CN102181021B - 用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，是为了解决目前分离L-TM的表面印迹材料效率低的问题，包括以下步骤：硅胶微粒的活化，硅胶微粒表面化学键连含氨基的硅烷偶联剂；硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸；硅胶微粒表面分子印迹聚合物的制备。本发明以硅胶微粒为载体，甲基丙烯酸作为接枝于微粒或微球表面的功能大分子材料，以含氨基硅烷偶联剂为交联剂，制得了对L-TM物质分子结合速度快、识别选择性强、结合容量高的表面印迹材料，所述方法制备的表面印迹材料适合于工业化生产的要求，材料利用率高，成本低，对L-TM质分子有很好的选择性与识别和结合性。

Description

用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法

技术领域

本发明涉及用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法。

背景技术

现代药理学已经证明，药物的手性与其药效密切相关，同一种药物的不同光学异构体进入生命体后，它们的生物活性、代谢作用、药效及毒副作用往往存在着显著的差异，因而设法获得光学纯的手性药物从而制得高疗效新药物，已成为医药科学的重要发展目标。通过手性源合成和不对称合成可制得光学纯的手性药物，但由于天然手性物质的种类有限及不对称合成技术上的困难性，对外消旋体进行拆分便成为了获得光学纯手性化合物的最主要途径。在目前生产的药物中，40％以上为手性药物，药物对映体具有不同的药动学和药效学，使用外消旋体药物可能导致错误的药动学行为和作用模式，因此对外消旋体药物实施有效拆分，发展高效的药物对映体分离方法，制得光学纯手性药物，已成为制药工业日益迫切的重大课题。

对映体的物理化学性质极其相似，因此手性分离的难度较大。目前，分离对映体的方法主要有结晶法、酶法、化学拆分法、膜分离法及色谱法(包括气相色谱(GC)、高效液相色谱(HPLC)、高速逆流色谱(HSCCC)、超临界流体色谱(SFC)、模拟移动床色谱(MSB)及毛细管电泳(CE)等法)。但上述诸非色谱法中，有的适用范围窄，有的步骤繁多、处理效率低，有的则成本高，放大过程昂贵；而色谱法处理量很小，难以达到工业化生产规模，大多只适用于分析化学领域。因此在手性药物对映体的拆分方面，尽管人们已做了大量的努力，但是在分离效果、低成本以及规模化分离等方面依然存在很大不足，目前获得工业应用的分离方法尚未见报道。所以，设计与发展识别选择性高、效率高、成本低的新型拆分方法，从而实现手性药物对映体的高效拆分，这在国际范围都是一项极具挑战性的科技难题。

分子印迹聚合物(Molecular Imprinted Polymer，MIP)是被精心裁制的一类功能聚合物材料，其内部分布有大量模板分子的印迹空穴，这些空穴与模板分子在尺寸大小、空间结构、结合位点等方面高度地相匹配，使得分子印迹聚合物对模板分子具有特异的识别选择性与优良的结合亲和性，被人们称为人工抗体或人工接受器。以分子印迹聚合物为固体吸附剂的分子印迹固相萃取法(Molecular ImprintedPolymer Solid Phase Extration，MIPSPE)应运而生，被广泛地应用于物质的分离、纯化与浓缩富集领域。

在手性药物对映体的拆分领域，虽然分子印迹聚合物也受到了很大关注，但在这方面存在两个明显的局限：(1)印迹聚合物目前大多只用作为色谱固定相，用来研究对映体的分离分析，其性能还远不能达到固相萃取剂的水平，无法实现对手性药物对映体进行规模化的固相萃取；(2)制备印迹聚合物的方法大多为传统方法，该方法具有若干明显的缺点：印迹效率不高，经粉碎研磨所得的印迹聚合物微粒内部，印迹空穴数目有限，对模板分子(离子)结合性能不高；由于印迹聚合物微粒的基质较厚，模板分子扩散阻力大，传质速度慢，不易与识别位点结合等。为有效地克服上述缺点，研究者们提出了不同的分子表面印迹方法，试图将印迹空穴置于固体颗粒表面，从而提高分子印迹的效率。

四咪唑(Tetramisole，TM，以盐酸盐形式存在)是一种广谱性驱肠虫药物，发挥药效的为其左旋对映体L-TM。

发明内容

本发明为了解决分离L-TM的表面印迹材料效率低的问题，而提供一种用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法。

