（应用化学专业论文）选择体为聚合物型手性固定相的构效关系的研究.pdf

摘要 摘要 手性是自然界的基本性质。手性药物与每一个人的健康息息相关。但 是，许多研究结果发现手性药物的不同对映体在生物体内的手性环境中常常 表现出不同的药效学和药动学特征，因此在新药的研发过程中必须将外消旋 的手性药物拆分，对各个对映体进行测定和评价。因此，药物对映体的分离 具有非常重要的意义。现有众多的手性拆分的方法中，以手性固定相为基础 的高效液相色谱是分析、制备手性药物对映体的较为有效的方法之。 一般情况下，手性固定相的手性识别能力主要由选择体的结构决定。 近年来由于高分子型的手性固定相有较好的负载量而受到人们的重视，它的 识别能力主要与高分子的结构有关。虽然现在商业化的手性固定相已有1 0 0 多种，但是对于大多数手性药物来说对映体拆分还并不是轻而易举的工作。 本文的主要研究内容是合成聚合物型手性固定相，并进行对映体分离 能力的测试，对许多影响因素都进行了细致的探讨，并且讨论了手性识别能 力与选择体的结构之间的关系。 内容如下： 1 以甲苯为溶剂，将y 氨基三乙氧基丙基硅烷与硅胶反应，制备氨丙 基硅胶。用( 1r ，z r ) ( + ) 二苯基乙二胺、对苯二甲酰氯、甲苯2 ，4 一 二异氰酸酯制备两种聚合度不同的手性高分子并固定到氨丙基硅胶 上，得到c s p l 和c s p 2 。用f t - i r 、1 hn m r 、1 3 cn m r 和元素分析 对高分子及固定相进行表征。分别在正相和反相条件下对手性固定 相的分离能力进行了评估，研究了流动相的组成及比例、缓冲溶液 武汉工程大学硕士学位论文 的p h 值、添加剂、温度对手性分离的影响。 2 对c s p 3 和c s p 4 进行分离能力的测试，优化了分离条件。这些优4 - 的分离条件可以用于对映体的检测中。 3 用0 r ，2 r ) ( + ) 二苯基乙二胺、对苯二甲酰氯、甲撑二苯基二异氰酸 酯制备了两种聚合度不同的手性高分子并固定到氨丙基硅胶上，得 到c s p 5 和c s p 6 。将这两个手性固定相对映体分离测试的结果与 c s p l 和c s p 2 的结果相比较，研究了高分子的结构与手性识别能力 的关系。 4 用d m f 为溶剂，将l 二苯甲酰酒石酸二酰氯、d 二苯甲酰酒石酸 二酰氯分别与( 1 r2 r ) 一( + ) 一二苯基乙二胺聚合，再将聚合物固定在氨 丙基硅胶上得到c s p 7 和c s p l l ；以甲苯为溶剂，将l 二苯甲酰酒 石酸二酰氯与( 1 r2 r ) 一一二苯基乙二胺聚合，制得c s p 9 ；以d m f 为溶剂，将l 一二苯甲酰酒石酸二酰氯分别与( 1 s ，2 r ) 2 。氨基一二苯基 乙醇和异山梨醇聚合制得c s p 8 和c s p l 0 。不同的单体合成出来的高 分子主链的官能团不同，这些有规律的官能团变化对后续研究手性 固定相的构效关系有重要作用。 关键词：手性高分子，手性选择体，对映体分离，高效液相色谱 i i a b s t r a c t a b s t r a c t c h i r a l i t yi sab a s i cp r o p e r t yo ft h en a t u r e c h i r a ld r u g sa r ec l o s e l yr e l a t e d t oe v e r y o n e sh e a l t h h o w e v e r , al o to fw o r k sf i n dt h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e n d i f f e r e n te n a n t i o m e r sa n db o d yp r o b a b l yl e a dt od i f f e r e n ti m p a c t s ，t h e r e f o r e ，t h e p h a r m a c o k i n e t i ca n dp h y s i o l o g i c a l a c t i v i t i e so fb o t he n a n t i o m e r sm u s tb e i n v e s t i g a t e db e f o r eu s e c o n s e q u e n t l y , e n a n t i o m e r i cs e p a r a t i o nb e c o m e sv e r y i m p o r t a n tt ot h ed e v e l o p m e n to fn e w c h i r a ld r u g s u pt on o w , h i g h - p e r f o r m a n c e l i q u i dc h r o m a t o g r a p h yb a s e do nc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e sm i g h tb e c o m et h em o s t p o w e r f u l ，p r a c t i c a