CN105903457A - 一种咪唑类离子液体型手性固定相和制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高效液相色谱固定相，具体涉及一种咪唑类离子液体型手性固定相和制备方法及应用。固定相是手性咪唑通过硅烷偶联剂键合到硅胶载体上，进而获得式一所示离子液体型手性固定相；其中，R1为苯基、苄基、萘基、邻甲苯基、间甲苯基或对甲苯基，R2为卤素。制备过程是：(1)将硅胶活化预处理，制得活化硅胶；(2)将活化硅胶用硅烷偶联剂进行偶联，制得末端为卤素的硅烷化硅胶；(3)用手性乙胺类原料制得相应的手性咪唑；(4)将硅烷化硅胶与手性咪唑反应，制得咪唑类离子液体型手性固定相。本发明所制备的手性固定相不仅原料易得、操作步骤简单，而且同时拥有离子液体的特性和硅胶在使用过程中的稳定性，对多种极性手性化合物均能达到较好的手性分离效果。
Description
技术领域
本发明属于高效液相色谱固定相，具体涉及一种咪唑类离子液体型手性固定相和制备方法及应用。
背景技术
近年来，随着生物工程、生命科学、医药科学、材料科学、环境科学等研究领域的发展，手性对映体的拆分和测定逐渐成为相关工作者研究的热点。尽管对映体间的理化性质几乎完全相同，但它们的生化和药理作用却往往不同。手性药物进入生命体后，其与手性的生物体系之间存在着识别、容纳和相互作用的过程，不同对映异构体由于对酶、离子通道和受体等作用点的结合存在差异而表现出不同的生理特性，因此在药理、毒理、药代动力等方面存在巨大差异，这种差异在生命科学、医学、食品化学等方面表现得尤为明显[Lim Y.P.,Liu C.H.,Shyu L.J.,et al.,Pharmacogenet.Genom.2005,15,337.；Koszelewski D.,PressnitzD.,Clay D.,et al.,Org.Lett.2009,11,4810.；Fernandes C.,Tiritan M.E.,Pinto M.,Chromatographia 2013,76,871.]。因此，对映体的拆分与识别对于生命科学和药物化学研究以及人类的健康具有十分重要的意义。
目前用于手性分离的方法主要有毛细管电泳法、薄层色谱法、亚临界及超临界流体色谱法、气相色谱法以及液相色谱法[Timothy J.,Anal.Chem.2000,72,4521.]。近年来，基于手性固定相的高效液相色谱(HPLC)法逐渐取得了令人瞩目的进展，已成为对映体拆分强有力的手段，其中所用的手性固定相是能否进行手性分离的关键。
目前所研究的HPLC型手性固定相主要可分为以下几类：蛋白质手性亲和固定相[Haginaka J.J.Chromatogr.B.2008,875,12.；Lu J.Y.,Ye F.G.,Zhang A.Z.,et al.,J.Sep.Sci.2011,34,2329.]、环糊精型手性固定相[Zhou Z.,Li X.,Chen X.,et al.,Anal.Chim.Acta 2010,678,208.；Yu G.Y.,Guo L.Z.,Xie F.Y.,et al.Chromatographia 2011,73,1049.；Wang R.Q.,Ong T.T.,Tang,W.Et al.,Anal.Chim.Acta 2012,718,121.]、配体交换型固定相[Qi L.,Yang G.L.J.Sep.Sci.2009,32,3209.；Dong H.M.,Jong J.,Euh D.J.,et al.,J.Sep.Sci.,2013,36,1349.；Keunchkarian S.,Franca C.,Gagliardi L.,et al.,J.Chromatogr.A 2013,1298,103.]、高聚物型手性固定相[Sugiura Y.,Yamamoto C.,Ikai T.,et al.,Polym.J.2010,42,31.；Qu H.T.,Li J.Q.,Wu G.S.,et al.,J.Sep.Sci.2011,34,536.；Tang S.W.,Li X.F.,Wang F.,et al.,Chirality 2011,24,167.]等。虽然上述手性固定相，尤其是高聚物型手性固定相，取得了较大成功，但是手性拆分领域对新型手性固定相的需求仍然在持续增加，因此新型手性固定相的设计及制备一直是研究热点。
