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1、手性分析工作总结 2010.09.10 朱万夏,一.手性现象的介绍 二.仪器手性拆分方式 三.液相手性柱分析方法开发流程 四.工作中的一些实例讨论,一.手性现象的介绍,概念： 问:什么是手性？ 答:分子组成与构造完全相同但分子的立体结构不同的化合物,他们不能完全叠合却互为镜像,(如左手与右手),这种特性就叫手性(chirality)。而这两个互为物体与镜像关系的立体异构体,称为对映异构体 (enantiomers)。等量对映体的混合物，其旋光性相互抵消，没有旋光能力，称为外消旋体。,乳酸,手性分子的研究历史 1801年 Hauy发现水晶晶体显示半面现象。 1809年 Malus观察到水晶晶体引
2、起的偏光效应。 1812年 Biot发现了水晶片的旋光性 1815年 Biot将研究延伸到有机物及其溶液，发现除石英外樟脑、柠檬油、 松节油等酒精溶液以及蔗糖、酒石酸水溶液剂许多液体有机化合物 具有旋光性。 1848年 Pasteur在28岁时，研究酒石酸钠时发现有两种晶体。他在放大镜下 根据晶形的不同用镊子将其分成两份，配制成溶液测旋光，发现一 左旋、一右旋。又从结构上推想和分子结构的不对称联系起来，认 为一物一像。（历史上第一个手性拆分实验） 1874年 J.H. vant Hoff提出C四面体学说，记为： 如果一个C上连有四个不同基因，在空间有两种排列，表示有二 种不同的构型。二种构型之
3、间为物象关系：外形相似，但不能重 合。 不对称C原子数目（n）与立体异构体数之间的关系为2n 1966年 Lngold和V.Prelog分析讨论了旋光性与分子结构间的关系，建议将 分子本身与其镜像不能重合的分子，定义为手性分子。,如何判断：,分子的手性与处于手性部分的一个或一个以上的特定原子有关，使分子具有手性的几何因素有手性中心、手性轴和手性面。 手性中心：能引起分子具有手性的一个原子或者分子骨架的 中心，最常见的是手性碳；值得注意的是：多价杂原子 B,N,P,S等也可形成手性中心。 手性轴：分子中若干原子组成轴状结构，因分子中的一些原子或基团在此轴周围的空间排列不同而产生手性。 手性面：分
4、子的手性由于某些基团对分子中的某一平面的不同分布而引起。,手性中心,手性轴,手性面,螺几省,对映异构体特性: 物理化学性质上： 具备相同 的熔沸点,溶解度，紫外，红外，核磁，质谱等,仅旋光方向相反。 鉴别：XRD,XRPD 生物活性上： 可能有着巨大差异。,Thalidomide,R-异构体为镇静药,（反应停）,S-异构体,有致畸胎作用,对映体的不同生理活性,20世纪90年代后，许多国家规定，凡结构中具有不对称因素的药物，即“手性药物”，必须拆分其相应的立体异构体，并分别研究其药理、毒理和药物代谢性质。对已上市的消旋体药物，要重新评价其光学异构体的性质。对新申报的药品，一开始就要合成其光学异构
5、体。,手性拆分在其他领域的应用： 农用化学 化妆品、香水、香料 营养品(人和动物) 光学材料（如光电子用手性液晶）,二.仪器手性拆分方式,常用的仪器分离手性化合物的技术,高效液相色谱 (HPLC) 气相色谱 (GC) (样品需具有一定的挥发性及热稳定性） 毛细管电泳(HPCE) 超临界流体色谱（SFC) 薄层色谱（TLC，定性）,手性色谱柱的发展史 1939年Henderson和Rule在乳糖上色谱分离外消旋樟脑衍生物 1952年Dalgliesh：提出氨基酸在纸色谱上光学分离的三点作用假设 1966年Gil-Au等：用GC直接分离对映体 1971年Davankov和Rogozhin：引入手性