la n dw i d e l y - a c c e p t e da p p l i c a t i o nf o re n a n t i o s e p a r a t i o n ，w h i c h i sn o to n l yf o rd e t e r m i n i n gm e i ro p t i c a lp u r i t yb u ta l s of o ro b t a i n i n go p t i c a l i s o m e r s t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fe h i r a ls m f i o n a r yp h a s e si se s s e n t i a li n t h i sf i e l d , b e c a u s ed i f f e r e n tc h i l a ls t a t i o n a r yp h a s e sh a v ed i f f e r e n tc a p a b i l i t yo f c h i r a lr e c o g n i t i o n , w h i c hi sp r o b a b l yd e c i d e db yt h es t r u c t u r e so f c h i r a ls e l e c t o r s f o rp o l y m e r i ce h i r a l s t a t i o n a r yp h a s e s ，c h i r a lr e c o g n i t i o nd e p e n d so nt h e c o m p l i c a t e dh i g h e r - o r d e rs t r u c t u r eo f p o l y m e r s a l t h o u g ht h e r ea r ea l r e a d ym o r e t h a no n eh u n d r e dt y p e so fe h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e sf o rc o m m e r c i a lu s e ， e n a n t i o s e p a r a t i o n i ss t i l lt h em o s td i f f i c u l tt a s ki na n a l y s i sf i e l d i nt h i st h e s i s ，t h ew o r k sa i ma ts y n t h e s i sa n de v a l u a t i o no ft h ec h i r a l s t a t i o n a r yp h a s e sw i t ho p t i c a la c t i v ep o l y m e r sa sc h i r a ls e l e c t o r s 。t h ei n f l u e n t i a l f a c t o r so fe n a n t i o s e p a r a t i o na r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l f u r t h e r m o r e ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es t r u c t t 鹏so fc h i r a ls e l e c t o r sa n dc a p a b i l i t yo fc h i r a l r e c o g n i t i o ni sa l s od i s c u s s e d t h ew o r k sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 7 - a m i n o p r o p y l s i l i c a g e l i s p r e p a r e db yr e a c t i n g h i 武汉工程大学硕士学位论文 y - a m i n o p r o p y l t n c t h o x y s i l a n ea n ds i l i c ag e li nt o l u e n e t w od i f f e r e n td e g r e e o fp o l y m e r i z a t i o no fo p t i c a la c t i v ep o l y m e r sa r e s y n t h e s i z e db yt h e c o - p o l y m a - i z a t i o no f ( 1 k 2 r ) 一( + ) - l ，2 一d i p h e n y l e t h y l e n e d i a m i n e , t e r e p h t h a l o y l c h l o r i d ea n dt o l u e