新型甲殼素衍生物手性固定相的制備及其分離特性*

王曉晨，王昭群，張俊俊，陳　偉，柏正武(武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢　430073)

新型甲殼素衍生物手性固定相的制備及其分離特性*

王曉晨，王昭群，張俊俊，陳偉，柏正武
(武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430073)

摘要:甲殼素與苯基異氰酸酯衍生物(2a～2d)經(jīng)氨基甲?；磻?yīng)合成了4個(gè)新型的甲殼素苯基氨基甲酸酯衍生物(3a～3d)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)IR和元素分析表征。分別將3a～3c涂敷于大孔氨丙基硅膠表面(涂覆量均為16 wt%)制得相應(yīng)的手性固定相(3a'～3c')。3a'～3c'對19個(gè)手性化合物的分離性能和耐用性能研究結(jié)果表明: 3a'～3c'的手性識別性能及耐用性均優(yōu)于纖維素-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸脂)固定相。

關(guān)鍵詞:甲殼素;制備;手性固定相;手性分離;耐用性

迄今，文獻(xiàn)報(bào)道的手性固定相多達(dá)千種以上，其中多糖衍生物手性固定相由于其較強(qiáng)的光學(xué)拆分能力和對化合物的高負(fù)載量而備受關(guān)注［1］。研究最多的是用含芳香環(huán)異氰酸酯修飾纖維素、淀粉而生成的衍生物類手性固定相［2］。芳香環(huán)上取代基的位置、數(shù)目和種類對手性識別有較大影響［3－5］，例如用3-氯-4-甲基苯基異氰酸酯(2b) 和5-氯-2-甲基苯基異氰酸酯(2d)修飾的淀粉和纖維素所制備的手性固定相具有很好的手性識別性能［5－6］，而2b和2d未曾用于修飾甲殼素，也鮮見用4-三氟甲氧基苯基異氰酸酯(2a)和4-氯-3-三氟甲基苯基異氰酸酯(2c)修飾多糖，以及將其制備成手性分離材料。

如用2a～2d修飾甲殼素(1)，生成甲殼素-二(氨基甲酸酯)衍生物的苯環(huán)上就連接著富電性基團(tuán)(氟、氯)。這些基團(tuán)能與眾多手性化合物官能團(tuán)發(fā)生作用，如氫鍵等，可能會產(chǎn)生手性識別。由于甲殼素衍生物比纖維素及淀粉衍生物在有機(jī)溶劑中更難溶脹、溶解，用其制備的涂敷型手性固定相應(yīng)具有較好的耐用性［7－8］。

Scheme 1

Chart 1

基于此，本文將1與2a～2d經(jīng)氨基甲?；磻?yīng)合成了4個(gè)新型的甲殼素苯基氨基甲酸酯衍生物(3a～3d，Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)IR和元素分析表征。分別將3a～3c涂敷于3-氨基丙基硅膠(Ⅰ，涂覆量均為16 wt%)制得相應(yīng)的手性固定相(3a'～3c')。并研究了3a'～3c'對19個(gè)手性化合物(A～S，Chart 1)的分離性能和對流動相的耐受性能。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1．1儀器與試劑

Nicolet 5DX FT-IR型紅外光譜儀(KBr壓片) ; Elementar型元素分析儀; Alltech 1666型色譜柱填充泵;250 mm×4．6 mm不銹鋼空色譜柱; Waters型高效液相色譜儀(600E泵，717 +自動進(jìn)樣器，996二極管陣列檢測器，Empower色譜工作站)。

1，Sigma-Aldrich，干燥后置N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中于160℃活化1 h［10］，冷卻，過濾，濾餅用丙酮淋洗數(shù)次，于60℃干燥備用; 2a，2b和2d，濮陽市宏達(dá)圣導(dǎo)新材料有限公司; 2c，濟(jì)南凱化化工有限公司; 3-氨丙基三乙氧基硅烷，百靈威科技有限公司;Ⅰ［11］和纖維素-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸脂) (Ⅱ)按文獻(xiàn)［12］方法制備; A～S，江蘇恩華藥業(yè)股份有限公司，南通制藥總廠或按文獻(xiàn)［9］方法制備;硅膠(平均粒徑7 μm，孔徑100 nm)，日本Daiso公司;其余試劑均為分析純。

