色谱  2014, Vol. 32 Issue (8): 832-836   PDF (805 KB)    
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赵允凤
宋佳新
孙嘉仪
袁晓薇
郭兴杰
纤维素键合手性固定相拆分6种萘满酮衍生物对映体
赵允凤, 宋佳新, 孙嘉仪, 袁晓薇, 郭兴杰     
沈阳药科大学药学院, 辽宁 沈阳 110016
收稿日期：2014-3-24
通讯作者：郭兴杰，E-mail：gxjhyz@aliyun.com
摘要：使用Chiralpak IC（纤维素-三（3，5-二氯苯基氨基甲酸酯）共价键合硅胶）手性柱，建立了采用手性固定相高效液相色谱拆分6种 α -芳基萘满酮类衍生物对映体的方法。考察了流动相中有机改性剂的种类和比例、柱温和流速对对映体分离的影响。结果显示6种化合物在异丙醇为改性剂的条件下均可获得较高的对映体分离度。热力学研究表明6种化合物对映体的手性拆分过程均受焓驱动影响，且低温有利于对映体分离。最终推荐分离化合物Ⅰ对映体的流动相是正己烷-异丙醇（90：10，v/v）；分离化合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ对映体的流动相是正己烷-异丙醇（99：1，v/v）；分离化合物Ⅴ对映体的流动相是正己烷-异丙醇（85：15，v/v）；分离化合物Ⅵ对映体的流动相是正己烷-异丙醇（80：20，v/v）。柱温为25℃，流速为1.0 mL/min。6种化合物对映体均可在Chiralpak IC手性固定相上得到完全分离，证明该色谱柱对6种化合物具有较高的对映体选择性。
关键词： 纤维素-三（3,5-二氯苯基氨基甲酸酯）     手性固定相     正相高效液相色谱法     萘满酮衍生物     对映体分离    
Chiral separation of six tetralone derivative enantiomers using immobilized cellulose chiral stationary phase
ZHAO Yunfeng, SONG Jiaxin, SUN Jiayi, YUAN Xiaowei, GUO Xingjie     
School of Pharmacy, Shenyang Pharmaceutical University, Shenyang 110016, China
Received: 2014-3-24
Abstract: A high performance liquid chromatographic method (HPLC) was developed for the chiral separation of six α -aryl tetralone derivatives using a Chiralpak IC column. The factors influencing the chiral separation including the type and concentration of organic modifier, column temperature and flow rate were investigated. The results showed that high enantiomeric separation can be obtained with isopropanol as modifier for the six compounds. The thermodynamic study indicated that the enantioseparation was enthalpically driven and showed that low column temperature was beneficial to separation. Complete separation of compound Ⅰ was achieved with a binary solvent mixture of n-hexane-isopropanol (90:10, v/v) as the recommended mobile phase. The compounds Ⅱ, Ⅲ and Ⅳ were separated with the mobile phase of the mixture of n-hexane-isopropanol (99:1, v/v) and the compound Ⅴ was separated with the mixture of n-hexane-isopropanol (85:15, v/v). The compound Ⅵ was separated with the mixture of n-hexane-isopropanol (80:20, v/v). The column temperature was 25℃, and the flow rate was 1.0 mL/min. The six tetralone derivative enantiomers were separated on a chiral stationary phase of Chiralpak IC by HPLC. The column has high enantiomeric selectivity to the six tetralone derivative enantiomers.
Key words: cellulose-tris (3,5-dichlorobenzene carbamate)     chiral stationary phase     normal phase-high performance liquid chromatography (NP-HPLC)     tetralone derivatives     enantiomeric separation    

