CN104841408A - 一种环糊精手性固定相及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环糊精手性固定相及其制备方法与应用,通过点击反应制备巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相手性色谱填料,通过对环糊精6位的选择性改性和硅胶的巯基化处理,利用高效的催化剂通过点击反应,进而制备了化学稳定性优异的巯基-乙烯基键合的环糊精手性固定相。本发明的环糊精手性固定相在液相色谱中展现出对各种手性消旋体药物的优异手性拆分能力,可应用于各种手性色谱柱填料领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种环糊精手性固定相及其制备方法,具体涉及到一类硅胶基于巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相的色谱填料,可应用于各种手性药物色谱分析和分离,属于手性消旋体的色谱分离技术领域。
背景技术
环糊精(Cyclodextrin,CD)是由n(n=6,7,8)个D-葡萄糖分子利用α-(1,4)糖苷键连接,形成类似圆台的环状寡聚糖分子;其分子结构如下式。
环糊精手性固定相类色谱填料的发展可追溯到1983年,其键合类型主要有酰胺基和脲烷基键合。这些色谱填料可对芳香化合物实现有效的手性分离,但胺基和尿烷基的水解性使其无法用于含水的反相流动相。为此,科研工作者进行大量的实验进行改进,其中最典型的是Armstrong开发醚基键连的羟丙基-β-环糊精手性固定相(USP 4539399),并提出了环糊精手性固定相类色谱填料手性拆分的包合作用机理。这些早期开发的环糊精手性固定相类色谱填料,由于获得环糊精手性固定相常通过取代基随机取代环糊精环上羟基,且取代基位置及数量很难控制,因此在手性分离中重复性和稳定性难于保证,给实际应用带来了诸多不便。因此结构确定、单一异构体的色谱填料就显得尤为重要。
近年来色谱工作者开发了多种结构确定的环糊精手性固定相类色谱填料,其键合方式多样化,如胺基、脲基、酰胺基、亚胺基等,成功实现了对一些芳香醇、β-阻断剂的手性拆分。为获得性能优异的色谱填料,使其具有分离能力强及一定广谱性,适用于更宽泛的各种pH缓冲液,并广泛应用于各种手性药物的分析、分离及制备,本发明在通过对环糊精6位的选择性改性和硅胶的巯基化处理,利用高效的催化剂通过点击反应,进而制备了硅胶基于巯基-乙烯基键合的环糊精手性固定相类色谱填料。该类手性固定相在液相色谱中展现出对各种手性消旋体药物的优异手性拆分能力,可应用于各种手性色谱柱填料领域。
发明内容
目的:为解决现有技术的不足,本发明提供一种环糊精手性固定相及其制备方法,通过乙烯化环糊精与巯基官能化硅胶在偶氮二异丁腈的催化下,通过点击反应制备巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:
一种环糊精手性固定相,其结构式为:
其中,silica为硅胶,Et为乙基,R为苯基氨基甲酸酯衍生物,n为环糊精中葡萄糖单元的个数,m为亚甲基的个数,X为苯基氨基甲酸酯衍生物中苯环上的取代基。
所述的环糊精手性固定相,其特征在于:结构式中,R为苯基氨基甲酸酯衍生物,选自苯基氨基甲酸酯、4-甲基苯基氨基甲酸酯、4-氯苯基氨基甲酸酯、3,5-二氯苯基氨基甲酸酯、3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯、3-氯-4-甲基苯基氨基甲酸酯、4-氯-3-甲基苯基氨基甲酸酯、5-氯-2-甲基苯基氨基甲酸酯中的一种。
环糊精选自α-环糊精(n=6)、β-环糊精(n=7)、γ-环糊精(n=8)。
所述的环糊精手性固定相,其特征在于:结构式中,m为亚甲基的个数,取值为1-10的整数。作为最优选,m优选为1或4或9。
所述的环糊精手性固定相,其特征在于:结构式中,硅胶粒径范围为1μm-100μm。
本发明还提供了上述环糊精手性固定相的制备方法,包括以下步骤:
第一步,将对甲基苯磺酰氯和咪唑反应得到产物对甲基苯磺酰基咪唑,其中对甲基苯磺酰氯与咪唑反应摩尔比为1:1.5-1:3.5;