1．2 3a～3d的合成(以3a為例)

在反應(yīng)瓶中加入1 2．0 g，LiCl 3 g和DMAc 30 mL，于80℃攪拌使其溶解(約需24 h) ;加入2a 6．0 g(2．0 eq)和催化量的4-N，N-二甲基氨基吡啶(DMAP)，于90℃反應(yīng)48 h。攪拌下將反應(yīng)物滴入200 mL甲醇中，析出白色固體;過濾，濾餅用DMF(45 mL)溶解得溶液A。將A滴入甲醇中進(jìn)行重沉淀，過濾，濾餅用甲醇洗滌，真空干燥得白色固體3a。

用類似的方法合成白色固體3b～3d。

甲殼素-二(4-三氟甲氧基苯基氨基甲酸脂) (3a) :產(chǎn)率75%; IR ν: 3 446～3 315(CONH)，3 314～3 075(Ar－H)，2 935～2 866(C－H)， 1 734()，1 664，1 557(CONH，Ph) cm－1; Anal．calcd for (C24H21N3O9F6·0．5H2O)n: C 46．61，H 3．59，N 6．79; found C 46．18，H 4．18，N 6．11。

甲殼素-二(3-氯-4-甲基苯基氨基甲酸脂) (3b) :產(chǎn)率80%; IR ν: 3 456～3 286(CONH)，3 172～3 065(Ar－H)，2 943～2 860(C－H)， 1 721()，1 661，1 524(CONH，Ph) cm－1; Anal．calcd for (C24H25N3O7Cl2·0．5H2O)n: C 52．66，H 4．79，N 7．68; found C 53．13，H 5．24，N 7．79。

甲殼素-二(4-氯-3-三氟甲基苯基氨基甲酸脂) (3c) :產(chǎn)率70%; IR ν: 3 446～3 276 (CONH)，3 111～3 069(Ar－H)，2 982～2 887 (C－H)，1 730()，1 656，1 548(CONH， Ph) cm－1; Anal．calcd for (C24H19N3O7F6Cl2)n: C 44．60，H 2．96，N 6．50; found C 45．04，H 3．63，N 6．18。

甲殼素-二(5-氯-2-甲基苯基氨基甲酸脂) (3d) :產(chǎn)率70%; IR ν: 3 443～3 276(CONH)，3 098～3 050(Ar－H)，2 962～2 875(C－H)， 1 734()，1 665，1 575(CONH，Ph) cm－1; Anal．calcd for (C24H25N3O7Cl2·0．5H2O)n: C 52．66，H 4．79，N 7．68; found C 52．10，H 5．51，N 7．87。

1．3 3a'～3c'和Ⅱ'的合成(以3a'為例)

在反應(yīng)瓶中加入3a 0．53 g和DMF 30 mL，攪拌使其溶解得溶液B;取B 10 mL與Ⅰ．2．80 g混合均勻，減壓蒸干;重復(fù)操作兩次得3a'(涂敷量16 wt%)。分別將3b 0．53 g，3c 0．53 g和Ⅱ．0．70 g涂敷于Ⅰ(2．80 g)上，用類似的方法制得3b'，3c'和Ⅱ' (由于3d干燥后難溶于DMF等有機(jī)溶劑中，無法涂覆，未制得3d')。

1．4手性柱的填充及色譜條件

用混合溶劑C［V(正己烷)∶V(異丙醇) = 2∶1］30 mL為勻漿液，以正己烷作頂替液，用填充泵分別將3a'～3c'和Ⅱ'以5 800 psi的壓力填入色譜柱中。用1，3，5-三叔丁基苯為檢測物測定死時(shí)間。用乙醇作溶劑配制手性樣品(c 1 mg·mL－1)，并經(jīng)0．2 μm濾膜過濾。在色譜分離中，流動相的流速均為1 mL·min－1，柱溫為25℃。其中，容量因子k =(tR－to) /to(tR為樣品組分的保留時(shí)間，to為死時(shí)間) ;分配因子α= k2/k1(k1和k2分別為兩個(gè)組分的容量因子) ;分離度Rs = 2(tR2－tR1) / (w1+w2) (tR1和tR2分別為相鄰兩個(gè)色譜峰的保留時(shí)間，w1和w2分別為兩個(gè)峰的峰底寬)。

