CN104558255A

CN104558255A - 一类含噁唑啉片段的环糊精衍生物及其键合的氢化硅胶固定相的制备及应用

Info

Publication number: CN104558255A
Application number: CN201510047824.9A
Authority: CN
Inventors: 周智明; 王宇婷
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明提供了一种利用β-环糊精合成一类新型含噁唑啉基团修饰的β-环糊精衍生物的方法，同时还提供了一种将普通硅胶表面改性为氢化硅胶，并用适当的小分子将环糊精衍生物键合于氢化硅胶上的方法。发明所使用的噁唑啉衍生物配体具有很好的刚性结构和手性识别位点，有利于提高手性选择器对对映体的分离选择性，扩展手性化合物的分离范围。发明用较简单易操作的步骤分别合成了6-脱氧-6-R，S-(4-苯基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精和6-脱氧-6-R，S-(4-吡啶对甲苯磺酸盐甲基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精，并将它们键合于氢化硅胶上制成了氢化硅胶固定相。整个合成路线操作简单，反应条件温和，产品易于纯化，产率高。此发明应用于手性分离中，在极性有机模式和反相模式下对一些手性芳香醇、二茂铁衍生物、氨基酸和扁桃酸衍生物、手性药物进行了定性研究。

Description

一类含噁唑啉片段的环糊精衍生物及其键合的氢化硅胶固定相的制备及应用

(一)技术领域

本发明涉及利用β-环糊精合成新型含噁唑啉基团的β-环糊精衍生物的合成方法，以及将其键合于氢化硅胶基质上的固定相键合方法，属于化学合成领域。

(二)背景技术

手性对映体在生理过程中的不同作用越来越被人们认识。互为镜像的两种不同的手性分子在医药、生命、催化领域时常会表现出不同的作用特征。因此得到光学纯的单一手性异构体具有越来越重要的意义。

目前手性对映体的拆分方法主要可分为化学拆分法、酶或微生物拆分法以及色谱拆分法三类。其中色谱拆分法主要利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，最终达到分离的效果。相较于其它拆分方法，色谱法具有速度快，灵敏度高，操作简单，适用范围相对广泛的优势，从而受到了人们的普遍重视。在高效液相色谱拆分方法之中，手性固定相的选择是色谱分离效果的重中之重。

环糊精(Cylodextrin，CD)是由淀粉在环糊精糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6-12个D-吡喃葡萄糖单元，以1，4-糖苷键首尾相连，其中结构单元为7的环糊精被称为β-环糊精(β-CD)，其生产成本低，分子洞穴大小适中，最为常见。β-CD分子具有外亲水内疏水的特性，经过修饰后，可以得到各种水溶性、脂溶性和功能化的结构，每个D-吡喃葡萄糖单元中含有5个手性位点，一个β-CD分子就具有35个手性位点，因此β-CD是良好的手性分离选择剂。将衍生后的β-CD作为手性选择器键合于硅胶基质上制成手性固定相，是手性分离的一类重要手段。

β-CD手性选择器可以通过连接芳香环、手性小分子、亲脂性烷基链、杂原子、离子片段等方法打破环糊精母体的对称性，增强手性选择器对被分析物的亲和力，通过增加更多的手性识别位点、引入π-π共轭作用、偶极-偶极作用、配位作用、氢键连接作用、静电作用等多种作用模式，达到其能够分离更多种类手性化合物的目的。

众所周知，环糊精的连接基质大多采用高纯硅胶，毋庸置疑，硅胶是目前应用最为广泛的高效液相色谱填料。因为它具有良好的机械强度、容易控制的孔结构和比表面积、以及良好的化学稳定性和热稳定性，此外，其表面所含的丰富的硅羟基是可以进行表面化学键合或改性的基础。但是硅羟基具有较大的极性，一般只能应用于正相色谱的分离过程中，后来人们利用有机硅烷化反应将一些疏水性基团键合在硅胶自由羟基上，使得它具有一定的疏水性，从而能够应用到反相色谱之中。但是一些残余的自由硅羟基容易吸水而形成水化膜，依然对反相色谱分离过程造成了一定的干扰，且硅羟基上键连的一些手性小分子很容易在强酸(pH＜3)条件下脱落。氢化硅胶是将硅胶表面的硅羟基改性为质子，克服了普通硅胶的缺点，减小了硅胶表面的极性，作为固定相基质时，氢化硅胶对手性小分子具有更强的亲和力，同时又不会形成水化膜而干扰分离过程。