第二步,将第一步所得产物对甲基苯磺酰基咪唑置于溶解环糊精的水溶液中,搅拌后加入氢氧化钠溶液,过滤取滤液加入硫酸铵调节至pH7-9,过滤,于60℃真空干燥,得到产物6-对甲基苯磺酰基环糊精;其中环糊精与对甲基苯磺酰基咪唑反应摩尔比为1:1.5-1:3;
第三步,将第二步的产物6-对甲基苯磺酰基环糊精于烧瓶中,接着加入ω-烯基-1-胺,搅拌回流,用适量甲醇稀释,加入到乙腈中进行沉淀,析出白色固体,过滤,干燥得6-(N-ω-烯基胺)环糊精;其中6-对甲基苯磺酰基环糊精与ω-烯基-1-胺的反应摩尔比为1:300-1:500;
第四步,将第三步的产物溶于吡啶,滴加苯基异氰酸酯或其衍生物,搅拌回流,将反应混合物冷却后,减压蒸除大部分吡啶,将残留液倾入大量甲醇中进行沉淀,离心除去上清液,得到产物6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精或其衍生物;其中6-(N-ω-烯基胺)环糊精与苯基异氰酸酯或其衍生物反应摩尔比为1:45-1:84;
第五步,将圆底烧瓶中加入真空干燥过的硅胶,在氮气保护下加入3-巯丙基三乙氧基硅烷与无水甲苯/吡啶(体积比5:1-10:1),搅拌回流,过滤,用甲醇洗涤,得到产物巯基官能化硅胶;其中3-巯丙基三乙氧基硅烷与硅胶重量比为1:3-1:8,
第六步,将第五步产物巯基官能化硅胶及无水甲苯/吡啶(体积比4:1-6:1)加入烧瓶,在氮气保护下在依次向其中加入第四步产物6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精或其衍生物和偶氮二异丁腈(AIBN),搅拌回流,冷却过滤,用甲醇纯化,得到产物环糊精手性固定相;其中6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精或其衍生物与巯基官能化硅胶质量比为1:1-1:3;6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精与偶氮二异丁腈的摩尔比为1:0.1-1:0.3。
上述的环糊精手性固定相作为手性色谱柱填料的应用。
有益效果:本发明提供的一种环糊精手性固定相及其制备方法,通过对环糊精的6-位羟基进行乙烯化,再与巯基官能化的硅胶在偶氮二异丁腈的催化下通过点击反应,制备出硅胶基于巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相手性色谱填料,可广泛应用于各种色谱技术中手性药物的分析、分离和制备领域。具有以下显著优点:(1)通过点击反应,可在任意粒径的硅胶和环糊精衍生物(包括:α-环糊精,β-环糊精和γ-环糊精)上,制备巯基-乙烯基键合的环糊精手性固定相;(2)本发明中所用的催化剂AIBN可成功实现环糊精体系的点击反应,与常见的使用贵金属催化剂的点击反应相比,成本低,效果好;(3)巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相的制备具有高度的化学选择性,因此结构确定,可以在酸性或碱性缓冲液中稳定使用;(4)巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相可利用液相色谱、超临界色谱、气相色谱和电色谱等技术,在手性药物的分析、分离及制备领域中获得广泛应用。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做具体说明:
环糊精手性固定相,其结构式为:
其中,silica为硅胶,Et为乙基,R为苯基氨基甲酸酯衍生物,n为环糊精中葡萄糖单元的个数,环糊精选自α-环糊精(n=6)、β-环糊精(n=7)、γ-环糊精(n=8);m为亚甲基的个数,X为苯基氨基甲酸酯衍生物中苯环上的取代基。
实施例1:以β-环糊精为例
本发明硅胶基于巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相的制备方法,包括以下步骤:
