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液相色谱的制备拆分方法

2020.3.29

制备规模的拆分方法通常是用于共价非对映异构体混合物的分离,在许多情况中,甚至通过快捷和简便的快速色谱技术(flash chromatography),用硅胶成功地拆分非对映异构体;而在这种情况下也只需将薄层层析(TLC)的展开系统稍做改动,就可以扩大到较大规模的柱层析拆分之中去。例如用棉酚(104)与各种氨基酸酯(如苯丙氨酸甲酯)形成的Schiff碱可由最初的TLC分离扩大到5g规模的硅胶柱层析分离。但是这种例于在实际情况下很少见。

另外一种色谱拆分方法是基于以光学活性的高分子化合物为固定相的拆分方法。被拆分的物质以不稳定的键合作用与该固定相结合,由于固定相的手性基团与被拆分外消旋体中的两个对映异构体的亲和力不同,因而决定了这种方法的手性选择性。但是,如果拆分试剂光学纯度不高的话,那么很有可能会使得通过这种拆分得到的对映体也不纯。

对于以制备为目的的色谱拆分,固定相一般需具备以下性质:易于获得或制备,制备成本低,耐用,载样量高,应用范围广。一般来说,用于制备规模的固定相材料的粒子要大于以分析为目的的固定相粒子,但分离因子α应至少为1.2~1.3。

在一些综述性的文献中有关于制备拆分的详细描述,尽管方法不同,但步骤大致可以总结如下:①预制一些填有手性固定相并可用于制备产品的分析柱;②对所选的分析柱进行筛选,优化各种色谱参数;③将分析分离柱转变为制备柱,并对色谱条件做最后的调整;④开始制备拆分,如果必要的话可以自动控制进程。如果在所得的手性柱中没有分离出产品,可以通过调整溶剂的细咸来提高选择性。

(1)天然吸附剂

最初,人们在色谱拆分时主要应用一些天然吸附剂如淀粉、纤维素、粉状羊毛、糖等。这些天然吸附剂含有糖或氨基酸的手性单-元,属于手性吸附剂。天然淀粉曾用以拆分联苯衍生物,得率50%,光学纯度90%~100%,但淀粉结构不均匀,应用有限。纤维素仅适用于金属配合物的拆分。

(2)纤维素衍生物

纤维素也可用作填充材料来进行对映异构体的制备拆分。许多报道用该法拆分制备得到单一对映体的手性药物,它们包括镇痛药、β—受体阻断剂、镇静药物、钙通道拮抗剂、芳构酶抑制剂、利尿药、抗惊厥药、避孕药和一些候选药物等。

例如三醋酸纤维素微晶,它是一个优良的光学活性固定相,对于易消旋的化合物效果较好。它具有层状排列的结构,当外消旋物伸入到层间的空穴中时,由于在不对称环境中的配合性能不同而达到分离。又如,骨骼肌松弛药氯美扎酮(chlormezanone,154),以三醋酸纤维素为固定相,每批量可拆分250~700 mg,抗炎药羟吲达酸(oxindanac,155)每批量可达20g。

(3)手性聚合物

当手性的聚酰胺出现后,人们将其作为一种重要的色谱拆分试剂使用。例如用交联的手性聚酰胺柱拆分沙利度胺(反应停,thalidomide,161),以获得足够量的(R)—和(S)—异构体,用于药现和毒理研究。

对现有的手性聚合物前体进行修饰,可以使拆分能力增强。如含手性碳的聚丙烯酰胺衍生物A和B,它们具有高度的手性识别力。

这两种聚合物可用于利尿降压药氯噻酮(chlorthalidone,156)、催眠药甲乙哌酮(methyprylon,157)、苯乙哌啶酮(pheneprylon,158)、奥沙西泮(oxazepam,159)、抗癫痫药甲妥因(Methtoin,160)以及沙利度胺(161)等的制备拆分。从以上例子中可以看出,分子中酰胺氮原子上均带有氢原子;如果氮原子上无氢原子连结,如甲琥胺(mesuximide,162),则不能与固定相形成氢键,拆分效果较差。外消旋的利尿降压药氯噻酮(chlortalidone)可以通过聚丙烯酰胺柱来进行制备拆分,每批量可得400mg。外消旋的1,4 — 二氢吡啶甲酸(163)也可以通过聚(甲基丙烯酰胺)粒子(3kg)来进行制各拆分,每批量可达50g。

