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化学合成中的手性控制技术手性控制技术是在化学合成过程中，用于控制手性（立体构型）的一种技术方法。
手性化合物是由手性分子构成的，其分子结构在空间中是不对称的，分为左旋（L）和右旋（D）两种。
手性分子在生命体系中起着非常重要的作用，例如药物的生物活性往往与其手性密切相关。
因此，手性控制技术在合成药物、农药和天然产物等领域具有重要的应用价值。
一、手性产物的控制方法1. 消旋法消旋法是一种常见的手性控制技术，它通过将手性混合物经过手性分离或拆分得到纯的手性化合物。
该方法可以通过物理方法或化学方法实现。
物理方法主要包括手性晶体生长和手性色谱分离。
手性晶体生长是利用手性晶种催化手性晶体的生长过程，使得手性物质得到手性纯度较高的手性晶体。
手性色谱分离是利用对手性分子的亲和作用，通过手性固定相将手性混合物分离成左右旋两个单独的手性化合物。
化学方法主要包括催化不对称合成和对映选择性反应。
催化不对称合成是利用具有手性配体的催化剂，使反应生成的产物具有一定的手性选择性。
对映选择性反应是指某些化学反应在非对映异构体物质中选对进行，从而实现手性产物的选择性合成。
2. 反应选择性法反应选择性法是指通过选择性的反应，将一种手性混合物中的一种手性单独起反应，从而得到目标手性产物。
反应选择性法主要包括基于对映选择性催化剂的反应和基于对映选择性试剂的反应。
基于对映选择性催化剂的反应是指利用具有手性配位体的金属催化剂，使得手性物质发生选择性的化学反应，得到手性纯的产物。
基于对映选择性试剂的反应是指选择性使用具有手性诱导基团的试剂，使得反应中只存在一种手性产物。
二、手性控制技术的应用1. 药物合成手性控制技术在药物合成领域具有广泛的应用。
药物的手性非常重要，因为两个对称的手性异构体常常具有不同的生理活性和药理学特性。
利用手性控制技术可以合成纯的手性药物，提高药物的疗效和减少副作用。
2. 农药合成农药的手性同样对其活性具有重要影响。
通过手性控制技术，可以选择性地合成某种手性的活性成分，提高农药的效果和降低对环境的污染。
手性合成的原理与应用1. 什么是手性合成手性合成是指合成手性分子的过程，其中手性分子是由不对称原子或官能团构成的分子。
手性分子具有非对称的立体结构，其镜像分子无法通过旋转或平移使其与原分子完全重合。
手性分子在化学和生物学领域具有广泛的应用，如药物研究和催化反应。
2. 手性分子的分类手性分子可以分为两类：手性骨架和手性中心。
2.1 手性骨架手性骨架是指由不对称原子或官能团组成的分子的骨架。
手性骨架通常由一个或多个手性中心围绕着，通过手性中心上的不对称原子或官能团来决定分子的手性。
2.2 手性中心手性中心是指分子中存在的一个碳原子，它四个键上的基团都不相同。
由于手性中心的不对称性质，使得该碳原子与其它原子或基团形成的立体异构体无法通过旋转或平移与原分子完全重合。
3. 手性合成的原理手性合成的原理基于对手性骨架或手性中心的选择性反应。
3.1 手性合成方法3.1.1 对映选择还原对映选择还原是一种通过选择性还原反应来制备手性分子的方法。
在对映选择还原中，通过使用手性还原剂使产物在还原过程中选择性地形成一种手性。
3.1.2 外消旋代替外消旋代替是一种将光学活性的控制点从一种对映异构体转移到另一种对映异构体的方法。
在这个过程中，两种手性的反应物分别产生两种对映异构体，然后通过选择性转化来形成所需的手性产物。
3.1.3 手性诱导合成手性诱导合成是一种利用手性诱导剂促进手性反应的方法。
手性诱导剂的存在能够引导反应产生特定手性的产物，通过靠近和作用于分子的手性环境来实现手性选择。
3.2 手性合成的挑战手性合成面临着几个挑战，包括选择性、效率和环境友好性。
3.2.1 选择性手性合成需要高度选择性的反应来产生纯度高的手性产物。
选择性是指反应在多个可能的反应路径中选择其中之一的能力。
3.2.2 效率手性合成需要高效的反应条件和方法，以确保高产率的手性产物。
效率是指反应在给定条件下产生目标产物的速度和产率。
3.2.3 环境友好性手性合成需要在环境友好的条件下进行，以减少对环境的影响。
手性材料的合成与性质研究一、引言手性材料是现代材料科学一个重要的研究领域，其具有丰富的洛克区分异构体和光电磁响应等特点。
研究手性材料的合成与性质对于理解和应用手性现象具有重要意义。
本文将介绍手性材料的合成方法以及其在光电子学、药物和生物科学等领域中的应用。
二、手性材料的合成方法1. 手性诱导法手性诱导法是合成手性材料的常用方法之一。
该方法通过引入手性诱导剂来诱导材料分子的手性。
手性诱导剂可以是手性小分子，也可以是手性聚合物。
通过与材料分子作用，手性诱导剂能够让材料分子按照特定的手性排列，从而形成手性结构。
2. 手性催化法手性催化法是合成手性材料的另一个重要方法。
该方法利用手性催化剂来催化反应过程中的手性转化。
手性催化剂通常是具有手性中心的有机化合物，通过其特殊的立体结构与反应物发生作用，使得反应物在反应过程中选择性地生成手性产物。
3. 分子模板法分子模板法是一种利用分子模板来合成手性材料的方法。
分子模板是具有手性结构的分子，通过与反应物作用，可以选择性地催化反应或者诱导反应方向，从而合成特定的手性产物。
分子模板法常用于有机合成中，尤其在合成手性药物方面具有广泛的应用。
三、手性材料的性质研究手性材料具有与普通材料截然不同的性质，其研究对于理解手性现象的原理具有重要意义。
1. 对旋光性的研究旋光性是手性材料最基本的性质之一。
旋光性是指材料对入射光产生的旋光偏振光的旋转效应。
通过测量材料的旋光度和旋光方向，可以了解材料分子的立体结构和手性度。
旋光性对于药物合成和分析等领域具有重要的应用价值。
2. 对非线性光学性质的研究手性材料具有丰富的非线性光学性质。
非线性光学性质是指材料在光强较高时，表现出与光线的强度不成正比的效应。
双光子吸收、二次谐波产生和非线性折射率等是手性材料常见的非线性光学性质。
研究手性材料的非线性光学性质有助于开发高效、快速的光电子学元件。
3. 对手性催化性质的研究手性催化是手性材料的重要应用之一。
药物合成中的手性合成技术研究手性合成技术是药物合成领域的一个重要研究方向。
在药物化学中，手性合成的目标是获得光学纯度高的手性分子，因为手性分子的生物活性往往和其立体构型密切相关。
本文将介绍手性合成技术的基本原理、常用方法以及其在药物合成中的应用。
一、手性合成技术的基本原理手性分子是指这样的分子，它的结构与其镜像不能完全重合。
由于分子的化学性质主要由其立体构型决定，具有不同立体构型的手性分子往往会表现出不同的药理活性。
因此，合成手性纯度高的药物分子对于提高药物的疗效和减少副作用具有重要意义。