第一步,取1L双口圆底烧瓶先抽真空然后通氮气,称取对甲基苯磺酰氯(19.1g,0.1mol)加入烧瓶中,再加入300mL无水二氯甲烷,搅拌溶解,再取咪唑(19.1g,0.28mol)溶解在300mL无水二氯甲烷中,将混合液移至滴液漏斗,逐滴加入烧瓶中,室温搅拌反应18h。反应结束后过滤,滤液浓缩至-100mL滴入600mL石油醚中,析出白色晶体,过滤,室温下真空干燥得到产物对甲基苯磺酰基咪唑(Ts-Im,21.1g,产率95%);其反应方程式为:
第二步,β-环糊精需先用水重结晶2次,并60℃真空干燥活化12h。称取干燥的β-环糊精(45.4g,40mmol)加入到1L烧瓶中,加入650mL去离子水,搅拌0.5-2h,加入第一步所得产物Ts-Im(22.2g,0.1mol),搅拌下室温反应2-4h。之后再加入质量分数20%的氢氧化钠溶液(85-100mL),搅拌30min,过滤,取滤液加入硫酸铵,调节pH值至7-9,过滤,将沉淀于60℃真空干燥,得到产物对甲基苯磺酰基-β-环糊精(Ts-β-CD,19.1g,产率,37%);其反应方程式为:
第三步,称取第二步产物Ts-β-CD于1L双口烧瓶(12.9g,10mmol),再取5-己烯-1-胺(416.5g,4.2mol)加入到烧瓶中,于80-90℃回流4-6h。反应结束后,用适量甲醇稀释,加入到乙腈中进行沉淀,析出白色固体,过滤,干燥得6-(N-己烯氨基)-β-环糊精(12.1g,产率78%);其反应方程式为:
第四步,取第三步产物6-(N-己烯氨基)-β-环糊精(12.2g,10mmol)和550mL无水吡啶加入烧瓶,搅拌30min,接着取3,5-二甲基苯基异氰酸酯(91.2g,0.62mol)和80-100mL无水吡啶混合后移至滴液漏斗,于90-110℃下回流反应16-24h。将反应混合物冷却后,减压蒸除大部分吡啶,将残留液倾入大量甲醇中进行沉淀,离心除去上清液,得到产物6-单取代-(N-己烯氨基)-全取代-(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)-β-环糊精(34.9g,产率81%);其反应方程式为:
第五步,称取160℃真空干燥12h的5μm硅胶(10g)加入到500mL双口烧瓶,在氮气保护下加入3-巯丙基三乙氧基硅烷(2.2g,9.22mmol)与350mL无水甲苯/吡啶(体积比7:1),在90-110℃下搅拌回流12-20h,过滤,用甲醇洗涤干燥,得产物巯基官能化硅胶;其反应方程式为:
第六步,将第五步产物巯基官能化硅胶(6g)及250mL无水甲苯/吡啶(体积比5:1)加入到500mL双口烧瓶,在氮气保护下在依次向其中加入第四步产物(6-单取代-(N-己烯氨基)-全取代-(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)-β-环糊精(5g,1.16mmol)和AIBN(57mg,0.348mmol),于90-110℃下回流反应36-48h。冷却过滤,用甲醇纯化,得到产物环糊精手性固定相;其反应方程式为:
实施例2:以α-环糊精为例
具有广谱手性拆分能力的硅胶基于巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步,基于亲核取代的机理,对甲基苯磺酰氯1mol和咪唑2.5mol在无水二氯甲烷中,于25℃反应20h得到对甲基苯磺酰基咪唑(Ts-Im);
第二步,将第一步所得产物Ts-Im 1.8mol置于溶有1molα-环糊精的水溶液中,25℃搅拌反应3h后,加入质量百分含量为25%氢氧化钠水溶液,过滤;向滤液中加入硫酸铵调节其pH值至8.4获得白色结晶,过滤干燥得到产物对甲基苯磺酰基-α-环糊精(Ts-α-CD);
第三步,将第二步的产物Ts-α-CD(11.28g,10mmol),再取5-己烯-1-胺(347g,3.5mol)加入到烧瓶中,于80-90℃回流4-6h。反应结束后,用适量甲醇稀释,加入到乙腈中进行沉淀,析出白色固体,过滤,干燥得6-(N-己烯氨基)-α-环糊精;