本发明利用表面接枝有聚甲基丙烯酸(PMAA)的功能接枝微粒PMAA/SiO₂与四咪唑分子之间的强静电与氢键相互作用，采用新型表面印迹方法，实施了对映体L-TM的分子印迹，制得了印迹材料MIP-PMAA/SiO₂，以右旋四咪唑D-TM为比照，深入研究了印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对模板分子L-TM的分子识别特性。

本发明是采用如下技术方案实现的：

用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，包括以下步骤：

1、硅胶表面化学改性：将10-15g活化硅胶加入到100-150ml水中，并加入10-15ml的氨基硅烷偶联剂，在50℃下反应20-24h，抽滤后的产物用乙醇反复洗涤，真空干燥，制得经表面改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂；

2、硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：在四口烧瓶中加入1-1.5g改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂，再加入80-100mL水和4-5mL单体甲基丙烯酸，通氮气30min，以排除体系中的空气，然后将体系的温度升至40℃，加入引发剂过硫酸铵，于恒温并在搅拌下进行接枝聚合反应，然后抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂，再在索氏抽提器中用乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微粒表面的聚合物，然后进行真空干燥；

3、硅胶微粒表面分子印迹材料的制备：称取1-1.5g接枝微粒PMAA/SiO₂，置于1250mL浓度为1.0-1.2g/L的L-TM水溶液中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值，使pH＝8，然后置于恒温振荡器中，恒温振荡4h，使接枝的PMAA充分溶胀，并使接枝微粒对L-TM的吸附达到饱和，接着加入0.2-0.3mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，在45℃下搅拌反应8h，用稀氢氧化钠水溶液反复洗涤产物微粒，以除去模板分子L-TM，抽滤，真空干燥，即得对映体L-TM分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂。

所述含氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。

所述的引发剂过硫酸铵的加入量为单体质量的1-1.2％。

制备L-TM表面印迹材料MIP-PMAA/SiO2的制备过程如图1所示。

效果证明实验一：使用L-TM分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂，对外消旋体D，L-TM溶液进行拆分实验，即竞争吸附实验，以考察其对L-TM分子的识别特性及对两种对映体的拆分能力：配制浓度约为1g/L的D，L-TM溶液(旋光度为零)，取25mL溶液于具塞锥形瓶中，加入约0.02g的印迹材料MIP-PMAA/SiO₂，在恒温振荡器中振荡4h，使吸附达到平衡，离心分离，采用紫外分光光度法测定上清液中四咪唑的总平衡浓度，并用旋光仪测定上清液的旋光度与比旋光度。再用公式(1)计算出溶液中L-TM与D-TM的平衡浓度，然后按公式(2)，计算L-TM与D-TM的分配系数。

式中，C_D，e(g/L)与C_L，e(g/L)分别为上清液中两对映体的平衡浓度；[α]为上清液的比旋光度；[α]_D，标为对映体D-TM的标准比旋光度；

是上清液中该对映体的平衡浓度；Q_e(mg·g^-1)是该对映体的平衡结合量，Q_e按公式(3)计算

式中C₀(g/L)、C_e(g/L)分别为吸附前后溶液中某一对映体的浓度，其中两对映体的C₀均为D，L-TM初浓度的1/2；V(mL)为吸附液体积；m(g)为印迹材料MIP-PMAA/SiO₂的质量。

由溶液中两种对映体的分配系数数据，按照公式(4)，计算印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对L-TM的选择性系数.

$k=\frac{K_d(L-\mathrm{TM})}{K_d(D-\mathrm{TM})}---\left(4\right)$

式中，k是相对于对映体D-TM而言，印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对L-TM的选择性系数，k数值的大小标志着印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对L-TM的识别选择性，同时也是衡量该印迹材料对两种对映体拆分能力的尺度。

