高效液相色譜手性固定相法拆分BETTI堿及其衍生物對映體

支明玉，朱巖

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州310018；2.浙江大學(xué) 化學(xué)系，浙江 杭州310028）

20世紀(jì)初，BETTI[1]報道了Betti堿（1-(α-氨基芐基)-2-萘酚）及其對映異構(gòu)體(S)-(+)-1-(α-氨基芐基)-2-萘酚和(R)-(-)-1-(α-氨基芐基)-2-萘酚，但作為手性配體在不對稱催化反應(yīng)中的應(yīng)用直到1998年才被報道[2]。手性氨基酚配體和它的衍生物具有特異的阻轉(zhuǎn)空間結(jié)構(gòu)，通常在不對稱催化反應(yīng)中尤其是在不對稱催化烯基化、烷基化、環(huán)丙化、Aldol 反應(yīng)及Michael 加成等反應(yīng)中，表現(xiàn)出較高的對映識別能力，因此，近年來逐漸引起人們的注意而成為研究的熱點(diǎn)[3]。

為了開發(fā)研究新的催化體系和催化新的不對稱反應(yīng)，課題組合成了Betti堿（1-(α-氨基芐基)-2-萘酚，1-(α-aminobenzyl)-2-naphthol）、芐氨基-Betti堿（1- (α-芐氨基芐基)-2-萘酚，1- (α -benzylaminobenzyl)-2-naphthol）和哌啶基-Betti堿（1-(α-哌啶基芐基)-2-萘酚，1-(α-piperidylbenzyl)-2-naphthol）（結(jié)構(gòu)見圖1）。SZTOJKOV-IVANOV等[4]在Chiralcel OD-H柱上對Betti堿及其類似物進(jìn)行色譜拆分，獲得基線分離。目前尚未見Betti堿及其衍生物對映體的高效液相色譜拆分報道。纖維素三（3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯）和Pirkle 型Whelk-O1 手性柱使用較為廣泛[5-9]。為了配合課題組的研究，本文在纖維素三（3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯）（Chiralcel OD-H）和Pirkle 型(R,R)-Whelk-O1 手性柱 上對Betti堿、芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿對映體拆分進(jìn)行了研究，考察了在正己烷流動相中，不同的堿性添加劑、醇類添加劑和醇類添加劑的濃度及溫度對手性拆分的影響，研究了溶質(zhì)的空間立體構(gòu)型因素對手性拆分的影響并初步探討了手性識別機(jī)理。

圖1 Betti堿（a）、芐氨基-Betti堿（b）及哌啶基-Betti堿（c）的結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol（a），1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol（b）and 1-（αpiperidylbenzyl）-2-naphthol（c）

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑材料與儀器設(shè)備

試劑材料：Betti堿、S-(+)-Betti堿、芐氨基-Betti堿、S-(+)-芐氨基-Betti堿、哌啶基-Betti堿和R-(-)-哌啶基-Betti堿（浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院）；正己烷為色譜純（美國天地有限公司）；乙醇、正丙醇、異丙醇和正丁醇為色譜純（天津市四友生物醫(yī)學(xué)技術(shù)有限公司）；三乙胺等其他試劑為分析純。

儀器設(shè)備：Agilent 1100 高效液相色譜儀（Agilent，美國），配置VWD 檢測器、四元泵及化學(xué)工作站。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 儀器條件

纖維素三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)手性柱(Chiralcel OD-H)(250 mm×4.6 mm ,5 μm)，(R,R)-Whelk-O1 (250 mm×4.6 mm,5 μm)手性柱(見圖2)。流動相為正己烷-極性添加劑（含0.1%的三乙胺）。流速：Chiralcel OD-H柱為0.5 mL·min-1，(R,R)-Whelk-O1柱為1.0 mL·min-1；溫度：25℃；檢測波長：290 nm；死時間由1,3,5-三叔丁基苯測定時間。

