手性金屬-有機(jī)骨架化合物[Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O在高效液相色譜手性固定相中的應(yīng)用

袁寶燕， 余云艷， 張 鵬， 呂 云， 田春容，章俊輝， 謝生明*, 袁黎明*

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,云南昆明 650500)

手性是自然界的一種普遍現(xiàn)象[1 - 3]。人類目前使用的藥物中，大約有一半的藥物是手性藥物。通常來說，手性藥物往往表現(xiàn)出不同的生理活性和藥理活性，其中一種立體異構(gòu)體有藥效，而另一種對(duì)映異構(gòu)體藥效很小，沒有藥效或有相反藥效，甚至有毒副作用[4]。因此，分離手性化合物，獲取對(duì)人類有益的單一對(duì)映異構(gòu)體在藥理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)上具有重要的研究意義。

目前，高效液相色譜手性固定相法是獲取單一對(duì)映異構(gòu)體非常有效的一種方法[5 - 7]。色譜法拆分手性化合物的關(guān)鍵在于研究制備出新型高效的色譜固定相。金屬-有機(jī)骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)化合物由于其具有高比表面積、大孔隙率、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、易于進(jìn)行孔內(nèi)和表面修飾等優(yōu)良特性[8 - 10]，在用作新型色譜固定相方面已引起了研究者們廣泛的關(guān)注。近些年來，本課題組及其他課題組已相繼報(bào)道了一些以手性MOFs作為色譜固定相分離手性化合物的研究成果[11 - 18]，表明手性MOFs材料在手性色譜領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。

(1R,2R)-1,2-環(huán)己烷二羧酸是一種具有兩個(gè)相鄰羧基的手性柔性配體。它是一種理想的手性源，能為構(gòu)建不同構(gòu)型的手性配合物提供多種配位方式。本文采用混合配體策略，以(1R,2R)-1,2-環(huán)己烷二羧酸(H2L)和1,2-二(4-吡啶基)乙烯(bpe)為配體，與NiCl2·6H2O通過水熱合成法，制備了一種手性MOFs材料 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O，并將其用作固定相制備高效液相色譜手性柱。以正己烷∶異丙醇為流動(dòng)相考察了該手性MOFs材料用作色譜固定相的手性識(shí)別性能，結(jié)果有15種手性化合物在該手性MOFs柱上實(shí)現(xiàn)了不同程度的拆分，表明該手性固定相對(duì)手性化合物具有較好的手性識(shí)別能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

P1201型高效液相色譜儀(大連伊利特分析儀器有限公司)，配有Elite P1201高壓恒流泵和Elite UV1201紫外檢測(cè)器；儀器控制和數(shù)據(jù)采集在EC-2006高效液相色譜工作站上進(jìn)行；色譜柱柱溫由Elite ZW1201柱溫箱控制；高壓勻漿法色譜裝柱機(jī)(美國(guó)，Alltech公司)；不銹鋼液相色譜空柱(250×2.1 mm i.d.)(美國(guó)，Alltech公司)；X射線衍射儀(日本，Rigaku公司)；Quanta FEG 650型掃描電鏡(美國(guó)，F(xiàn)EI公司)；ELGA-LC134純水機(jī)(英國(guó)，ELGA公司)。

NiCl2·6H2O(純度99%)、(1R,2R)-1,2-環(huán)己烷二羧酸(H2L，純度99%)和1,2-二(4-吡啶基)-乙烯(bpe,純度99%)均購(gòu)于上海阿達(dá)瑪斯試劑公司；正己烷(分析純)、異丙醇(分析純)購(gòu)于天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；手性化合物購(gòu)自日本TCI公司和美國(guó)Fluka公司；超純水由ELGA LabWater純水機(jī)提供。

1.2 手性MOFs材料 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的合成

參照文獻(xiàn)方法[19]合成 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O。具體步驟如下：在100 mL聚四氟乙烯襯套內(nèi)，依次加入80 mL水，0.1376 g H2L，0.1920 g NiCl2·6H2O，0.2880 g 1,2-二(4-吡啶基)-乙烯。在室溫下攪拌30 min，使其充分溶解，隨后將襯套密封在不銹鋼的反應(yīng)釜中，于140 ℃下反應(yīng)3 d，冷卻至室溫，用水洗滌6次，獲得綠色晶體，干燥后，備用。

