復合型多糖類手性固定相的制備及其手性識別能力

摘 要 將纖維素三（3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯）（Cellulose tris（3，5-dimethylphenylcarbamate）， CDMPC）和淀粉三（3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯）（Amylose tris（3，5-dimethylphenylcarbamate）， ADMPC）分別涂敷于氨丙基硅膠上然后混合，或者將這兩種衍生物預先混合再涂敷，制備了兩種復合型多糖類手性固定相。同時制備了基于CDMPC及ADMPC的單一型手性固定相，并進行了對比。研究表明：所制備的復合型手性固定相的手性識別能力一般介于兩種單一型手性固定相的手性識別能力之間；少數對映體在復合型手性固定相上的分離變差；同時有一對對映體在復合型手性固定相上得到了更好的分離。

關鍵詞 手性分離；復合型手性固定相；液相色譜；苯基氨基甲酸酯；多糖

1 引 言

多糖類衍生物手性固定相（Chiral stationary phases， CSPs），特別是纖維素及淀粉的苯甲酸酯類、苯基氨基甲酸酯類衍生物，因其強大的手性識別能力在液相色譜直接拆分對映體研究中廣泛應用[1～6]。研究者制備了大量的多糖類衍生物，并將其用于液相色譜中的手性分離。雖然多糖類衍生物眾多，但是對于特定的手性化合物而言，不同的多糖衍生物的手性識別能力相差很大，這與糖單元上的取代基密切相關。單一型多糖類手性固定相在通用性上存在某些缺陷。為了擴大手性柱的應用范圍，Zhang等[7]將兩種纖維素衍生物混合后涂敷或者分別進行涂敷然后混合，制備了涂敷型復合型手性固定相；Chen等[8]采用物理涂敷法和化學鍵合法，分別通過3種途徑合成了3種類型的復合型纖維素衍生物手性固定相。研究表明，基于纖維素衍生物的復合型手性固定相的手性識別能力一般介于兩種單一衍生物手性固定相的手性識別能力之間，擴大了手性柱的應用范圍［7，8］。在眾多的多糖類衍生物手性固定相中，基于纖維素三（3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯）（CDMPC）與淀粉三（3.5-二甲基苯基氨基甲酸酯）（ADMPC）的手性固定相是應用最為廣泛的兩類固定相。一些對映體化合物在這兩種手性固定相上的洗脫順序發生了改變，并且一些CDMPC所不能分離的對映體在ADMPC上得到了分離，反之亦然[9，10]。這說明CDMPC與ADMPC在手性識別能力方面存在互補性[3]。本研究采用兩種方法制備了集纖維素衍生物（CDMPC）與淀粉衍生物（ADMPC）為一體的兩類復合型多糖類衍生物手性固定相，并考察了其手性識別能力。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

液相色譜系統由LC-10ATvp高壓泵，SPD-10Avp紫外檢測器（日本Shimadzu公司）和HS2000色譜工作站（杭州英譜科技開發有限公司）組成；FT-IR 8400型傅立葉變換紅外光譜儀（日本Shimadzu公司）。纖維素（聚合度約 200，德國Merck公司）；3，5-二甲基苯基異氰酸酯（美國Acros公司）；吡啶（Pyridine， Py）、N，N-二甲基乙酰胺（N，N-dimethylacetamide， DMA）（國藥集團化學試劑有限公司）；三乙氧基氨丙基硅烷（上海阿拉純，臨海市浙東特種試劑廠）；正己烷（色譜純，韓國SK Chemicals公司）；異丙醇（色譜純，美國Tedia公司）。

2.2 涂敷型手性固定相的制備

2.2.1 CDMPC及ADMPC的合成 CDMPC：將0.25 g干燥的纖維素溶于7 mL DMA-0.50 g LiCl-3 mL吡啶混合溶液中，加入過量的3，5-二甲基苯基異氰酸酯，升溫至80℃，并電磁攪拌反應24 h。待反應混合物冷至室溫后，傾入約200 mL甲醇中，過濾所得不溶物即為CDMPC，用甲醇充分洗滌不溶物并于60℃下真空干燥3 h，得產物0.74 g，產率80%。圖1a為CDMPC的1H NMR譜圖（500 MHz， DMSO-d6， 80℃），δ（×10－6）：8.5－9.0（NH），6.3－7.1（Ar-H），3.5－5.1（Glucose-H），1.8－2.2（Ar-CH3）。

采用與CDMPC相同的方法制備了ADMPC，其1H NMR譜圖（500 MHz， 吡啶-d5，80℃）如圖1b所示，δ（×10－6）：9.0－9.7（NH），6.2－7.7（Ar-H），4.5－5.9（glucose-H），1.7－2.3（Ar-CH3）。