2　結(jié)果與討論

2．1 3a'～3c'和Ⅱ'的手性分離性能

研究了3a'～3c'和Ⅱ'對A～S的手性識別性能，結(jié)果見表1。由表1可見，Ⅱ'具有很好的手性識別性能，并已商業(yè)化。從表1還可以看出，3a'～3c'和Ⅱ'分別識別了18個(gè)，17個(gè)，14個(gè)和16個(gè)手性化合物，其中分別有11個(gè)，13個(gè)，9個(gè)和6個(gè)化合物達(dá)到基線分離(Rs≥1．5)。被3a' 和3b'識別的手性化合物比被3c'和Ⅱ'所識別的化合物多。在3a'～3c'上達(dá)到基線分離的化合物也明顯比在Ⅱ'上達(dá)到基線分離的化合物要多。如B，P和S在Ⅱ'上沒有被識別，但能在3a'，3b'或3c'上得到識別甚至基線分離。因此，3a'～3c'在一定程度上具有較優(yōu)越的手性識別能力。其中，3a'和3b'比3c'具有更強(qiáng)的手性識別性能。

2．2 3a'～3c'的耐受性

為考察3a'～3c'對有機(jī)溶劑流動相的耐受性，考察了3a'～3c'在經(jīng)歷表1流動相A，B和C后，再次以A4為流動相對A～S的分離測試，比較兩次手性識別性能的差異，結(jié)果見表2。從表2可以看出，多數(shù)手性樣品在這三種固定相上的分離度不但沒有減小，反而有不同程度的增加，因此3a'～3c'對有機(jī)溶劑流動相顯示出較強(qiáng)的耐用性。例如，在先后兩次使用A4為流動相的分離中，E在3a'上的分離度從0．96增大到3．81; O 在3b'上前后兩次分離度分別為1．08和1．83。

表1　　3a'～3c'和Ⅱ'對A～S的分離結(jié)果Table 1 　Chromatographic data of A～S resolved by 3a'～3c' andⅡ'

表2　　3a'～3c'的耐受性* Table 2 　Durability of 3a'～3c'

續(xù)表2

表3　　　手性化合物對3a'手性識別性能的影響Table 3 　Effect of chiral compounds on enantioseparation of 3a'

由于甲殼素衍生物在絕大多數(shù)有機(jī)溶劑中的溶解度較小，因此，3a'～3c'能在較廣泛的流動相中使用。表3是部分手性化合物在3a'上，以氯仿或乙酸乙酯作為流動相的添加劑時(shí)測得的手性分離結(jié)果。從表3可以看出，當(dāng)將流動相中5%的異丙醇換為氯仿或乙酸乙酯時(shí)，I，K，P及R的分離度得以提高。因淀粉和纖維素衍生物能在氯仿和乙酸乙酯中溶解或高度溶脹，則這兩類固定相不能在含氯仿或乙酸乙酯的流動相中使用［13－14］。

3　結(jié)論

用苯環(huán)上含不同取代基的苯基異氰酸酯修飾甲殼素合成了4個(gè)新型的的衍生物3a～3d;除3d外，其余衍生物均能溶于強(qiáng)極性有機(jī)溶劑DMF中，并能以涂覆法制備相應(yīng)的手性固定相3a'～3c'。3a'～3c'具有較強(qiáng)的手性識別性能，說明以4-三氟甲氧基苯基異氰酸酯和4-氯-3-三氟甲基苯基異氰酸酯修飾多糖生成的衍生物也能用來制備手性固定相。

3a'～3c'在一系列流動相中使用后，其總的分離性能不但沒有降低，反而有不同程度的提高，對有機(jī)溶劑流動相表現(xiàn)出較好的耐用性。另外，還能使用氯仿和乙酸乙酯作為流動相的添加劑，以改善一些手性樣品的分離度。

參考文獻(xiàn)

［1］Zhang Y，Wu D R，Wang-Iverson D B，et al．Enantioselective chromatography in drug discovery［J］．Drug Discover Today，2005，10(8) : 571－577．

［2］Tang M L，Zhang J，Zhuang H L，et al．Development of chiral stationary phases for high-performance liquid chromatographic separation［J］．TrAC Trends Anal Chem，2012，39: 180－194．