1.3 手性 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O柱的制備

先將手性MOFs材料研磨成粉末狀，再用乙醇懸浮收集粒徑在5～10 μm范圍的手性MOFs顆粒作為固定相，干燥后備用。采用高壓勻漿法進(jìn)行裝柱，具體操作如下：稱取1.2 g制備好的手性材料[Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O于50 mL的小燒杯中，加入23 mL正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)配成懸浮液，然后迅速將其倒入勻漿罐中，以正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)為頂替液，在35～40 MPa高壓下壓5～8 min，將壓力緩慢降到20～25 MPa再壓25～30 min。制備好的手性MOFs柱先用正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)流動(dòng)相沖洗1～2 h，待基線平穩(wěn)后，即可進(jìn)行色譜分離實(shí)驗(yàn)。

1.4 色譜拆分條件和性能評(píng)價(jià)參數(shù)

手性識(shí)別化合物用正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)溶解。以正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)作為流動(dòng)相，使用前經(jīng)0.45 μm濾膜濾過和超聲脫氣處理；流速為0.10 mL/min；柱溫為25 ℃；檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm。本文采用保留因子(k)、分離因子(α)、分離度(RS)作為該MOFs柱的色譜拆分性能評(píng)價(jià)參數(shù)。它們的計(jì)算公式分別為：k1=(t1-t0)/t0；k2=(t2-t0)/t0；α=k2/k1；RS=1.18(t2-t1)/[W1/2(1)+W1/2(2)]。其中，t0為色譜柱的死時(shí)間，t1和t2分別為第一個(gè)流出峰和第二個(gè)流出峰的保留時(shí)間，本文采用1,3,5-三叔丁基苯測(cè)定死時(shí)間；W1/2(1)和W1/2(2)分別為第一個(gè)流出峰和第二個(gè)流出峰的半峰寬。

2 結(jié)果與討論

2.1 手性MOFs化合物 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的表征

將合成的 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O進(jìn)行了X射線衍射(XRD)及掃描電鏡(SEM)表征，結(jié)果見圖1和圖2。由圖1可知，[Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的XRD圖的衍射峰的位置及強(qiáng)度與文獻(xiàn)報(bào)道的單晶模擬衍射峰基本一致，表明成功合成了手性MOFs化合物 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O。圖2是通過人工研磨、溶劑浮選得到的手性MOFs材料的SEM照片，晶體顆粒的平均粒徑約為5～10 μm。

圖1 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O(a)、單晶數(shù)據(jù)模擬(b)和合成的經(jīng)液相色譜檢測(cè)60天后(c)XRD圖Fig.1 XRD pattern of [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O(a),simulated(b) and synthesized after HPLC measurement more than 60 days (c)

圖2 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的SEM圖Fig.2 SEM image of [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O

2.2 手性MOFs柱對(duì)手性化合物的拆分性能研究

為了考察手性MOFs柱對(duì)手性化合物的分離性能，實(shí)驗(yàn)選用正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)作為流動(dòng)相，在流動(dòng)相流速為0.1 mL/min，柱溫25 ℃，紫外檢測(cè)波長(zhǎng)為254 nm的條件下，對(duì)一系列手性化合物進(jìn)行了色譜拆分實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，15種外消旋化合物在該手性MOFs柱上得到了拆分，它們分別是：氨氯地平、DL-扁桃酸、華發(fā)林、二氫黃酮、芐氟噻嗪、佐匹克隆、1-苯基乙醇、1,1′-聯(lián)-2-萘酚、1-(1-萘基)-乙醇、1,2-二苯乙醇酮、吡喹酮、馬來酸氯苯那敏、美托洛爾、西替利嗪和鹽酸美西律。結(jié)構(gòu)式如圖3所示。

