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1、键合型手性固定相的研究进展 陈娇 石浩 浙江工业大学药学院 摘 要： 手性分离在生物医药等领域具有重要意义。高效液相色谱 (HPLC) 因其经济、快速、高效等特点被广泛应用于手性化合物的分离分析中。手性固定相 (CSP) 是 HPLC 实现手性分离的核心, 而制备有效 CSP 的关键在于手性选择剂的筛选。近年来, 大量文献报道了新型 CSPs 的制备, 其中键合型 CSPs 因具有溶剂耐受性和较高稳定性等优点受到了广泛关注。该文对近年来以手性单分子、多糖、环糊精、大环抗生素、冠醚、杯芳烃及生物碱等为手性选择剂制备的新型键合型 CSPs 进行了归纳整理, 并对其发展前景进行了展望。关键词： 键合
2、型手性固定相; 高效液相色谱; 手性分离; 综述; 作者简介：石浩.Tel: (0571) 88320320, E-mail:.收稿日期：2017-09-08基金：浙江省自然科学基金项目 (LY13B020013) Research progress of bonded chiral stationary phasesCHEN Jiao SHI Hao College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University of Technology; Abstract： Chiral separation is important in biologic
3、al medicine and other fields. High performance liquid chromatography (HPLC) is widely used in chiral separation and analysis for its economic, rapid and efficient characteristics. Chiral stationary phase (CSP) is the key to achieve chiral resolution in HPLC. Meanwhile, the key to preparing effective
4、 CSP is the screening of chiral selector. In recent years, a lot of CSPs with different chiral selectors had been prepared. Silica gel immobilized CSP is especially attached great attention because of its high solvent tolerance and stability. In this paper, the new type of CSPs prepared by using chi
5、ral single molecules, polysaccharides, cyclodextrins, macrocyclic antibiotics, crown ethers, calixarenes and alkaloids as chiral selectors are summarized, and the development prospect of immobilized CSPs are also discussed.Keyword： immobilized chiral stationary phase; high performance liquid chromat
6、ography (HPLC) ; chiral separation; review; Received： 2017-09-08手性对映异构体虽有相同的理化性质, 但其在生物体内活性和药理作用等方面却存在差异, 甚至表现出截然相反的效果, 曾导致一系列的临床用药安全问题。为提高单位质量药物的药效, 减少无药效对映异构体及其代谢产物的毒副作用, 需要对手性对映异构体进行分离检测。在众多的对映异构体分离分析方法中, 手性高效液相色谱其因经济、快速、准确等优点已成为分离对映异构体的重要方法1-4。用于高效液相色谱的手性固定相 (CSP) 根据手性选择剂与载体的结合方式分为键合型与涂敷型两大类5,6。
7、涂敷型 CSP 具有很好的手性识别能力, 但因其易被某些溶剂溶解, 导致在使用过程中溶剂选择范围受限;而键合型CSP 的溶剂耐受性和稳定性较高, 因而流动相的选择范围更大, 有利于对分离条件进行优化。手性选择剂的选择是制备高效 CSP 的关键, 本文根据手性选择剂的类别, 对近年来制备的新型键合型 CSP 进行了综述。1 刷型刷型 CSP 一般通过一定的间隔臂连接一个单分子层的有机分子到硅胶载体上而制得。早在 20 世纪 7090 年代, 美国 Illinois 大学的 Pirkle 研究组7,8就研发了多种刷型 CSPs, 成功实现了大量手性化合物的分离, 故刷型又称为“Pirkle”型 C
8、SP。刷型 CSP 的结构特征是在手性中心附近至少含有下列基团之一:-酸或 -碱芳基;极性氢键给体-受体;形成偶极相互作用的极性基团;大体积非极性基团提供立体位阻、范德华力作用或构型控制作用9,10。刷型CSP 主要通过含有氨基的键合硅胶与末端含有羧基、异氰酸酯、异硫代氰酸酯等基团的手性配体进行缩合、加成等反应, 形成酰胺、脲型、硫脲型结构的硅胶键合固定相。萜类化合物作为天然的手性源, 廉价易得, 具有刚性骨架和多个手性中心。2006 年, Moiteiro 等11将脱氢松香酸、12, 14-二硝基脱氢松香酸及软木三萜酮等萜类手性化合物通过氨基硅烷固定于硅胶上, 制备了 3 种手性固定相CSP
