液相色谱手性识别机理研究进展（一）
近20年来人们对于用高效液相色谱分离对映体的兴趣与日俱增，发展高效的手性固定相(简称CSP)成为这一领域最活跃的部分，而与之相应的色谱手性识别机理的研究相对来说比较少。但研究色谱拆分机理又是非常重要的，这有利于获得对手性识别更深入的理解，可以指导研制高效的CSPs及预示手性拆分的可能性，而且对理解手性药物的药理、药物设计、生命化学中的立体化学问题等都具有重要意义[1]。
物质对映异构体，仅在分子结构上具有不可重叠性。在对称的环境里，无论是气体、固体、或是溶液、液体状态都表现出完全相同的物理化学性质。不管哪一种色谱，为了使互为对映体的物质转化为化学和物理性质不同的非对映体，多宜提供一个手性源，使欲分离的对映体(样品)和手性源(例如：手性固定相)之间形成一个非对映异构分子络合物[2]。非对映分子复合体属于不同的点群。仅对称性的不同，在色谱上是不能被“识别”的，从热力学过程的角度来说，二者必须有一定的自由能差别。
1 、手性分离的热力学
液相色谱手性固定相法直接拆分对映体，在色谱柱内存在着如下的平衡[3]：
经典热力学中自由能变化(DG)与焓(DH)、熵(DS)的关系遵从Gibbs方程：
DG = DH - TDS
在液相色谱中，保留参数即容量因子k’与溶质在流动相-固定相的热力学平衡常数K的关系为：k’= fK(f是色谱柱相比)。对映异构体选择性a = k’R / k’S (k’R > k’S)。色谱过程的自由能变化可以表示成：
DG = -RTlnK = -RTln(k’/f)
因此，不难导出：
lnK = (-DH/R) × 1/T + DS/R (1)
-DR，SDG0 = RT lna = -DR，S DH 0 + TDR，S DS0
lna = (-DR，SDH0/R) × 1/T + DR，SDS0/R (2)
式(1)、(2)表明lnK～1/T、lna～1/T呈线性关系
在倒转温度Tinv时，非对映异构分子络合物的热力学平衡常数KR = KS，对映异构体同时流出，在该温度时无对映异构体选择性，aR，S = 1，理论上是由于：
lna = (-DR，SDH/R) × 1/T + DR，SDS/R = 0
即： (-△R，S△H/R) × 1/Tinv = DR，SDS/R
-DR，SDH = TinvDR，SDS
在该点的两边，温度对对映异构体选择性系数的影响刚好相反，而且溶质对映体流出顺序相反。该点的右边，即：T<Tinv，色谱手性识别过程为焓变占优势，随着温度的升高，a减小。该点的左边，即：T>Tinv，色谱手性识别过程为熵变占优势，随着温度的升高，a增大。在手性识别研究中，对映异构体流出顺序在不同温度下倒转的现象迄今只有少量的报道。由于高效液相色谱的温度变化范围较窄，大多数情况下，Tinv不在该温度范围内，并且T<Tinv，色谱手性识别过程焓变占优势，a值随着温度的升高而降低[6]。
手性色谱的对映体分离是一个复杂的色谱过程，Pirkle[7]曾报道了lnK～1/T非线性的实验结果。因此，在不同温度下得到不同的对映体流出顺序也可能是手性色谱保留和拆分机理的改变造成的。
Pirkle[2]和Davankov等曾分别研究了手性色谱分离对映异构体选择性a和非对映异构体络合物自由能之差(DDG)之间的关系：DR，S
DG = -RT lna，考虑到实际的色谱分离过程，非常小的热力学选择性DDG，如果DDG = 0.024
kJ/mol，就可以得到一定的拆分，a = 1.01。随着DDG
的增加，对映体选择性将表现为相应的指数级增长。Pirkle等用实验印证了这种关系[8]，在图2所示的CSP上，用30%
异丙醇/正己烷为流动相，N-(3， 5-二硝基苯甲酰基)-亮氨酸正己酰胺的对映异构体选择性测定值a =
10.5，其中(S)-对映体保留较长，相互作用能之差DDG = -5.93 kJ/mol。
同样，对具有两个手性中心如图3所示化合物的(SS)， (RR)对映体，可以预料：由于手性中心相隔较远，与CSP作用的自由能之差为2DD Gm ，实验所得的手性选择性a为121，大致为前者的平方值a2。后来，Pirkle等再次通过设计出相应的实验提出了这样的论断[9]：具有两个溶质-CSP相互作用部位产生的对映异构体选择性大致为只有一个作用部位所取得的对映异构体选择性值的平方。Boehm等[10]用统计热力学理论研究了化学键合手性固定相上溶质对映异构体(AR、AS)的保留行为和分离模式：
k’= exp(-bDA)
其中b = 1/(kT)，bDA为溶质由流动相到固定相传质过程的Helmholtz自由能，因此：
a = ∑iexp(-bEiR)/∑jexp(-bEjS)
其中EiR和EjS分别为R-体(AR)和S-体(AS)在CSP上第i种和第j种作用能。并认为CSP与A的4种一点作用、36种两点作用、12种三点和四点作用中，只有三点和四点作用存在手性识别能力。如果只有一种优势识别模型，则lna
与1/T呈线性关系。
Berthod等[11]用热力学方法研究手性识别中手性碳原子所连四个基团各自对手性识别的贡献，分析了126个化合物中81种与手性碳相连的基团，并设氢取代时DG = 0，化合物上各基团独立与CSP作用，在E = ∑|acal - aobs|最小化条件下解如下方程：
D(DGA)=(DGA11-DGA12)+(DGA21-DGA22)+(DGA31-DGA32)+(DGA41-DGA42)
定量给出了各个基团对手性识别的贡献(CSP为S-NEC-CD和R-NEC-CD)，并发现SP2杂化的碳与手性中心相连比SP3杂化的碳手性识别能力强。该方法只能预示对映体能否被拆分，而不能预示流出顺序。
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