圖2 手性柱的結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of chiral colum

1.2.2 流動相及樣品配制

將正己烷和各種醇配成所需比例，用0.45 μm微孔膜過濾后超聲脫氣。樣品用正己烷溶液配制成所需濃度并用0.45 μm 微孔膜過濾。

2 結(jié)果與討論

2.1 （R，R）-Whelk-O 1柱和Chiralcel OD-H柱的分離比較

固定流動相中正己烷-異丙醇體積比為90:10（含0.1%的三乙胺）分別在(R,R)- Whelk-O 1、Chiralcel OD-H柱 上對Betti堿、芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿進(jìn)行手性分離，結(jié)果見表1。

表1 1-（α-氨基芐基）-2-萘酚、1-（α-芐氨基芐基）-2-萘酚和1-（α-哌啶基芐基）-2-萘酚在（R，R）-Whelk-O 1和Chiralcel OD-H柱上的對映體分離Table1 The enantioseparation of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol，1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol and 1-（αpiperidylbenzyl）-2-naphthol on（R，R）-Whelk-O 1and Chiralcel OD-H

由表1可知，Betti堿、芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿在Chiralcel OD-H柱上能完全分離，在(R,R)-Whelk-O 1柱上只有芐氨基-Betti堿獲得部分分離，Betti堿和哌啶基-Betti堿均未分離。Pirkle型手性固定相為小分子，其立體識別基于三點(diǎn)作用原理[10]。主要是通過π-π和氫鍵等吸引作用與溶質(zhì)之間產(chǎn)生手性識別。從溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)(見圖1)中可以看出，由于Betti堿、芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿的分子內(nèi)氫鍵作用以及空間位阻作用，大大降低了溶質(zhì)與(R,R)-Whelk-O1柱氫鍵點(diǎn)的競爭力，溶質(zhì)和固定相之間還存在微弱的π-π 吸引作用，芐氨基-Betti堿由于比Betti堿和哌啶基-Betti堿多了一個芐氨基的吸引作用而部分分離。

同樣，分別以乙醇、正丙醇、正丁醇和仲丁醇等不同極性的醇類添加劑作為流動相，在(R,R)-Whelk-O1柱上進(jìn)行分離，結(jié)果和異丙醇相同。說明由于溶質(zhì)內(nèi)部的氫鍵作用以及空間位阻作用，極大降低了溶質(zhì)與(R,R)-Whelk-O1柱氫鍵點(diǎn)的競爭力，加上溶質(zhì)與固定相之間微弱的π-π 吸引作用，使溶質(zhì)不能分離。本文著重討論Betti堿在Chiralcel OD-H柱上的色譜分離。

2.2 在Chiralcel OD-H柱上的分離

2.2.1 流動相中異丙醇濃度對手性分離的影響

改變流動相正己烷中異丙醇的濃度（含0.1%的三乙胺）對Betti堿、芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿進(jìn)行手性拆分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。它們在Chiralcel OD-H柱上的對映體分離見圖3。

表2表明，在Chiralcel OD-H柱上溶質(zhì)均能獲得完全分離，且分離度RS為Betti堿芐氨基-Betti堿>哌啶基-Betti堿。HESSE 等[11-12]、FRANCOTTE 等[13]以及BLASCHKE[14]等在研究微晶纖維素三醋酸酯（CAT-Ⅰ）的手性固定相時，提出手性識別包容機(jī)理，對映體形狀在手性空腔中的適應(yīng)性或包容性是產(chǎn)生手性選擇性的原因，而不是官能團(tuán)之間的吸引作用[15]。從2.1節(jié)的討論中亦可看出，僅靠溶質(zhì)與固定相之間微弱的氫鍵和π-π 作用達(dá)不到分離的目的。從溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)(圖1)中可看出，芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿的空間立體結(jié)構(gòu)多了芐氨基和哌啶基，較Betti堿大，可能由于Betti堿的體積大小特別是空間結(jié)構(gòu)最適合OD-H柱手性空腔的手性識別，故其在OD-H柱上的容量因子、分離度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿。而芐氨基-Betti堿的容量因子和分離度大于哌啶基-Betti堿，是由于芐氨基和固定相之間具有π-π 吸引作用而哌啶基沒有。因此，本研究認(rèn)為，盡管溶質(zhì)與OD-H柱之間有微弱的π-π和氫鍵等吸引作用，但OD-H柱手性空腔對溶質(zhì)的包容作用可能是手性識別的主要機(jī)制，手性空腔中溶質(zhì)的適應(yīng)性是手性識別的關(guān)鍵。此外，當(dāng)流動相中醇含量減少極性減弱，則溶質(zhì)在Chiralcel OD-H 上的保留能力逐漸增強(qiáng)且容量因子和分離度逐漸增大，呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。說明改變流動相極性對手性識別有一定實(shí)質(zhì)影響。

