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主题：【资料】气相色谱手性分离(71讲 待续)

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2009/11/9 15:19:42 31楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
气相色谱手性分离 (32)



环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（2）




一、环糊精的制备和结构特点

1  环糊精的制备

环糊精的工业生产是由一种天然的酶——环糊精葡萄糖转移酶（简称CGTase=Cyclodextrin-Glucosyl-Transferase），CGTase 从两端剪断呈螺旋状的淀粉后，把它连接起来组成一个疏水的圆台型环状，由于剪出来的淀粉长度不同，这样就产生了三种不同的环状糊精。粗产品中含有α-CD、β-CD 和 γ-CD，此外还有少量分子量更高的 CDs。

2  环糊精的结构和物理性质

在CDs 的环结构中吡喃葡萄糖单元以-14-糖苷键结合互为椅式构象，这样的结构使环糊精分子中的官能团形成特殊的排列。整个环糊精分子呈一头大、一头小的圆台状结构，即具有一定孔径、一定深度的笼形化合物，如图 32-1所示。





图 32-1 环糊精的结构

在笼形圆筒的大口一端第二羟基（在C2和C3上）以顺时针方向排列着，而在细口，一端则为第一羟基占据。在笼形圆筒内侧只有氢原子和葡萄糖苷氧原子，所以圆筒内是非极性的，而外部两端是羟基，具有亲

水性，所以 CDs 可溶于水。可与“客体”化合物形成包含合物（Inclusion Compounds），CDs称为“主体”。这一特点使 CDs 成为选择性手性固定相。CDs的结构和物理性能列于表32-1中。


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2009/11/9 15:20:24 32楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
气相色谱手性分离 (33)
    环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（3）

  二、环糊精用于填充柱色谱
早在 1961 年 Sand 和 Schlenk 就首次把-CD 的乙酸酯-CD 和乙酸酯及丙酸酯用作气-液色谱固定相，分离 C10及C12～C20 的脂肪酸甲酯。次年他们又系统地研究了β-CD 的乙酸酯、丙酸酯、丁酸酯及戊酸酯作固定液对各种化合物的分离特点。但是当时只把 CDs当做一种极性固体液，并未揭示它们可形成包合物的特点。直到 17年之后的 1979 年才又由 Casu 把甲基化的 CD 再次用于气相色谱1980年日本大坂大学的 Mizohuchi 研究了环糊精和二异氰酸酯形成的聚氨酯作气-固色谱固定相的保留行为，研究结果表明：对不同类型、不伺结构的有机化合物有明显的选择性和保留特点。而主客体之间形成包合物是一个极为重要的因素，例如二甲苯的对位异构体容易和 CD 形成包合物，所以 p/m 值高达 2.94，这是一般固定液根本做不到的。
1982年捷克的 Smolkova 把α-CD 和β-CD 以 10％ 的量涂渍到 Chromosob W 上，研究了各种化合物的保留特点，得到这样的结论：“β-CDs 是选择性固定相， 即使在气相中的溶质也可以和 CDs 形成包含化合物物”。为此 Smolkova-Keulemansova 的研究组使用 Casu 的甲基化方法把和β-CD 转化成为甲基化的 CDs ，并用作GC固定相。研究结果也说明 CDs 的衍生物也和一些化合物形成包合物而成为选择性固定相。后来 Tanaka 等也用甲基化的-CD涂渍成填充柱分离 n-烷烃 n-烷醇和烷基苯。也有人用 CD 组成的聚合物小球作填充柱的固定相。  1983年波兰的Sybilska的研究组用CDs和甲胺一起组成固定液研究了各种异构体， 概要情况见表33-1。
表33-1

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2009/11/9 15:21:22 33楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
气相色谱手性分离 (34)
      环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（4）