n e2 , 4 - d i i s o e y a n a t e ，a n dt h e na r ec h a r a c t e r i z e db yg e l p e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y t w oc h i r a ls t a t i o n a r yp h a s e s ( c s p la n dc s p 2 ) a r eo b t a i n e db yb o n d i n gt h e s eo p t i c a la c t i v ep o l y m e r so n t o7 - a m i n o p r o p y l s i l i c ag e l , s u b s e q u e n t l yc h a r a c t e r i z e db ye l e m e n t a la n a l y s i sa n de v a l u a t e di n d e t a i lu n d e rb o t hn o r m a lp h a s ea n dr e v e r s e p h a s e f u r t h e r m o r e , t h e i n f l u e n t i a lf a c t o r s ( i ec o m p o s i t i o na n dp r o p o r t i o no f m o b i l ep h a s e s ，t h ep h v a l u eo fb u f f e r , a d d i t i v e a n dt e m p e r a t u r e ) o fe n a n t i o s e p a r a t i o n 恤 i n v e s t i g a t e d 2 d i r e c te n a n t i o s e p a r a t i o no fc s p 3a n dc s p 4i s p e r f o r m e d a l t h o u g h p r e p a r a t i v es e p a r a t i o ni sn o tas u b j e c to f t h i ss e c t i o n , m e t h o d sf o ro p t i m i z i n g s e p a r a t i o n so fr a c e m i cm i x t u r e sa r ea n a l o g o u sf o rb o t ha n a l y t i c a l a n d p r e p a r a t i v ea p p l i c a t i o n s 3 t h i ss e c t i o nr e p o r t e db o t hs y n t h e s i sa n de v a l u a t i o no ft w oc h i r a ls t a t i o n a r y p h a s e s ( c s p 5a n dc s p 6 ) i m m o b i l i z i n go p t i c a la c t i v ep o l y m e r sp r e p a r e db y ( 1 r 2 r ) - ( + 1 , 2 - d i p h e n y l e t h y l e n e d i a m i n e ，t e r e p h t h a l o y l c h l o r i d ea n d 4 ，4 - m e t h y l e n e b i s - p - p h e n y ld i i s o c y a n a t e t h ee n a n t i o s e l e c t i v eo ft h e s ec s p s i sp a r t l yp r e f o r m e di nh p l ca n dp o s s i b l yo b t a i n e db e t t e rc a p a b i l i t yo fc h i r a l r e c o g n i t i o nc o m p a r i n gw i t hc s p io rc s p 2 t h ee m p h a s i so ft h i ss t u d yi s i n f l u e n c eo f t h es t r u c t u r eo f p o l y m e r so nt h ea b i l i t yo f c h i r a lr e c o g n i t i o n 4 d i b e n z o y t - l - t a r t a r i ca c i dd i c h l o r i d eo rd i b e n z o y l - d - t a r t a r i ca c i dd i c h l o r i d e i sp o l y m e r i z e dw i 血( 1 r , 2 r ) - ( + ) - l , 2 - d