表2 流動相中不同異丙醇濃度對1-（α-氨基芐基）-2-萘酚、1-（α-芐氨基芐基）-2-萘酚和1-（α-哌啶基芐基）- 2-萘酚在Chiralcel OD-H柱上對手性拆分的影響Table2 The influence of iso-propanol concentration in mobile phase on the chiral separation of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol，1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol and 1-（α-piperidylbenzyl）-2-naphthol on Chiralcel OD-H

圖3 Betti堿（a）、芐氨基-Betti堿（b）和哌啶基-Betti堿（c）在Chiralcel OD-H柱上的手性拆分色譜圖Fig.3 The chiral separation chromatograms of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol（a）1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol（b）and 1-（α-piperidylbenzyl）-2-naphthol（c）on Chiralcel OD-H column

2.2.2 不同極性的醇類添加劑對手性分離的影響

分別以乙醇、正丙醇、正丁醇、異丙醇和仲丁醇作為流動相中的醇類添加劑(v：v=90:10，含0.1%的三乙胺），在Chiralcel OD-H 手性柱上對Betti堿、芐氨基-Betti堿和哌啶基-Betti堿進(jìn)行對映體分離，結(jié)果見表3。

從表3中可看到，溶質(zhì)在Chiralcel OD-H柱上容量因子及分離度為含有支鏈的異丙醇和仲丁醇，大于直鏈的乙醇、正丙醇和正丁醇，說明溶質(zhì)與流動相中的醇類添加劑之間存在對Chiralcel OD-H 手性柱上氫鍵點(diǎn)的競爭，因?yàn)榭臻g位阻作用，對氫鍵點(diǎn)的競爭能力，立體阻礙或空間體積大的醇相對較弱，因此，用含有支鏈的異丙醇和仲丁醇作為流動相添加劑時，溶質(zhì)在Chiralcel OD-H 手性柱上的保留要比用直鏈的乙醇、正丙醇及正丁醇作為添加劑時強(qiáng)。這一結(jié)果表明，雖然存在溶質(zhì)內(nèi)部的氫鍵和空間位阻作用，但溶質(zhì)與Chiralcel OD-H柱之間依然具有一定的氫鍵作用力。

2.2.3 堿性添加劑的影響

雖然溶質(zhì)在Chiralcel OD-H柱上均能達(dá)到基線分離，但拖尾現(xiàn)象比較嚴(yán)重。OKAMOTO 等[16]認(rèn)為，分離堿性物質(zhì)時，流動相中加入少許堿性添加劑二乙胺以減輕拖尾。本文在流動相為正己烷-異丙醇（v/v=90:10）條件下，用0.1%三乙胺作為堿性添加劑，達(dá)到了較好的減尾效果。

3 結(jié) 論

通過在(R,R)-Whelk O1和Chiralcel OD-H 2種手性固定相上的對比實(shí)驗(yàn)，充分說明了2類固定相手性識別機(jī)理的不同。纖維素及其衍生物類手性固定相主要是形成手性空腔而產(chǎn)生手性識別能力，手性空腔對溶質(zhì)的包容作用可能是手性識別的主要作用機(jī)制，手性空腔中溶質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和適應(yīng)性是手性識別的關(guān)鍵。而對于Pirkle 型(R,R)-Whelk O1 手性固定相，基于三點(diǎn)作用立體識別原理。固定相與溶質(zhì)之間主要為π-π和氫鍵等吸引作用。

表3 流動相中極性醇類添加劑的種類對1-（α-氨基芐基）-2-萘酚、1-（α-芐氨基芐基）-2-萘酚和1-（α-哌啶基芐基）-2-萘酚在Chiralcel OD-H 上對映體分離的影響Table3 The influence of different polar alcohol modifier in mobile phase on the enantioseparation of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol，1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol and 1-（α-piperidylbenzyl）-2-naphthol on Chiralcel OD-H