圖3 手性化合物的分子結(jié)構(gòu)Fig.3 Molecular structures of the chiral compounds

手性化合物在該手性色譜柱上的拆分結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，15種手性化合物在該手性MOFs柱上得到了不同程度的拆分。圖4是一些手性化合物在該手性MOFs柱上的拆分譜圖。由此可見，手性 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O固定相對(duì)這15種手性化合物具有一定的手性識(shí)別能力。該手性固定相對(duì)多種手性化合物表現(xiàn)出了一定的拆分能力，其手性識(shí)別能力主要與晶體的結(jié)構(gòu)及其手性微環(huán)境有關(guān)。晶體結(jié)構(gòu)分析表明，該晶體是由Ni2+與來自兩個(gè)H2L配體的羧基O原子和來自bpe配體的N原子在赤道平面配位，同時(shí)與來自配體H2O的兩個(gè)O原子在軸向位置配位形成。每個(gè)H2L配體通過兩個(gè)單齒羧基連接兩個(gè)Ni2+，每個(gè)Ni2+連接兩個(gè)H2L配體形成一個(gè)一維的(NiL)n鏈，接著bpe配體采用單齒配位模式與(NiL)n鏈配位并向四個(gè)方向延伸，為鏈條提供了交錯(cuò)的雙槳形狀，相鄰的一維交錯(cuò)雙槳狀(NiL)n鏈通過未配位的bpe配體中的N原子和相鄰鏈上配位的H2O分子間的氫鍵進(jìn)一步延伸形成三維手性多孔骨架結(jié)構(gòu)。在(NiL)n鏈中未配位的羧基O原子和配位的水分子間存在較強(qiáng)的氫鍵作用，配位的吡啶環(huán)和相鄰的Ni2+間存在著強(qiáng)的π-π相互作用。該手性MOFs柱對(duì)手性化合物的手性識(shí)別性能主要源于手性化合物與晶體結(jié)構(gòu)間的立體匹配作用，同時(shí)手性化合物在固定相、流動(dòng)相間的氫鍵及π-π相互作用也參與了手性識(shí)別過程。

圖4 手性化合物在該色譜柱上的拆分色譜譜圖Fig.4 Chromatograms on the packed CSP-column for the separation of racemates(a) Amlodipine;(b) D,L-Mandelic acid；(c) Warfarin;(d) Flavonone;(e) Bendroflumethiazide;(f)Zopiclone;(g) 1-Phenylethanol;(h) 1,1′-Bi-2-naphthol.flow rate:0.1 mL/min;Detection wavelength:254 nm.

圖5 氨氯地平在色譜柱進(jìn)樣使用多次的色譜圖Fig.5 Chromatograms of amlodipine after hundreds of injections on the column times of continuous injection:a.50,b.100,c.150,d.200.

2.3 手性MOF色譜柱的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

一根性能良好的色譜柱往往具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，為了考察手性 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O柱的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，本文選用氨氯地平考察了該色譜柱的重現(xiàn)性。在流動(dòng)相為正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)的條件下，該柱經(jīng)歷了50、100、150、200次連續(xù)進(jìn)樣后，氨氯地平的拆分色譜譜圖如圖5所示。由圖可見，其洗脫時(shí)間并沒有明顯的變化，其保留時(shí)間與峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD,n=4)分別為0.28%和1.06%，表明該柱具有良好的重現(xiàn)性。該柱經(jīng)歷了2個(gè)月的使用后，對(duì)柱中的固定相進(jìn)行了XRD表征，得到了與測(cè)樣前峰形吻合較好的XRD圖，表明該柱在此色譜條件下具有較好的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

本文以(1R,2R)-1,2-環(huán)己烷二羧酸和1,2-二(4-吡啶基)乙烯為配體，與NiCl2·6H2O通過水熱法制備合成了一種手性MOFs材料 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O，并將其作為固定相制備了高效液相色譜手性柱，對(duì)多種手性化合物進(jìn)行了拆分。結(jié)果表明，該手性柱在流動(dòng)相為正己烷∶異丙醇(9∶1,V/V)，流速為0.10 mL/min，柱溫為25 ℃的色譜條件下，對(duì)15種外消旋化合物實(shí)現(xiàn)了不同程度的拆分，為色譜法拆分手性化合物開發(fā)新型固定相提供了一條新的途徑。