三、环糊精衍生物用于毛细管色谱
    用单独的 CDs 作气相色谱固定相虽然具有选择性，如把CDs溶于甲酰胺或乙二醇可作手性固定液分离-及-蒎烯的对映异构体。可是这种固定相使用温度太低。而且要使 CDs 充分发挥其选择性应该涂渍在毛细管柱上，可以把毛细管柱的高柱效和高选择性结合起来，为此需要把 CDs 转化成熔点低、极性较低的衍生物并且易于涂渍在毛细管柱上。正因为如此，1987年以后 Konig 等人研究 CDs 的各种衍生物作毛细管柱的手性固定液，用以分离各种对映异构体。
    1981年匈牙利的 Juvancz 和Szejtii 首先把全甲基化的β-CD用作毛细管色谱柱的固定液。全甲基化的-CD 熔点为155～158℃ ，在300℃以上才开始分解。在此柱上于130～180℃间分离二乙苯、二甲酚、氯代酚、溴代酚、氯苯胺、硝基甲苯、溴代苯甲酸甲酯、硝基苯胺和硝基苯甲酸甲酯的邻、间、对异构体。进而他们又研究了α-CD、α-CD和β-CD甲基化衍生物作固定液的保留行为。这些衍生物的溶点和分解温度见表 34-1 。
    在同一年西德的 Schurig 等使用全甲基化的β-CD和 OV-1701组成混合固定液并涂渍在玻璃毛细管理柱上，在50～80℃ 柱温下分离图34-1中的光学异构体。作者们还把甲基化的β-CD和 OV-101、DC-
550 ，OV-17混在一起。但是和OV-1701的混合物效果最好。



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2009/11/9 15:22:32 34楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
气相色谱手性分离 (35)
        环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（5）


      Scurig 和 Konig 等人的研究工作（1）
      Scurig等人 在研究全甲基化 β-CD基础上，进而研究了把直链淀粉的羟基戊基化，并涂渍于玻璃毛细管柱上分离3-甲基-2-环己烯醇-1等对映异构体，但α-值都不高，远不如在全甲基化β-CD柱高。
1987年我国的阎长泰等把-CD和-CD的甲酰胺溶液涂在SCOT玻璃毛细管理柱上于 50℃或 65℃ 下分离二甲苯等位置异构体，用β-CD甲酰胺柱间对异构体的值可达 1.30。
    从上述情况可以看出单独用 CDs 或全甲基化的 CDs 用作毛细管柱的固定液都不够理想，CDs 的甲酰胺溶液作固定液柱温不能高；而全甲基化 CDs 的熔点又偏高。所以 Konig 和 Armstrong 等又研究了多种 CD 衍生物用作手性固定液。
从1988 年 Konig 研究组系统地研究了环糊精各种衍生物作手性固定液的问题，有五篇系列论文（环糊精作毛细管气相色谱固定相）。在第一篇报告中研究了全戊基化-CD作毛细管气相色谱固定液，分离了三氟乙酰化的各种单糖的对映异构体，分离的值见表35-1。
 
    表35-1 全戊基β-CD毛细管柱分离单糖的α值

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2009/11/9 15:23:14 35楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
气相色谱手性分离 (36)

          环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（6）


Scurig 和 Konig 等人的研究工作（2）
    Konig 的第二篇报告是利用新合成的七-（3-O-乙酰基-2,6-二--戊烷基）β-CD涂渍在

45m 玻璃毛细管或 25m 弹性石英毛细管柱上，分离手性的 α-，β-胺，胺基醇，α-，β-

氨基酸酯。以及反式环二醇等光学异构体。他们的第三篇报告是研究六-（3-O乙酰基-二-O-

戊烷基-α-CD 作毛细管色谱固体液分离各种内酯的光学异构体。这些化合物是天然香料和

昆虫信息素的重要组分，利用这种毛细管柱可以不用衍生化就能把它们的对映异构体分开

（过去从未分开过）。Konig 的第四篇报告是利用全戊基化-CD 的毛细管柱分离氰醇和碳水

化合物的对映异构体，这一固定液的突出特色是可以分离许多烯烃和卤代烃的对映异构体。

分离情况如图 36-1所示。



图 36-1 全戊基化-CD 的毛细管柱分离图



（文献来源：傅若农，色谱，1992，10（1）：14）
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2009/11/9 15:24:26 36楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
气相色谱手性分离 (37)

