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手性化合物的拆分技术研究进展

点击数:82142013-12-16 09:23:31 来源: 励合化学

新闻摘要:目前获得手性物的主要方法还是通过拆分外消旋体。早期的拆分方法主要有机械拆分,结晶拆分以及手性溶剂结晶拆分。这三种方法都是利用外消旋混合物的两种对应体结晶性能不一样的特点进行分离。已经有较成熟工业应用,但一次性收率较差,在此不做赘述还是本文综述了今年来手性拆分方法中使用较多的化学拆分法、膜拆分、色谱拆分以及毛细管电泳拆分四种拆分技术。

1化学拆分

1.1生成非对映体拆分

此方法是利用外消旋混合物与手性试剂反应后生成有不同性质的非対映体,从而利用生成物的不同物理性质(溶解度、蒸汽压、结晶速率等)将其分离,再将分离后的物质分别还原成之前的対映体。

还可以使用拆分剂家族代替单一拆分剂进行拆分,所谓拆分剂家族是指有类似结构的2~3个手性剂拆分剂。组合拆分提高了产品收率和纯度。

1998年Hulsho F L A等人就使用一定量的(S,S)酒石酸衍生物的拆分剂家族拆分3-(1,4-亚乙基哌啶基)苯甲酸酯和3,4-二笨基四氢吡咯,经过一定处理后,两种対映体的纯度(ee值)分别达到了99%和98%。

如果拆分剂不能和対映体反应,就可以利用拆分剂的空穴与两种対映体之间形成氢键或者范德华力能力的不同,将一种対映体优先包裹以达到分离的目的。包合拆分使拆分变得更加简单有效。如果拆分剂能与一个対映体形成稳定的超分子配合物从而达到分离提纯的目的,我们就称这种分离技术为包结拆分。

2000年邓金根等人就用双羟基化合物联二酚作为拆分剂通过包结拆分分离提纯了抗溃疡药兰索拉,经过处理后ee值为65.1%。

1.2动力学拆分

利用两个対映体和手性试剂发生反应的速度不一样,在混合物中添加不足量的手性试剂。一个対映体与手性试剂结合,从而得到纯的反应慢的対映体。可以分为经典动力学拆分和动态动力学拆分,动态动力学拆分是指将经典动力学拆分和底物消旋化相结合的拆分方法,理论产率可以达到100%。底物消旋化分为化学消旋化和酶消旋化,由于酶消旋化具有操作条件温和、产率高、副反应少等优点而具有广泛的工业应用价值。

Paterson I等人 cx利用该方法,以离子液体[BM M][PF6]为溶剂,使用念珠菌属南极洲脂酶B拆分洛曲非班(一种非肽类糖蛋白拮抗剂)的一个重要中间体——SB-235349(21),最后的ee值达99.5%以上。

2膜拆分

2.1液膜拆分

将具有手性识别功能的物质溶解在溶剂中制备液膜,利用内外向间推动力(浓度差、pH差等)使待分离物中的某种物质得到富集。液膜分离方法又分为本体液膜、乳化液膜、支撑液膜3种类型。

本体液膜传质面积较小,相对其他两种液膜传质速率低,溶剂用量大,不易应用到工业中。

乳化液膜ELM,传质速度较大,传质过程较稳定,但是体系较复杂适用范围有限,针对这两个问题,现在主要进行一下三方面的研究:乳化液膜流变性的改性、微乳化液膜微乳技术以及合成新型表面活性剂。乳化液膜不稳定、循环性差、难于连续操作而限制了其广泛使用。

此外还有支撑液膜SLM,相对前两者它能承受更大压力,更加稳定,所以是工业应用最多的一种膜分离技术。Maximini等人用奎宁/奎纳啶为载体制备了可持续的SLM,对N-保护氨基酸衍生物外消旋体进行拆分,连续5次分离两种物质的纯度都能达到99%。

2.2固体膜拆分

此方法是基于対映体间亲和力的差异,利用推动力(浓度差、压力差、电势差)进行分离。根据膜是否具有选择性又分成了两类,但是不具有手性选择性的膜分离时还需要有辅助的手性选择环境。

该技术已近比较广泛地应用到工业生产中去,Nasanori等人就使用该技术,以牛血清蛋白为手性选择剂,实现了L-和D-色氨酸的拆分,分离因子达到12。

3色谱拆分

3.1气相色谱拆分(GC

气相色谱拆分法有操作简单、分离效率高、灵敏性高、分离效率高的优点。但是它需要样品能气化,这就要求被分离体系具有很好的热稳定性,这大大限制了GC的广泛应用。

在GC中应用最多的固定相是各种环糊精衍生物。使用这些固定相成功地分离了有机氯、手性有机磷等手性农药以及三唑类手性杀菌剂的分离。

任朝兴等将一种手性离子液体和纤维素三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)混合制备了一种新型的毛细管气相色谱柱,测定了两者的比例对分离效果的影响以及22种外消旋化合物的分离,其中有16种得到了不同程度的分离。