在手性合成技术中，需要选择合适的手性合成方法来实现目标手性分子的合成。
常用的手性合成方法包括催化剂法、拆分法、对映体选择性晶体化学和不对称反应等。
二、手性合成技术的常用方法1. 催化剂法催化剂法是一种常用的手性合成方法，它通过引入手性催化剂来促进手性分子的选择性形成。
手性催化剂通常是具有手性结构的金属配合物或有机化合物，如金属卡宾配合物、手性亲核试剂等。
手性催化剂可以通过催化不对称反应来实现手性分子的合成，例如不对称咔唑烷化反应、不对称氢化反应等。
2. 拆分法拆分法是一种将已有手性源分子转化为目标手性分子的方法。
手性分子通常可以从天然产物或商业化合物中拆分得到。
拆分法中的常用技术包括拆分结构、拆分反应和拆分还原等。
通过拆分法，可以利用已有的手性分子资源来合成目标手性分子，具有经济高效的特点。
3. 对映体选择性晶体化学对映体选择性晶体化学是一种通过晶体结构的对称性选择性地诱导对映体的合成方法。
通过选择合适的手性配位配体和晶体溶剂，可以在晶体生长过程中选择性地合成目标手性分子。
目前，对映体选择性晶体化学已经广泛应用于手性分离和手性药物合成。
4. 不对称反应不对称反应是一种通过不对称的催化剂或试剂来实现手性分子的合成方法。
不对称反应中的常用技术包括不对称烯烃反应、不对称环氧化反应和不对称亲核取代反应等。
利用不对称反应，可以直接合成高光学纯度的手性分子，具有高效、高选择性的特点。
有机化学中的手性合成和拆分技术手性合成和拆分技术在有机化学中是非常重要的。
手性分子是一种在化学结构上相同但在空间结构上不对称的分子。
它们的特性在化学和生物学中起着至关重要的作用。
在药物开发中，药物分子的手性往往会影响药物的生物利用度和效果。
因此，了解手性化合物的合成和拆分技术非常有帮助。
手性合成技术的发展历程非常曲折。
一开始，化学家们发现可以通过光学性质（例如旋光性）来对手性分子进行检测和识别。
这种检测技术为手性合成技术的发展奠定了基础，因为这证明了存在具有手性的分子。
随着时间的推移，研究人员开始探索如何合成手性化合物。
最早的手性合成方法是利用天然产物。
化学家们发现有一些天然产物，如樟脑、多肽和生物碱，具有手性结构。
这些产物为手性合成技术的发展带来了重大贡献。
但是，天然产物只能提供有限的手性合成选择，导致化学家们广泛探索其他手性合成方法。
其中一种方法是对映体选择拆分。
所谓对映体选择拆分就是从一个混合物中分离出单一对映体结构。
这可以通过利用酸或碱作为催化剂来实现。
然而，分离出的手性化合物数量通常较小，这使得对映体选择拆分难以应用于大规模生产。
另一种手性合成技术是立体选择反应。
这种技术利用具有手性催化剂的化合物来选择性地控制产物的手性。
这种技术广泛应用于有机合成和药物研发中。
例如，铱催化的不对称氢化反应已被广泛利用于手性化合物的制备中。
手性合成技术的另一个发展方向是利用手性分子匹配。
对映体间相互作用，也就是对映体间的手性识别性质，被广泛应用于手性化学物质的设计和合成。
例如，在金属有机化学中，采用配位环层是一种常见而有效的手性识别策略。
除了手性合成技术之外，还存在手性拆分技术。
手性拆分是将一个手性化合物分解成其对应的两个对映体之一的过程。
一种方法是制备手性材料。
这种手性材料可以根据其空间构型选择性捕获手性分子，具有将手性分子拆分成其对应对映体的能力。
另一种方法是使用手性分离筛。
手性分离筛是一种高度智能的分离材料，可以根据手性识别原理选择性地排除对映体结构，从而分离出目标化合物的一个对映体。
有机合成中的手性合成方法手性合成方法，广义上指通过特定手性试剂或手性催化剂，将无手性化合物转化为手性化合物的合成方法。
在有机合成中，手性合成方法有着重要的地位和应用价值。
本文将介绍几种常见的手性合成方法，包括化学合成、生物合成和不对称催化等。
1. 化学合成化学合成方法是最常见的手性合成方法之一。
在化学合成中，通过反应条件的选择以及手性试剂的引入，可以将无手性物质转化为手性物质。
其中，手性催化剂的应用更加普遍。
手性催化剂可以通过控制反应物的选择性和立体构型，促使反应只进行一种手性。
常见的手性催化剂包括金属有机络合物和手性有机分子。
2. 生物合成生物合成是利用生物微生物、细胞或酶催化反应进行手性合成的方法。
生物合成方法具有环境友好、反应条件温和等优点，并且可以得到高立体选择性的产物。
在生物合成中，酶催化反应是一种常见的手性合成方法。
酶催化反应能够以高立体选择性、高效率地促进反应进行，得到手性产物。
3. 不对称催化不对称催化是一种常用的手性合成方法，通过引入手性催化剂，可以实现对无手性反应物的手性选择。
不对称催化方法化学反应的效率高、产物的立体选择性好。
不对称催化方法在医药、农药和化学材料等领域有着广泛的应用。
常见的不对称催化方法包括手性配体与金属离子配位，手性催化剂与底物之间的非共价作用等。
手性合成方法是有机合成中的重要分支，具有重要的应用价值。
通过选择合适的手性合成方法，可以高效、高选择性地合成手性化合物。
随着对手性产物应用需求的增加，对手性合成方法的研究和发展也在不断进行。
相信在未来，手性合成方法将在有机合成领域发挥更加重要的作用。
总结：本文介绍了有机合成中的手性合成方法，包括化学合成、生物合成和不对称催化。
手性合成方法在有机合成中起着重要的作用，通过合适的手性合成方法，可以高效地合成手性化合物。
随着对手性产物应用需求的不断提高，对手性合成方法的研究和应用也在不断发展。
相信手性合成方法将在有机合成领域发挥更加重要的作用。
有机化学中的手性合成技术有机化学是研究有机物的合成、结构、性质和反应机理的学科，而手性合成技术是有机化学中的一个重要分支。
手性合成技术的发展在有机合成领域起到了重要的推动作用，为我们创造了许多有用的手性化合物。
本文将介绍有机化学中的手性合成技术及其应用。
手性合成技术是指合成手性化合物的方法和技术。
手性化合物是指具有手性的分子，即分子与其镜像分子不可重合的分子。
手性化合物在生物学、药学和化妆品等领域具有重要的应用价值。
然而，由于手性化合物的合成困难和手性化合物的制备成本较高，手性合成技术一度受到限制。
随着有机合成技术的不断发展，手性合成技术也得到了极大的改善和突破。
在有机化学中，手性合成技术主要包括对映选择性反应、手性催化剂和手性配体的使用。
对映选择性反应是指在反应中选择性地生成一个手性产物而抑制另一个手性产物的生成。
这种反应可以通过选择性的催化剂、溶剂或反应条件来实现。
手性催化剂是一类具有手性结构的催化剂，可以在反应中选择性地促进手性产物的生成。
手性配体则是一类具有手性结构的配体，可以与金属催化剂形成手性配位化合物，从而实现手性产物的选择性合成。
手性合成技术的应用非常广泛。