i p h e n y l e t h y l e n e d i a m i n ei nd m f , a n d t h e nt h et w op o l y m e r sa r eb o n d e do n t oy - a m i n o p r o p y ls i l i c ag e lf o ro b t a i n i n g c s p 7o rc s p l1 ，r e s p e c t i v e l y d i b e n z o y l l - t a r t a r i ca c i dd i c h l o r i d ei s p o l y r n e r i z e dw i t h0 r o r ) 一( + ) - 1 , 2 - d i p h e n y l e t h y l e n e d i a m i n ei nt o l u e n e 谢t h t h es a m em e t h o dt oo b t a i nc s p 9 i nd m f , d i b e n z o y l l - t a r t a r i ca c i d d i c h l o r i d ei sp o l y m e r i z o d 谢t h ( 1 s ，2 r ) 一( + ) - 2 - a m i n o - 1 2 - d i p h e n y l e t h a n o lo r 1 , 4 ；3 , 6 - d i a n h y d r o - d - s o r b i t o l ，r e s p e c t i v e l y , t oo b t a i nc s p 8o rc s p l 0 t h e s e c s p sa r ee v a l u a t e di nd e t a i lb yh p l ca n dt h ei n f l u e n c eo f e o o t m a t i n g - a e t i o n o fd i f f e r e n ti s o m e r s ，t h ee f f e c to fs o l v e n t a n dt h em a i nc h a i no fp o l y m e r sa r c i n v e s t i g a t e d k e y w o r d s ：o p t i c a la c t i v ep o l y m e r , c h i r a ls e l e c t o r , e n a n t i o m e r ss e p a r a t i o n , h i g h - p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y v 独创性说明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果，尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对 本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：动乙夥荔k 2 0 0 7 年0 4 月0 8 曰 学位论文版权使用说明书 本学位论文作者完全了解我院有关保留、使用学位论文的规定， 即：我院有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等手段保存和汇编本学位论文。 保密0 ，在年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密q ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：动锈森k 指导教师签 2 0 0 7 年0 4 月0 8 日2 0 0 7 年0 4 月0 8 日 私 第l 章手性识别及聚合物型手性固定相的研究进展 第1 章手性识别及聚合物型手性固定相的研究进展 1 1 手性分子识别 互为对映体的分子有相同的物理性质和相似的化学性质，因为分子在空 间的取向不同，所以它们的旋光方向相反。在非手性环境中，它们的行为方 式或作用结果没有差别。但是，处于手性环境中，这种微小差别就会表现出 来，核磁技术测定对映体过量就是利用对映体在手性试剂的影响下产生的 n m r 信号化学位移的不等价性进行的【1 捌( 图1 1 ) 。 l + 黼汹曲 t r 一 3 8 83 8 66 ，伸m 武汉工程大学硕士学位论文 ，图1 1 1 ，2 - 二苯基环氧乙烷在手性选择体( c s ) 的存在下的1 h n m r 谱图 f i g i i 1 h n m rs p e c t r a o f c ) - 订a n s - s t i l b e n e o x i d e i n t l l e p r e s 跖c e o f t 酬4 - t r i m c t h y l s i l y l p h e n y l c a r b a m a t e ) sd e r i v a t i v e so f p o l y s a c c h a r i d e s ( c s ) 分子的手性是生物界的基本现象【3 】。