9、13 (见图 1) 。通过 HPLC 分析了由醇、胺、苯丙氨酸、色氨酸及 -内酰胺衍生的手性芳香族化合物, 结果表明, CSP1 对 -内酰胺和 N-三氟乙酰基色氨酸衍生物具有良好的分离效果;含有脱氢结构的 CSP2 是三者中唯一能分离联萘酚对映异构体的 CSP;含有木栓烷骨架的 CSP3 特别适用于分离具有氟取代基的游离醇及其衍生物, 还能有效地分离游离胺。通过分子动力学能量计算表明, 范德华相互作用主导着非对映异构体瞬间复合物的形成, 而静电结合相互作用主要影响 R-和 S-分析物的对映选择性;对氢键的分析表明, 静电相互作用主要与 CSP 的酰胺结合位点:N-H 和被分离物羰基 C=O
10、之间形成的氢键有关。2016 年, Wang 等12以熊果酸衍生物为手性选择剂, 制备了一种新型的五环三萜类手性固定相 CSP4 (见图 1) , 在 HPLC 上实现了对布洛芬和扁桃酸甲酯的手性分离, 进一步说明了萜类化合物有很好的手性分离前景。2011 年, 刘国庆等13等将 R-联萘酚通过偶联剂 3- (2, 3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷 (KH-560) 键合到了硅胶上, 制备成联萘酚键合型 CSP5 (见图 1) , 考察其对 7 种联萘化合物的手性拆分效能。结果表明, 该手性柱对外消旋体联萘酚、溴代联萘酚及联萘酚二对甲苯磺酸酯显示出较好的手性识别能力。氨基酸廉价易得, 手性选择
11、剂制备的 CSP 柱效高, 能拆分大量的手性化合物。2016 年, Yu 等14将 7 种酰氯化合物分别连接到 R-苯甘氨醇和 S-亮氨酸上, 制得 7 个新苯甘氨醇衍生 CSPs (CSP612) 和 6 种新亮氨酸衍生 CSPs (CSP1318) (见图 1) , 对 9 种含 3, 5-二硝基苯甲酰基的 -酸性氨基酸衍生物和 5 种 -碱性化合物进行了手性分离研究。结果显示, 含 3, 5-二硝基苯甲酰基的 CSP13 对其中 6 种 -酸性氨基酸衍生物及 2 种碱性联萘衍生物具有分离效果;含双苯基的 CSP10 与 CSP11 能分离其中 7 种对映异构体;相比其他 CSPs, 含金
12、刚烷的 CSP12 对 5 种 -酸性氨基酸衍生物的分离度最佳。2016 年, Yu 等15在 CSP6 的基础上, 以 1, 3, 5-苯三酸为起始原料, 设计合成了一种 C3 对称的苯甘氨醇衍生物 R-N-三 (1, 3, 5-苯三酸) 苯基甘氨醇;以异氰酸酯硅烷为偶联剂键合于球型硅胶上, 制备了 CSP19;以 R-N-二 (邻、间、对-苯二酸苯甘氨醇) 3 种同分异构体为手性选择剂, 分别制备了 CSP2022 (见图 1) 。色谱分析结果表明, 5 种 -碱性化合物、3 种 -酸性氨基酸衍生物、7 种恶唑烷酮外消旋体能在 CSP19 上被有效拆分, 且其手性分离效果优于CSP6。CS
13、P21 与 CSP22 具有相似的分离性能, 且不同于 CSP20 的拆分机理;3 种CSPs 对分析物的分离效果不如 CSP19, 但与 CSP19 在手性识别上具有互补性。此外, Yu 等16还制备了含有两个 N- (3, 5-二硝基苯甲酰基) 的手性固定相CSP23 (见图 1) , 分析了 17 种恶唑烷酮类外消旋体, 其拆分性能与高效的商品柱 (R, R) -Whelk-O-1 进行了比较。结果表明, 两种 CSPs 的分离能力相当, 均能分离其中不同的 10 种外消旋体, 在拆分机理上显示出了一定的互补性。2016 年, 李杨等17以手性药物辛伐他汀为手性源, 通过分子上唯一的羟基
14、与2- (3, 4-环氧环己烷) 乙基三甲氧基硅烷 (KH-566) 结合而键合于硅胶上, 制备了新型手性固定相 CSP24 (见图 1) 。辛伐他汀分子中含有多个手性中心及较大的分子位阻, 且含有疏水基团、萘环等能产生 - 作用、氢键及偶极-偶极作用, 均有利于手性对映异构体的拆分。色谱分析结果显示, 在正反两相洗脱条件下, 该 CSP 对钙离子拮抗剂 (尼群地平、非洛地平、氨氯地平) 、安息香、二苯丁酮等 5 种手性对映异构体均有分离效果, 对安息香的分离效果尤其显著。同时, 对安息香和二苯丁酮两种结构类似物的分析证明了流动相的种类是实现拆分的关键, 氢键的作用在该类药物的拆分中起重要作用
15、。另外, 具有较大侧链结构的分析物能产生非手性作用力, 降低手性分离的效果。2 多糖类多糖是天然手性高分子材料, 在手性拆分领域应用最多的是纤维素和直链淀粉。由于多糖本身具有难溶性及非刚性等特点, 其手性识别能力较弱, 适用面也较窄, 故通常运用酸化、酯化的方式进行化学改性, 并采用自由基共聚键合、分子间缩聚键合、施陶丁格 (Staudinger) 反应键合等多种固定方法, 显著改善其手性识别能力18-21。目前商品化的多糖类 CSPs 非常多, 各类型的 CSPs 结合使用可拆分近 90%的手性化合物22-25, 其中键合型 CSP 因其具有更广的流动相通用性、更强的选择性且寿命高、可再生,
16、 具有广泛的应用前景。图 1 刷型 CSPs 的结构 Fig.1 Structures of the brush-type chiral stationary phases (CSPs) Et:ethyl. 下载原图2006 年, Chen 等26通过区域选择性方法, 在葡萄糖单元 6 位上分别引入质量分数为 12%和 8%的乙烯基, 合成了两种 3, 5-二甲基苯基氨基甲酸酯纤维素衍生物, 通过自由基聚合反应固定于乙烯基化硅胶, 制备了多种键合型 CSPs, 并研究了不同乙烯基单体异戊二烯、2, 3-二甲基-1, 3-丁二烯 (DMBD) 、乙二醇二甲基丙烯酸酯 (EDMA) 及 1, 5-己二烯对衍生物的固定化和对映选择性的影响。结果表明, 在这些乙烯基单体中, 异戊二烯和 DMBD 具有非常相似的作用, EDMA 和 1, 5-己二烯对衍生物的固定化具有更高的效率, 而在衍生物上引入的乙烯基含量的降低能够提高 CSP