在药学领域，手性化合物常常具有不同的药理活性，因此手性合成技术可以用于合成具有特定药理活性的手性药物。
例如，左旋多巴是一种常用的抗帕金森病药物，而右旋多巴则无治疗作用。
通过手性合成技术，可以选择性地合成左旋多巴，从而提高药物的疗效。
在农药领域，手性合成技术也被广泛应用。
手性农药可以选择性地杀灭害虫而不对有益昆虫造成伤害，从而提高农作物的产量和质量。
除了药学和农药领域，手性合成技术还在化妆品、香料和食品添加剂等领域得到了应用。
手性化合物可以赋予化妆品和香料特殊的气味和质感，从而提高产品的市场竞争力。
此外，手性合成技术还可以用于合成具有特殊功能的手性材料，如光学材料、电子材料和催化剂等。
这些手性材料在光学、电子和化学工业中具有重要的应用价值。
手性药物合成技术的绿色化研究一、手性药物概述手性药物是指由手性分子构成的药物，包括左旋与右旋异构体。
这些药物在生物体内的效果和代谢机制有很大差异，因此对其手性纯度要求相当高。
手性药物在药学、化学、医学等多个领域具有广泛应用，且在医疗中的应用越来越重要。
例如，糖尿病药物、抗癌药物等。
然而，传统的合成手法存在很大的环境影响和安全风险，因此迫切需要寻求一种绿色合成手法来提高生产效率并减少对环境的影响。
二、手性药物合成技术的绿色化(一)酶催化手性合成技术酶催化方法是利用天然和重组酶催化手性合成的技术。
这种方法有许多优点，如反应速度快、对环境的巨大影响较小、产物纯度高等，被视为一种绿色的手性化学合成技术。
许多酶催化反应已被成功应用于手性药物的合成。
如在去甲肾上腺素和多巴胺的合成中，使用了酪氨酸羟化酶和类肌酸酐酸化酶等酶催化反应。
(二)金属有机骨架材料手性分离技术金属有机骨架材料(MOFs)是具有大孔径和高表面积的新型多孔晶体材料。
该技术的优点在于可以在可控条件下，优势互补，以获得高效的手性分离。
特别是在制备放射性核素药物的过程中，手性分离技术是必不可少的一环。
在铂类抗癌药物合成中，也使用了该技术对其进行手性分离（三）基于可持续发展的手性化学合成在手性化学合成中，绿色化技术的开发取得了重大进展。
例如，绿色催化剂和可再生的和有效的溶剂的应用，以及废弃物和二氧化碳的回收和利用，这些技术极大地提高了合成效率和产品纯度。
通过开发和应用这些可持续发展的绿色技术，可以在环保和经济收益方面取得双赢。
三、绿色化技术在手性药物合成中的优势(一)减少有害废弃物的产生绿色化技术在手性化学合成中使用，可以减少有害废弃物的产生。
例如，通过开发高效的催化剂和溶剂系统，可以将反应废物降至最低。
通过这种方式，可以显著减少有害气体的排放和废水的排放，减少对环境的污染。
(二)提高反应效率和产物纯度绿色化技术还可以提高反应效率和产物纯度。
例如，在酶催化反应中，催化剂的使用可以使反应速度大大加快，提高产物纯度。
有机化学研究前沿——手性合成技术宇宙是非对称的，如果把构成太阳系的全部物体置于一面跟随着它们的各种运动而移动的镜子面前，镜子中的影像不能和实体重合。
……生命由非对称作用所主宰，我能预见，所有生物物种在其结构上、在其外部形态上，究其本源都是宇宙非对称性的产物。
——Louis PasteurPasteur在一百多年前所言极是，自然界的基本现象和定律由手性产生。
就此而言，两个对映的具有生物活性的化合物在手性环境中常常有不同的行为。
由于这个原因，也是为了“手性经济”，许多研究者致力于不对称合成的研究。
具体而言，以分子内不对称诱导为基础的立体选择性合成已在有机化学合成中起着重要的作用并得到充分的理解。
相比之下，虽然已做出一些成就，我们对不对称的分子间传递的理解目前仍处在开始阶段。
一、手性的发展历史立体化学的发展可追溯到19世纪。
在1801年,法国矿物学家Hauy就注意到，水晶晶体显示半面现象。
这意味着可以认为，晶体的某些小平面排列为不可重合的物体，那些物体和实体与镜像的关系是相似的。
1809年，法国物理学家Malus 观察到了由水晶晶体引起的偏光效应。
1812年，另一位法国物理学家Biot发现，沿着与晶体轴垂直的方向切下的水晶片能使偏振光平面旋转某一角度，角度的大小和晶体片的厚度成正比。
右型和左型的水晶晶体以不同的方向使偏振光旋转。
1815年，Biot将这些观察延伸到纯的有机物的液体或其溶液。
他指出，由水晶晶体引起的旋光和由他研究的有机化合物溶液引起的旋光之间有些不同：由水晶引起的旋光是整个晶体的性质，而由有机物质引起的旋光则是单个分子的性质所致。
1846年Pasteur察到，右旋的酒石酸晶体有相同取向的半面。
他假定，酒石酸盐的半面结构必定和它的旋光能力有关系。
1848年，Pasteur从外消旋混合物中分离了（+）/（-）—酒石酸的钠铵盐的晶体。
通过缓慢蒸发外消旋酒石酸的水溶液，形成了大颗粒的晶体，并表现出和水晶相似的显著的半面现象，。
有机化学中的手性配体的合成与应用手性配体在有机化学领域中扮演着重要的角色。
它们可以用于催化剂的设计和合成，从而实现高效的不对称合成。
本文将探讨手性配体的合成方法以及其在有机合成中的应用。
一、手性配体的合成方法1.1 拆分法拆分法是一种常用的手性配体合成方法。
该方法通过对手性分子进行拆分，得到手性配体。
例如，通过对手性醇进行拆分，可以得到手性配体。
拆分法的优点是操作简单，适用范围广。
1.2 对映体选择性合成法对映体选择性合成法是一种通过对映选择性合成手性配体的方法。
该方法可以通过对映选择性合成反应，得到手性配体。
例如，通过不对称催化剂的选择性催化反应，可以得到手性配体。
对映体选择性合成法的优点是合成效率高，对映选择性好。
二、手性配体的应用2.1 不对称合成手性配体在不对称合成中发挥着重要的作用。
通过合成手性配体，可以实现对映选择性的反应，从而得到手性化合物。
例如，通过使用手性配体的催化剂，可以实现不对称氢化反应，合成手性醇。
不对称合成可以得到具有生物活性的手性化合物，对药物研发具有重要意义。
2.2 金属有机化学手性配体在金属有机化学中具有广泛的应用。
它们可以与金属离子形成配合物，在催化反应中发挥催化剂的作用。
例如，手性配体可以与过渡金属形成手性催化剂，用于不对称合成。
此外，手性配体还可以用于金属催化的羰基化反应、烯烃环化反应等。
2.3 药物合成手性配体在药物合成中也起着重要的作用。
药物分子通常具有手性，手性配体可以用于合成手性药物。
例如，通过手性配体催化的反应，可以合成具有特定生物活性的手性药物。
手性药物具有较高的选择性和效果，对于疾病治疗具有重要意义。
2.4 生物化学手性配体在生物化学中也有广泛的应用。
例如，手性配体可以用于分离和纯化手性化合物，从而研究其生物学功能。
此外，手性配体还可以用于合成手性生物活性分子，用于生物学研究和药物研发。
总结手性配体在有机化学中具有重要的地位和作用。
