手性固定相系列介绍（二）——环糊精类

栏目：行业资讯 发布时间：2024-11-14
在色谱分离技术中，环糊精类手性固定相以其独特的手性选择性和稳定性，成为了药物、天然产物等领域手性分离和分析的重要工具。今天，小研就来带大家深入了解一下这种神奇的环糊精类手性固定相。
在色谱分离技术中，环糊精类手性固定相以其独特的手性选择性和稳定性，成为了药物、天然产物等领域手性分离和分析的重要工具。今天，小研就来带大家深入了解一下这种神奇的环糊精类手性固定相。


一、环糊精类手性固定相的定义

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环糊精(cyclodextrin，CD)是由D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成的、略呈锥形的一组环状低聚糖。最常见α-CD、β-CD和γ-CD分别含有6个、7个、8个葡萄糖单元(图1)。葡萄糖单元上6-位的伯羟基位于开口较小的一端，而2-位、3-位的仲羟基则位于开口较大的另一端。

图1 环糊精的结构（n=1,α-CD;n=2，β-CD；n=3，γ=CD）

由于极性的羟基都位于环糊精腔体的外部，因此环糊精具有内腔疏水和腔外亲水的结构。环糊精独特的结构使其能与许多化合物形成包结物，同时环糊精分子本身具有手性(未衍生的环糊精每个糖单元上有5个手性中心)，此双重作用使环糊精具有良好的手性识别能力。



二、环糊精衍生物固定相

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虽然环糊精作为固定相能够对一些样品进行立体异构体的分离，但它们的应用还是非常有限，不能满足分析不同类型样品的需求。自20世纪90年代以来，相继出现了各种衍生化的环糊精固定相，其中以β-环糊精为主。研究表明，当环糊精上引入部分极性基团后，由于在固定相与化合物对映体之间除了形成包含作用外，还能够产生弱的氢键、Π-Π相互作用和偶极-偶极作用，因此相当于在环糊精分子中的空腔口处提供了附加的选择因子，从而提高了该固定相的手性识别范围和能力。

图2 β-环糊精的结构
其中羟丙基β-环糊精、萘乙基氨甲酰化β-环糊精、磺化环糊精是常见的衍生化环糊精固定相，除常见的衍生化环糊精固定相外,研究中的衍生化环糊精固定相还有苯基异氰酸酯化-β-环糊精、3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯化-β-环糊精、3-氧-甲基-β-环糊精和2，3-氧-二甲基-β-环糊精等。
以广州研创EnantioPak® SDMP为例，其硅胶表面共价键合3,5-二甲基苯氨基甲酰化β-环糊精，为键合型手性柱，正反相体系均适用，有较强的流动相耐受能力，样品溶解没有任何限制。其对含苯基、萘基、氰基的中性和碱性化合物有良好的分离效果，是研创专利产品。除了SDMP以外，广州研创还有环糊精其它固定相见下表：

（广州研创环糊精系列产品）


环糊精系列有不同规格的分析柱，不同内径粗细的半制备柱、制备柱以及保护柱，您可根据实验需要选择合适的规格。（详情请咨询18922204815）


三、环糊精衍生物手性固定相的拆分机理

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环糊精对手性化合物发生手性拆分应满足以下要求：
①手性化合物能与环糊精的空穴形成包合物，即被分析的手性化合物能进入环糊精洞穴；
②分子的疏水部分体积正好与洞穴大小合适，以便紧密地装入洞穴。如果分子太小，进入洞穴后易滑动，分子感受到的是洞穴周围的平均环境，手性分离效果就较差；
③分子的手性中心或与其相连的基团必须能接近洞穴边缘并能与C-2、C-3羟基相互作用。
环糊精衍生物手性固定相的拆分机制一般认为是由于环糊精特殊的桶状结构,可与对映体形成非对映的包合物而达到拆分目的。环糊精的分子大小及对映体的形状会影响包合物的形成和稳定性,具有刚性和环状结构的对映体拆分效果比线性分子更好。
除包合作用机制以外，手性化合物在环糊精衍生物固定相上的拆分机制尚有：构象诱导作用、主客体作用、缔合作用、多模式相互作用等。


四、制备方法

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环糊精的洞穴能选择性包含不同分子，但其本身的机械强度和各种物理性质都不适合直接作为固定相，只有将其固定在载体上才能使用。环糊精的制备方法可分为两大类：物理涂敷法和化学键合法。
物理涂敷法：
物理涂敷法是利用硅胶等色谱基质的吸附性能将环糊精衍生物以物理方式固定于基质表面。物理涂覆法相比于化学键合法，操作简单，同时环糊精的固载量高，是正相色谱条件下使用手性固定相更加有效的方法。新型环糊精衍生物可直接涂覆于硅胶用作手性固定相。
化学键合法：
化学键合法是利用环糊精分子上的羟基，通过间隔臂以化学键的形式将环糊精及其衍生物固载于硅胶等色谱基质上。其中键合法是制备环糊精最为常用的方法。键合型环糊精具有更稳定的性能、流动相的适用范围广等优点。

五、环糊精类手性固定相的特性与优势

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环糊精类手性固定相在手性色谱分离领域具有显著的优势，但同时也存在一些局限性。以下是对其优点和局限性的详细分析：

优点
  1. 手性识别能力强：
    • 环糊精分子具有特殊的空腔结构，能够容纳并识别手性分子，从而实现手性分离。
    • 通过化学修饰，可以进一步增强环糊精的手性识别能力，扩大其应用范围。
  2. 适用性广：
    • 环糊精类手性固定相可用于多种类型的色谱柱，如液相色谱、气相色谱等，满足不同分离需求。
    • 适用于多种手性化合物，包括药物、天然产物、农药等。
  3. 稳定性好：
    • 环糊精分子结构稳定，不易受外界环境影响，能够保持长期的分离效果。
    • 某些功能化的环糊精还具有更好的热稳定性和化学稳定性，适用于复杂分离环境。
  4. 环境友好：
    • 环糊精来源于天然淀粉，生物相容性好，对环境无污染。
    • 通过合理的化学修饰，可以进一步降低其对环境的影响。

局限性

  1. 分离效率受限：
    • 对于某些手性化合物，环糊精类手性固定相的分离效率可能不够高，需要优化分离条件或选择其他类型的固定相。
    • 分离效率受温度、溶剂、pH值等多种因素影响，需要严格控制实验条件。
  2. 选择性有限：
    • 环糊精类手性固定相的选择性主要依赖于其空腔结构和化学修饰。然而，对于某些特定结构的手性化合物，其选择性可能不够理想。
    • 需要通过化学修饰或组合使用多种固定相来提高选择性。
  3. 成本较高：
    • 环糊精类手性固定相的合成和制备过程相对复杂，成本较高。
    • 特别是对于某些功能化的环糊精，其制备成本更高，限制了其广泛应用。
  4. 操作复杂性：
    • 在使用环糊精类手性固定相进行色谱分离时，需要严格控制实验条件，如温度、溶剂组成、流速等，以确保分离效果。
    • 这增加了操作的复杂性和对实验技能的要求。
参考文献：
1.手性药物分析，尤启东、林国强 编著
2.手性识别材料（第二版），袁黎明编著
3.液相色谱分离材料——制备与应用，欧俊杰，邹汉法等编著
下期预告：蛋白质类手性固定相，敬请期待~
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