手性配位体交换流动相添加剂法拆分对映体.pdf

文献综述手 中性 配湮 位 惶体 交 换 流动相 添 加 蛹 剂 法 折 鄯分 对 映 体 *李新曾苏（ 浙 江医 科 大 学药 分教 研 惺室杭 州3 1 00 3 1 ）提要综述了手性配合基交换色谱法通常采用三种手性相系统中的流动相添加剂方法 主要内容有； ( A) 手性配合基文换机制， 给出了描述对映体对在色谱系统中的保留时间和分离选择性的公式， 包括手性选择剂在固定相和流动相中的各种不同情况 公式表明整个色谱柱系统的对映体选择性不同于溶液中所存在的选择剂与被选择物作用的情况； ( B ) 影响配合交换的 参数， 讨论了 金属离子、 金属离子/ 配位体比 率、 金属离子络合物浓度、固定相、 流动相 p H、 洗脱顺序、 有机调节剂、 离子对试剂、 流动相离子强度、 温度、 立体选择性和手性交互识别；( C ) 应用: 列举了一些手性流动相法分离对映体的例子 关键词手性配合基交换色谱法， 流动相添加剂， 对映体分离1 前言手性配位体交换色谱法( c h ir a l li g a n d - e x c h a n g e c h r o m a t o g r a p h y , C L E C ) ， 即在色谱系统中引入某种 金属离子和某种手性配位体， 与待测对映体对配位 体可形成两个非对映的三元络合物， 经色谱过程实现光学异构体的立体选择性分离。

C L E C有三种类型 [ 1] : i ) 手性键合固 定相 [ h ir a l ( b o n d e d ) s t a t io n a r y p h a s e s , C S P s ] ， 即将某种金属离子结合到手性配位 固定相上； ( i i ) 手性覆盖固定 相( c h ir a l c o a t e d s t a t io n - a r y p h a s e s , C C S P s ) ， 即用某种金属离子结合的 手性 配 位体将固定相表面预饱和， ( i ii ) 手性流动相( c h i r a l m o b ile p h a s e s , C M P s ) ， 即将某种手性金属离子配位 体加至色谱洗脱剂中， 在一种非手性固定相（ 如C 1 8键合相） 上进行对映体对的拆分 C MP s 法具有以下优点[ 2 ] : ( i ) 较灵活可变； ( i i ) 提供了一个较宽的变量 范围， 可调整保留时间和选择 性； iii ) 比用固定化的金属离子配合物法更经济可行 Z 配位体交换机制在 C L E C中， 手性配位体( C L ) 与金属离子( M)形成络合物（ [ C L ] n M ） ， 并与对映体( C S ) 发生交换作用 ：C S 有 R -和 S -或D - 和L - 异构体， 即形成不同构型的三元络合物（ 图1 ） 。

由图1 可见: 三元络合物构象分为反式和顺式两种 对映体选择性主要取决于三元络合物的相对稳定性的不同[ 3 ] 或与柱子的亲合力的差异[ 4 因一般反式构象较顺式构象的热力学稳定， 故顺式常常先被洗脱 但实际上， 分离度还取决于其他几个因素，如手性添加剂和溶质之间的影响以及三元络合物不同的结构和柱填料表面特性的影响等 国家和浙江省自然科学基金资助项目 本文收稿日期: 1 9 9 5 年9 月8 日， 修回日期: 1 9 9 5 年1 1 月2 6 日下面从热力学角度予以考虑[ 1 ] 设溶质对映体 ( A R 和A s ) 被C L E C中用手性选择 剂B 通过与一个金属离子 M 形成的三元络合物而分离， 则所形成的 两个不稳定的三元络合物 A R MB 和 A s M B 为非对映异构体， 它们的热力学稳定常数不同:比值 礱a*=/是个衡量C L E C中对映体选择性的适宜定量参数C S P和 C C S P在色谱机制上非常相似 以二齿配位体和 C u ( ) 为例， 配位体在两相 间交换过程为:其中， K为平衡常数， 上标 m和 s 分别表示流动相和 固定相 待测对映体A与吸附和络合有关的容量因子 为:式中k “ A 为溶质A在没有络合反应时（ [ C u B s ] ＝0 或K SA C u B ＝ 0 ） 的容量因子 ， [ C u B s ] 代表手性吸附点的浓度， K SA C u B 表示固定相上 A与 B加合物的形成常 数， φ瘴 为比 例常 数。