通过合成手性配体，可以实现高效的不对称合成，得到具有特定手性的化合物。
11.1IntroductionThe separation of enantiomers is a very important topic to the pharmaceutical indus-try. It is well recognized that the biological activities and bioavailabilities of enan-tiomers often differ [1]. To further complicate matters,the pharmacokinetic profile of the racemate is often not just the sum of the profiles of the individual enantiomers.In many cases,one enantiomer has the desired pharmacological activity,whereas the other enantiomer may be responsible for undesirable side-effects. What often gets lost however is the fact that,in some cases,one enantiomer may be inert and,in many cases,both enantiomers may have therapeutic value,though not for the same disease state. It is also possible for one enantiomer to mediate the harmful effects of the other enantiomer. For instance,in the case of indacrinone,one enantiomer is a diuretic but causes uric acid retention,whereas the other enantiomer causes uric acid elimination. Thus,administration of a mixture of enantiomers,although not neces-sarily racemic,may have therapeutic value.Despite tremendous advances in stereospecific synthesis,chiral separations will continue to be important because of possible racemization along the synthetic path-way [2],during storage or in vivo (e.g.,ibuprofen [3]). While analytical methods are necessary and have become almost routine,economical methods for preparative and semipreparative scale-chiral separation remains largely unexplored. Yet,preparative chiral separations may be particularly important in an R&D setting where only small amounts of material may be required to initiate screening prior to developing a potentially more costly stereospecific synthetic strategy. In addition,the pharmaceu-tical industry has a critical need for methods which produce pure enantiomers for reference materials.During the past two decades,significant progress has been made in chromato-graphic chiral separation technology. H owever,the bioavailability of drug sub-stances dictates that the compounds be water-soluble,and many are ionized at phys-iological pH. The pK a s of many drugs (see Table 11-1) are well outside the safe operating range for silica-based media,and almost all high-performance liquid chro-matography (HPLC) chiral stationary phases currently available commercially are on silica substrates. In addition,most preparative liquid chromatography (LC)11Electrophoretically Driven PreparativeChiral Separations using CyclodextrinsApryll M. StalcupChiral Separation Techniques:A Practical Approach,Second,completely revised and updated editionEdited by G. SubramanianCopyright ©2001 Wiley-VCH Verlag GmbHISBNs:3-527-29875-4 (Hardcover); 3-527-60036-1 (Electronic)28811Electrophoretically Driven Preparative Chiral Separations using CyclodextrinsFig. 