酰基化和脲基化壳聚糖衍生物手性固定相制备过程的优化研究

发布时间：2020-08-19 09:35

【摘要】：以手性固定相(Chiral Stationary Phase,CSP)为基础的高效液相色谱(High-Performance Liquid Chromatography,HPLC)法是对对映体进行分离和检测最有效的方法之一,因此开发对映体分离性能好且对有机溶剂耐受性高的CSP对于手性分离和相关领域是非常重要的。近年来,有些课题组报道了一些性能很好的壳聚糖衍生物类手性固定相,它们具有优异的对映体分离能力和有机溶剂耐受性。然而壳聚糖衍生物类手性选择体(Chiral Selector,CS)结构与性能的关系仍未研究清楚。如用来源于不同生物体的壳聚糖制备成CSP,其性能有无差别尚未明确。同时,CSP的手性分离性能与其制备方法(载体的封端基团、CS在载体上的涂覆量和硅胶粒径)密切相关。基于以上这些问题,本文开展了以下工作:(1)为探究N-环烷基甲酰胺壳聚糖衍生物结构与性能的关系,本工作以天然甲壳素为原料,制备出超高脱乙酰度的壳聚糖,用环戊基甲酸酐和3,5-二甲基苯基异氰酸酯依次对壳聚糖进行修饰,制备壳聚糖-二(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)-(环戊基甲酰胺),将其涂覆在3-氨丙基硅胶表面制备成手性固定相。将该手性固定相与壳聚糖2-位含环丙基、环丁基和环己基甲酰胺的壳聚糖衍生物类CSP的有机溶剂耐受性和对映体分离性能进行了比较研究。结果表明,随着氨基葡萄糖骨架2-位取代基的变化,该类CSP的有机溶剂耐受性和对映体分离性能有明显差异。所有的手性选择体在丙酮和乙酸乙酯中均表现出很好的有机溶剂耐受性。同时,与氨基葡萄糖2-位含四元环、五元环和六元环的手性选择体相比,含三元环的手性选择体对四氢呋喃表现出更好的耐受性。对映体分离结果表明,大多数手性选择体具有很好的手性识别和拆分能力。其中,含五元环的手性选择体表现出最好的对映体分离能力。用这些壳聚糖类手性选择体制备的涂覆型手性固定相在对映体分离方面能够互补,因此这类手性选择体有希望成为应用于对映体分离的手性分离材料。(2)为探究不同来源的壳聚糖对制备的CSP性能的影响,本工作以虾壳甲壳素和蟹壳甲壳素为原料,先制备出超高脱乙酰度的壳聚糖,再用辛酸酐和芳香基异氰酸酯修饰壳聚糖得到相应的四种手性选择体,即虾壳类和蟹壳类的壳聚糖-二(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)-(辛酰胺),另一组虾壳类和蟹壳类的壳聚糖-二(3,5-二氯苯基氨基甲酸酯)-(辛酰胺)。将这四种手性选择体涂覆在3-氨基丙基硅胶上制得两种虾壳类CSP和两种蟹壳类CSP。含相同取代基(甲基或氯基)但用不同来源壳聚糖制备的CSP有非常相似的手性分离性能。测试了虾壳和蟹壳类手性选择体在丙酮、乙酸乙酯和四氢呋喃中的溶胀率,含相同取代基的虾壳CS和蟹壳CS有相近的溶胀率,表明相应的CSP对有机溶剂有相似的耐受性。测试了这两类手性选择体的圆二色光谱,结果显示含相同取代基的虾壳CS和蟹壳CS峰的形状和位置相当吻合,说明它们的高级结构基本一致。因此,来源于虾壳和蟹壳的甲壳素均可以应用于手性分离材料的制备,而选取何种甲壳素则取决于原料来源的便捷性。另一方面,色谱分离结果仍存在微小差异:蟹壳类CSP似乎表现出更好的手性分离性能;有两种分析物在虾壳和蟹壳类壳聚糖-二(3,5-二氯苯基氨基甲酸酯)-(辛酰胺)的手性固定相上进行分离时,它们的洗脱顺序发生反转。总之,本工作得到的结果与文献报道的结论有所差别。(3)本工作制备了壳聚糖-二(4-甲基苯基氨基甲酸酯)-(异丁基脲),将其涂覆在由甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷和三甲基氯硅烷制备的5μm甲基硅胶、3-氨丙基硅胶和三甲基硅胶上,制成三种不同封端基团的CSP,测试并比较这些CSP的分离性能。结果显示以3-氨基丙基硅胶为封端基团的CSP表现出最好的手性分离性能。以3-氨基丙基硅胶为载体,制备涂覆量为17%、20%和23%的三种CSP,测试并比较其分离性能,结果表明涂覆量为20%的CSP分离性能最好。在不同的色谱条件下,测试并比较了5μm和7μm两种硅胶粒径的CSP分离性能,发现硅胶粒径为5μm的CSP分离性能更好。按照分离性能最好的CSP的制备方法,再次制备同一种CSP,比较两个批次制备的CSP的分离性能,发现这两个CSP的分离性能非常接近,说明CSP的制备过程具有较好的重现性。综上所述,本工作成功制备了一些分离性能好、且耐受性高的CSP,并对N-环烷基甲酰化壳聚糖衍生物类手性选择体的构效关系进行了初步探索,比较研究了用不同来源的壳聚糖制备的CSP的性能,在载体封端基团、涂覆量和硅胶粒径方面对CSP的制备进行了优化。总之,在本文工作中所观察到的一些有规律性变化的趋势有助于研发新型的对映体分离材料。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O652.6
【图文】：