生命体内手性分子的作用点与不同 的对映体之间的相互作用是不同的【2 】，因为核酸、蛋白质及多糖都具有与其 功能相适应的结构，正是由于这些特殊的结构才对手性化合物的两种对映体 表现出不同的响应附】。这就是所谓的分子识别，它是一个非常精确、果断、 复杂的过程。绝大多数生命过程都是建立在分子识别的基础之上，所以只有 深入的研究分子识别的原理和过程，才能更有效地维护及挽救生命。 1 2 手性拆分的必要性 由天然产物中提取的药物通常是具有光学活性的单一构型【5 】，而由化 学合成的药物则主要为外消旋体。通常情况下，外消旋的手性药物中的一个 构型分子表现出正的药效，另一个构型的分子可能没有活性或表现出不同的 作用效果【3 】。如果其中的一个构型的分子具有毒副作用，那么使用外消旋药 可能会导致威胁生命的悲剧出现。历史上因为服用外消旋的手性药物而造成 的悲剧屡见不鲜。酞胺哌啶酮也叫反应停，为孕妇用减缓妊娠反应而应用于 临床。但是发现多例服用此药物的早期孕妇，其婴儿有严重的畸形现象。研 究表明，( s ) 构型具有强烈的致畸作用1 6 丌。 现在世界上应用于临床的原料药共有3 5 0 0 4 0 0 0 种，其中约5 0 是合 成药物，在合成药物中，又约有4 0 是外消旋体。1 9 9 0 年，美国食品与药 物管理局( f d a ) 作出第一个政策性规定：凡研制具有不对称中心的药物，必 须对其各个对映体进行测定和评价。1 9 9 2 年美国f d a 已经明确规定对于申 请新药专利必须具备外消旋体药物各个对映体的药效及药物动力学的相关 资料【8 】。因此，手性分离及单一对映体的检测在新药开发中就显得十分重要。 第1 章手性识别及募合物型手性固定相的研究进展 1 3 制备光学纯的手性化合物的方法 随着生物化学和药物化学的发展，手性药品的对映体拆分和对映体含 量的测定越来越受到人们的重视 9 1 。 光学活性手性化合物的制各主要有化学或生物催化 1 0 , 1 1 1 的不对称合成 法和手性拆分法。手性拆分法目前主要有机械拆分法、晶体接种拆分法、化 学拆分法、生物酶拆分法及色谱拆分法。在这些分离方法中，色谱拆分法是 最简便、最有效的方法之一。 近三十年来，色谱拆分法在化学、生物学、医药学及相关领域得到广 泛应用，特别是分离和分析各种复杂的混合物，解决了大量其它分析方法不 能解决的难题【1 2 】。要开展手性化合物的色谱分离研究，首先必须创造一个手 性分离的环境。其中最简单和最有效的方法就是使用手性固定相，此时手性 色谱分离的关键就是选择哪种类型的手性固定相才能针对目标分子进行有 效的分剐1 3 6 1 。 1 4 手性固定相的分类 依据选择体的大小c s p s 可分为两大类【2 ，1 7 1 ：l 。固定分子量小、结构简 单的选择体的c s p s ( 埘，典型代表是p i r k l e c s p s t l 9 - 2 2 1 ；2 固定分子量大、结 构复杂的高分子作为选择体的c s p s ，这些高分子可以是天然高分子( 例如 蛋白质【2 3 2 6 1 ) ，经过修饰的纤维素 2 7 - 3 4 】，合成的手性高分子3 5 问。 到目前为止，已经商品化的手性固定相有上百种【1 7 1 ，具有好的性价比 的是p i r k l e 型手性固定相和多糖类手性固定相。由于p i r k l e 墅手性固定相的 选择体结构简单，可以相对较容易地阐明拆分机理【2 1 , 3 7 1 。但自然界的手性识 别主要是以高分子为基础的复杂过程，所以近年来许多学者都主要从事聚合 物型手性固定相的研究。本章主要简明地综述各类聚合物型手性固定相的研 究进展及优缺点。 武汉工程大学硕士学位论文 1 5 聚合物型手性固定相 1 5 1 纤维素型手性固定相 纤维素和淀粉是具有光学活性的聚合物，它们本身表现出一定的手性识 别能力，但直接作为色谱固定相的手性选择体的可能性不大，因为未经修饰 的纤维素或淀粉没有或只有很少的能与手性药品相互作用的位点。然而它们 的衍生物却具有广泛的手性识别及拆分能力【4 1 ，o k a m o t o 掣17 】曾用5 1 0 种旋 光物质对3 ，5 一二甲基苯基氨基甲酸酯修饰的纤维素c s p s 进行评估，其中约 6 0 的对映体被拆分，纤维素型c s p s 显示出较强的手性识别能力。 纤维素衍生物最先是利用物理吸附1 3 8 】通过涂敷的方式固定到载体上( 例 如大孔的硅胶) ，负载量较大，可以广泛应用于正相、极性有机相和反相， 现商品化的纤维素型手性固定相主要是通过涂敷将纤维素衍生物固定到载 体上得到的【4 】。但在研究的过程中发现通过这种方式固定的纤维素衍生物会 被含氯的溶剂、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、乙酸乙酯或1 4 二氧六环等中等 极性的溶剂 3 8 3 9 1 部分或全部溶解或溶胀，从而造成选择体的流失，降低c s p s 的拆分能力、缩短使用寿命。所以涂敷的方式得到的c s p s 的使用条件在一 定程度上受到了限制。如果纤维素衍生物通过化学键合的方式固定到硅胶上 1 4 0 ，得到的c s p s 性质稳定，所以这种方式得到的c s p s 可以使用含有芳香 烃、氯仿或四氢呋喃的流动相【3 5 1 。