11-1.Effect of the addition of methanol on the enantiomeric separation of terbutaline using 2 %sulfated cyclodextrin in 25 m M phosphate buffer (pH 3).methods. An analogous relationship may be seen in the use of chiral mobile phase additives in thin-layer chromatography (TLC) for screening potential chiral selectors for immobilization in chiral stationary phases for HPLC.In considering the applicability of preparative classical electrophoretic methods to chiral separations,it should be noted that practitioners in the art of classical elec-trophoresis have been particularly inventive in designing novel separation strategies.For instance,pH,ionic strength and density gradients have all been used. Isoelectric focusing and isotachophoresis are well-established separation modes in classical electrophoresis and are also being implemented in CE separations [7,8]. These trends are also reflected in the preparative electrophoretic approaches discussed here.11.2Classical Electrophoretic Chiral Separations:Batch ProcessesClassical gel electrophoresis has been used extensively for protein and nucleic acid purification and characterization [9,10],but has not been used routinely for small molecule separations,other than for polypeptides. A comparison between TLC and electrophoresis reveals that while detection is usually accomplished off-line in both electrophoretic and TLC methods,the analyte remains localized in the TLC bed and the mobile phase is immediately removed subsequent to chromatographic develop-ment. In contrast,in gel electrophoresis,the gel matrix serves primarily as an anti-11.2Classical Electrophoretic Chiral Separation:Batch Processes 289convective medium and is usually designed to minimize interactions with the solute,excluding molecular sieving effects. In addition,the presence of bulk liquid in the post-run gel no doubt contributes to the solute diffusivity problem,thereby reducing efficiency and complicating detection. Hence,separation of small molecules by clas-sical gel electrophoresis is generally not done. H owever,solute diffusion may be reduced through complexation with bulky additives.Righetti and co-workers [11] were one of the first to demonstrate the utility of classical isoelectric focusing for the chiral separation of small molecules in a slab gel configuration. In their system,dansylated amino acids were resolved enan-tiomerically through complexation with β-cyclodextrin. Preferential complexation between the cyclodextrin and the derivatized amino acid induced as much as a 0.1pH unit difference in the pK b s of the dansyl group.Stalcup et al. [12] also demonstrated that chiral analytes complexed with a bulky chiral additive (e.g. sulfated cyclodextrin,MW ~2000–2500 Da,depending on degree of substitution,DS),with reasonably large binding constants (~103 m –1) [13]could be resolved enantiomerically using classical gel electrophoresis. Initial work