因此，基于以上背景分析，采用更好的手性基团对β-CD进行衍生，并将这种衍生化的β-CD手性选择器采用恰当的连接片段键合到氢化硅胶表面，具有很强的应用前景。

(三)发明内容

本发明的目的是为了扩展环糊精衍生物的种类，并将氢化硅胶引入环糊精类手性固定相之中。首先，根据噁唑啉环的刚性结构加固了亚胺键骨架，苯基和吡啶磺酸盐片段又使得其具备了更强的π-π共轭作用和静电作用，设计出了一种含有噁唑啉环的环糊精选择器，并采用简单的小分子连接片段，设计出了一条路线将这种环糊精衍生物连接到氢化硅胶上。本发明用简单的氧化还原以及成盐操作步骤合成出了两类含有噁唑啉结构的环糊精衍生物：6-脱氧-6-R，S-(4-苯基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精，6-脱氧-6-R，S-(4-吡啶对甲苯磺酸盐甲基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精，并设计了一种简便的方法将其键合于氢化硅胶上制成了氢化硅胶固定相。期望获得更好的分子识别效果，并适用于多种流动相条件对多种消旋体进行了有效分离。其合成路线见附图1和附图2。

6-脱氧-6-R，S-(4-苯基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精的具体合成方法为：干燥的β-环糊精溶于无水二甲基亚砜(DMSO)中，滴加2摩尔当量2-碘酰基苯甲酸的无水DMSO溶液，滴加完毕后于30℃下搅拌6h，反应结束后过滤，滤液滴入大量丙酮中，所得白色雪花状沉淀用水重结晶一次即可得到化合物(2)。将1摩尔当量D-苯甘氨醇溶于无水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入少量无水三乙胺，搅拌至全溶后加入化合物(2)，待溶解后转移到盛有分子筛的三口烧瓶中，氮气保护下室温反应7d，之后在冰水浴下分批加入1摩尔当量的N-溴代丁二酰亚胺(NBS)，加完后室温反应1h，反应完毕过滤，将滤液逐滴滴入大量丙酮中，置于0-5℃冰浴中冷却5h以上，抽滤洗涤后，所得滤饼于110℃下烘干即可得到化合物(3a)。化合物(3b)的制备只需将上一步中的D-苯甘氨醇换为L-苯甘氨醇。

6-脱氧-6-R，S-(4-吡啶对甲苯磺酸盐甲基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精的具体合成方法为：将1摩尔当量L-丝氨酸甲酯盐酸盐溶于无水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入少量无水三乙胺，搅拌至全溶后加入化合物(2)，待溶解后转移到盛有分子筛的三口烧瓶中，氮气保护下室温反应7d，之后在冰水浴下分批加入1摩尔当量的N-溴代丁二酰亚胺(NBS)，加完后室温反应1h，反应完毕过滤，将滤液逐滴滴入大量丙酮中，置于0-5℃冰浴中冷却5h以上，抽滤洗涤后，所得滤饼于110℃下烘干即可得到化合物(4a)；化合物(4b)的制备方法只需将上一步中的L-丝氨酸甲酯盐酸盐更换为D-丝氨酸甲酯盐酸盐；以化合物(4a)为底物，将其溶于无水吡啶中，氮气保护及冰水浴下分批加入6摩尔当量LiAlH₄，加完后室温反应4h，冰水浴下用乙酸乙酯淬灭，之后过滤，将滤液逐滴滴入大量丙酮中，置于0-5℃冰浴中冷却5h以上，抽滤后将滤饼室温干燥24h即得到化合物(5a)；化合物(5b)的制备方法只需将上一步中的底物化合物(4a)更换为化合物(4b)；氮气保护下，以化合物(5a)为底物，将其溶于无水吡啶中，用恒压漏斗缓慢滴加0.71摩尔当量对甲苯磺酰氯的吡啶溶液。滴加完毕后室温持续反应12h以上，用乙醚浸泡后过滤，滤饼用水重结晶3次后烘干得到化合物(6a)；化合物(6b)的制备方法只需将上一步中的底物化合物(5a)更换为化合物(5b)。