第四步,取第三步产物6-(N-己烯氨基)-α-环糊精(10.5g,10mmol)和450mL无水吡啶加入烧瓶,接着取5-氯-2-甲基苯基异氰酸酯(80.4g,0.48mol)和80-100mL无水吡啶混合后移至滴液漏斗,于90-110℃下回流反应16-24h。将反应混合物冷却后,减压浓缩,将浓缩液倾入大量甲醇中进行沉淀,离心除去上清液,得到产物6-单取代-(N-己烯氨基)-全取代-(5-氯-2-甲基苯基氨基甲酸酯)-α-环糊精;
第五步,称取160℃真空干燥12h的3μm硅胶(10g)加入到500mL双口烧瓶,在氮气保护下加入3-巯丙基三乙氧基硅烷(1.8g,7.55mmol)与350mL无水甲苯/吡啶(体积比6:1),在90-110℃下搅拌回流12-20h,过滤,用甲醇洗涤干燥,得产物巯基官能化硅胶;
第六步,将第五步产物巯基官能化硅胶(8g,3μm)及300mL无水甲苯/吡啶(体积比5:1)加入到500mL双口烧瓶,在氮气保护下在依次向其中加入第四步产物(6-单取代-(N-己烯氨基)-全取代-(5-氯-2-甲基苯基氨基甲酸酯)-α-环糊精(3.22g,0.85mmol)和AIBN(39mg,0.238mmol),于90-110℃下回流反应36-48h。冷却过滤,用甲醇纯化,得到产物环糊精手性固定相。
实施例3:以γ-环糊精为例
具有广谱手性拆分能力的硅胶基于巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步,基于亲核取代的机理,对甲基苯磺酰氯1mol和咪唑3mol在无水二氯甲烷中,于25℃反应16h得到对甲基苯磺酰基咪唑(Ts-Im);
第二步,将第一步所得产物Ts-Im 2.8mol置于溶有1molγ-环糊精的水溶液中,25℃搅拌反应4h后,加入质量百分含量为30%氢氧化钠水溶液,过滤;向滤液中加入硫酸铵调节其pH值至8.0获得白色结晶,过滤干燥得到产物对甲基苯磺酰基-γ-环糊精(Ts-γ-CD);
第三步,将第二步的产物Ts-γ-CD(14.5g,10mmol),再取5-己烯-1-胺(476g,4.8mol)加入到烧瓶中,于80-90℃回流4-6h。反应结束后,用适量甲醇稀释,加入到乙腈中进行沉淀,析出白色固体,过滤,干燥得6-(N-己烯氨基)-γ-环糊精;
第四步,取第三步产物6-(N-己烯氨基)-γ-环糊精(13.8g,10mmol)和650mL无水吡啶加入烧瓶,接着取4-氯-3-甲基苯基异氰酸酯(135.7g,0.81mol)和80-100mL无水吡啶混合后移至滴液漏斗,于90-110℃下回流反应16-24h。将反应混合物冷却后,减压浓缩,将浓缩液倾入大量甲醇中进行沉淀,离心除去上清液,得到产物6-单取代-(N-己烯氨基)-全取代-(4-氯-3-甲基苯基氨基甲酸酯)-γ-环糊精;
第五步,称取160℃真空干燥12h的7μm硅胶(10g)加入到500mL双口烧瓶,在氮气保护下加入3-巯丙基三乙氧基硅烷(3g,12.5mmol)与350mL无水甲苯/吡啶(体积比5:1),在90-110℃下搅拌回流12-20h,过滤,用甲醇洗涤干燥,得产物巯基官能化硅胶;
第六步,将第五步产物巯基官能化硅胶(4g,7μm)及150mL无水甲苯/吡啶(体积比5:1)加入到250mL双口烧瓶,在氮气保护下在依次向其中加入第四步产物6-单取代-(N-己烯氨基)-全取代-(4-氯-3-甲基苯基氨基甲酸酯)-γ-环糊精(2g,0.37mmol)和AIBN(18mg,0.111mmol),于90-110℃下回流反应36-48h。冷却过滤,用甲醇纯化,得到产物环糊精手性固定相。
色谱填料的评价:将实施例1-3中获得巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相装填成色谱柱,进行分离试验:4种消旋体分别配制成0.2g/mL溶液,拆分结果见表1:
表1 基于实施例1-3的色谱填料对手性消旋体的拆分数据
拆分条件:a,Hexane/IPA=95/5,0.8mL/min;b,MeOH/Buffer(1%TEAA,pH=5.5)=35/65,0.5mL/min.注:分离选择性(α),分离度(Rs),β-,α-,γ-分别代表实施例1,2,3得到的色谱填料而装填的手性柱。
通过实验证明,巯基-乙烯基键合环糊精手性固定相对手性消旋体展现出优异的手性拆分能力。该手性色谱填料可应用于HPLC、CE、SFC技术中,实现对各种消旋体药物的广谱拆分。