used a tube agarose gel containing sulfated cyclodextrin as the chiral additive.Mechanical support and cooling for the gel was provided by a condenser from an organic synthetic glassware kit (Fig. 11-2). Although 10 mg of racemate were loaded onto the gel and significant enantiomeric enrichment was obtained,recovery of the analyte required extrusion and slicing of the gel with subsequent extraction of the individual slices followed by chiral analysis of the extracts,a fairly labor-intensive process.Fig. 11-2.Schematic for preparative gel electrophoresis using a condenser for mechanical support and cooling.29011Electrophoretically Driven Preparative Chiral Separations using CyclodextrinsFig. 11-3.Mini-prep continuous elution electrophoretic cell.Fig. 11-4.UV trace of piperoxan enantiomers eluting from mini-prepelectrophoresis cell.Stalcup and co-workers [14] adapted this method to a continuous elution mini-prep electrophoresis apparatus shown in Fig. 11-3. In this apparatus,the end of the electrophoretic gel is continuously washed with elution buffer. The eluent can then be monitored using an HPLC detector (Fig. 11-4) and sent to a fraction collector where the purified enantiomers,as well as the chiral additive,may be recovered. In this system,the gel configuration was approximately 100 mm ×7 mm,and was air-cooled. The number of theoretical plates obtained for 0.5 mg of piperoxan with this gel was approximately 200. A larger,water-cooled gel was able to handle 15 mg of11.2Classical Electrophoretic Chiral Separation:Batch Processes 29129211Electrophoretically Driven Preparative Chiral Separations using Cyclodextrins11.2Classical Electrophoretic Chiral Separation:Continuous Processes293Fig. 11-5.electrophoresis apparatus.the binding constants,mediated by the dimensions of the chamber as well as the spe-cific conductance and linear velocity of the buffer.Despite the use of density and pH gradients,cooling and performance in micro-gravitational environments (e.g. the space shuttle) [18],convection and heat dissipa-tion contributed to flow stream instability which was parasitic to the desired separa-tions and limited the utility of this approach.Recent innovations [19] have circumvented the heat dissipation and sample stream distortion inherent in most of the previous designs. In one apparatus,devel-oped by R&S Technologies,Inc. (Wakefield,RI,USA),Teflon capillary tubes are aligned close to each other in the electrophoretic chamber. Coolant is pumped through the Teflon capillary tubes during the electrophoretic run while the elec-trophoretic separation is accomplished in the interstitial volume between the Teflon tubes.Continuous free flow electrophoresis has been used for the separation of biopoly-mers (e.g. ovalbumin and lysozyme) [20] as well as smaller inorganic species (e.g.