3.2高效液相色谱拆分(HPLC

高效液相色谱已经被广泛地使用到手性物的分离中,是处理药物、天然化学品、农药等领域中非常重要的分离手段。包括了间接法和直接法两种。间接法是利用高光学纯度的衍生试剂与対映体反应生成非对映异构体,最后再非手性环境下进行分离。直接法是指在手性环境中直接进行分离,又可以分成手性固定相法(CSPHPLC)和手性流动相法。由于CSPHPLC避免了分离后対映体与流动相的拆分,因而是目前较为简单有效的方法。为了达到好的分离效果需要有很高识别性能的手性固定相(CSP),在众多的手性固定相中基于多糖和淀粉的CSPs对众多的消旋物都有很好的识别能力,是目前使用最多的CSP。

徐卉姝等人使用Cu(Ⅱ)一L—Hi作为流动相,使用高效液相色谱拆分,泮托拉唑消旋体。在流动相与手性药物泮托拉唑三元配合物之比为1:1:1时(使用紫外分光光度法测定),分离度达到1.4。该测定结果为此类药物的色谱分离提供一定的指导作用。

田芹等人利用自制的纤维素-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)和直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)分别在以CDMPC-CSP和ADMPC-CSP作为手性固定相的反相色谱条件下,拆分了己唑醇、、烯唑醇、戊唑醇、烯效唑、三唑酮和粉唑醇对映体,推动了在反相条件下拆分三唑类农药的技术。

李成平等人通过研究发现在OD-H手性柱(是半合成物,属于纤维类手性固定相)上对二氢毗咤钙拮抗剂马尼地平和西尼地平对映体进行拆分时,当正己烷-异丙醇(流动相)比例为95:5,流速为1.0mol/min,温度为20°C时,马尼地平的分离度为1.58。同样流量温度下,使用正己烷-正丁醇(92.5:7.5)作为流动相,西尼地平的分离度为1.88。获得了简单有效的分离马尼地平和西尼地平的方法。

此外还有反相色谱拆分、高效逆流色谱拆分、薄层色谱拆分以及超临界流体拆分等众多色谱拆分方法。

4毛细管电泳(CE

    毛细管电泳用于手性物的拆分在最近几年得到了飞速的发展,在临床医学、药物、生物大分子等领域被使用。工作原理是利用高压电场作为驱动力,以毛细管为分离通道,依柱中各组分之间的淌度和分配行为的差异而实现分。由于CE具有能耗低、操作简单、分离模式多、分离效率高等优点,它已经成为能与HPLC和GC媲美的具有巨大应用潜力的分离方法。这里讨论最主要的几种毛细管电泳法及其应用。

4.1毛细管区带电泳(CZE

CZE是CE中最常见的一种分离方法。可以加入多种手性拆分剂,分别具有不同的机理。

韦寿莲等人分别使用羟丙基-β环糊精(HP---β-CD)、羟丙基一-β-环糊精结合羧甲基—β-环糊(HP--β-CD/CM--β-CD)作为手性拆分剂,分离扑尔敏、氧氟沙星、普萘洛尔和特布它林等手性药物,最后发现PH严重影响环糊精提供的手性相互作用。

Pak等利用该技术成果分离了心得安和一些代谢产物的手性异构体。

Armstrong等更是利用Vancomycin分离了100多种酸性药物。

4.2其他毛细管色谱分离技术   

除了CZE以外还有基于分子筛原理的毛细管凝胶电泳CGE,由于这个电泳技术使用的手性选择剂局限在蛋白类和CD及其衍生物,所以CGE主要用来分离多肽、蛋白质等有生物活性的物质。

毛细管胶束电动色谱MEKC,集色谱分配和电渗电泳于一体的新型色谱。它能够很好的用于分离、分析中性化合物。Dadan Hermawan等人利用该技术使用羟丙基甲基纤维素-γ-环糊精对益康唑进行拆分。与使用CE进行分离相对比发现该技术的分离时间减少了约40%,同时不需要使用甲醇作为修饰剂并且保证了分离的质量。

毛细管等速电泳CITP,在生物制品和药物的纯度检测方面具有很大的应用前景。

毛细管电色谱CEC,以电渗流为流动相的驱动力,集CE的高效率和HPLC的高选择性于一身,很适合用于分离疏水性或着电泳淌度很接近的対映体。

非水毛细管电泳NACE,是在高电场的作用下,通过非水溶剂的不同酸、碱、离子的溶剂化作用效应,使対映体得到拆分的技术。使用范围很广。Hedeland等使用该技术,以1S,4R-(+)-ketopinic酸[(+)-KPA]为手性选择剂,成功分离了对硫噻吗洛尔和1R,2s-麻黄碱对映体杂质。

     除此之外还新产生了萃取拆分、旋转带蒸馏拆分等新型的拆分技术。

5结论

    随着食品、制药、农药等领域中手性化合物重要性的日益凸显,手性拆分技术必将有更广阔的发展空间。本文提到的各种手性拆分方法都有各自的优缺点,相信随着对酶的进一步研究以及新型分离技术的使用,在已有的拆分方法基础上结合多种分离方法进行分离,综合其优点,必定能够更加完善现有的拆分方法。

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