由此式可知 ， 提高 B的浓度和它的络合能力可提高 A的保留值柱子的对映体选择性为:显然， 令a * ＝K A R C u B / K A S C uB ＝ A R C uB / R A S C u ， 则a ≤ a * 该结论适于所有类型的手性固定相色谱法 它 说明在C L E C 中溶质对映体在柱上非专属性的吸附对选择性有不利的影响在 C MP中， 可分为两种情况 : 一是选择剂完全 留在流动相中[ 反应式( 2 ) ] ， 二是B 在两相间 有分配过程[ 反应式( 3 ) ] 用类似于前述方法可推导出容量因子为:与 C S P 和 C C S P相比， 同样的 A, B和 M， 对映体对的洗脱顺序相反对映体选择性 :式( 3 a ) 表明， 固定相上的络合反应使保留值提高， 而流动相中的络合反应有助于洗脱 式( 3 b ) 表明a 是手性选择剂在相间的分布及其在两相间的对映体选择性的复合函数 若三元络合物的形成常数足 够大， 则式( 3 b ) 为:即系统总对映体选择性 () 约等于固定相与流动相中络合物对映体选择性之比实际上， 反应式（ 2 ） 很难存在， 故 C MP s 法多以反应式（ 3 ） 方式进行。

由于式（ 1 ） 的复杂性， 使 C MP s法在变化色谱条件时更灵活， 成为色谱手性分离的一条有效途径 3 影响配位体交换的参数在 C L E C中， 配合体应符合[ 3 , 5 ] : ( i ) 在手性中心附近需具有两个（ 含两个） 以上的螯合官能团； ( i i ) 需带一个较大的基团以产生空间排斥作用； ( i i i ) 在柱上有较好的保留性 ； ( i v ) 应为光学纯 需着重指出的是 ， 分子中手性中心与配合部位相距不能太远[ 6 ] 3 . 1 金属离子C L E C 法 中有 C u ( ) , N i ( ) , C o ( ) , F e( ) , F e ( ) , Z n ( ) , C d ( ) 和 C r ( ) 等 其中C u() 能 与 许 多 手 性 配 位 体 和 竺 测 配 位 体 形 纬成 具 有 高度立 体选择性 的三 元络合物 ， 用 反相柱 予 以分离[ 7 , 8 ] 据报道[ 9 ] ， L - 脯氨酸- C u ( ) 复合物在分离α羟基酸类化合物时是最有效的 其他金属离子形成 的 络 合 物较 不 稳定 ， 分 离度 稍 差 。

3 . 2 金属离 子/ 配位体的比率 C M P s 为系统中 存在的二元金属络合物与 待测配位体所进行 的置换反应 理论上 ， 对于所添 加的为二齿配位体时， 流动相中金属离子/ 配位体比率应为1 : 2 [ 2 ] ， 若为四齿配位体时， 则其 比率应为1 : 4 [ 4 ] 从氨基酸试验的结果表明该比率为理想值 在实践中对特定化合物需作进一步微调3 . 3 金属络合物的浓度 提高流动相 中二元络合物的浓度， 可使色谱系统中产生更多的混合络合物用于固定相上的分配， 并且可提高容量因 子 k ' 、 选择性a 和分离度R] 但当 浓度提高到一定程度， 变化趋于平坦， R s 值也达 到最大值， 此时手性分离的决定因素是络合物的离解度和疏水性[ 2 ] A r ma n i [ 0 ] 在研究以L - 氨基酰胺＋C u ( ) 作添加剂时发现， 极性氨基酸在低浓度添加剂下分离较好 ， 而非极性氨基酸在较高浓度下分离较好 这是 由于流动相中二元络合物在低浓度时多吸附于固定相上， 在固定相上发生配合交换； 而在高浓度时， 三元络合物多形成于流动相， 于是对极性不同的 待测配位体产生了 不同的 色谱现象。