[Co III(sepulchrate)]3+and [Co III(CN)6]3-) [21]. Sample processing rates of 15 mg h–1were reported for a mixture of Amaranth (MW:804) and Patent Blue VF (MW: 1159) [22].Three basic approaches have been used for chiral separations by continuous free flow electrophoresis. Thormann and co-workers [23] used 2-hydroxypropyl-b-cyclodextrin as an additive for the enantiomeric enrichment of methadone in an Octopus continuous free flow electrophoresis apparatus. In this work,both zone and isotachophoretic electrophoresis was used. Processing rates were on the order of 10–20 mg h–1,which represents a significant improvement in sample throughput relative to CE or the earlier gel work. The authors realized higher enantiomeric purities with interrupted buffer flow than with continuous buffer flow,and sugges-ted the potential of multistage continuous free flow for achieving even higher puri-ties.Glukhovskiy and Vigh [24] also used 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin as an addi-tive,but their strategy involved isoelectric focusing. These authors developed the theoretical framework and effectively demonstrated the synergism between CE and continuous free flow electrophoresis. In this work,also using an Octopus continuous free flow apparatus,they were able to establish a pH gradient between 3.5 to 3.6 across the electrophoretic chamber by using polydisperse ampholytes or Bier’s ser-ine-propionic acid binary buffers in the buffer stream. As in Righetti’s earlier work, complexation with the cyclodextrin additive induced sufficient differences in the pI of various dansylated amino acid enantiomers that complete enantioresolution was obtained. Although production rates were somewhat lower (~1.3 mg h–1) than achieved by Thormann and co-workers,the enantiomeric purity was significantly higher.In a different approach,Stalcup and co-workers [25] used sulfated β-cyclodextrin for the enantioseparation of piperoxan in work directly derived from earlier CE and classical gel results. Their results were obtained using a continuous free flow appa-ratus developed by R&S Technologies,Inc. Processing rates on the order of 4.5 mg h–1were reported.29411Electrophoretically Driven Preparative Chiral Separations using Cyclodextrins11.2Classical Electrophoretic Chiral Separation:Continuous Processes295than in a chromatographic system because there is no solid sorbent that is subject to degradation or that needs to be pre-equilibrated with the mobile phase. 29611Electrophoretically Driven Preparative Chiral Separations using CyclodextrinsFig. 