主题：【资料】气相色谱手性分离(71讲 待续)

气相色谱手性分离 (42)
    环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（12）

全烷基环糊精衍生物（3）

    用聚硅氧烷（如 OV-1701）稀释的全烷基 β-环糊精毛细管柱，如安捷伦公司的 HP Chiral(20%) Permethylated β-Cyclodextrin 不仅在手性化合物分离中使用，在位置异硅体的分离中也又应用，国家地质实验测试中心在研究水中微量有机污染物时，使用安捷伦公司的 HP Chiral(20%) 全甲基化 β-环糊精柱分离水中微量苯系污染物，他们使用SPME前处理技术把水中的微量苯系污染物萃取到SPME的萃取头上，然后用HP Chiral(20%) 全甲基化 β-环糊精毛细管色谱柱进行分析（另外有三中其他类型的毛细管色谱柱进行比较），四种色谱柱的规格为：
EC-1000（SGE公司）：30m×0.25mm i.d.，膜厚0.25mm；
BP-20（SGE公司）：30m×0.32mm i.d.，膜厚0.5mm；
FFAP（石油科学研究院）：30 m×0.25mm i.d.，膜厚0.25mm；
HP Chiral(20%) Permethylated β-Cyclodextrin(HP公司) 30m×0.32 mm i.d.,膜厚0.25 mm。
顶空-气相色谱条件：
顶空部分；压力：12psig,加压：2min；
样品加热温度：40~80℃,5~30min；
进样量：0.1min。
气相色谱部分：压力：6psig；
柱温：35℃（5min）~60℃(5min)，2℃/min；
汽化室温度：180℃；
检测室温度：250℃；
进样方式：无分流进样。


图 42  在四种毛细管柱上分离苯系物的色谱
 
A：FFAP柱，B：EC-1000柱，C：环糊精柱，D：BP-20柱
峰号：1-甲苯，2-乙苯，3-对二甲苯，4-间二甲苯，5-邻二甲苯，6-异丙苯
（上述资料来自国家地质实验测试中心张月琴和吴淑琪的“微型萃取器萃取水中微量有机污染物研究”（在网上公布的报告）

气相色谱手性分离 (43)
  环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（13）

  全烷基环糊精衍生物（4）

    德国的 Schurig 最近（Anal. Chem. 2006, 78, 5143-5148）把全甲基环糊精和缬氨酸-叔丁基酰胺同时接枝到聚硅氧烷上，形成混合手性剂手性固定相。
    N-酰基-L（D）-缬氨酸-叔丁基酰胺是用GC分离氨基酸和它的三氟乙酰（N-TEF）烷基酯的多用途手性选择剂，通过类似于高分子反应把这一手性选择剂接到聚硅氧烷上，形成缬氨酸手性固定相（Chirasil-Val），这样使固定相的性能大大改善（提高了热稳定性，降低了固化温度），目前，Chirasil-Val 是分离 α-氨基酸的重要手性固定相。通过含有手性选择剂单体的高分子反应把手性选择剂接到聚硅氧烷上的合成路线制备 Chirasil-Val ，反应难以控制，手性剂的含量不稳定，而使用含有硅氢基的甲基聚硅氧烷，通过铂催化进行硅氢加成反应制备手性固定相是一个变通的方法。这一方法便于改变手性剂在聚合物上的性能和数量，过去曾利用硅氢加成反应制备了二酰胺基固定相Chirasil-Nova，以环糊精为基的Chirasil-Dex，和 Chirasil- γ-Dex，以及络合物固定相 Chirasil-Metal。此外硅氢加成方法可以把不同的手性剂，接枝到一个聚硅氧烷上，这样可以把具有不同特点的手性剂结合在一个聚合物上，如 Chirasil-CalixVa（Pfeiffer, J.; Schurig, V. J. Chromatogr., A 1999, 840, 145-150.）
    这一个想法已经把杯芳烃和CD组合到一起（Ruderisch, A.; Pfeiffer, J.; Schurig, V. J. Chromatogr., A 2003, 994, 127-135.），证明这种固定相有很大的灵活性。但是由于杯芳烃二酰胺制备复杂，而且非手性的芳香环有很强的保留作用，促使他们另辟屣径了。于是就把缬氨酸二酰胺和全烷基环糊精通过硅氢加成到聚硅氧烷上，制备成既具有 Chirasil-Val 的特性又具有 Chirasil-Dex. 的性能。叫做 Chirasil-DexVal-C11

