毛細(xì)管氣相色譜法分離2-苯基羧酸酯對映體

史雪巖,　劉飛鵬,　邊慶花

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院, 北京 100193; 2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院, 北京 100193)

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毛細(xì)管氣相色譜法分離2-苯基羧酸酯對映體

史雪巖1*,劉飛鵬2,邊慶花2

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院, 北京 100193; 2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院, 北京 100193)

摘要:手性2-芳基羧酸酯是制備手性非甾體抗炎藥物2-芳基羧酸的重要的中間體,為了建立可用于2-苯基羧酸酯對映體分離的手性毛細(xì)管氣相色譜法(CGC),分別使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細(xì)管氣相色譜手性固定相,研究了其對2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丁酸乙酯、2-苯基丁酸異丙酯、2-苯基丙酸甲酯及2-苯基丙酸環(huán)戊酯等5種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力。結(jié)果表明,用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚酰基-β-環(huán)糊精作手性固定相的毛細(xì)管氣相色譜法可以分離2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體。2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精對3種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力超過了2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精。

關(guān)鍵詞:毛細(xì)管氣相色譜;β-環(huán)糊精衍生物;手性固定相;2-苯基羧酸酯;對映體分離

目前,以布洛芬(ibuprofen)為代表的非甾體抗炎藥物(non-steroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs)被廣泛用于治療發(fā)燒、疼痛及發(fā)炎?；诨瘜W(xué)結(jié)構(gòu),NSAIDs可以被分為幾種類型,2-芳基丙酸是其中非常重要的一類。世界上已研制了多種2-芳基丙酸類藥物,并對其合成方法進(jìn)行了廣泛的研究[1,2]。

在2-芳基丙酸型NSAIDs中,2-位手性中心具有藥理意義[3]。目前對于布洛芬的單一光學(xué)異構(gòu)體的藥理學(xué)機(jī)制還不完全清楚,但有很多研究報(bào)道了布洛芬的(S)-光學(xué)異構(gòu)體具有抑制環(huán)氧合酶(cyclooxygenases)的作用,而環(huán)氧合酶介導(dǎo)了前列腺素和凝血氧烷的產(chǎn)生。布洛芬的(S)-光學(xué)異構(gòu)體發(fā)揮了主要的抗炎作用,而其(R)-光學(xué)異構(gòu)體的作用還不明確[3]。因此,2-芳基羧酸作為重要的NSAIDs以及多種化合物的合成中間體,其藥理及生物活性的發(fā)揮與其光學(xué)純度密切相關(guān)[1-4]。

手性2-芳基羧酸酯是制備手性2-芳基羧酸的重要中間體。合成新的手性2-芳基羧酸酯對于發(fā)現(xiàn)新型NSAIDs十分關(guān)鍵。如手性2-芳基羧酸酯已被用于應(yīng)用于非甾體抗炎藥物(S)-非諾洛芬與天然產(chǎn)物(S)-芳姜黃酮的不對稱合成。最近有研究通過鈷催化的鹵代羧酸酯與芳基格氏試劑的不對稱Kumada偶聯(lián)反應(yīng),提供了高效、高對映體選擇性合成手性2-芳基羧酸酯類化合物的方法[4]。

為了更好地評價(jià)手性2-芳基羧酸酯的不對稱合成方法的效率,掌握用作藥物合成原料的手性2-芳基羧酸酯的光學(xué)純度,分離2-芳基羧酸酯對映體以及測定手性2-芳基羧酸酯的對映體過量值是十分重要的。

2-芳基丙酸類非甾體抗炎藥物布洛芬對映體的HPLC分離方法已有較多的研究報(bào)道[5-8]。Kikuchi等[3]使用半制備HPLC獲得了11C標(biāo)記的布洛芬的(S)-光學(xué)異構(gòu)體及(R)-光學(xué)異構(gòu)體,并用作正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography, PET)的示蹤物(tracer)。

由于2-芳基羧酸酯類化合物通常具有大的相對分子質(zhì)量以及高的沸點(diǎn),目前對于2-芳基羧酸酯對映體分離的氣相色譜(GC)方法還較少研究報(bào)道,但有很多研究報(bào)道了手性毛細(xì)管氣相色譜法分離2-溴、2-氯、2-羥基、2-甲氧基取代的丙酸酯化合物對映體的方法。如有研究使用全甲基-β-環(huán)糊精為氣相色譜手性固定相分離了20對2-溴、2-氯、2-羥基、2-甲氧基取代的丙酸酯化合物對映體[9]。使用3種2,3-二-O-烯丙基-6-O-?；?β-環(huán)糊精衍生物分離了2-氯、2-溴、2-羥基取代的丙酸甲酯對映體[10]。使用2,3,6-三-O-戊?；?β-環(huán)糊精和2,3,6-三-O-辛?；?β-環(huán)糊精作毛細(xì)管氣相色譜(CGC)手性固定相,可以將2-羥基丙酸甲酯對映體很好地分離[11]。