Claims (10)
1.一种环糊精手性固定相,其结构式为:
其中,silica为硅胶,R为苯基氨基甲酸酯衍生物,n为环糊精中葡萄糖单元的个数,m为亚甲基的个数,X为苯基氨基甲酸酯衍生物中苯环上的取代基。
2.根据权利要求1所述的环糊精手性固定相,其特征在于:结构式中,R为苯基氨基甲酸酯衍生物,选自苯基氨基甲酸酯、4-甲基苯基氨基甲酸酯、4-氯苯基氨基甲酸酯、3,5-二氯苯基氨基甲酸酯、3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯、3-氯-4-甲基苯基氨基甲酸酯、4-氯-3-甲基苯基氨基甲酸酯、5-氯-2-甲基苯基氨基甲酸酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的环糊精手性固定相,其特征在于:环糊精选自α-环糊精(n=6)、β-环糊精(n=7)、γ-环糊精(n=8),即n为6、7、8。
4.根据权利要求1所述的环糊精手性固定相,其特征在于:结构式中,m为亚甲基的个数,取值为1-10的整数。
5.根据权利要求4所述的环糊精手性固定相,其特征在于:结构式中,m为亚甲基的个数,m为1、4、9。
6.根据权利要求1所述的环糊精手性固定相,其特征在于:结构式中,硅胶粒径范围为1μm-100μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述环糊精手性固定相的制备方法,包括以下步骤:
第一步,将对甲基苯磺酰氯和咪唑反应得到产物对甲基苯磺酰基咪唑,其中对甲基苯磺酰氯与咪唑反应摩尔比为1:1.5-1:3.5;
第二步,将第一步所得产物对甲基苯磺酰基咪唑置于溶解环糊精的水溶液中,搅拌后加入氢氧化钠溶液,过滤取滤液加入硫酸铵调节至pH7-9,过滤,于60℃真空干燥,得到产物6-对甲基苯磺酰基环糊精;其中环糊精与对甲基苯磺酰基咪唑反应摩尔比为1:1.5-1:3;
第三步,将第二步的产物6-对甲基苯磺酰基环糊精于烧瓶中,接着加入ω-烯基-1-胺,搅拌回流,用适量甲醇稀释,加入到乙腈中进行沉淀,析出白色固体,过滤,干燥得6-(N-ω-烯基胺)环糊精;其中6-对甲基苯磺酰基环糊精与ω-烯基-1-胺的反应摩尔比为1:300-1:500;
第四步,将第三步的产物溶于吡啶,滴加苯基异氰酸酯或其衍生物,搅拌回流,将反应混合物冷却后,减压蒸除大部分吡啶,将残留液倾入大量甲醇中进行沉淀,离心除去上清液,得到产物6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精或其衍生物;其中6-(N-ω-烯基胺)环糊精与苯基异氰酸酯或其衍生物反应摩尔比为1:45-1:84;
第五步,将圆底烧瓶中加入真空干燥过的硅胶,在氮气保护下加入3-巯丙基三乙氧基硅烷与无水甲苯/吡啶,搅拌回流,过滤,用甲醇洗涤,得到产物巯基官能化硅胶;其中3-巯丙基三乙氧基硅烷与硅胶重量比为1:3-1:8,
第六步,将第五步产物巯基官能化硅胶及无水甲苯/吡啶加入烧瓶,在氮气保护下在依次向其中加入第四步产物6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精或其衍生物和偶氮二异丁腈(AIBN),搅拌回流,冷却过滤,用甲醇纯化,得到产物环糊精手性固定相;其中6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精或其衍生物与巯基官能化硅胶质量比为1:1-1:3;6-单取代-(N-ω-烯基胺)-全取代苯基氨基甲酸酯环糊精与偶氮二异丁腈的摩尔比为1:0.1-1:0.3。
8.根据权利要求7所述环糊精手性固定相的制备方法,其特征在于:第五步中3-巯丙基三乙氧基硅烷与无水甲苯/吡啶的体积比为5:1-10:1。
9.根据权利要求7所述环糊精手性固定相的制备方法,其特征在于:第六步中加入烧瓶的巯基官能化硅胶及无水甲苯/吡啶的体积比为4:1-6:1。
10.如权利要求1-6任一项所述的环糊精手性固定相作为手性色谱柱填料的应用。
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