o k a m o t o 等( 4 l l 认为固定的方式对纤维素 衍生化的c s p s 的手性识别能力有一定的影响，通常化学键合的c s p s 要比 涂敷的c s p s 具有相对较低的手性识别能力【2 ”。 纤维素型手固定相尽管存在这些还无法克服的限制，但在最近的十几 年，纤维素手性固定相仍然是应用最广泛的手性固定相。 第1 章手性识别及聚合物型手性固定相的研究进展 1 5 2 分子印迹聚合物手性固定相 分子印迹技术是在“锁匙”原理基础上发展起来的种新型技术。图l - 2 描述分子印迹过程。由图中可以发现，用分子印迹的高分子形成的聚合物型 手性固定相具有构效预见性，可以预测对映体的出峰顺序。1 9 9 3 年瑞典l u n d 大学的m o s b a c h 等 4 2 1 在上发表有关茶碱分子印迹聚合物的研究报 道，从此分子印迹聚合物以其通用性和惊人的立体专一识别性，越来越受到 人们的青睐。 当然，分子印迹聚合物手性固定相尚存在一些未完全解决的问题【4 3 】：( 1 ) 分子印迹聚合物的制备和识别大多局限在非极性环境中，而天然的分子识别 都在水溶液中进行的。( 2 ) 目前使用的功能单体、交联剂和聚合方法都有较大 的局限性。 图1 - 2 分子印迹聚合物形成示意图( 其中t 代表模板分子) f i g 1 - 2 t h er o u g hp i c t u r eo f t h em o l e c u l a r 呻r h t h gp o l y m e r ( t h el e t t e rt s t a n d sf o rt e m p l a t e ) 1 5 3 树形手性固定相 1 9 8 5 年，t o m a l i a 等 4 4 , 4 5 在美国d o w 化学公司的实验室里，首先设计 出一条能够进行逐步聚合的合成路线，得到了分散性极低的树枝聚合物。这 种大分子被其称为s t a r b u r s tp o l y m e r 或d e n d r i t i cp o l y m e r 。图1 3 为其结构的 基本示意图。这种高分子的最大特点t 4 6 - 1 ：具有规律的分子量、规整的结构及 精致的支链。如果这些支链的末端被修饰，将会得到高度官能化的表面。 武汉工程大学硕士学位论文 t s u b o k a w a 等【4 7 4 8 】成功地在硅胶和壳聚糖表面衍生出聚酰胺型树形分 子，对树形分子在液相色谱上应用提供了可能。但该反应环境为固一液非均 相体系，加上空间位阻的影响，所以末端的胺基浓度比理论值要少，并且在 代数较高时更为显著。m a t h e w s 等【4 9 】贝u 采用先合成手性的树形分子，再向胺 丙基硅胶上固定。经固体核磁鉴定，固定上的树形分子的结构较完整，但固 定量较少。l i n g 等睁o 】利用树形c s p s 分离对映体，分离因子可达到31 。他认 为如果忽略机理不谈的话，键合强度的显著加强会帮助某些特殊对映体的分 离。到目前为止，树形手性固定相的应用价值并不高，主要限制为在载体上 面通常得不到固定量较大而且结构完美的树形分子。 图1 - 3 树形分子的基本结构 f i g 1 - 3 t h eb a s i cs t r u c t u r eo f d e n d r i m e r s 1 5 4 合成聚合物型手性固定相 这类作为选择体的高分子一般通过带有双键的单体自由基聚合制备 1 5 卜5 3 】或多官能团的单体缩聚反应制备洲。在制各自由基聚合高分子的过程 中，由于不能有效地控制聚合度、接支密度以及高分子本身的构建，造成这 种c s p s 传质较慢，柱效较低【5 5 1 。而缩聚反应却可以克服这些缺点，如果精 确控制反应物的摩尔比，可以控制高分子的聚合度，得到分散度较低的高分 子。合成高分子的手性因素则可以直接用光学纯的单体参加反应而引入。二 第1 章手性识别及聚合物型手性固定相的研究进展 苯基7 - - 胺铜、二苯基乙醇胺、酒石酸【5 1 ，5 3 如、联萘酚【5 羽、环己二胺【5 5 5 9 删 以及它们的衍生物都曾作为手性单体为手性选择体引入不同结构的手性因 素。 合成聚合物型手性固定相的合成方法较为简单，由于采用键合方式将高 分子固定到载体表面，性质稳定适用流动相的范围也较广泛，且负载量较大。 它的缺点是要求原料光学纯度高，并且在反应过程中要防止单体的消旋化。 到目前为止，合成聚合物型手性固定相的拆分机理还不甚明确，但是大多数 学者都认为聚合物型手性固定相的手性识别能力主要与选择体的高级结构 有关 2 , 1 7 1 8 】。 1 6 手性固定相的拆分机理 由于c s p s 选择体的类型、取代基不同，因而分离的模式、识别的基团 区别很大，所以使用者需要储存许多种类的手性柱，以便在分析不同种类的 手性化合物时选择与之相匹配的手性柱【6 1 1 。到目前为止，没有哪一种类型的 c s p s 能像c 1 8 和c 8 系列柱在普通色谱中应用那样广泛。但是手性固定相 发展到今天，已经取得了相当瞩目的成果，推动了在分子水平上对手性识别 机理的研究。 从理论上讲，手性分离或识别都必须同时有三个相互作用点，这些作用 中至少有一个是立体化学性质的。