2.2.2 手性固定相的制備 稱取0.20 g CDMPC，加入6 mL四氫呋喃（Tetrahydrofuran， THF）溶解。稱取0.20 g ADMPC，加入6 mL THF，超聲5 min后，加入少量DMA，振搖至ADMPC完全溶解。將上述衍生物分別涂敷于0.80 g氨丙基硅膠上，制得單一型手性固定相CSP1（CDMPC）和CSP2（ADMPC）。將CDMPC與ADMPC等比例混合后按同樣方法涂敷于氨丙基硅膠上，制得CSP3，而CSP4則是由等比例的CSP1與CSP2混合而成。以正己烷-異丙醇（9∶1，V/V）為頂替液，在約40 MPa下采用勻漿法將上述手性固定相裝入不銹鋼柱中（250 mm×2.0 mm i.d.），備用。手性固定相的手性識別能力由圖2所示8種手性化合物進行評價。

圖1 （a） CDMPC （DMSO-d6）和（b） ADMPC （吡啶-d5）的1H NMR （500 MHz，80℃）譜圖

Fig．1 1H NMR （500 MHz， 80℃） spectra of （a） cellulose tris（3，5-dimethylphenylcarbamate （CDMPC） （DMSO-d6） and （b） amylose tris（3，5-dimethylphenylcarbamate（ADMPC） （pyridine-d5）

Py: Pyridine.

圖2 8種對映體的結構

Fig．2 Structures of 8 kinds of racemates

2.3 色譜條件和色譜計算分離實驗在室溫下進行，流動相為正己烷-異丙醇（9∶1，V/V），使用前用0.2 死時間（t0）由1，3，5-三叔丁基苯測定。容量因子k1′＝（t1－t0）/t0，k2′＝（t2－t0）/t0；分離因子α＝k2′/k1′；分離度Rs＝118（t2－t1）/（W（1/2）1＋W（1/2）2），其中W（1/2）1和W（1/2）2分別為第1個洗脫峰和第2個洗脫峰之半峰寬。

3 結果與討論

3.1 手性固定相的表征

用傅立葉變換紅外光譜儀對制備的手性固定相進行了表征。實驗表明，CSP1-CSP4的紅外譜圖基本相同，約1726 cm－1處出現羰基（CO）的吸收峰，1617 cm－1處出現苯環（C6H5）的吸收峰。羰基及苯環吸收峰的出現說明多糖衍生物被成功地涂敷于硅膠上。

3.2 手性固定相的手性識別能力

3.2.1 單一型手性固定相的手性識別能力

CSP1和CSP2是單一型手性固定相，分別由CDMPC和ADMPC涂布在氨丙基硅膠上而得，它們只包含一種多糖衍生物，是為對比實驗而制備的。這兩種單一型手性固定相的手性分離結果列于表1。由表1可知，除對映體4和6外，其余手性化合物在CSP1及CSP2上都得到了不同程度的分離。對映體3， 5和7在CSP1上分離較好（α>1.20），而在CSP2上的分離較差（α<1.20），特別是對映體5，其在CSP1上的α和Rs值分別為2.29和8.26，遠大于其在CSP2上的值（α＝1.17， Rs＝1.13，圖3）；而CSP2對對映體1， 2和8的分離效果卻明顯優于CSP1。這說明CSP1與CSP2的手性識別能力具有互補性。

3.2.2 復合型手性固定相的手性識別能力 CSP3和CSP4是復合型手性固定相，由兩種不同的方法制得：CSP3是將CDMPC和ADMPC等比例混合后涂敷在氨丙基硅膠上得到的；而CSP4則是將CDMPC和ADMPC分別涂敷在氨丙基硅膠上后等比例混合而得，即是CSP1和CSP2的等比例混合物。這兩種固定相具有共同的特點，即包含有兩種不同分子結構的多糖衍生物。同時表1也列出了8種手性化合物在CSP3和CSP4上的分離結果。由表1可知，對映體1， 2， 5和8在復合型手性固定相CSP3和CSP4上得到了較好的分離; 對映體7僅得到部分分離；而對映體3， 4和6則沒有得到分離。具體而言，對映體1， 3， 4， 6和7在CSP3和CSP4上的α值非常相近或相同，對映體2在CSP3上的α值略高于其在CSP4上的值；而對映體5和8在CSP3上的α值則略低于CSP4。由此可見，兩種復合型手性固定相具有相近的手性識別能力，即不同的混合方法對復合型手性固定相的手性識別能力沒有明顯的影響，這與文獻[6，7]的結果相同。至于CSP3和CSP4在手性識別能力方面的差異可能是由于其制備過程不同，導致固定相在顆粒度、衍生物的比例等方面存在差異而引起的。