6、配体交换色谱 1972年Wulff和Sarhan：制备出手性LC的酶模拟聚合物 1973年Hesse和Hagel：制备出手性拆分的纤维素三乙酸酯 1973年Stewart和Dherty：把琼酯糖键合的牛血清清蛋白（BSA）用于手性 拆分 1974年Blaschke：由光学活性单体合成出用手性LC的手性聚合物 1975年Gram等：用手性冠醚发展出主-客体色谱 1979年Pirkle和House：合成出第 一个硅胶键合手性固定相，并应用于手 性LC分离 1979年Okamoto等：合成出手性LC的螺旋形聚合物 1982年Allenmark等：把琼酯键合的BSA用于手性LC 1983年Herman
7、sson：把硅胶键合的a1-酸糖蛋白用于手性拆分 1984年Armstrong和DeMond：制备出硅胶键合环糊精固定相,过去100年：拆分约7000种手性化合物 手性色谱：已拆分近万种手性化合物 液相色谱中的手性固定相已研制100多种,HPLC分离方式： 直接法（CMPA、CSP）： 手性固定相法 是由具有光学活性的单体，固定在硅胶或其它聚合物上制成手性固定相，通过引入手性环境使对映异构体间呈现物理特征的差异，从而达到光学异构体拆分的目的。 手性流动相添加剂法： 流动相中加入手性添加剂，在普通固定相上吸附，形成短暂的手性环 境并对对映异构体间进行手性识别而达到分离。（环糊精，万古霉 素，手性
8、金属配合剂等） 间接法（CDR）： 手性试剂衍生法： 流动相对映体混合物在预处理中进行柱前衍生组成一对非对映体(Diastereoisomers)，依其理化性质的差异，在非手性柱上得以分离。常用的衍生试剂：异硫氰酸脂类，酰氯类等,手性色谱柱拆分机理1,Dalgliesh: 要实现手性识别，手性化合物分子与手性固定相之间至少存在三种相互作用。这种相互作用包括氢键、偶级-偶级作用、-作用、静电作用、疏水作用或空间作用,并且其中至少有一种作用具有立体选择性。,Dalgliesh三点作用模型,相互作用强，保留长，后出峰,相互作用弱，保留短，先出峰,(S)-选择子,(R)-溶质,手性固定相法拆分机理2,
9、手性分离效果是多种相互作用共同作用的结果。这些相互作用通过影响包埋复合物的形成，特殊位点与分析物的键合等而改变手性分离结果。由于这种作用力较微弱，因此需要仔细调节、优化流动相和温度以达到最佳分离效果。,手性固定相分类,刷（Brush）型或称为Prikle型 聚合物固定相（如纤维素、淀粉，合成的手性聚合物） 大环手性固定相（环糊精、手性冠醚、大环抗生素） 蛋白质（Protein）型 配体交换（Ligand exchange）型 分子印迹固定相,Cellulose,Amylose,Dipole-dipole,stacking,Hydrogen bond,-,O,O,O,O,O,R,R,R,R,R,
10、R,N,H,H,H,H,H,N,N,X,Y,Hydrogen bond,聚合物固定相的手性化合物拆分作用力,纤维素和直链淀粉的空间结构,Cellulose,Amylose,（rigid & linear）,（helical）,市售常用的手性色谱柱： Daicel的“四大金刚”及新型的键合相系列，Phenomenex的Cellulose-1,三.液相手性拆分方法流程,液相手性方法开发的基本配置： 液相部分：四元泵，DAD检测器 手性色谱柱若干（150mm*4.6mm，5um） 柱选择器（最好带温控） 流动相:涂敷型： Hexane, Heptane, EtOH, IPA，ACN，MeOH（少量混
11、合使用） 添加剂：TFA，MSA，ESA(离子对),DEA，MEA，(HAC，HCOOH,丁胺) 常备的配置的流动相（14种）： Hexane, Hexane(0.1%TFA), Hexane(0.1%DEA), Hexane(5%EtOH,0.1%MSA), Hexane(5%EtOH,0.1%MEA) EtOH, EtOH(0.1%TFA), EtOH(0.1%DEA) IPA, IPA(0.1%TFA), IPA(0.1%DEA), ACN，MEOH 流动相：键合型（8种） THF，MtBE，CHCl3，CH2Cl2 乙酸乙酯，1,4-二氧环乙烷，丙酮, 甲苯（紫外吸收强）,添加剂与流动