手性药物分子间空间结构的微小差异往往导致药物对映体在药理、毒理和临床疗效等方面存在显著差异。随着医药界对手性单体药物需求的不断增加,如何获得较高纯度的手性单体就成为医药界乃至分析化学界关注的重大课题。而获得天然纯手性物质的种类和数量是有限的,不对称合成又面临产率低、成本高和手性源制约等问题。比较而言,手性拆分在获取单手性物质的种类、数量和成本上均具有很大优势[1]。目前手性固定相拆分法已经成为十分有效和实用的方法[2, 3, 4, 5],能用于测定对映异构体的光学纯度,也可以用于制备型拆分[6, 7, 8]。随着手性固定相色谱技术的迅速发展,大量手性固定相相继被开发,并广泛应用于手性化合物的对映体分离。在诸多手性固定相中,多糖及其衍生物类手性固定相以其来源方便、制备简单、手性识别能力强、适用范围广等优点而被看作是最具发展潜力的一类手性固定相[9]。纤维素是多糖的一种,按照纤维素及其衍生物与固定相的结合方式的不同,纤维素手性固定相可以分为涂敷型(如Chiralcel OD、OJ)和键合型(如Chiralpak IB、IC)两种。键合型手性固定相因具有较好的稳定性和宽的洗脱剂选择范围等优点而逐步取代之前的涂敷型。其中,本文所用的Chiralpak IC色谱柱是将纤维素三(3,5-二氯苯基氨基甲酸酯)衍生物键合于硅胶基质上而制得的,与Chiralpak IB柱比较,Chiralpak IC色谱柱由于在苯环上引入卤素吸电子取代基而使手性识别能力大大增强。该类手性固定相已广泛应用于对映体的分离和制备[10, 11, 12]。

萘满酮类化合物是很重要的医药中间体[13, 14],如5,8-二甲氧基-2-萘满酮是合成氨柔比星的关键中间体[15]; 7-甲氧基-1-萘满酮是一种抗抑郁药阿戈美拉汀[16]的重要反应原料[17];卤代的萘满酮中的卤素是很好的离去基团,容易和多种亲核试剂结合而成为十分有用的原料[18]。现有的萘满酮类化合物大多来自萘类化合物的还原和氧化[19],如5-甲氧基-2-萘满酮就是由1,6-二甲氧基萘在Na/EtOH中还原得到的。以往此类化合物的衍生物主要是在苯环上进行取代,而本文所研究的萘满酮衍生物是在萘满酮母核的另一环上进行取代,且部分是新合成的衍生物,在国内外未见报道。Lepri等[20]曾使用薄层色谱法分离某些萘满酮衍生物对映体,亦有人[21]使用Chiralpak AD-RH (直链淀粉-三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯))手性柱分离2-(4-吡啶烷基)-1-萘满酮衍生物对映体,但对本文研究的6种化合物(其中Ⅱ、Ⅳ是新合成的化合物)还未见有关对映体分离方面的报道。本文使用Chiralpak IC手性柱,在正相色谱条件下,对6个萘满酮衍生物(结构式见图1)进行了对映体分离研究。考 察了流动相中有机改性剂的种类和比例、柱温、流速对对映体分离的影响,并对分离机理进行了讨论。

图1 萘满酮衍生物的化学结构式 Fig.1 Chemical structures of tetralone derivatives Compound Ⅰ: 2-methyl-2-pyridin-2-yl-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one; compound Ⅱ: 2-(6-methoxy-pyridin-2-yl)-2-methyl-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one; compound Ⅲ: 2-(3-fluoro-phenyl)-2-methyl-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one; compound Ⅳ: 2-(4-fluoro-phenyl)-2-methyl-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one; compound Ⅴ: 2-(4-methoxy-phenyl)-2-methyl-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one; compound Ⅵ: 2-(3-methoxy-phenyl)-2-methyl-3,4-dihydro-2H-naphthalen-1-one.
1 实验部分
1.1 仪器与试药

Jasco Pu-1580型高效液相色谱仪;AT-130L型柱温箱(天津奥特塞恩斯仪器有限公司); SPD-15C型紫外检测器(日本岛津公司); N2000色谱工作站。6种 α -芳基萘满酮衍生物(消旋体,沈阳药科大学药物化学教研室);正己烷、乙醇、异丙醇(色谱纯,山东禹王实业有限公司)。

1.2 色谱条件

色谱柱:Chiralpak® IC柱(250 mm×4.6 mm,5 μ m,日本Daicel公司);流动相:不同比例的正己烷-异丙醇体系;检测波长：240 nm;柱温：25 ℃；流速：1.0 mL/min；进样量：10 μ L。