离子液体是在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的有机熔融盐，具有很多优点，如良好的热稳定性和化学稳定性、较低的熔点、优良的溶解性以及几乎没有蒸汽压。离子液体的这些优良性质，引起了科研工作者极大的兴趣。早期的科研工作者对离子液体在高效液相色谱的应用主要集中在使用离子液体作为流动相添加剂上，He等人[He L.,Zhang W.,Zhao L.,et al.,J.Chromatogr.A 2003,1007,39.]首先用[RMim]+类离子液体作为HPLC流动相添加剂，对麻黄碱类化合物进行分离。自此应用之后，人们很快联想到将离子液体应用到HPLC固定相上，Liu等人[Liu S.J.,Zhou F.,Xiao X.H.,et al.,Chinese Chem.Lett.2004,15,1060.]将烯丙基烷基离子液体键合到改性的硅胶表面，并利用反相系统对其色谱分离性能进行了检测，之后他们将甲基咪唑键合到硅胶表面制备出一种离子交换填料，能够一次性分离11种不同类型阴离子，经过研究发现离子液体型固定相的分离机理主要是疏水作用和离子交换作用。
目前咪唑类离子液体型手性固定相还未见文献报道，而其他类型的手性固定相，对于一些高极性的、特别是带羧基基团的手性化合物的分离性能不是很好。而且考虑到极性基团与手性基团种类和数量的不同导致手性化合物的多样性，现有的手性固定相对手性化合物的覆盖度仍然不够，满足不了分离分析的需求。因此，发展新型手性固定相对于扩展其应用范围仍有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种咪唑类离子液体型手性固定相和制备方法及应用。
为实现上述目的，本发明采用技术方案为：
一种咪唑类离子液体型手性固定相，固定相是手性咪唑通过硅烷偶联剂键合到硅胶载体上，进而获得式一所示离子液体型手性固定相；
式一
其中，R1为苯基、苄基、萘基、邻甲苯基、间甲苯基或对甲苯基，R2为卤素。
一种咪唑类离子液体型手性固定相的制备方法：
1)将硅胶原料在盐酸介质中回流活化，然后用蒸馏水洗涤至洗出液呈中性，干燥至恒重，制得活化硅胶；
2)将所述活化硅胶经硅烷化试剂处理，制得硅烷化硅胶；
3)用手性乙胺类原料制得手性咪唑；
4)将所述硅烷化硅胶与所述手性咪唑反应，制得咪唑类离子液体型手性固定相。
在所述步骤1)中，所述盐酸的质量分数为10％-15％，硅胶的质量与盐酸的体积之比为1:8-1:12(g/mL),活化时间为6-10hr，干燥温度为100-130℃。
在所述步骤2)中，硅烷化试剂为3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-溴丙基三甲氧基硅烷或3-碘丙基三甲氧基硅烷；所述活化硅胶表面硅羟基与硅烷化试剂的摩尔比为1:1.5-1:3。
在所述步骤3)中，将手性乙胺类原料与氨水、乙二醛水溶液以及甲醛水溶液混合反应1-3hr，而后经蒸馏或柱层析的方式进行提纯；其中，乙胺类原料与氨水、乙二醛水溶液以及甲醛水溶液的摩尔比均为1:1-1:1.2，所述手性乙胺类原料为(S)-1-苯乙胺、(R)-1-苯乙胺、(S)-1-(4-甲基苯基)乙胺、(R)-1-(4-甲基苯基)乙胺、(S)-(-)-1-(1-萘基)乙胺或(R)-1-(1-萘基)乙胺。
在所述步骤4)中，所述硅烷化硅胶表面硅羟基与所述手性咪唑的摩尔比为1:1.5-1:3。
所述步骤2)和4)的反应体系中均以无水甲苯为反应溶剂、三乙胺为催化剂，在无水无氧条件下磁力搅拌回流反应24-48hr；反应完全后过滤，并用丙酮抽提12-24hr，干燥至恒重；其中，步骤2)和4)中无水甲苯的加入量与活化硅胶和烷基化硅胶的体积质量比均为6:1-10:1(mL/g)，所述三乙胺的量为50-150μL。
用正己烷/异丙醇(90/10，v/v)作为匀浆液，以正己烷作顶替液，用填充泵将所述固定相以5800psi的压力填充至4.6mm×250mm不锈钢色谱柱中；匀浆液的体积与所述手性固定相的质量之比为6:1-14:1(mL/g)。
一种咪唑类离子液体型手性固定相的应用，其特征在于：所述咪唑类离子液体型手性固定相作为高效液相色谱固定相应用于对映体的手性分离。