12、相的互溶性及PH耐受范围,强酸（例如：MSA），强碱（MEA，EDA ）的添加剂在加入到流动相中时，需要考察其溶解度，考虑色谱柱PH的耐受范围,一般来说，添加量都不要超过0.5%。 例如：MSA只在含5%EtOH的正己烷中才能溶解，且添加的量占流动相的总体积的比例不能超过0.1%。一般为0.05%。同样MEA在正己烷中也难溶，需要加入其它中等极性的溶剂助溶。,DAD检测器的功用： 1.更易选择最佳吸收波长。 2.在没有消旋体的情况下，通过比对光谱扫描图，辅助判断是否为对映异构体。 3.判断峰纯度，是否与非手性杂质完全分离。 注：完全一致的光谱扫描图，并不一定是对映异构体，也可能是结构类似的化合
13、物。,方法步骤： 了解待分离化合物样品结构信息 了解化合物反相色谱信息 样品前处理 选择合适的手性固定相（手性分析柱） 优化流动相，柱温,了解待分离化合物样品结构信息： 手性方法建立的第一步为检查待测物的化学结构，尽可能地获取样品的如下信息在不同溶剂中的溶解性。形成氢键、键或者偶极相互作用的能力；是否有极性官能团（是否含氨基NH2-、羧基-COOH或者既含酸性基团又有碱性基团）；手性中心附近有无大的刚性取代基；紫外光谱可否检测，酸碱是否稳定等。诸如此类的样品结构信息对预判手性分离能力及手性固定相的选择有较大的帮助作用。,了解样品反相色谱信息： 如果合成人员提供反相色谱信息，可以知道其样品的纯度
14、。也可以根据流动相条件来确定手性分离中烷烃与醇的比例，甚至依此判定以及是否需要添加酸碱添加剂。,样品前处理： 12mg EtOH，MeOH溶解。 如难溶，且为盐，加入酸碱添加剂助溶。酸碱总浓度不要大于1%，且要有空白对照。 也可以先以少量DMSO，DMF，CHCl2溶解，然后再用流动相稀释至不析出为止。 如果样品紫外吸收很弱，则需加大样品浓度至10mg/ml. 无紫外吸收，换检测器：ELSD或MS，或者让合成人员接生色基团。 过滤进样。,选择合适的手性柱： 从手性固定相对样品的通用性，适应范围考虑。如果是制备服务，在选择手性柱时还应考虑柱容量（柱样品荷载量）。 各商品化的手性柱使用顺序大致为：
15、 IA（或AD-H）,IC，OD-H，AS-H，OJ-H,流动相条件优化 以无水乙醇/正己烷为初始流动相，比例通过调整流动相中醇的含量或者改变醇的种类来增强对映体分离选择性。如果酸碱样品只有部分分离、没有分离或者峰形差、不出峰，可在流动相中添加有机酸、碱等改性剂来优化分离。 涂敷型 中性：Hexane：EtOH=70：30(V/V%)，流速：0.8ml/min 酸性：含有-COOH，加入TFA 碱性：含有-NH2，-NH-加入DEA，如峰形没有改善，可加 入叔丁胺或者MEA 酸碱基团都有：加入TFA，或者TFA与DEA混合的盐或MSA(0.1%) 添加剂含量0.05%0.3%。,键合型：,柱温考察：常规温度加减1015度 1.常规条件：30度 2.低温：15度 3.高温：40度,流动相的极性：常用溶剂极性表.xls 流动相的互溶性：溶剂互溶表.pdf,常用溶剂物性必备,四.手性分离的特殊例子,手性分离中的梯度模式,Hexane：IPA=99：1(v/v%),改为梯度模式，220nm下，极小的基线漂移。,A: Hexane B: IPA 0min 99% 1% 20min 99% 1% 35min 95% 5% 45min 95% 5% 60min 99% 1%,改良后用常规方法开发的梯度模式,Time %B(EtOH) Flow M