Chirasil-DexVal-C11 结构：


(文献：Pavel A. Levkin, Anna Levkina, and Volker Schurig，Anal. Chem. 2006, 78, 5143-5148)

气相色谱手性分离 (44)
    环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（14）

全烷基环糊精衍生物（5）——Chirasil-DexVal-C11 的制备
Chirasil-DexVal-C11 的制备：

Chirasil-DexVal-C11 的制备分两步，首先制备 Chirasil-Val-C11

1．Chirasil-Val-C11的制备

N-( 十一烷-10-烯酰基)-L-缬氨酸-叔丁酰胺的制备
    在 100-mL 双口烧瓶中把 1.11 g（ 6.43 mmol）L-缬氨酸-叔丁酰胺溶于 5 mL 无水四氢呋喃（THF）中，往此溶液中加入 1.35 mL ( 19.29 mmol ) 甲基环氧乙烷（ 注意：可能有致癌作用）把反应溶液冷却到    0℃，一滴一滴地加入 1.45 mL (6.75 mmol)在 5 mL 无水 THF 中的十一烷-10-烯酰基氯，把反应物加热到室温。把反应混合物搅拌一小时，用减压蒸馏把溶剂蒸出，得到的油状物溶于乙酸乙酯，用水洗涤 5 次，以硫酸钠进行干燥，在真空下使之浓缩。粗产品用柱色谱进行提纯，用乙酸乙酯和正己烷（1：3）洗脱。然后把产品溶解在乙酸乙酯中，连续用氨水、盐水（两次）、1 M 盐酸和盐水（两次）洗滴。产品的乙酸乙酯溶液用硫酸钠干燥，以真空除去溶剂后得到 2.1 g 最终产品。NMR 进行表征。


（a）L-缬氨酸-叔丁基酰胺、甲基环氧乙烷和十一烷基10-烯酰氯在 0℃ 下反应一小时。  （b）二甲基氢基聚硅氧烷、六氯铂酸（催化剂）和上述产物在超声浴中于 50℃ 下反应 24 小时。


(文献：Pavel A. Levkin, Anna Levkina, and Volker Schurig，Anal. Chem. 2006, 78, 5143-5148)

气相色谱手性分离 (45)
环糊精及其衍生物做气相色谱手性固定相（15）

全烷基环糊精衍生物（6）——Chirasil-DexVal-C11 的制备
固定相 Chirasil-DexVal-C11 的制备：

Chirasil-DexVal-C11 的制备分两步，制备 Chirasil-Val-C11 以后再制备Chirasil-DexVal-C11

2．固定相 Chirasil-DexVal-C11 的制备：

    按下面的步骤进行铂催化硅氢加成。在吹氮的气氛中把 0.1 mL 在无水 THF （1mL）中的六氯铂酸加入到溶解在无水 THF 中的性剂 Chirasil-Val-C11 和二甲基氢化聚硅氧烷的混合物的中，反应物在 50 °C 进行超声处理 24 h，用 NMR检测没有烯基了，就表示反应结束了。聚合物粗产品的分离纯化是先用活性碳处理，再用 Sephadex LH-20 凝胶柱过滤两次。要注意如果不进行纯化就会使Cys, Ser, Met, 和 Tyr 氨基酸的衍生化失效。最后在固定相中的手性选择剂的量用NMR 来检测。反应如下：


（a）二甲基氢基聚硅氧烷、六氯铂酸（催化剂）和上述产物在超声浴中于 50℃ 下反应 24 小时。


图 45 用 Chirasil-DexVal-C11 柱分离氨基酸对映体的色谱




(文献：Pavel A. Levkin, Anna Levkina, and Volker Schurig，Anal. Chem. 2006, 78, 5143-5148)

气相色谱手性分离 (46)
      环糊精衍生物做气相色谱手性固定相（16）

三种全烷基β-环糊精毛细管色谱柱的制备及典型应用（1）

1．三种全烷基化β-环糊精的合成
使用文献 〔Koenig, W.Aet al.,Angew. Chem.1988, 100 : 989〕 报道的方法合成了全烷基化环糊精衍生物，操作如下：在相应的烧瓶中加入β-环糊精、二甲基亚矾、二倍反应量的粉末氢氧化钠和二倍反应量的卤代烷，于 70 ℃ 反应 4h , 得 2 , 6 一二烷基β-环糊精，再用四氢呋喃作溶剂，将 2 , 6 一二烷基β-环糊精与氢化钠和卤代烷回流反应 5天 ，得全烷基化β-环糊精．