1.3 供试品溶液的制备

分别精密称取6种化合物适量,用正己烷-异丙醇(80 ∶ 20,v/v)溶解并稀释制成质量浓度约为0.2 g/L 的溶液,过0.45 μ m滤膜,即得。

2 结果与讨论
2.1 有机改性剂种类对分离的影响

在纤维素衍生物键合固定相的正相分离模式中,流动相一般由烷烃中加入一种或两种醇类有机改性剂组成。选择不同的有机改性剂,可以改变待分离物质的对映体选择性。本实验以正己烷-乙醇、正己烷-异丙醇作为流动相,首先考察了流动相组成对6种化合物对映体分离的影响。结果表明,乙醇作为改性剂时仅化合物Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ能达到完全分离;异丙醇作为改性剂时,6种化合物均可达到完全分离,且使用异丙醇作为改性剂时化合物的对映体选择因子( α )大于以乙醇作为改性剂时的对映体选择因子。流动相中的醇类改性剂不仅可与对映体分子竞争固定相上的氢键结合位点,还可通过与固定相手性空穴中或手性空穴附近的非手性点的作用改变手性空穴的空间环境。醇的结构不同,醇羟基与手性固定相上氢键结合位点的作用能力不同,手性空穴的立体环境不同,从而影响化合物的对映体保留分离。

2.2 异丙醇比例对分离的影响

在正己烷-异丙醇流动相条件下,进一步考察了不同比例的异丙醇对6种化合物色谱行为的影响。结果(见表1)表明,随着异丙醇比例的降低,对映体在色谱柱上的保留时间(t)增加,分离度(R)增加(化合物Ⅰ除外)。这主要是因为流动相中极性成分(异丙醇)与固定相之间形成氢键作用,从而减弱了溶质分子与手性固定相之间的氢键作用。因此减少流动相中极性成分比例能增强溶质分子与固定相之间的氢键作用,有利于对映体的分离。综合考虑分析时间、分离度和峰形,最后我们选择分离化合物Ⅰ~Ⅵ的流动相(正己烷-异丙醇,v/v)比例分别为:90 ∶ 10、99 ∶ 1、99 ∶ 1、99 ∶ 1、85 ∶ 15、80 ∶ 20。

表1 不同比例的异丙醇对萘满酮衍生物对映体分离的影响 Table 1 Influence of different percentages of isopropanol on the enantioseparation of tetralone derivatives
2.3 柱温对分离的影响

在HPLC手性拆分过程中,柱温是优化色谱分离的一个重要影响因素。通过建立色谱数据与柱温之间的关系可以导出溶质吸附分离过程的热力学参数,从而能够提供一种阐明手性识别机理的方法。

使用正己烷-异丙醇(90 ∶ 10,v/v)(化合物Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ)和正己烷-异丙醇(99 ∶ 1,v/v)(化合物Ⅱ和Ⅲ)作流动相,在柱温25～40 ℃范围内,考察了柱温变化对6种化合物对映体分离的影响。发现当柱温升高时对映体出峰时间变短,分离度变小(数据未给出)。这可能是由于随着温度升高,对映体与手性选择剂之间形成的配合物的稳定性减弱。根据van’t Hoff公式,以lnk或ln α 对1/T作图,计算热力学参数:

式中 Δ H°和 Δ S°分别为溶质在固定相与流动相间分配的焓变和熵变,φ 为相比(固定相和流动相的体积比),Δ Δ H°和 Δ Δ S°分别表示两对映体的焓变之差和熵变之差。对于公式(1),Δ H°表示溶质在固定相上吸附过程的放热情况,Δ H°绝对值越大,表明溶质与固定相的作用力越强,与固定相的结合在能量上更有利; Δ S°表示溶质吸附过程自由度的变化情况,绝对值越大,说明自由度降低越多,分子总体变得更有序。在我们的研究中,分别以lnk1和lnk2对1/T作图,6种化合物均得到良好的线性关系(r2 ＞0.97)。对于公式(2),以ln α 对1/T作图,除化合物Ⅵ外均得到了良好的线性关系(r2 ＞0.97)。由直线的斜率和截距可以得到 Δ H°和 Δ S°+Rln φ ,Δ Δ H°和 Δ Δ S°。对于化合物Ⅵ,Δ Δ H°和 Δ Δ S°可以通过 Δ H1°和 Δ H2°,Δ S1°和 Δ S2°进行估算,由此计算出的热力学数据见表2。

表 2 萘满酮衍生物对映体分离的热力学参数 Table 2 Thermodynamic parameters of tetralone derivative enantiomers

由表2可知,化合物对映体的 Δ H°和 Δ S°值在柱温为25～40 ℃范围内均为负值,表明萘满酮衍生物对映体在固定相上的吸附是一个放热过程。 Δ Δ H°和 Δ Δ S°值在柱温为25～40 ℃范围内也为负值,因此其对映体的手性拆分过程受焓驱动,后出峰 异构体较前出峰异构体与固定相间存在更强的作用,且与固定相形成的可逆过渡态配合物分子总体上更加有序,温度的降低有利于对映体的分离。因此,本文选择室温(25 ℃)继续下面的研究。