表1分配系数与选择性系数数据表

从表1的数据可以发现：相对于D-TM，印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对L-TM的选择性系数为4.03.显然，竞争性实验结果充分揭示出：印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对L-TM具有高的识别选择性，对四咪唑的两种对映体具有良好的拆分能力。其原因在于：印迹材料MIP-PMAA/SiO₂表面的聚合物薄层内，分布有大量L-TM的印迹孔穴，这些手性空穴在空间结构和作用位点方面与L-TM分子的构型是高度匹配的，与D-TM的构型则是不匹配的；这些手性空穴优先结合L-TM分子，故对L-TM显示出特异的识别选择性，对D-TM则缺乏结合能力，使得二者被拆分。效果证明实验二：将0.8g的MIP-PMAA/SiO₂装在内径为10mm的玻璃管内，使填充柱的床体积(Bed Volume，BV)为2mL。使浓度为1g/L的L-TM溶液以4BV·h^-1的流速逆流通过填充柱，以2BV的间隔收集流出液，测定流出液中L-TM的浓度，绘制动态结合曲线.采用同法，使浓度为1g/L的外消旋体D，L-TM溶液逆流通过填充柱，以2BV的间隔收集流出液，测定流出液中TM的总浓度，绘制动态结合曲线。图2为温度为30℃，pH为8时印迹材料MIP-PMAA/SiO2对L-TM及外消旋体D，L-TM的动态结合曲线，从图中看到，对于MIP-PMAA/SiO₂填充柱，外消旋体的泄露曲线与L-TM溶液的泄露曲线明显不同：(1)D，L-TM溶液于4BV开始泄露，而L-TM溶液的泄露体积则为24BV，相差20BV，显示出对L-TM的结合选择性；(2)L-TM溶液的泄露曲线属普通型，最后于148BV到达完全穿透(浓度为1g/L)；(3)外消旋体的泄露曲线很特殊，从8BV开始，泄露曲线出现了一水平段(浓度为0.51g/L)，一直到128BV，然后曲线又上升，最后到达完全泄露(浓度亦为1g/L)。经旋光性测定，发现8BV～128BV的泄露液具有了旋光性，且比旋光度[α]相同，均为+92.16°。按公式(1)算得此段泄露液中D-TM的含量为88％，L-TM的含量为12％。此实验结果说明D，L-TM溶液通过MIP-PMAA/SiO₂填充柱后，两种对映体得到了高效拆分(88∶12)。其原因仍在于：印迹材料MIP-PMAA/SiO₂表面的聚合物薄层内，分布有大量与L-TM分子构型相匹配的手性空穴，当外消旋体通过填充柱时，这些手性空穴首先识别与结合L-TM分子，而对D-TM分子则结合能力很低，使其持续地被泄露。上述动态实验的事实再次表明，MIP-PMAA/SiO₂对L-TM表现出了特异的识别选择性与优良的结合亲和性，而对D-TM则缺乏识别与结合能力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)以甲基丙烯酸作为接枝于微粒或微球表面的功能大分子材料，选择含氨基的硅烷偶联剂为交联剂，制得了对L-TM分子结合速度快、识别选择性强、结合容量高的表面印迹材料；

(2)使用硅胶基质，极大地提高了印迹材料的机械强度；

(3)本发明所述方法制备的表面印迹材料适合于工业化生产的要求，材料利用率高，成本低，对L-TM分子有很好的选择性与识别和结合性。

附图说明

图1为制备L-TM表面印迹材料MIP-PMAA/SiO2的制备过程；

图2为印迹材料MIP-PMAA/SiO₂对L-TM及外消旋体D，L-TM的动态结合曲线。

具体实施方式

实施例1

用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，包括以下步骤：

1、硅胶表面化学改性：将10g活化硅胶加入到120ml水中，并加入15ml的氨基硅烷偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷(也可以是γ-氨丙基三乙氧基硅烷)，在50℃下反应20h，抽滤后的产物用乙醇反复洗涤，真空干燥，制得经表面改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂；

2、硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：在四口烧瓶中加入1g改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂，再加入80mL水和5mL单体甲基丙烯酸，通氮气30min，以排除体系中的空气，然后将体系的温度升至40℃，加入质量为单体质量的1.1％引发剂过硫酸铵，于恒温并在搅拌下进行接枝聚合反应，然后抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂，再在索氏抽提器中用乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微粒表面的聚合物，然后进行真空干燥；

3、硅胶微粒表面分子印迹材料的制备：称取1.5g接枝微粒PMAA/SiO₂，置于1250mL浓度为1.0g/L的L-TM水溶液中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值，使pH＝8，然后置于恒温振荡器中，恒温振荡4h，使接枝的PMAA充分溶胀，并使接枝微粒对L-TM的吸附达到饱和，接着加入0.25mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，在45℃下搅拌反应8h，用稀氢氧化钠水溶液反复洗涤产物微粒，以除去模板分子L-TM，抽滤，真空干燥，即得对映体L-TM分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂。

实施例2

用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，包括以下步骤：

1、硅胶表面化学改性：将15g活化硅胶加入到100ml水中，并加入10ml的氨基硅烷偶联剂N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(也可以是N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、或者N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷)，在50℃下反应22h，抽滤后的产物用乙醇反复洗涤，真空干燥，制得经表面改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂；