      环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（7）


        Scurig 和 Konig 等人的研究工作（3）

    Konig 的第五篇报告报告是合成了八（3-丁酰基-2,6-二--戊基）-环糊精，并把它涂渍在50m玻璃毛细管色谱柱上分离了蛋白质和非蛋白质氨基酸，α-和β-羟基酸，二和多羟基化合物，醇，酮，四～七环的内酯，环戊烷的衍生物，环缩醛，胺和卤代烃等的光学异构体。这一固定液是适应性最广的一种对映异构选择性固定液。

估计是它的洞穴较大并具有两种取代基使之具有较强的适应性。

在1989年荷兰的 Venema 和 Tolsma 也发表了环糊精作毛细管色谱固定相的系列研究的首篇报告，他们用全甲基化的-CD，分离丙酸酯的 2-取代异构体和低级醇的对映异构体。同年 Mosandl 等人用 OV-1701 柱和七-〔3-O-乙酰基-2,6-二-O-烷基〕-CD的毛细管柱组成多维色谱来分离 4-烷基取代内酯，并用这一方法测定水果中的各种内酯的含量。

在国际第十次毛细管色谱报告会上，Konig等人综合报道了全烷基化和部分烷基化的α-，β- 和γ-CD 作毛细管色谱固定液的结果，并报道了四种商品毛细管柱的固定液，其名称和结构见表 37。在论文



  表-37 四种α-和βCD商品毛细管柱



最后 Konig 提出了一个有重要意义的观点：一旦我们获得了有关分离机理的详细知识，就有可能把具有一些特殊作用力的基团引入环糊精的分子中，制备出各种 CD的衍生物以便分离各种对映异构体。因此环糊精的各种衍生物将会成为用途极为广泛的手性固定相，只是到目前为止其最高使用温度只有 200℃ ，但有可能再提高一些。



（文献来源：傅若农，色谱，1992，10（1）：14）

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2009/11/9 15:25:00 37楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
气相色谱手性分离 (38)
          环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（8）


Armstrong 的研究工作和ASTEC公司的商品柱

    原美国密苏里罗拉大学的 Armstrong  制备了O-((s)-2-羟基丙基）环糊精的全甲基化衍生物（混合物）PMHP-CD，这一化合物在室温下是液体，并且可以涂渍在未经脱活的弹性石英毛细管柱上，它无挥发性，在无氧存在下300 时仍然稳定。这种CD衍生物比过去用过的CD衍生物极性要强。用这一化合物涂渍的毛细管柱的最大特点是可以使许多手性化合物倒峰（出峰次序和在戊基化CD上的出峰次序相反）。这一性质十分有意义。这一方法证实了Konig的预言。
此后Armstrong又合成了2,6-二-O-戊基-3-O-三氟乙酰基环糊精，并制成毛细管色谱柱（简称DPTFA，，-CD毛细管柱），有150多种对映异构体在这类固定液上进行了研究，有120多种对映异构体首次在DP-TFA--CD柱上分离，比-CD更为有用。进一步研究了在PMHP-CD柱上不同类型乙酰基化的对映体衍生物对分离的影响。这两种固定液由美国ASTEC公司制成九种商品毛细管柱CHIRALDEX Capillary gc Columns）供应市场，这九种商品毛细管柱的名称和用途见表-38

              表 38 ASTEC公司的九种商品毛细管

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气相色谱手性分离 (39)
    环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（9）