环糊精衍生物键合的氢化硅胶固定相的合成步骤：将高纯硅胶置于三口烧瓶中，加入二氧六环搅拌至体系均匀，向其中滴加1.40mL/g硅胶当量的2.30mol/L HCl溶液，加热至70-80℃，滴加9mL/g硅胶当量的1mol/L三乙氧基硅烷(TES)的二氧六环溶液，升温回流过夜，体系抽干后依次用H₂O/THF＝1/4、THF、二氧六环洗涤，滤饼置于烘箱中160℃干燥12h得到氢化硅胶即为化合物(7)，质子覆盖率为95％以上；将甲苯置于三口烧瓶中，向其中加入0.34mL/g硅胶当量的丙烯醇和0.20g/g硅胶当量的偶氮二异丁腈(AIBN)持续搅拌至溶解，将体系加热至60-70℃反应1h，加入化合物(8)并升温至100℃，持续反应100h，反应结束后抽滤，滤饼用甲苯、二氯甲烷、乙醚各洗两次，放入烘箱中110℃干燥12h，得到化合物(9)；将化合物(9)置于三口烧瓶中，向其中加入无水四氢呋喃(THF)并搅拌至均匀，向体系中加入0.12g/g硅胶当量的NaH，室温下搅拌2h，而后向其中滴加0.14mL/g硅胶当量的环氧氯丙烷，室温下搅拌过夜，于66℃下回流搅拌4h，过滤，滤饼依次用THF、乙醇、乙醚洗涤。所得产物置于烘箱中110℃干燥12h，即可得到化合物(10)；将环糊精衍生物溶于干燥的DMF中，加入5摩尔当量NaH，室温下搅拌至无气泡冒出后快速抽滤，N2保护下向滤液中加入化合物(10)，90℃下反应6h，冷却，G4漏斗过滤，产物用DMF、无水甲醇、稀盐酸、二次蒸馏水、无水甲醇、无水乙醚洗涤，于烘箱中干燥24h，得到化合物(11)即为固定相。

本发明的优点：

(1)以一种简便易操作的方法合成出了6-脱氧-6-R，S-(4-苯基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精和6-脱氧-6-R，S-(4-吡啶对甲苯磺酸盐甲基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精。这种新型基团连接的环糊精衍生物扩大了环糊精衍生物的种类

(2)将普通硅胶改性为氢化硅胶后，用一些简单的小分子连接基团将制备出的手性环糊精选择器键合到氢化硅胶表面，制备出了新型环糊精键合的氢化硅胶固定相。这种固定相相较于普通硅胶键合的固定相极性小，稳定性高，不易形成水化膜而降低化合物的分离选择性，可以在较短的时间内达到很高的分离度，且所得色谱峰峰型对称，不易产生拖尾。

(3)将制备出的噁唑啉衍生化环糊精键合的氢化硅胶固定相应用于高效液相色谱的手性分离过程中，对芳香醇类化合物、二茂铁衍生物、氨基酸和扁桃酸衍生物、手性药物进行了分离，为获得纯的光学异构体，进而制备出纯的有生理活性的药物以及有效的催化剂配体等奠定了基础。

以下为一些手性化合物在6-脱氧-6-R-(4-吡啶对甲苯磺酸盐甲基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精键合的普通硅胶固定相(R-POTPHDOCD-CSP)和6-脱氧-6-R-(4-吡啶对甲苯磺酸盐甲基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精键合的氢化硅胶固定相(氢化-R-POTPHDOCD-CSP)下，于极性有机模式和反相模式下的分离实例。(分离条件：室温下，流动相流速为0.6mol/ml)。

附图说明：

图1是噁唑啉衍生化β-环糊精的合成路线。

图2是将普通硅胶改性为氢化硅胶并将环糊精衍生物键合于氢化硅胶的合成路线。

图3是R-POTPHDOCD-CSP和氢化-R-POTPHDOCD-CSP在极性有机模式下的分离数据，流动相配比为(a)乙腈/甲醇/乙酸/三乙胺＝480/20/0.5/1；(b)乙腈/甲醇/乙酸/三乙胺＝480/20/1/1；(c)乙腈/甲醇/乙酸/三乙胺＝480/20/1/0.5。