这个原理在1 9 5 2 年首次由d a l g l e i s h 提出， 称“三点相互作用”原理。该原理可用下面的简单图形( 图1 4 ) 加以说明。 该图的手性材料固定在硅胶的表面上，其中含有气b ，c 三个作用点，能与 溶质相应的三个点a ，b ，c 作用，虽然溶质中两对对映体都有两点能与手 性固定相作用，但只有其中一种对映体可以同时有三种作用，而另一个不能。 同时三点与手性固定相有作用的对映体被保留的时间较长。如果第三点作用 不是吸引，而是排斥，被保留的时间反而短。因此，只有通过固定相与对映 武汉工程大学硕士学位论文 异构体的三维空间分子的“三点作用”，才能确立立体的选择性。 镜面 s - - 选择体r 一构型 ： s - - 构型 ： 图l - 4 对映体与手性选择体相互作用的模拟图 f i g 1 - 4 t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ee n a n t i o m e r se n d c h i r a ls e l e c t o r “三点作用”的作用力可以是氢键、偶极一偶极相互作用、范德华力、 包合作用以及立体阻碍等。由于选择体和流动相中的对映体都是光学活性 的，它们之间的作用点可以有两点相同，但第三作用点需要存在差别，因此 所形成的缔合物在稳定性上有差别，在通过多次地交换后，达到对映体的分 离。 1 。7 设计思路 理想的手性固定相是可以识别所有手性化合物，但在实际中是不存在的 1 3 5 1 。通常结构一定的选择体只能识别相应的官能团、构建结构及空间位阻的 目标分子，并且在不同的环境( 流动相、温度) 表现出的拆分能力有差别， 还要受到许多不可避免的因素( 比如柱效，柱外效应等等) 的影响。1 9 8 0 年，b l a s c h k e 等报道用光学活性的聚丙烯酰胺和聚甲基丙烯酰胺拆分手性药 物时，还没有可用于商业化的手性固定相存在【2 】。目前，大约有1 0 0 多种手 性固定相已商业化。可以说，手性固定相的发展是日新月异，取得了较为瞩 目的成果。随着识别机理的深入研究，现在人们已经在一定的基本原则指导 下有目的的设计新型手性固定相。 本工作主要研究合成高分子型手性固定相，目的是比较手性选择体的结 第1 章手性识别及聚合物型手性固定相的研究进展 构对手性识别能力及效果的影响。本课题组的研究工作发现，二苯基乙二胺、 苯基二异氰酸酯与对苯二甲酰氯聚合得到的手性固定相具有较好的手性识 别能力。在此工作基础之上，本文将用甲苯二异氰酸酯、甲撑二苯基二异氰 酸酯代替苯基二异氰酸酯合成结构和聚合度不同的四种聚合物型手性固定 相，并用大量手性化合物对这些固定相进行评估。通过比较这四种手性固定 相的手性识别能力可以获取苯环上的取代基及取代位置对手性识别能力的 影响。 后半部分的工作主要合成双选择体聚合物型手性固定相。用二苯甲酰酒 石酸二酰氯分别与二苯基乙二胺、二苯基乙醇胺、异山梨醇共聚生成具有两 种不同手性结构的高分子作为手性固定相的选择体。这些聚合物选择体的主 链为酰胺键或酯键，考察主链的结构对手性识别能力的影响。并且变换其中 一个单体的构型，以比较不同的构型在识别过程的协同作用。曾有文献报道， 反应的溶剂对高分子的高级结构有影响。在这部分工作中，对其中一个高分 子的合成将分别使用甲苯、d m f 作反应溶剂，比较反应溶剂对手性选择体 的高级结构及手性识别能力的影响。 本文设计合成手性固定相的研究为了获取一些选择体的结构与分离效 能之间的关系，而这些关系对将来设计合成手性固定相或单纯的进行对映体 分离工作都是非常有意义的。在探索手性固定相对映体分离方法上得到的一 些经验，不仅仅是对分析工作有重要的意义，而且对制各级别的对映体分离 也有一定的参考价值。 武汉工程大学硕士学位论文 第2 章单体为二苯基乙二胺、甲苯二异氰酸酯、对苯二甲酰氯 的手性选择体的合成与对映体分离能力的评价 2 1 引言 o k a m o t o 等【2 7 1 研究发现，直链淀粉衍生物的手性固定相的手性识别 能力同时受直链淀粉的聚合度和固定方法的影响，且识别能力随着聚合 度增加有增加的倾向。 本课题组【5 6 】的研究结果表明：选择体为合成高分子的手性固定相， 在其它条件相同时，选择体链短的手性固定相比链长的手性固定相手性 识别能力强。也就是说在手性识别过程中，高分子链的高级结构对分离 起到了关键作用，而不像p i r 埘e 型手性固定相那样仅仅与选择体的简单 结构有关。正是由于高分子的结构较为复杂，所以到现在为止对这种手 性固定相的手性识别机理的研究还存在很大的困难【2 ，l 羽。 高分子链的高级结构与共聚单体的结构存在密切关系。o k a m o t o 等【1 7 1 在研究纤维素型手性固定相时发现，苯环上的取代基的种类及位置对识 别能力有较大的影响。他发现选择体上的羰基是比较重要的作用受点， 而它的极性却间接受到相邻的苯环上的取代基的影响。