手性色谱柱的分类及应用

迄今为止,尚没有一种类似十八烷基键合硅胶(ODS)柱的普遍适用的手性柱。不同化学性质的异构体不得不采用不同类型的手性柱,而市售的手性色谱柱通常价格昂贵,因此如何根据化合物的分子结构选择适用的手性色谱柱是非常重要的。

根据手性固定相和溶剂的相互作用机制,Irving Wainer首次提出了手性色谱柱的分类体系:

第1类:通过氢键、π-π作用、偶级-偶级作用形成复合物。

第2类:既有类型1中的相互作用,又存在包埋复合物。此类手性色谱柱中典型的是由纤维素及其衍生物制成的手性色谱柱。

第3类:基于溶剂进入手性空穴形成包埋复合物。这类手性色谱柱中最典型的是由Armstrong教授开发的环糊精型手性柱[2],另外冠醚型手性柱和螺旋型聚合物,如聚(苯基甲基甲基丙烯酸酯)形成的手性色谱柱也属于此类。

第4类:基于形成非对映体的金属络合物,是由Davankov开发的手性分离技术,也称为手性配位交换色谱(CLEC)。

第5类:蛋白质型手性色谱柱。手性分离是基于疏水相互作用和极性相互作用实现。

但是,随着由于市场上可选择的手性色谱柱越来越多,此分类系统有时很难将一些手性柱归纳进去。因此参考Irving Wainer的分类方法,根据固定相的化学结构,将手性色谱柱分为以下几种:

刷(Brush)型或称为Prikle型

纤维素(Cellulose)型

环糊精(Cyclodextrin)型

大环抗生素(Macrocyclicantibiotics)型

蛋白质(Protein)型

配位交换(|Ligexchange)型

冠醚(Crown ethers)型

1、刷型:

刷型手性色谱柱的出现和发展源于Bill Prikle及其同事的卓越工作。六十年代,Bill Prikle将手性核磁共振中的成果运用到手性HPLC固定相研究中,通过不断实践,发明了应用范围较广、柱效很好的手性色谱柱。刷型手性色谱柱是根据三点识别模式设计的,属于Irving Wainer分类中的第一种类型。

2、纤维素型:

纤维素型手性色谱柱的分离作用包括相互吸引的作用及形成包埋复合物。它们属于Wainer分类中的第2种类型。市售的手性色谱柱为微晶三醋酸基、三安息香酸基、三苯基氨基酸盐纤维素固定相。很多化合物可通过此类型的色谱柱得到分离。这种类型的手性色谱柱种类也很齐全。流动相使用低极性溶剂,典型的流动相为异丙醇-正己烷混合物。这类柱子根据制作工艺,分为涂敷与键合两大类。但特别要注意由于氯可以使涂敷纤维素从硅胶上脱落,因此要确保涂敷类柱子流动相中无含氯溶剂。

3、环糊精型:

环糊精是通过BacillusMacerans 淀粉酶或环糊精糖基转移酶水解淀粉得到的环型低聚糖。通过控制环糊精转移酶的水解反应条件可得到不同尺寸的环糊精。市售的环糊精主要是α、β、γ三种类型,分别含6、7、8个吡喃葡萄糖单元。环糊精分子成锥筒型,构成一个洞穴,洞穴的孔径由构成环糊精的吡喃葡萄糖的数目决定。环糊精类型及洞穴的孔径等见下表:

环糊精 糖元数目 洞穴孔径 可进入洞穴的分子类型,手性中心数目

4、配位交换型:

手性配位交换色谱(Chiral LigExchange Chromatography,CLEC)由

Davankov发明,是通过形成光学活性的金属络合物而达到手性分离,属于Irving Wainer分类中的第4类手性固定相,主要用于分离氨基酸类。

由于此类固定相是由手性氨基酸—铜离子络合物键合到硅胶或聚合物上形成,因此流动相中必须含有铜离子以保证手性固定相上的铜离子不至流失。其它的过渡金属元素也已用于手性配位交换色谱,但铜离子应用最广。形成络合物的过程十分缓慢,因此有时需提高柱温,最佳温度约50℃。

5、大环抗生素型:

大环抗生素型手性色谱柱是最近发展起来的,通过将大环抗生素键合到胶

上制成的新型手性色谱柱。大环抗生素型手性色谱柱的出现归功于Dan Armstron 的贡献。此类色谱柱常用的大环抗生素主要由三种:利福霉素(Rifamycin),万古霉素(Vancomycin),替考拉宁(Ticoplanin)。利福霉素作为手性添加剂在毛细管电泳分离手性化合物方面得到了成功运用。万古霉素和替考拉宁分子结构中存在“杯”状结构区和糖“平面” 结构区。此类色谱柱性质稳定,可用于多种分离模式。手性分离基于氢键、π-π作用、形成包合物、离子作用和肽键等。

6、蛋白质型:

蛋白质型手性色谱柱属于第5种类型。分离依赖于疏水相互作用和极性相互作用。已经有多种蛋白质用于此类手性色谱柱。使用较多的是α-酸性糖蛋白(α-Acid Glycoprotein,AGP),人血清白蛋白(Human Serum Albumin,HSA),牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin,BSA)和卵类粘蛋白(Ovomucoid,OV)。

7、冠醚型:

冠醚类固定相用于分离一级胺,一级胺必须质子化方能达到分离。因此必须

使用酸性流动相,如高氯酸。最常用的是冠醚类固定相是18-冠-6,已有商品化

产品,由Daicel公司制造。无论(+)或(-)型均可达到有效分离,并可通过变化(+)(-)类型而改变分析物出峰顺序。冠醚作为添加剂也用于核磁共振和电泳,但由于其毒性较大,有致癌性,使其应用受到限制。


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