成的包结物溶解性稍差 就会冒着在进样口和柱入口处堵塞的危险 三是用流动相添加剂的方法具有相对小的对映体选择性∀这些问题如果应用 键合相就不会碰到 因而更多的研究者把兴趣放在 键合相的研究上∀及其衍生物键合相的制备有不同的方法 根据 键合到硅胶上方式的不同 主要分成两类¬ 首先把空间臂键合到硅胶上 使硅胶具有一个适当长度的链 在空间臂的另一端留出一个活性基团再和 偶联∀­ 以硅烷为空间臂和 中的羟基偶联 然后再把空间臂的另一端键合到硅胶上 ∀方法­有一个优点 即在无水的条件下 它能产生单一的很好的特征化硅胶表面 该表面只含有 键合部分∀相反 方法¬倾向于产生混合的离子化固定相 既有 键合部分 又有 非键合部分 这是由于 和空间臂的活性基团的不完全偶合反应造成的∀因此 对于方法¬制备的固定相 虽然已有商品化色谱柱 ∗但其形成包结物机理的复杂性给估算热 动力学和理论参数带来了一些困难∀等 首先通过两种不同的乙二胺链节把 键合到硅胶上 用于芳香族化合物位置异构体的分离∀该方法的好处是可以用 定量和的羟基反应 然后再用氨基硅胶来取代对甲苯磺酰基 使每个 单元都有相同的空间臂同硅胶表面相连接∀ 等用相同的合成方法 以 种不同的氨基硅胶为空间臂 分别制备了 种 固定相 成功的分离了芳香化合物的位置异构体∀其合成路线如下等人 发展了一类具有多种作用模式的含氮的手性固定相 其合成过程和 合成的手性固定相的过程相似 固定相的类型如下图所示用该固定相 作者拆分了氨基酸 吩噻嗪及其相关药物∀以上合成固定相的方法虽然在分离化合物上取得了一定的成功 但却有几个难以避免的缺点 固定相的不稳定性 限制了其使用范围 的键合量低 而高的 键合量是提高对映体选择性的必要条件 固定相的选择性受氨类型的影响在合成过程中不可避免地会有氮氧化物的形成 一些额外的保留过程使其保留机理复杂化 合成过程繁杂∀这些缺点限制了这种合成固定相方法的应用∀年代初期 等∗对 类手性固定相也进行了较多的研究 他们合成固定相的路线如下图所示色 谱第 卷用这种合成方法使硅胶表面上固化的 量更少∀ 等人 还研究了硅胶粒度对硅胶表面固化 量的影响∀结果表明 用 Λ 的硅胶得到的固化的 的量比 Λ 硅胶高出 倍∀ 等人 把该类固定相用异氰酸酯处理后合成了乙酰化和氨基甲酸酯化的 类固定相 分离了十几种氨基酸 取得了较好的分离效果∀年 等人发展了一种新的方法以克服以上缺点来进行 键合固定相的合成 其过程如下图所示该方法的采用使硅胶表面的 键合量提高了 倍 而且采用方法­合成 减少了保留过程的复杂性 产生单一特征化的只含 键合相的硅胶表面∀随着科学的发展 对固定相的研究提出了更高的要求 希望它能对更多的化合物具有异构体选择性或希望它对某几类化合物具有非常高的异构体选择性 于是出现了衍生化 固定相∀ 年等用异氰酸酯类化合物对 衍生化来合成衍生化的 固定相 分离了几种氨基酸 在合适的色谱条件下化合物得到了很好的分离∀等人对 键合固定相的发展作出了杰出的贡献∀基于含氮原子 键合相的缺点发展了一种不含氮的 键合相∀这种键合相中 分子以 到 个原子空间臂和硅胶相联结 具有抗水性 很稳定 可以用于反相以及正相系统 已成功地解决了一些难以分离的对映体的拆分 ∗∀ 等人把Β 的 位的羟基用甲基或乙酰基官能团化 这种亲水性的变化同时也改变了 键合相的选择性 一些在Β 键合相中不能得到完全分离的化合物在衍生化的Β 柱上得到了很好的基线分离∀ 等 还首次成功地开发了Α 的键合相 用反相条件对对映体直接拆分 快速分离了 