图4是R-POTPHDOCD-CSP和氢化-R-POTPHDOCD-CSP在反相模式甲醇/水流动相条件下的分离数据，(a)甲醇/水＝30/70；(b)甲醇/水/＝40/60；(c)甲醇/水＝50/50；(d)甲醇/水/＝60/40；(e)甲醇/水/＝70/30。

图5是R-POTPHDOCD-CSP和氢化-R-POTPHDOCD-CSP在反相模式乙腈/水流动相条件下的分离数据，(a)乙腈/水＝20/80；(b)乙腈/水＝70/30；(c)乙腈/水＝80/20；(d)乙腈/水＝90/10。

(四)具体实施方式：

下面通过实施例具体说明本发明，但本发明并不止局限于下面的例子。

实施案例一：

采用匀浆法将R-POTPHDOCD-CSP和氢化-R-POTPHDOCD-CSP的悬浮液分别泵人两根250mm×4.6mm(i.d.)规格的色谱柱中，在极性有机模式(乙腈/甲醇/乙酸/三乙胺)下对两根柱的色谱性能进行测定；流动相使用前经0.45μm有机微孔滤膜过滤，真空脱气30min；样品用色谱纯甲醇溶解，经0.45μm针式过滤器过滤；流动相流速为0.6mL/min；检测坡长为254nm。分离数据见附图3。

实施案例二：

采用匀浆法将R-POTPHDOCD-CSP和氢化-R-POTPHDOCD-CSP的悬浮液分别泵人两根250mm×4.6mm(i.d.)规格的色谱柱中，在极性有机模式(乙腈/甲醇/乙酸/三乙胺)下对两根柱的色谱性能进行测定；流动相使用前经0.45μm有机微孔滤膜过滤，真空脱气30min；样品用色谱纯甲醇溶解，经0.45μm针式过滤器过滤；流动相流速为0.6mL/min；检测坡长为254nm。分离数据见附图4。

实施案例三：

采用匀浆法将R-POTPHDOCD-CSP和氢化-R-POTPHDOCD-CSP的悬浮液分别泵人两根250mm×4.6mm(i.d.)规格的色谱柱中，在极性有机模式(乙腈/甲醇/乙酸/三乙胺)下对两根柱的色谱性能进行测定；流动相使用前经0.45μm有机微孔滤膜过滤，真空脱气30min；样品用色谱纯甲醇溶解，经0.45μm针式过滤器过滤；流动相流速为0.6mL/min；检测坡长为254nm。分离数据见附图5。

Claims

1.新型的含噁唑啉基团和离子液体修饰的环糊精衍生物的制备及应用，其特征在于合成的环糊精衍生物结构中引入了刚性的噁唑啉环骨架和离子液体片段，具体路线见说明书附图1。

2.如权利要求1所述的一类新型的含噁唑啉基团修饰的环糊精衍生物中的噁唑啉环上所带的基团可以是苯基，也可以是吡啶磺酸盐所取代的甲基。

3.新型环糊精键合的氢化硅胶固定相的制备及应用，其特征在于将普通硅胶改性为氢化硅胶，并采用适当的小分子连接片段将环糊精衍生物键合于改性所得的氢化硅胶上制成氢化硅胶固定相，具体路线见说明书附图2。

4.如权利要求3所述的环糊精衍生物为本发明中所合成的噁唑啉基团修饰的环糊精衍生物。

5.这种噁唑啉衍生化环糊精(如权利要求1所述)键合的氢化硅胶固定相(如权利要求2所述)的制备及应用，其特点在于结合了噁唑啉环刚性结构以及氢化硅胶基质的双重优势，对一些芳香醇、二茂铁衍生物、氨基酸和扁桃酸衍生物以及手性药物分子进行了很好的分离，其在6-脱氧-6-R-(+)-(4-吡啶对甲苯磺酸盐甲基)-4，5-二氢噁唑啉-β-环糊精氢化硅胶固定相柱(氢化-R-POTPHDOCD)上的分离数据见说明书附图3、附图4和附图5。