直链淀粉,结构式,纤维素,手性固定相

和直链淀粉衍生物手性固定相粉和纤维素均是由 D-葡萄糖单元组成的线性高分子（图粉是由 D-葡萄糖通过 1,4-α 糖苷键连接而成，纤维素是β 糖苷键连接而成。它们本身不具有足够的手性识别能单元上的羟基被衍生化后，所得到的衍生物手性固定的手性分离性能[41,42]。，Hesse 和 Hagel 采用非均相法将微晶纤维素乙酰化，酸酯（cellulose triacetate，CTA）并以此作为手性固定一个具有实用价值的多糖衍生物类手性固定相[43,44]。19发现将纤维素苯甲酸酯[45,46]和纤维素苯基氨基甲酸酯[制成手性固定相，其分离性能有了明显提高。这一发糖类苯甲酸酯和苯基氨基甲酸酯衍生物进行系统的研纤维素和直链淀粉衍生物类 CSP 相继问世[48,49]。

色谱,甲壳素,壳聚糖,结构式

苯基异氰酸酯修饰甲壳素，并将其制备成 CSP，但是色谱该衍生物的手性识别能力并不高。这可能是因为在衍生化修饰不完全，衍生物的高级结构不规整所致。2003 年，OAc/LiCl 作为溶剂制备了一系列甲壳素衍生物手性固定相[54]素直链淀粉衍生物类 CSP 相比，甲壳素类 CSP 具有很好的性，能够在含氯仿和乙酸乙酯的流动相中使用，但是其手对较弱。这可能是由于甲壳素中乙酰基在手性识别过程中的空间位阻，不利于手性识别。2014 年，Okamoto 课题组列高脱乙酰的壳聚糖衍生物手性固定相，他们用不同结构酸酯修饰超高脱乙酰度的壳聚糖，制备出一系列含有不同糖衍生物手性固定相[57]。这类 CSP 具有很好的分离性能。课题组陆续报道了一些甲壳素衍生物和壳聚糖衍生物类手现了一系列分离性能高且对有机溶剂耐受性好的手性固定手性固定相的手性分离性能与 ADMPC 和 CDMPC 相媲美[5

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