种化合物 包括色氨酸 苯丙氨酸 酪氨酸及其类似物∀这类化合物以前在Β 环糊精上是不容易被拆分的∀这是因为Α 空腔体积比Β 小得多 因而可与小分子形成稳定的包结物∀ 等人 ∗还制备了一系列酰基和异氰酸酯衍生化的Β 此类固定相的合成过程如下 把Β 键合到 Λ 的硅胶上 Β 键合相用异氰酸酯或酰氯衍生化∀由于衍生化的Β 中引入了可形成Π Π相互作用 氢键和偶极堆积作用的基团 大大扩展了Β 分离化合物的范围∀此类固定相不仅可以用于反相系统 而且在正相体系下也对手性化合物进行了成功地分离∀和未衍生化的Β 相比 衍生化的Β 分离异构体的机理并非一定依赖于包结物的形成∀本文还比较了衍生化的Β 固定相和纤维素类固定相的相似点和不同点 指出随着固定相种类的增多 开展固定相之间比较的研究很有必要∀该类固定相的结构如下图第 期 陈 慧等 环糊精类高效液相色谱固定相的研究进展等人 还合成了 Ρ Σ 和Σ 羟基丙基的Β 固定相 并对此固定相合成效果进行了评价 有效地拆分了羧酸 氨基酸衍生物 联萘酚以及一些杂环化合物的异构体∀等人 合成的苯基异氰酸酯衍生化的Β 具有双官能团的特征∀此工作的成功之处在于除了和空间臂相连的一个羟基外 其余的 个羟基全部衍生化∀羟基衍生化程度的增大 有利于提高手性柱的立体异构体选择性∀一些在传统的手性柱上难以分开的物质 如阻断剂 氨基酸等在该柱上都得到了很好的分离∀等人 制备了含 二甲基苯基氨基甲酸酯化的Β 固定相∀他们采用 种不同的制备方法 用不同的空间臂 合成了 种手性固定相 分离了 种不同类型的对映体 比较了不同空间臂的影响 以及不同合成方法产生的固化的氨基甲酸酯衍生化的Β 的量和Β 取代度对合成的手性固定相的对映体选择性的影响∀结果表明Β 上氨基甲酸酯取代度越大 化学键合的衍生化Β 的量越多 对化合物的立体选择性就越强∀他们还研究了封底 对异构体选择性的影响 表明其影响不大∀等人 分别将衍生化的Α Β Χ 的立体异构体选择性作了比较 结果表明每一种不同的手性固定相对不同的外消旋体表现出最高的立体异构体选择性∀等人 合成了不同空间臂的Β 固定相∀在合成过程中 他们先让空间臂和Β 相接 所得产物再和硅胶键合 研究了不同的空间臂键合的Β 固定相键合量和每个 单元的空间臂数目等 分离了 种外消旋化合物∀结果表明 以单空间臂键合的固定相能提供更有效的手性识别能力∀等人 合成了一种氨基 甲基 Β 固定相 研究了一些化合物在该类固定相上的保留行为∀结果表明 多点识别模式和包结物机理同时出现∀等人 ∗用两种方法合成了Β 聚乙烯胺固定相来分离各种芳香化合物的位置异构体∀第一种方法 首先将 氧 对 甲 苯磺酰基 Β 偶联到聚乙烯胺上 然后涂布到 硅胶上 最后和 氯 环氧丙烷或者丁基二醇二环氧甘油醚进行交联 用涂布的方法来制备高效液相色谱固定相∀第二种方法 首先将聚乙烯胺涂布到硅胶上并且进行交联 再和 氧 对 甲 苯磺酰基 Β 偶联∀通过元素分析对合成的固定相的特性进行了表征∀他们讨论了聚合物中氨基的贡献以及Β 空穴和有机修饰剂对分离过程的影响∀结果表明该固定相的分离存在两种机理 即包结物机理和酸碱内部作用机理∀等人 合成了一种正相模式高效液相色谱衍生化的Β 的固定相∀在此类固定相上分离了 个不同类型的化合物 研究了每个Β 上氧 对 甲 苯磺酰基 Β 的取代度以及Β上不同衍生化基团对手性分离的影响∀结果表明 随着Β 上取代基团的增加 大部分外消旋体的容量因子增大 而Β 上衍生化基团却不同 它能分离几乎所有相同类型的外消旋体 尽管色谱分离机理并不相同∀等人 ∗合成了Β 的聚合物固定相 并将它用于反相液相色谱分离对映异构体∀该类固定相的结构如下图所示同时他们还合成了甲基化Β 聚合物和乙酰化Β 聚合物∀在此类固定相上分离了几种香豆素衍生物 氨基酸衍生物及巴比妥酸盐等几类化合物 比较了Β 及其衍生化后的聚合物的分离能力∀结果表明 在很多情况下不同的固定相有相反的立体异构体选择性∀等人 制备了未衍生化的Β 氧 甲基 Β 和 氧 二甲基 Β 键合固定相 在反相色谱条件下分离了 种 二硝基苯基氨基酸 比较了 种不同固定相上各个化合物的分离情况∀结果表明Β 衍生化后立体异构体选择性大大提高∀等人 合成了十八烷基取代的Β 然后通过疏水反应动态地涂到 硅胶上 分离了一些取代苄醇的几何异构体∀和 硅胶柱相比 涂上十八烷基取代的Β 的 硅胶柱对取代苄醇的色 谱第 卷几何异构体的分离效率提高了很多∀等人 发展了苯基氨基甲酸酯衍生化Χ 固定相并讨论了手性识别机理∀ | 等人 制备了乙酰衍生化和未衍生化Β 键合固定相 分离了 对旋光异构体化合物和两系列位置异构体化合物 比较了在乙酰衍生化和未衍生化Β 键合固定相上化合物结构对保留和立体异构体选择性的影响 并测定了圆二色光谱 证明在不同的色谱柱上手性识别机理不相同∀我国也有一些色谱工作者对液相色谱 类固定相进行了研究∀黄天宝等人 从 的结构特征出发评述了毛细管气相色谱和高效液相色谱的 固定相的进展及在手性化合物分离中的应用∀早在 年 陆懋荪等人 通过醚键形式把Β 键合到硅胶上制备了高效液相色谱手性固定相 成功地分离了取代芳烃 醇类 羧酸及氨基酸等化合物∀黄天宝等人 制备了不含氮的Β 固定相 采用红外光谱 元素分析和低温吸附法对此键合相进行了表征 评价了此固定相的色谱性能∀结果表明 该类固定相的键合量高 性能稳定∀史坚等人 以 硅胶为载体 氨基丙基硅烷为烷氨化试剂 选择己二酰氯为空间臂给体 将苯基异氰酸酯Β 键合到 上 用三甲基氯硅烷对制得的键合相进行末端封闭∀结果表明 末端封闭后的衍生化Β 固定相的分离程度明显优于末端未封闭的相同类型固定相∀结束语从 年代至今 已商品化用于高效液相色谱分离对映体的 及其衍生物手性固定相发展很快 已达到 多种∀最初人们只是为了降低 的亲水性 对 的羟基烷基化 得到具有不同疏水性的 ∀发展到后来 人们结合 型手性固定相的特点 有意识地引入具有不同作用位点的衍生化基团 如氢键作用 Π Π相互作用 静电作用 偶极堆积等 或者引入手性官能团来分离更大范围的光学活性物质∀结果表明 作用位点的增多 在很大程度上扩大了 分离化合物的范围∀人们根据欲分离化合物的结构特点有目的地合成或选择相应的衍生化 手性固定相 已成为当今色谱领域研究的热点∀参考文献山本出 深见顺一著 程天恩 张育仓 徐逸楣等译 农药的设计与开发指南 北京 化学工业出版社 李正名 有机立体化学进展 北京 中国轻工业出版社林炳承 色谱 ∗陈传福 任长玉 习 复 色谱 ∗第 期 陈 慧等 环糊精类高效液相色谱固定相的研究进展黄天宝 龙远德 王 红 色谱 ∗ 陆懋荪 于东海 王吉顺等 色谱 ∗黄天宝 吴邦桂 龙远德等 分析化学∗史 坚 邵 芸 邹公伟 色谱 ∗Β-ΧψχλοδεξτρινΒονδεδΣτατιοναρψΠηασεσφορΧηιραλΣε αρατιονινΗΠΛΧΙνστιτυτεοφΕλε εντο ΟργανιχΧηε ιστρψ ΝανκαιΥνιϖερσιτψ Τιανϕιν ΧηιναΑβστραχτ Β ΒΚεψωορδσ Β色 谱第卷。