目前,分離2-芳基羧酸酯對映體的CGC方法僅見使用全甲基-β-環(huán)糊精分離了2-苯基丙酸甲酯[12],以及使用叔丁基二甲基硅烷基取代的環(huán)糊精衍生物作為CGC手性固定相對2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丁酸甲酯對映體具有一定的分離能力[13,14]。其中,2,3-二-O-甲基-6-O-叔丁基硅烷-β-環(huán)糊精作手性固定相可以分離2-苯基丙酸甲酯對映體[13]。將2,3-二-O-乙基-6-O-叔丁基二甲基硅烷-γ-CD和2,3-二-O-甲基-6-O-叔丁基二甲基硅烷-γ-CD分別與不同極性的聚硅氧烷PS-086、OV-1701等常規(guī)固定相混合制成固定相,也可以分離2-苯基丁酸乙酯對映體[14]。

本工作使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細(xì)管氣相色譜手性固定相,研究了其對5種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器和試劑

HP 6890+氣相色譜儀,配有分流/不分流進(jìn)樣口和氫火焰離子化檢測器(FID);數(shù)據(jù)采集使用Agilent Chromatographic Data Station (Agilent公司)。載氣用高純(純度99.9%)氦氣;氣化室溫度:250 ℃;檢測器溫度:250 ℃;載氣流速:2.1 mL/s, 42 cm/s;分流比:30∶1。

所用試劑均為分析純。外消旋及手性2-苯基羧酸酯樣品由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院合成并提供。

本工作中使用的兩種β-環(huán)糊精衍生物是2,6-二-O-戊基-3-O-丁酰基-β-環(huán)糊精和2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精,分別參照本課題組前期研究的方法[15,16]進(jìn)行合成及表征。2,6-二-O-戊基-3-O-丁酰基-β-環(huán)糊精:1H-NMR(300 MHz, CDC13)表征(δ值，ppm): 0.89(9H, CH3), 1.31(6H, CH3CH2), 1.58(4H, OCH2CH2), 3.21～3.93(7H, CD(H), OCH2, COCH2), 4.91(1H, CD(H))。傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)(液膜)表征(cm-1): 3 400、2 965、2 850、1 740、1 480、1 360、1 250、1 160～1 050。2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精:1H-NMR (300 MHz, CDCl3)表征(δ值，ppm): 0.87(m, CH2CH3), 1.25 (m, CH2CH2CH3), 1.53(COCH2CH2), 3.2～5.1(CD(H), COCH2, OCH2), 7.1～7.5(Ar(H))。FT-IR (液膜)表征(cm-1): 3 400、3 030、2 940、2 860、1 740、1 600、1 500、1 450、1 360、1 160～1 050、735、697。

1.2手性毛細(xì)管氣相色譜柱的制備

將2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精和2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精用作手性固定相,制備了兩根手性毛細(xì)管氣相色譜柱。

將彈性石英毛細(xì)管柱(20 m×0.25 mm,河北永年光纖廠)用氯化鈉飽和的甲醇膠體溶液沉積后,靜態(tài)法涂漬總質(zhì)量濃度為5 g/L的環(huán)糊精衍生物固定相的二氯甲烷溶液[15,16]。抽真空蒸去溶劑后,從40 ℃開始程序升溫老化至160 ℃,在160 ℃下保持6 h。共制備了兩根手性柱(20 m×0.25 mm×0.31 μm):柱1為2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精柱,柱2為2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精柱。

120 ℃下,用正十二烷(k=3.14)測定柱1的柱效為1 445塔板/m。120 ℃下,用正十四烷(k=3.01)測定柱2的柱效為1 343塔板/m。表明2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精和2,6-二-O-芐基-3-O-庚酰基-β-環(huán)糊精具有良好的涂漬性能,這兩根色譜柱均被良好地涂漬了固定相。

表 1　5種2-苯基羧酸酯對映體在2根β-環(huán)糊精衍生物固定相色譜柱上的保留因子(k)、手性分離因子(α)和分離度(Rs)

2結(jié)果與討論

考察了2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精柱及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精柱對5種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力,對映體分離結(jié)果見表1。

對映體分離結(jié)果表明,兩種環(huán)糊精衍生物用作CGC手性固定相對2-苯基羧酸酯具有一定的分離能力。如兩種環(huán)糊精衍生物均可將2-苯基丁酸甲酯和2-苯基丙酸甲酯對映體很好地分離(見圖1)。