图 2 6种化合物对映体在优化条件下的分离色谱图 Fig.2 Chromatograms of tetralone derivative enantiomers under optimized conditions Mobile phase: compound Ⅰ (n-hexane-isopropanol (90 ∶ 10,v/v)); compounds Ⅱ,Ⅲ and Ⅳ (n-hexane-isopropanol (99 ∶ 1,v/v)); compound Ⅴ (n-hexane-isopropanol (85 ∶ 15,v/v)); compound Ⅵ (n-hexane-isopropanol (80 ∶ 20,v/v)). Flow rate: 1.0 mL/min. Detection wavelength: 240 nm. Column temperature: 25 ℃.
2.4 流速对分离的影响

在上述优化色谱条件的基础上,考察了不同流速(0.8、1.0、1.2 mL/min)对6种化合物对映体分离的影响。结果表明,流速降低有利于分离度的增加,但降低流速的同时色谱峰变宽,洗脱时间变长。综合考虑,选择流速为1.0 mL/min。

在以上优化的色谱条件下的色谱图见图2,其中化合物Ⅰ～Ⅵ的分离度分别为3.19、3.66、3.49、10.0、7.52、15.91。

2.5 分离机理的探讨

纤维素苯基氨基甲酸酯类手性选择剂的对映体分离能力由苯环上的取代基类型、位置和数量决定。其拆分机理普遍认为是通过与化合物两对映体之间产生不同的氢键作用、 π - π 作用、偶极-偶极作用而达到分离[22],该类固定相最重要的吸附部位可能是极性氨基甲酸酯残基。受立体位置空间效应影响,3,5位取代的二氯苯基氨基甲酸酯比其他位置取代表现出更高的手性识别能力,同时卤素取代基的吸电子作用能够增加氨基甲酸酯基团的极性,使-NH2基团酸性增强而增加手性识别能力。另外,在纤维素苯基氨基甲酸酯系统中,高度有序的空间结构也有利于获得更高的手性识别能力。

本文研究的6种萘满酮衍生物手性C上有3个取代基相同,仅一个取代基不同。从表1可见,纤维素-三(3,5-二氯苯基氨基甲酸酯)手性固定相对6种化合物对映体的选择性识别能力表现出很大的差异。说明识别过程中取代基起到了非常重要的作用。手性选择剂对化合物Ⅵ的选择性最强,其次是化合物Ⅴ、Ⅳ,最差的是化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,这与计算的热力学参数 Δ Δ H°值完全相符。化合物Ⅵ的 Δ Δ H°绝对值最大,说明化合物与固定相之间的选择性作用力最大。从结构式中可以看出化合物Ⅴ和Ⅵ在取代苯基上连接的是甲氧基,有较强的供电子诱导效应,能增加苯环上的电子云密度,从而增加了手性选择剂与对映体间的 π - π 相互作用,增大手性选择性。但化合物Ⅴ的 α 值和 Δ Δ H°绝对值均小于化合物Ⅵ,说明取代基的空间位阻效应也对手性选择剂与溶质之间的立体选择性作用有影响。对于化合物Ⅲ和Ⅳ,在取代苯基上连接的是氟原子,氟的吸电子诱导效应导致苯环上的电子云密度降低,减弱了手性选择剂与对映体之间的 π - π 相互作用,所以Ⅲ和Ⅳ的 α 值低于Ⅴ和Ⅵ。同理,化合物Ⅳ苯环上邻位有氟原子取代基,其 α 值和 Δ Δ H°绝对值均大于化合物Ⅲ,进一步表明取代基的空间位阻效应对分离有影响。对于化合物Ⅰ和Ⅱ,取代基为吡啶环,在吡啶的环状大 π 键中,氮原子的电负性较强,因而使 π 电子云发生偏转,降低了环上的电子云密度,从而减弱了与手性选择剂之间的 π - π 相互作用,降低了手性选择性。

3 结论

本文使用Chiralpak IC手性柱,在正相色谱条件下成功分离了6种萘满酮衍生物对映体。研究表明纤维素衍生物键合手性固定相对萘满酮衍生物具有非常高的手性识别能力。本文研究的萘满酮衍生物部分为新合成的化合物,它们极有可能成为今后合成化学中的重要中间体或原料,因此本文的研究具有重要的应用价值。

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