研究表明当苯环 上有供电子基团( 例如甲基) 时将会比有吸电子基团( 例如氯) 时展示 更强的手性识别能力， 为了更好的从高分子高级结构的这个角度来研究聚合物型手性固定 相，本章节用单体( 1 r , 2 r ) - ( + ) - 1 ，2 - 二苯基乙二胺( ( 1 r 2 r ) 一( + ) 一1 ，2 - d i p h e n y l - e t h y l e l l e d i 帅i n c ，d p e d a ) ，甲苯2 ，4 - 二异氰酸酯( t o l u e n e2 , 4 - d i i s o c y a n a t e ， a d d 和对苯二甲酰氯( t e r e p h t h a l o y lc h l o r i d e ，a r c ) 聚合生成的高分子作为 手性选择体，严格控制单体的摩尔比例可以得到聚合度不同的选择体， 再固定到氨丙基硅胶上可得分子量不同的聚合物型手性固定相，合成路 线如图2 1 所示。合成方法与文献 5 6 j 基本相同，将文献中的单体对苯二 第2 章单体为二苯基乙二胺、甲荤二异氰酸酯、对苯二甲酰氯的手性选择体的合成与对映体分离能力的评价 异氰酸酯( 1 ，4 - p h c n y l c n ed i i s o c y a n a t e ，p d i ) 替换成t d i ，可得到结构不同的 聚合物型手性固定相。从结构上看，p d i 的二个异氰酸酯官能团处于苯环 的对位，也不存在其它基团的影响，活性相同；而t d i 中二个异氰酸酯 官能团处于苯环上甲基的邻对位，它们的空间位阻不同，在反应过程中 对位异氰酸酯官能团可能先参与聚合反应，并且由于二个异氰酸酯官能 团相互处于间位，合成的高分子的某些片断可能为螺旋或呈s 状缠绕， 较文献中高分子的高级结构更复杂一些。o k a m o t o 等【1 7 】认为2 甲基的立 体阻碍作用可能会阻止高分子形成规则的高级结构，而规则的高级结构 的作用位点更有可能有较好的手性识别能力。当然情况也不总是这样， 因为不规则的高分子结构中也可能有一些作用位点展示较好的手性识别 能力。d p e d a 是一种具有q 对称轴的手性试剂。目前广泛用于不对称 合成及手性拆分中。d p e d a 结构中含有两个苯环和两个氨基：两个苯环 一方面具有较大的空间位阻效应，另一方面可与带苯环的分析物之间产 生兀呱相互作用力。氨基作为活性基团可与单体t d i 及t p c 聚合，而t d i 与t p c 的比例则决定了脲键与酰胺键的比例。虽然还不能从微观土具体 描述出高分子的高级结构，但这种结构的设计能更深层次的认识和研究 高级结构对聚合物型手性固定相的影响。 _ 腹三c i c o 9 一 d m 匝1 e a c o 靠 蛾w “c n 3 ； 一一 、c l l l 0 c 0 “汰 武汉工程大学硕士学位论文 p o l y m e r1a n dp o l y m e r2 。一扣：一告c s p 1 。一扣一舳 p o l y m e r2 d m f ，t e a c s p2 图2 - 1 p o l y m e r l 、2 和c s p l 、2 的合成路线 f i g 2 - 1t h es y n t h e t i cs c h o m eo f p o l y m e r1 、2 a n d c s p1 、2 2 2 实验部分 2 2 1 实验原料与试剂 硅胶，无定型，粒径5 p m ，孔径1 0 0a ，比表面积3 0 0w i g ，购自 m e r c k 公司；3 - 氨基丙基三乙氧基硅烷( y - a m i n o p r o p y l t r i c t h o x y s i l a n c ， a p e s ) 使用前减压重蒸；( 1 r 2 r ) ( + ) 1 ，2 二苯基乙二胺购自成都丽凯手 性有限公司；甲苯2 ，4 二异氰酸酯用前减压重蒸：对苯二甲酰氯用甲苯 重结晶；n 。n 二甲基甲酰胺用五氧化二磷干燥，减压重蒸；甲苯用金属 钠干燥；三乙胺用五氧化二磷干燥；四氢呋喃用金属钠干燥。 正己烷、乙腈、乙酸、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、叔 丁醇均为分析纯试剂。 2 2 2 仪器与设备 n i c o l e t5 d xf t - m 型红外光谱仪；v a r i o e li i ic h n o s 型元素分析 仪；w a t e r s 高效液相色谱仪系统包括6 0 0 e 泵，7 1 7 + 自动进样器，9 9 6 - - 极 管阵列检测器；a g i l e n t1 1 0 0 高效液相色谱仪；聚合物分子量用s h o d c x g p ck d 8 0 3 型凝胶柱测定，采用聚苯乙烯标品测定标准曲线；用a l l t e c h 第2 章单体为二苯基7 _ , - - - - 胺，甲苯二异氰酸醢对荤二甲酰氯的手性选择体的合成与对映体分离能力的评价 1 6 6 6 型色谱柱填充泵和2 5 0 x 4 6 m mi d 不锈钢空色谱柱填充c s p s 。 2 2 3 实验条件与步骤 1 氨丙基硅胶的合成 参照文献i 6 2 ，称取硅胶2 0 2 5g ，干燥至恒重1 9 6 6g ，加到2 5 0m l 的锥形瓶中，然后加入约5 0i n l 干燥甲苯和1 5m la p t e s ，加热搅拌回流， 反应1 2h 。反应结束后冷却至室温，过滤，用t i - i f 索式提取1 2h ，真空 干燥至恒重，称量得：2 1 6 1g ，外观为纯白色。i r ( 1 ( b r ，e