2． 环糊精柱的制备：将全烷基化环糊精配制成浓度为 0 .48 %～ 0.49 % ( W / V ）的二氯甲烷溶液，用静态涂渍法制备毛细管环糊精气相色谱柱．

3．环糊精柱的评价
用全甲基、全正丙基和全正戊基户环糊精作固定相，制备了毛细管色谱柱．以正十二烷为测试物测定了柱温与柱效的关系，全甲基 β-环糊精的最佳柱温是 190 ℃ ，全正丙基β- 环糊精的最佳柱温是 160 ℃ ，全正戊基β-环糊精的最佳柱温为 150 ℃ ．随着取代烷基链的增长，衍生化环糊精的熔点降低，因而最佳柱温也降低．
用正十二烷为测试物，测定了流速对柱效的影响，与常规固定液一样，符合 Van Deemter 方程的规律，最佳线速为 9～12cm/s，其中全甲基β-环糊精为 9 cm / s ，全正丙基β-环糊精为 10 cm / s ，全正戊基β-环糊精为 12 cm / s ，随着烷基链的增长，环糊精衍生物的熔点降低，传质阻力降低，因而最佳流速升高．用 3 种环糊精衍生物柱分离了 Grob 试剂， Grob 试剂的各组份都能很好地被分离，这反映了柱子的分离效率高，而且没有明显的吸附表面．在不同柱温下测定了正十二烷在 3 种环糊精固定相上的容量因子k’。用k’ 相对于1/T 曲线测定了全烷基化环糊精的相变点，全甲基环糊精在 150 ℃ 和 180 ℃ 有两个相变点，全正丙基β-环糊精在 160 ℃ 有一个相变点，全正戊基β-环糊精在 140℃ 有一个相变点，全甲基β-环糊精的熔点为 150 ℃ ，其它均为衍生化环糊精的液一液相变点，用 DSC 方法测不出这些相变点。

文献来源，戴荣继，周伟，傅若农，分析化学，1995，23（4）：374～377

气相色谱手性分离 (47)
        环糊精衍生物做气相色谱手性固定相（17）
三种全烷基β-环糊精毛细管色谱柱的制备及典型应用（2）

4．三种全烷基化β-环糊精柱在难分离位置异构体中的应用
酚类位置异构体的分离是GC分析的难题，一直是人们研究的目标，这里，分别用三种全烷基β-环糊精衍生物分离甲酚、二甲酚和它们的混合物，得到了较为满意的结果，结果见图 l 和图 2 ．全正丙基β-环糊精可将这 9 个酚类化合物基线分离（图 2 ) ；全甲基β-环糊精在单独分离甲酚和二甲酚时，可将其基线分离，但不能分离它们的混合物， 4-甲酚和 2 , 4-二甲酚同是出峰（图 1 ) ；全正戊基β-环糊精可基线分离甲酚，却不能分离二甲酚。




文献来源，戴荣继，周伟，傅若农，分析化学，1995，23（4）：374～377

气相色谱手性分离 (48)

      环糊精衍生物做气相色谱手性固定相（18）
三种全烷基β-环糊精毛细管色谱柱的制备及典型应用（3）

4．三种全烷基化环糊精柱在难分离位置异构体中的应用（2）
全正戊基β-环糊精可基线分离甲酚，却不能分离二甲酚， 2，4-二甲酚和 2, 5-二甲酚同时出峰，如图48-1所示．这是由于各种烷基取代的环糊精的包含能力不同，及与被分析物形成的包含物的稳定性不同所致，由于空间阻碍作用，全正戊基β-糊精的包含能力较差，所以不能分离 2,4-二甲酚和 2,5-二甲酚；全甲基β-环糊精包含能力最强，其与 4-甲酚和 2, 4-甲酚形成的包含物稳定性相同，因此它们同时出峰．因此在分离不同类型化合物时应选用不同的环糊精衍生物。