對映體的分離結(jié)果與溶質(zhì)的結(jié)構(gòu)和環(huán)糊精手性固定相上的取代基及結(jié)構(gòu)均密切相關(guān)。雖然所研究的兩種環(huán)糊精衍生物均可將2-苯基丁酸甲酯對映體很好地分離,但是對2-苯基丁酸乙酯和2-苯基丁酸異丙酯卻均沒有分離能力?？梢娙苜|(zhì)結(jié)構(gòu)的微小變化即可導(dǎo)致對映體的分離結(jié)果有所不同。類似地,2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精可以將2-苯基丙酸甲酯對映體分離,對2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體卻沒有分離能力。

圖1　(a)2-苯基丁酸甲酯對映體(80 ℃)、(b)2-苯基丙酸甲酯 對映體(80 ℃)和(c)2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體(120 ℃)在2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精柱上的色譜圖Fig. 1　Chromatograms of (a) methyl 2-phenylbutanoate (at 80 ℃), (b) methyl 2-phenylpropionate (at 80 ℃) and (c) cyclopentyl 2-phenylpropionate (at 120 ℃) on 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin column

與使用全甲基-β-環(huán)糊精分離2-苯基丙酸甲酯[12]相比,叔丁基二甲基硅烷基取代的環(huán)糊精衍生物作為CGC手性固定相也對2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丁酸甲酯對映體具有一定的分離能力[13,14]。本文結(jié)果表明,使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細(xì)管氣相色譜手性固定相,不僅可將2-苯基丁酸甲酯和2-苯基丙酸甲酯對映體分離,還可以將2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體分離。這說明環(huán)糊精上取代不同的基團(tuán)對2-苯基丙酸酯的分離能力有所不同。這可能與環(huán)糊精上取代基不同導(dǎo)致了手性分離能力不同有關(guān)。

雖然用手性HPLC直接分離布洛芬等2-芳基羧酸對映體,以及在將布洛芬等2-芳基羧酸衍生化為非對映異構(gòu)體后再使用HPLC分離均有廣泛報(bào)道[5-8]，但是由于在HPLC中使用了有害及污染環(huán)境的有機(jī)溶劑,而使這些HPLC方法具有一定的缺點(diǎn)。手性毛細(xì)管氣相色譜法分離對映體具有簡單、靈敏、不使用有機(jī)溶劑的優(yōu)點(diǎn)。本工作使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細(xì)管氣相色譜手性固定相,成功分離了2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體,這不僅為分離2-芳基羧酸衍生物對映體提供了新的方法,而且還為掌握2-苯基羧酸酯對映體的分離機(jī)制提供了研究數(shù)據(jù)。

3結(jié)論

使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細(xì)管氣相色譜手性固定相,可以成功分離2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體。2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精在其他的2-芳基羧酸酯對映體的分離以及對映體過量值測定中的應(yīng)用還有待于進(jìn)一步研究。

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Enantioseparation of 2-phenylcarboxylic acid esters by capillary gas chromatography

SHI Xueyan1*, LIU Feipeng2, BIAN Qinghua2

(1. College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China;2. College of Science, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

Abstract:Chiral 2-arylcarboxylic acid derivatives are important intermediates for preparing 2-arylcarboxylic acids, which are non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). In order to separate 2-phenylcarboxylic acid ester enantiomers by capillary gas chromatography (CGC), 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin and 2,6-di-O-benzyl-3-O-heptanoyl-β-cyclodextrin were used as CGC chiral stationary phases, separately, and their enantioseparation abilities to enantiomers of methyl 2-phenylbutanoate, ethyl 2-phenylbutanoate, isopropyl 2-phenylbutanoate, methyl 2-phenylpropionate and cyclopentyl 2-phenylpropionate were examined. It was found that methyl 2-phenylbutanoate, methyl 2-phenylpropionate and cyclopentyl 2-phenylpropionate were successfully separated by using 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin and 2,6-di-O-benzyl-3-O-heptanoyl-β-cyclodextrin as CGC chiral stationary phases, respectively. The enantiomer separation abilities of 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin to the three pairs of 2-phenylcarboxylic acid esters tested are superior to those of 2,6-di-O-benzyl-3-O-heptanoyl-β-cyclodextrin.

Key words:capillary gas chromatography (CGC); β-cyclodextrin derivatives; chiral stationary phases; 2-phenylcarboxylic acid esters; enantiomer separation

DOI:10.3724/SP.J.1123.2015.06044

*收稿日期:2015-06-24

基金項(xiàng)目:公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科技專項(xiàng)(201303027).

中圖分類號:O658

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1000-8713(2016)01-0085-04

色譜手性分離專刊·研究論文

*通訊聯(lián)系人.Tel:(010)62731306,E-mail:shixueyan@cau.edu.cn.

Foundation item: Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201303027).