［3］Shen J，Zhao Y Q，Inagaki S J，et al．Enantioseparation using ortho- or meta-substituted phenylcarbamates of amylose as chiral stationary phases for high-performance liquid chromatography［J］．J Chromatogr A，2013，1286: 41－46．

［4］Yamamoto C，Inagaki S J，Okamoto Y．Enantioseparation using alkoxyphenylcarbamates of cellulose and amylose as chiral stationary phase for high-performance liquid chromatography［J］．J Sep Sci，2006，29(6) :915－923．

［5］Chankvetadze B，Yashima E，Okamoto Y．Chloromethylphenylcarbamate derivatives of cellulose as chiral stationary phases for high-performance liquid chromatography［J］．J Chromatogr A，1994，670: 39－49．

［6］Chankvetadze B，Yashima E，Okamoto Y．Dimethyl-，dichloro-and chloromethylphenylcarbamates of amylose as chiral stationary phases for high-performance liquid chromatography［J］．J Chromatogr A，1995，694:101－109．

［7］Yamamoto C，Hayashi T，Okamoto Y，et al．Enantioseparation by using chitin phenylcarbamates as chiral stationary phases for high-performance liquid chromatography［J］．Chem Lett，2000，29: 12－13．

［8］Yamamoto C，Hayashi T，Okamoto Y．High-performance liquid chromatographic enantioseparation using chitin carbamate derivatives as chiral stationary phases ［J］．J Chromatogr A，2003，1021: 83－91．

［9］Huang S H，Bai Z W，F(xiàn)eng J W．Chiral self-discrimination of the enantiomers of α-phenylethylamine derivatives in proton NMR［J］．Magn Reson Chem，2009，47: 423－427．

［10］Sachin D P，Nandkumar K，Gajanan B K，et al．Eanatiomeric separation of a melatonin agonist Ramelteon using chiral amylose-based stationary phase ［J］．Arabian J Chem，2013，6: 103－109．

［11］Chen J，Duan R，Bai Z W，et al．Enantioseparation properties of the biselector chiral stationary phase derived from amylose tris(phenylcarbamate) and amylose tris(benzoate)［J］．Curr Anal Chem，2013，9: 128－134．

［12］Zhang T，F(xiàn)rancotte E．Chromatographic properties of composite chiral stationary phases based on cellulose derivatives［J］．Chirality，1995，7: 425－433．

［13］Okamoto Y，Ikai T，Shen J．Controlled immobilization of polysaccharide derivatives for efficient chiral separation［J］．Israel J Chem，2011，51: 1096－1106．

［14］Ali I，Saleem K，Hussain I，et al．Polysaccharides chiral stationary phases in liquid chromatography ［J］．Sep Purif Rev，2009，38:97－147．

·研究論文·

Preparation and Enantioseparation Properties of Novel Chiral Stationary Phases Based on Chitin Derivatives

WANG Xiao-chen，WANG Zhao-qun，ZHANG Jun-jun，CHEN Wei，BAI Zheng-wu
(School of Chemistry and Environmental Engineering，Wuhan Institution of Technology，Wuhan 430073，China)

Abstract:Four novel chitin derivatives(3a～3d) were prepared by carbamoylation reaction of chitin with phenyl isocyanates．The structures were characterized by IR and elemental analysis．Three chiral stationary phases(3a'～3c') were obtained by coating 16 wt% 3a～3c on macroporous silanized silica gel．The enantioseparation capabilities and durability of 3a'～3c' were investigated by analysis on nineteen chiral compounds．The results showed that chiral recognition capability and high durability of 3a'～3c' were better than the chiral stationary phase prepared from cellulose tris(3，5-dimethylphenylcarbamate)．

Keywords:chitin; preparation; chiral stationary phase; enantioseparation; durability

作者簡介:王曉晨(1989－)，女，漢，山東莒南人，碩士研究生，主要從事手性固定相的研究。E-mail: 45556128@ qq．com

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51373127)

*收稿日期:2014-09-09;

修訂日期:2015-06-06

中圖分類號:O621．3; O652．63

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

DOI:10．15952/j．cnki．cjsc．1005－1511．2015．07．0574

通信聯(lián)系人:陳偉，博士，E-mail: wchen@ wit．edu．cn