11-6.Histograms showing the distribution of piperoxan enantiomers in the absence (a)and pre-sence (b) of sulfated cyclodextrin in continuous free flow electrophoresis.A b s o r b a n c e A b s o r b a n c eVial numberVial number(a)(b)Histogram for CFFE Run 3 05/07/99Histogram for CFFE Run 3 05/07/9911.4Conclusions297 11.4ConclusionsClearly,chiral separations,particularly preparative,present such a challenging prob-lem that no single technology can provide complete satisfaction. Much of the activ-ity in chiral separations by CE may be attributed to the advantages of CE relative to liquid chromatography (e.g.,efficiency,rapid method development,ease of chang-ing chiral selector,etc.). However,it must be noted that the true countercurrent pro-cesses possible in CE also allow selectivity to be manipulated to a much greater extent and with greater ease than is generally feasible in liquid chromatography using immobilized chiral selectors. In principle,any of the chiral entities enan-tiomerically resolved by CE should be amenable to preparative electrophoretic methods.An important consideration for the ultimate economic viability of any preparative electrophoretic approach is the potential recovery of the chiral additive. Because the electrophoretic separation depends only upon the stability of the chiral additive itself and not the combined stability of an immobilized chiral selector,a spacer and an underlying substrate,as in the case of cyclodextrins immobilized on a silica chro-matographic support,preparative electrophoretic separations have the potential to be more robust than analogous chromatographic methods. Although still in its infancy, preparative chiral electrophoresis represents an important technological advance in chiral separations,and has the potential to complement preparative chiral chromato-graphic methods as well as chiral CE complements chiral analytical chromato-graphy.AcknowledgmentsThe author would like to acknowledge R& S Technologies,Inc. (Wakefield,RI, USA) for the loan of the continuous free flow electrophoresis system,and Cerestar, Inc. for the donation of the sulfated cyclodextrin. The author would also like to thank Drs. Chris Welch and Prabha Painuly for helpful discussions.References[1]W.D. Hooer and M.S. Qing. Clin Pharmacol. Ther.,48(1990) 633.[2] D. W. Armstrong,L. F. He,T. Yu,J. T. Lee and Y. S. Liu. Tet. Assym.,10(1999) 37.[3]W. J. Wechter,D. G. Loughhead,R.J. Reischer,G. J. Van Giessen and D. G. Kaiser. Biochem. Bio-phys. Res. Comm.,61(1974) 833.[4]T. J. Ward. Anal. Chem.,66(1994) 632A.[5]H. Nishi and S. Terabe. J. Chromatogr. A,694(1995) 245.[6]S. R. Gratz and A. M. Stalcup. Anal. Chem.,70(1998) 5166.[7]X. W. Yao and F. E. Regnier. J. Chromatogr.,632(1993) 185.[8] E. Kenndler. Chromatographia,30(1990) 713.29811Electrophoretically Driven Preparative Chiral Separations using Cyclodextrins [9]R. C. Allen and B. Budowle.Gel electrophoresis of proteins and nucleic acids:selected techniques.Walter de Gruyter,Berlin (1994).[10]T. J. Bruno. Chromatographic and electrophoretic methods. Prentice Hall,NJ (1991) pp. 141-169.[11]P. G. Righetti,C. Ettori,P. Chafey and J. P. Wahrmann. 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