2、硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：在四口烧瓶中加入1.5g改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂，再加入90mL水和4.5mL单体甲基丙烯酸，通氮气30min，以排除体系中的空气，然后将体系的温度升至40℃，加入质量为单体质量的1.0％引发剂过硫酸铵，于恒温并在搅拌下进行接枝聚合反应，然后抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂，再在索氏抽提器中用乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微粒表面的聚合物，然后进行真空干燥；

3、硅胶微粒表面分子印迹材料的制备：称取1.3g接枝微粒PMAA/SiO₂，置于1250mL浓度为1.2g/L的L-TM水溶液中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值，使pH＝8，然后置于恒温振荡器中，恒温振荡4h，使接枝的PMAA充分溶胀，并使接枝微粒对L-TM的吸附达到饱和，接着加入0.3mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，在45℃下搅拌反应8h，用稀氢氧化钠水溶液反复洗涤产物微粒，以除去模板分子L-TM，抽滤，真空干燥，即得对映体L-TM分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂。

实施例3

用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，包括以下步骤：

1、硅胶表面化学改性：将13g活化硅胶加入到150ml水中，并加入13ml的氨基硅烷偶联剂苯氨基甲基三甲氧基硅烷(也可以是苯氨基甲基三乙氧基硅烷、或者氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷)，在50℃下反应24h，抽滤后的产物用乙醇反复洗涤，真空干燥，制得经表面改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂；

2、硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：在四口烧瓶中加入1.2g改性的硅胶微粒AMPS-SiO₂，再加入100mL水和4mL单体甲基丙烯酸，通氮气30min，以排除体系中的空气，然后将体系的温度升至40℃，加入质量为单体质量的1.2％引发剂过硫酸铵，于恒温并在搅拌下进行接枝聚合反应，然后抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂，再在索氏抽提器中用乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微粒表面的聚合物，然后进行真空干燥；

3、硅胶微粒表面分子印迹材料的制备：称取1g接枝微粒PMAA/SiO₂，置于1250mL浓度为1.1g/L的L-TM水溶液中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值，使pH＝8，然后置于恒温振荡器中，恒温振荡4h，使接枝的PMAA充分溶胀，并使接枝微粒对L-TM的吸附达到饱和，接着加入0.2mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，在45℃下搅拌反应8h，用稀氢氧化钠水溶液反复洗涤产物微粒，以除去模板分子L-TM，抽滤，真空干燥，即得对映体L-TM分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂。

Claims (3)

1.一种用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）、硅胶表面化学改性：将10-15g活化硅胶加入到100-150ml水中，并加入10-15ml的氨基硅烷偶联剂，在50℃下反应20-24h，抽滤后的产物用乙醇反复洗涤，真空干燥，制得经表面改性的硅胶微粒；

（2）、硅胶微粒表面化学接枝聚甲基丙烯酸：在四口烧瓶中加入1-1.5g经表面改性的硅胶微粒，再加入80-100mL水和4-5mL单体甲基丙烯酸，通氮气30min，以排除体系中的空气，然后将体系的温度升至40℃，加入引发剂过硫酸铵，于恒温并在搅拌下进行接枝聚合反应，然后抽滤，得到接枝微粒PMAA/SiO₂，再在索氏抽提器中用乙醇抽提24h，以除去物理吸附在微粒表面的聚合物，然后进行真空干燥；

(3)、硅胶微粒表面分子印迹材料的制备：称取1-1.5g接枝微粒PMAA/SiO₂，置于1250mL浓度为1.0-1.2g/L的四咪唑的左旋对映体水溶液中，用稀氢氧化钠溶液调节体系的pH值，使pH=8，然后置于恒温振荡器中，恒温振荡4h，使接枝的PMAA充分溶胀，并使接枝微粒对四咪唑的左旋对映体的吸附达到饱和，接着加入0.2-0.3mL的交联剂乙二醇二缩水甘油醚，在45℃下搅拌反应8h，用稀氢氧化钠水溶液反复洗涤产物微粒，以除去模板分子四咪唑的左旋对映体，抽滤，真空干燥，即得四咪唑的对映体分子表面印迹材料MIP-PMAA/SiO₂。

2.根据权利要求1所述的用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，其特征是所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基) -γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基) -γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基) -γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基) -γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、苯氨基甲基三甲氧基硅烷、苯氨基甲基三乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。

3.根据权利要求1或2所述的用于手性四咪唑分离提纯的新材料的制备方法，其特征是所述的引发剂过硫酸铵的加入量为单体质量的1-1.2%。

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