1—邻-甲酚；2—对甲酚；3—间甲酚；4—2,6-二甲酚；5—2,4-二甲酚；6—2,5-二甲酚；7—2,3-二甲酚；8—3,5-二甲酚；9—3,4-二甲酚

文献来源，戴荣继，周伟，傅若农
，分析化学，1995，23（4）：374～377

气相色谱手性分离 (49)
    环糊精衍生物做气相色谱手性固定相（19）
  三种全烷基β-环糊精毛细管色谱柱的制备及典型应用（4）

5．三种全烷基β-环糊精柱在对映异构体拆分中的应用

  用三种全烷基β-环糊精柱分离了香芹酮、薄荷醇、柠檬烯和樟脑，得到了很好的分离结果，分离的色谱条件列于表49 ，分离的色谱图见图 49。






文献来源，戴荣继，周伟，傅若农，分析化学，1995，23（4）：374～377

气相色谱手性分离 (50)
      环糊精衍生物做气相色谱手性固定相（20）

一步法合成全甲基β-环糊精及毛细管色谱柱的制备及典型应用（1）

  全甲基环糊精是应用最早、使用较多的环糊精烷基化衍生物，因为它的取代烷基链短,对手性化合物的选择性好。目前世界上生产量最大的环糊精是β- 环糊精。环糊精烷基化制备主要是根据亲核取代反应,由于空间位阻的影响,环糊精的2,6-位羟基易于烷基化,而 3-位羟基的烷基化则较为困难。依据环糊精的这一反应特性,文献中报道的环糊精烷基化多用二步法，第一步以二甲亚砜作溶剂,氢氧化钠作催化剂, 以卤代烷为烷基化试剂,先烷基化 2,6-位羟基;第二步以四氢呋喃作溶剂,氢化钠作催化剂, 以卤代烷为烷基化试剂,进一步烷基 3-位羟基。关于烷基化环糊精的制备还有以硫酸酯作烷基化试剂的报。但这种方法毒性大,且生成物难以提纯,无法应用为气相色谱手性固定相。有人[W. Keim,J HRC,1991,14:507]用氢化钠水解得到的氢氧化钠作催化剂,以二甲亚砜作溶剂,经碘甲烷甲基化制备了全甲基β-环糊精。但是云南师范大学化学化工学院的袁黎明对Keim的方法进行了改进,改为在无水条件下氢化钠作催化剂二甲亚砜作溶剂,经碘甲烷甲基化一步合成了全甲基β-环糊精。经红外光谱检测,取代度符合要求,产物
适用于气相色谱应用。应用于气相色谱后取得了良好的效果。

全甲基环糊精的合成
    取实验用-CD 1 g,使用前用水重结晶三次,恒温 90 ℃真空干燥 24 h。二甲亚砜使用前用氢化钙干燥,减压蒸馏。量 取30mL 二甲亚砜于 50mL 三颈烧瓶中,加入-CD ,搅拌 1 h 时,使β-CD 充分溶解,再加入 0.6 g 氢化钠,氮气保护下搅拌 1 h,滴入二倍理论量的碘甲烷,升温至60 ℃,氮气保护下搅拌 5 h,然后停止搅拌,冷却止室温,停通氮气,加入适量乙醇反应剩余的氢化钠。反应产物用适量乙醚萃取三次,挥发掉乙醚得粗产品,用氯仿和甲醇(100 :2) 为冲洗剂经硅胶柱分离得产品,产率为 54 %。

产品用红外光谱表征：
粒状固体,熔点:157 - 157 ℃。经红外光谱分析的结果表明该方法合成的产品全甲基β-CD 在 3446.7 cm-1有一很弱的红外吸收,这表明全烷基化β-CD 还有少量游离的羟基,由文献可知，已有的全烷基化β-CD 方法合成的产品往往还有少量游离的羟基,应用表明极少量的残留羟基对分离没有影响。

文献来源：李方楼, 齐素华, 字　敏, 袁黎明，云南师范大学学报，2002，22（1）：34～36

气相色谱手性分离 (51)

环糊精衍生物做气相色谱手性固定相（21）

一步法合成全甲基β-环糊精及毛细管色谱柱的制备及典型应用（2）

甲基β-环糊精毛细管柱的制备及应用

    这一研究组用上一讲合成的全甲基化β-CD 作毛细管气相色谱手性固定相,对几种手性化合物进行了分离。柱长 30 米把全甲基化β- CD (20 %)溶于 OV-1701 ,用静态涂渍涂柱,柱长30 米。

氨基酸对映异构体分离

  气相色谱用上述β-CD 作毛细管柱，载气线速为 12.2 cm/ s。分流比为 80 :1 。对映异构体分离前用三氟乙酸酐衍生化。他们分离了两个氨基酸对映异构体。氨基酸对映异构体在β-CD 作毛细管气相色谱柱上的分离因子见表 51，分离图见图-51

    表 51  两个氨基酸对映异构体在β-CD柱上的分离因子



文献来源：李方楼, 齐素华, 字　敏, 袁黎明，云南师范大学学报，2002，22（1）：34～36