    用于色谱固定相环糊精（CD）衍生物的分类和色谱中的应用比例
对环糊精分子进行选择性修饰，生成各种CD衍生物用做GC固定相，根据取代基和位置的不同，可以把环糊精衍生物分为以下几类：
(1)  2 位，3 位和 6 位取代基完全同，如全甲基β-环糊精，全乙基β-环糊精，全戊基β-环糊精等。
（2） 2 位和 6 位取代基相同，3 位取代基不同的环糊精，如2，6-二-O-戊基-3-O-三氟乙酰基β-环糊精和2，6-二-O-甲基-3-O-戊基β-环糊精。
（3） 2 位和 3 位取代基相同，6 位取代基不同的环糊精，如2，3-二-O-甲基-6-O-叔丁基β-环糊精。
（4） 2 位，3 位和 6 位取代基完全不同的环糊精，这类环糊精报道很少。
（5） 接枝到聚硅氧烷链上的环糊精，这类环糊精衍生物由于接枝到聚硅氧烷链上，有很好的成膜性，及耐温性，是理想的GC固定液。如全甲基β-环糊精接枝到聚硅氧烷链上的固定相。
    在环糊精空腔边缘上的羟基上引入不同的取代基，会使环糊精腔的深度、氢键作用力以及其他分子间的作用力发生大的变化，从而导致环糊精衍生物固定相的保留作用产生变化。X-射线的研究表明：α-环糊精甲基化以后其小口一端变的更小，大口的一端变的更大一些。
环糊精衍生物在各种模式的色谱中有广泛的应用，GC 中的应用约占少于三分之一的量，见下图 39。



      图 39  1981到 2000年在 2622 篇有关环糊精文献（论文、专利、书等）中在各种色谱里应用的分布
（Trends in analytical chemistry, vol. 21, no. 5, 2002）
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气相色谱手性分离 (40)
    环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（10）

 
    全烷基环糊精衍生物（1）

    全烷基α，β，γ-环糊精都可以用作毛细管气相色谱固定相，制备方法人们都按 Koenig ( HRC,1989,12:732; HRC,1990,13:724) 和 Schurig (HRC,1990,13:470)的方法或略加修改进行合成。1992年Schumburg 简化了制备全烷基α，β，γ-环糊精的方法，并使用gc 或 HPLC进行纯化和检测（HRC，1992，15：579）。
Schumburg 合成全甲基α，β，γ-环糊精的方法：
在装有搅拌器、温度计、通氩气管和滴液漏斗的三口瓶中，把10.8 g (200 mmol)干燥的 β-环糊精溶解在 300 mL二甲基亚砜(DMSO)中， 把 24.0 g (600 mmoL  NaOH  (用氢化钠在四氢呋喃中水解得到) 加入到上述 β-环糊精清澈的溶液中。放置 1 h 后加入 49.7 g (21.8 mL,350 mmoL)碘甲烷,在搅拌下令其反应 24 h，把得到的白色悬浮物倒入 1.5 L 的冰水中，使用二氯甲烷（3x100 mL）萃取生成的甲基化 β-环糊精，得到的全甲基化 β-环糊精二氯甲烷溶液用水洗涤（3x100 mL），并用无水硫酸钠干燥，在旋转蒸发器中除去二氯甲烷，真空干燥得到的全甲基化 β-环糊精，得率 98%（12.6 g, 相当于理论得率 90.8%）。
    因为全甲基 β-环糊精熔点高，在较低的 gc 的柱温下不能呈液态，Schurig 和 Nowotny 把全甲基β-环糊精溶于极性固定液（如等等OV-1701）中，涂渍在毛细管柱上，可以分离多种对映体，如图-40


    图 40  全甲基 β-环糊精毛细管柱分离典型化合物的对映体
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气相色谱手性分离 (41)
    环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（11）


    全烷基环糊精衍生物（2）

    用聚硅氧烷（如 OV-1701）稀释的全烷基 β-环糊精毛细管柱直到现在还有商品柱，如安捷伦公司的 HP Chiral(20%) Permethylated β-Cyclodextrin 和 ChromBA 公司的 beta-CD-120 手性毛细管柱。例如 Rural Industries Research and Development Corporation 的 RIRDC Project No UT-15A（ IRDC Publication No 99/125）中就使用捷伦公司的 HP Chiral(20%) Permethylated β-Cyclodextrin 分离精油中各种萜烯类对映异构体，如α-和β-蒎烯，二者的结构如下,所分离的对映体如图 41-1和图 41-2所示.

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