3 . 4 固定相在 C MP S系统 中， A r m a n i 等[ ]研 究 比较 了L i c h r o s o r b R P - 8 ( l Om, 2 4 c m0 . 4 c m) 和 C 1 8 N o v a -p a k ( 4m , 1 5 c m 0 . 4 c m ) 两种柱的分离情况， 发现 有显著的差别 这可能与侧链的长短所造成的溶剂化作用有关3 . 5 流动相P H值流动相中不同 p H值会改变金属离子的平衡分 布 p H值在5 ～ 7 之间时， 容量因子和分离度会随 p H 值的升高而升高 [ 1 ] ， 且较好的分离大多处于p H值较高的情况 A r m a n i 等[ 1 0 ] 在此项试验中指出， 将 p H值从6 . 8 升到8 . 4 时， 非极性氨基酸值随p H值 的升高而升高， 而 对极 性氨基酸则大约在p H 7 . 5 时a 达到最大值， 随后下降 降低 p H值， H +会与金属 离子竞争螯合位置，下降 过高的p H值不仅会引起某些 金属 离子络合物 的沉淀， 还会溶解硅胶 ．D u c h a t e a u [ 8] 研究p H 值对 - 氨基酸和 - 氨基酰胺对映 体 对 的影 响 时发 现 ， 不公 P H 值 升 高 K 和两 者提 高的 速度不同， 而且p H5 时 还会发生洗脱顺序的改变 ， p H值的实用范围为 7 . 0 ～ 8 . 0 [ 2 ] 。

3 . 6 洗脱顺序化合物及 D, L型异构体之间的洗脱顺序一般与反相色谱法一致[ 1 2 ] ， 即与含碳量或亲脂性有关含碳量相同时， 直链型比支链型容易被保留[ 2 , 3 ] 此外 ， 还受到取代基体积大小的影响， 因取代基大小会影响络合的形成作用， 从而控制 了整个三元络合物的稳定性 对映体对的D, L型出峰顺序也受化合物的极性和酸碱性的影响以及手性添加剂性质等的影响[ 1 0 , 1 1 ] 3 . 7 有机改性剂 乙腈、 甲醇、 四氢呋喃、 1 , 4 - 二氧六环的加入会缩短保留时间[ 1 3 ] ， 其中以用乙腈所得到的立体选择性为最大[ 1 4 ] 降低流动相中改性剂含量会促进溶质与吸附剂之间的疏水作用， 延长保留时间并提高异构体的分离度 四氢呋喃不同于其他改性剂[ 1 3 ] ， 它在氧原子上含有一对孤电子对， 可与混合络合物中的金属离子在轴向位置进行配合 若从最小空间位 阻平面取代其中的水分子， 络合物稳定性则会提高（ 见图2 - a , - b ） 此时四氢呋喃浓度增加 ， 使更多的水 分子被取代， 两种对映体稳定性差异增大， 值提高 因四氢呋喃使保留值减小， 故其浓度有一最佳 值。

1 , 4 - 二氧六环缺乏偶极矩， 氧原子电负性也明显地比四氢呋喃小， 它没有这种作用3 . 8 离子对试剂[7 8 ] 在流动相中加入离子对试剂会提高保留时间，但不影响手性分离 在某些场合如两种对映体对相互覆盖时， 加入离子对试剂对消除干扰有益 3 . 9 流 动相离子强度 离子强度会影响溶质的 保留时间 亲脂性较强的化合物要求较强的离子强度以减少保留时间[ 4 用醋酸钠在0 ～1 5 0 n u n o l / L内作 离子 强度调节剂[8]发现低浓度时 k ' 和下降迅速， 而在高浓度时则变化较小3 . 1 0 温度 E d w a r d 等[7] 研究H P M P C （ 1 - [ 3 - 羟基- 2 - ( 磷酰甲氧基) 丙基] 胞嘧啶） 对映体对以及手性 中间体 D H P C （ 二羟基丙基胞嘧啶） 对映体对的拆分时发现， 柱温及流动相温度对分离度有影响， 认为分析类似化合物时， 温度可 作为一 个调节参数3 11 立 体 选。