(4)基于蛋白质的固定相

还有一些填充杜的材料用的是蛋白质或酶,将它们固定于硅胶表面作为固定相。这些手性固定相通常在反相条件下进行操作,并且对多种外消旋体都有很强的识别能力。对映选择性和保留时间可通过改变pH、浓度或修饰物的性质和流动相的组成来调节。不足的是这种固定相的载样量很低,不适于大量地制备单一对映体。

(5) π—酸和π—碱固定相

随着人工合成的手性拆分试剂的出现,人们开始用手性拆分试剂附着在非手性的支持物(如硅胶)上来进行消旋体的制各拆分。有两种方法可以将手性拆分试剂结合到非手性的支持物上。一种是通过离子键将手性化合物(如D—苯廿氨酸的二硝基苯甲酰衍生物)结合到硅胶上(图6—14)。此手性固定相可分离分离因子α在1.05以上的对映体,曾用来拆分芳基烷基仲醇类、2,2'—二羟基,1,1'—联苯及其衍生物、亚砜、乙内酰脲等。例如苯二氮草类镇静催眠药奥沙西泮(oxazepam,164),用3,5—二硝基苯甲酰基苯基甘氨酸(DNBPG)为拆分试剂,每批可获得单一对映体5mg。通过酰胺键将手性分子结合在硅胶上是另一途径,例如I和Ⅱ(如图6—15)。用I和Ⅱ做试验,被拆分的化合物若不制成含有芳环的衍生物,则分离效果显著降低,由此证明电荷转移作用在拆分过程中起了重要作用。除这两种方法外,我们还可以通过醚键及胺基将手性拆分试剂结合到硅胶上。如奥沙西泮新戊酸酯(oxazepam Pivalate,165),以3,5 — 二硝基苯甲酰基苯基甘氨酸(DNBPG为拆分试剂,可以制备拆分获得单一对映体(批量200mg)。

在探索制各拆分的过程中发现,π—酸TAPA(115)在非官能团的手性烃类(例如螺烯)的拆分中效果很好。后来,将TAPA共价结合到硅胶上并类似地将二萘基膦酸(166)结合眉硅胶上也发现对螺烯的拆分有良好的效果。第一个结合有π—碱并允许电荷转移作用和形成氢键的手性固定相如图6—16所示,这个手性固定相是将Pirkle的TFAE手性拆分试剂共价结合到巯丙基硅胶上而得到的。手性的胺、氨基酸酯、醇、亚砜和内酯经过3,5 —

二硝基苯甲酰氯修饰后,可以用这种固定相进行拆分,3,5—二硝基苯甲酰氯是为了在固定相分子上结合的π—碱上暂时地接上一个π—酸的结合位点。

经过这样化学修饰的硅胶在高压下稳定,并表现出良好的色谱效果。通常,这些手性固定相都在正相条件下使用,Pirkle和他的合作者报道可以用反相模型来进行拆分。

(6)用于配位体交换的手性相

将L—脯氨酸(或L—羟基脯氨酸)结合到离子交换树脂上,再与Cu2+或Ni2+离子配合,即形成配位体交换树脂。在它的中心原子上结合着两个L—脯氨酸配位体。当流动相带着D,L—氨基酸通过这种固定相时,便发生配位体的竞争交换,亦即这种树脂会有选择性地部分交换D.氙基酸或L—氨基酸。选择交换哪一种构型的氨基酸取决于所生成的非对映配合物的稳定也通常L—氨基酸的亲和力较高,所以保留系数较大。

这样的固定相可用于氨基酸、醇、酚、酮、羧酸、羟基酸、胺等对映体的拆分,除脯氨酸外,还可以用Schiff碱作为配位体组成光学活性的Cu2+配合物。

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