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干貨 | 你了解手性色譜柱分離原理嗎?

欄目:行業(yè)資訊 發(fā)布時間:2023-08-28
手性色譜柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光學活性的單體,固定在硅膠或其它聚合物上制成手性固定相(Chiral Stationary Phases)。

手性色譜柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光學活性的單體,固定在硅膠或其它聚合物上制成手性固定相(Chiral Stationary Phases)。

廣州研創(chuàng)產品圖

手性色譜柱分離原理

手性色譜柱分離原理是將具有光學活性的單體固定在硅膠或其他聚合物上制成手性固定相,通過引入手性環(huán)境使的對映異構體呈現(xiàn)物理特征的差異,從而達到光學異構體拆分的目的
目前,手性識別模型多是基于Dalgliesh在1952年提出的“三點相互作用”(Three-point interaction)理論:在一對對映體和手性選擇劑之間,為了形成穩(wěn)定性不同的非對映體分子絡合物(Molecule associates)而達到手性分離的目的,至少需要三個同時發(fā)生的分子之間的相互作用力起作用。

如下圖所示,設對映體的三個原子或基團a、b、c,相應受體的活體作用點為A、B、C,其中一個對映體的a、b、c能與受體的A、B、C很好吻合,至多兩個點能吻合,因此兩對映體與受體的結合程度就出現(xiàn)差異,相互作用能力不同,表現(xiàn)出不同的生物活性。

這些相互作用點/力包括:




包含作用(空間包埋)

不論是哪類的固定相,都存在一定的空間構型,而固定相的空間結構可形成選擇性腔體,被分離的化合物尤其是苯環(huán)等環(huán)形化合物由于空間結構可被包含于腔體內,形成包埋復合物,從而增強固定相和化合物之間的作用力,而異構體由于空間構型的不同,作用力的強弱之差形成對映異構體的分離。




氫鍵作用

手性固定相中的氨基甲酸酯基團,可以與手性化合物中的活潑基團通過氫鍵作用締合,由于立體結構和氫鍵作用的不同,所形成的的締合物穩(wěn)定性也不同,導致對映體通過色譜柱所需時間不同而將他們分離開。所以,若是被分離的化合物的結構中含有羰基、羥基、酯、酰胺、胺類等官能團時,氫鍵就起到不可缺少的作用。




π-π相互作用

苯環(huán)的結構之所以這么穩(wěn)定主要的作用是形成了大π鍵,每個碳原子最外層的電子緊密的結合在一起形成電子云使得結構穩(wěn)定,π-π作用是基于苯環(huán)穩(wěn)定的結構之上,若是苯環(huán)上一個H 被甲基取代,形成π堿,另一個苯環(huán)上的H 被硝基取代,形成π酸,那么這兩者之間形成了酸堿之間的π-π堆疊的強大作用力,構成異構體分離的差異。



疏水作用力

此作用力,主要用于蛋白質類色譜柱的手性分離中,疏水作用力主要存在于非極性基團和水之間,通常在反相中進行對映異構體的分離。




偶極-偶極作用力

偶極-偶極相互作用是極性分子間最普遍的一種相互作用,即一個極性分子帶有部分正電荷的一端與另一分子帶有部分負電荷的一端之間的吸引作用。

手性固定相 CSP

CSP是將手性選擇劑包敷或化學鍵合到固定相(全多孔球型硅膠)表面的色譜柱材料。這種手性固定相與對映體溶質通過相互作用的偶合、形成可逆的不同穩(wěn)定性的非對映體配合物,從而實現(xiàn)對映異構體分離的方法,其中分離的效率和洗脫順序取決于復合物的相對強度。

根據(jù)固定相的化學結構,將手性色譜柱分為以下幾種:
  1. 多糖類衍生物
  2. 環(huán)糊精類
  3. 冠醚類
  4. 蛋白質類
  5. 其他色譜柱

了解完手性色譜柱的分類之后,接下來小研為大家介紹一下我們常見的兩種固定相:多糖衍生物類和環(huán)糊精類手性固定相。




多糖衍生物類

多糖衍生物的固定相為纖維素衍生物和直鏈淀粉衍生物,其具有識別范圍廣、負載量高且來源豐富等特點,逐漸成為應用最多的CSP之一。


廣州研創(chuàng)Y1產品:多糖衍生物涂敷型固定相示意圖


多糖衍生物的結構

纖維素和直鏈淀粉是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵或α-1,4-糖苷鍵相連而成的線性聚合物。由于葡萄糖單元的手性,每個聚合物鏈均具有沿著纖維素主鏈存在的一個螺旋性的溝槽。對映體進入溝槽中,主要通過吸附和包含作用實現(xiàn)對映異構體的拆分。由于本身有高度有序的螺旋結構使其具有優(yōu)異的手性識別能力,多糖衍生物固定相的使用在液相色譜直接拆分對映體方面應用越來越廣泛。

多糖衍生物的特點

多糖衍生類固定相這類柱子根據(jù)制作工藝,分為涂敷與鍵合兩大類。但特別要注意的是,由于涂型固定相是通過物理作用包敷在基體上面,所以某些溶劑可以使固定相從基體上溶解脫落(詳細見說明書),因此四氫呋喃、二氯甲烷等溶劑不可作為涂覆型色譜柱的流動相。鍵合類的流動相中無溶劑使用限制,如丙酮、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙酸乙酯、二氯甲烷和四氫呋喃等強溶劑,均可作為溶劑溶解樣品和流動相使用。

多糖衍生物類手性固定相對含有酰胺基、芳香環(huán)取代基、羰基、硝基、磺酰基、氰基、羥基、氨基等基團化合物及氨基酸衍生物的化合物具有良好的拆分性能,多項研究表明其能分離80%以上的手性化合物。




環(huán)糊精類衍生物

環(huán)糊精是通過BacillusMacerans 淀粉酶或環(huán)糊精糖基轉移酶水解淀粉得到的環(huán)型低聚糖。通過控制環(huán)糊精轉移酶的水解反應條件可得到不同類型的環(huán)糊精。環(huán)糊精分子成錐筒型,構成一個洞穴,洞穴的孔徑由構成環(huán)糊精的吡喃葡萄糖的數(shù)目決定。

環(huán)糊精構型


環(huán)糊精的主要分類


環(huán)糊精固定相的選擇性取決分析物的分子大??;α-環(huán)糊精只能允許單苯基或萘基進入,β-環(huán)糊精允許萘基及多取代的苯基進入,γ-環(huán)糊精僅用于大分子萜類。β-環(huán)糊精手性固定相應用范圍最廣。目前廣州研創(chuàng)具有環(huán)糊精手性色譜柱的專利產品系列。

環(huán)糊精類的結構特點


環(huán)糊精分子有著一種特殊的官能團排列方式,所有的羥基都分布在空腔的外側,其中伯羥基排列在空腔開口較小的一邊,而仲羥基均排列在空腔開口較大的一邊。這使得環(huán)糊精分子具有外側親水,而內層相對親脂的性質。所以具有適合尺寸及形狀的親脂性有機分子,尤其是芳香族化合物,可進入到環(huán)糊精的空腔內,與之形成非共價鍵鍵合的主-客體包結絡合物進行手性分離。環(huán)糊精這種特殊的結構,使得它擁有與多糖類手性色譜柱不同的分離特性。

小結

手性色譜柱是利用三點相互作用原理達到拆分手性異構體的目的,但每類手性固定相的主要作用不盡相同,實驗過程中需多配備不同類型的固定相,以提高手性化合物的拆分成功率。