表1 對映體在手性固定相CSP1-CSP4上的分離結果

Table 1 Resolution results on chiral stationary phase 1（CSP1）-CSP4

對映體Racemate

5.74 對映體編號和結構見圖2（Numbers and structures of racenmates are the same as in Fig．2）。 流動相（Eluent）：正己烷/異丙醇（hexane/2-propanol）＝9/1；流速（Flow-rate）：0.1 mL/min；柱尺寸（Column）： 25 cm×0.20 cm i.d.；檢測波長（Detection wavelength）：254 nm。

3.2.3 復合型與單一型手性固定相手性識別能力的比較 從表1可見，對于同一種手性化合物，復合型手性固定相的手性識別能力一般都介于單一型手性固定相之間。如對映體1在CSP1和CSP2上的α值分別為1.19和1.75， 而在CSP3和CSP4上的α值則分別為1.48和1.44，色譜圖如圖3所示。由圖3可知，對映體1在CSP1上只得到了部分分離，而在CSP3和CSP4上的分離效果明顯改善，基本達到了基線分離。對映體5在CSP1上具有較大的α值（α＝2.29），而在CSP2則未得到完全分離（α＝117）。但相比于CSP2，對映體5在CSP3（α＝1.48）和CSP4（α＝1.67）上的α值分別增大了26%和43%，得到了完全分離（圖3）。綜上可見，利用CDMPC和ADMPC手性識別能力的互補性，通過合成復合型手性固定相可以改善某些在單一型手性固定相上分離較差的手性化合物的分離，從而擴大單根手性色譜柱的應用范圍。

同時，對映體8在復合型手性固定相CSP3和CSP4上的α值比在單一型手性固定相CSP1與CSP2上的值略高（表1），其分離譜圖如圖3所示。但是，相比于單一型手性固定相CSP1和CSP2，復合型手性固定相CSP3和CSP4對對映體2， 3和7的手性識別能力卻有不同程度的下降，特別是在CSP1與CSP2上均能得到較好分離的對映體3在復合型手性固定相上卻未得到分離（圖3）。這與文獻[8]的結果不同，在文獻[8]考察的手性化合物中，涂敷型復合型纖維素衍生物手性固定相的手性識別能力介于相應的單一型手性固定相之間。其原因可能是文獻[8]所制備的復合型手性固定相是基于兩種纖維素的衍生物；而本研究所制備的復合型手性固定相的手性識別因子是纖維素衍生物（CDMPC）和淀粉衍生物（ADMPC）。它們具有不同的高級結構-CDMPC[11]與ADMPC[12]可能的結構分別為左手3/2和4/1螺旋，這會導致復合型手性固定相中同時存在兩種截然不同的手性空穴，從而導致復合型手性固定相與單一型手性固定相的手性識別機理不同。

圖3 對映體1，3， 5，8，在CSP1-CSP4上的分離譜圖（分離條件同表1）

Fig．3 Chromatographic resolution of 1， 3， 5 and 8 on CSP1-CSP4（conditions are same as in Table 1）。

3.3 結論

通過兩種混合方法制備了含纖維素和淀粉三（3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯）的兩類復合型手性固定相，并考察了其手性識別能力。研究表明，混合方法對復合型手性固定相的手性識別能力沒有明顯的影響。通常，復合型手性固定相的手性識別能力介于兩種單一型手性固定相的手性識別能力之間，可以在一定程度上擴大手性柱的應用范圍；但少數對映體化合物在復合型手性固定相上的分離會變差或變好。

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Preparation of Polysaccharide Derivatives-based Composite

Chiral Stationary Phases and Their Chiral Recognition

PAN Fu-You1， LI Xiao-Fang2， LIU Gui-Hua1， LI Yong-Long2， TANG Shou-Wan*1

1（Department of Chemistry， School of Pharmaceutical and Chemical Engineering， Taizhou College， Linhai 317000）

2（College of Chemical Engineering and Materials Science， Zhejiang University of Technology， Hangzhou 310032）

Abstract Two coated-type composite chiral stationary phases （CSPs） were prepared based on cellulose tris（3，5-dimethylphenylcarbamate） （CDMPC） and amylose tris（3，5-dimethylphenylcarbamate） （ADMPC） by coating the corresponding derivatives onto 3-aminopropyl silica gel separately and then mixing or by coating the mixed derivatives onto silica gel. The CSPs containing only CDMPC or ADMPC were also prepared for comparison. The mixing method does not significantly influence the enantioselectivities. The composite CSPs generally show chiral recognition abilities intermediate between those of the two individual phases， while some racemates were poorer and at the same time one was better resolved on the composite CSPs.

Keywords Chiral separation; Composite chiral stationary phases; High performance liquid chromatography; Phenylcarbamate; Polysaccharide

（Received 1 May 2010; accepted 19 June 2010）