上述所得固定相在反相色谱条件的分离模式下，以乙腈-水、甲醇-水等作为分离的流动相，流动相的流速为1.0mL/min，检测温度为30℃，紫外检测波长为205-285nm，分离的对象为包括但不限于扁桃酸、邻氯扁桃酸、对氯扁桃酸、对溴扁桃酸、对氟扁桃酸、扁桃酸甲酯、萘普生、奎尼丁、布洛芬、硝酸咪康唑等手性物质。
本发明获得的咪唑类离子液体型手性固定相具有以下优点：
1.通过化学方法键合而成，结构新颖稳定；
2.原料易得，操作步骤简单；
3.同时拥有手性离子液体的特性和硅胶在使用过程中的稳定性，对多种极性手性化合物均能达到较好的手性分离效果。
附图说明
图1为本发明所制备咪唑类离子液体型手性固定相的合成示意图，其中TEA为三乙胺。
图2为本发明实施例1获得的手性N-(α-甲基苄基)咪唑的结构及其1H NMR谱图。
图3为本发明实施例1获得的手性N-(α-甲基萘甲基)咪唑的结构及其1H NMR谱图。
图4为本发明实施例2获得的手性固定相CSP1(a)和CSP2(b)的红外光谱图。
图5为本发明实施例4中对氯扁桃酸在CSP1上的分离色谱图，流动相为乙腈/水＝80/20(v/v)，等度洗脱，紫外检测波长为254nm，流速为1.0mL/min；分析结果：k1＝1.13；k2＝5.38；α＝4.77；RS＝5.11。
图6为本发明实施例4中萘普生在CSP2上的分离色谱图，其中色谱峰a为(S)-萘普生，b为(R)-萘普生；样品中(S)-萘普生：(R)-萘普生＝2:1(摩尔比)；流动相为乙腈/水＝45/55(v/v)，等度洗脱，紫外检测波长为254nm，流速为1.0mL/min；分析结果：k1＝0.54；k2＝0.72；α＝1.33；RS＝0.79。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下的实施例内容。
试剂与仪器：(S)-1-苯乙胺(99％，成都艾科达化学试剂有限公司)，(R)-1-(1-萘基)乙胺(99％，上海迈瑞尔化学技术有限公司)，空白硅胶(5μm，日本大曹)，氨水、甲醛、乙二醛、甲苯、三乙胺、丙酮、盐酸、乙酸乙酯和石油醚均购自中国医药集团化学试剂有限公司，级别为分析纯，3-氯丙基三甲氧基硅烷(98％，中国医药集团化学试剂有限公司)，三甲基氯硅烷(98％，中国医药集团化学试剂有限公司)，AVANCE III 600兆NMR核磁共振波谱仪(瑞士布鲁克)，Nicolet 6700智能型傅里叶变换红外光谱仪(美国赛默飞世尔)，SGW-1全自动数字旋光仪(上海精密)，Vario EL cube元素分析仪(德国Elementar)，Alltech 1666色谱柱填充泵(美国Alltech)，Waters 1525型高效液相色谱仪(Waters 2489UV/Visible检测器、Waters 1525Binary HPLC泵、Waters 2707自动进样器)(美国沃特斯)。
实施例1：手性咪唑的制备
将(S)-1-苯乙胺(14.69g，＞99％，0.12mol)和氨水(8.174g，25-28％，0.12mol)混合均匀，其混合液称为溶液A；将乙二醛水溶液(17.41g，＞40％，0.12mol)和甲醛水溶液(9.74g，＞37％，0.12mol)混合均匀，其混合液称为溶液B。分别从两只滴液漏斗中同时向150mL三口烧瓶内滴加溶液A和溶液B，搅拌下保持反应微沸，约10min滴加完毕，继续搅拌回流3hr后停止。反应完成后，用水泵减压蒸除水，然后改用油泵蒸馏产品，收集150-160℃(5-10mmHg)的馏分，产品手性N-(α-甲基苄基)咪唑为淡黄色液体(17.55g，收率85％)，图2为该产物的结构及其1H NMR谱图，从谱图中可看出各个峰信号均能对应于分子结构中的质子，除此之外几乎没有其他杂质峰，说明产品纯净，杂质很少。
以N-(α-甲基苄基)咪唑的制备方法，由(R)-1-(1-萘基)乙胺作为反应原料得到手性N-(α-甲基萘甲基)咪唑，提纯方法为柱层析，洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚为1:2-1:4(v/v)，得到棕黄色液体(收率65％)，图3为该产物的结构及其1H NMR谱图，从谱图中可看出各个峰信号均能对应于分子结构中的质子，杂质较少。
实施例2：咪唑类离子液体型手性固定相的制备
向250mL三口烧瓶中置入13g空白硅胶，并加入130mL质量分数为10％的盐酸水溶液，搅拌下加热至回流，8-10hr后抽滤，用蒸馏水洗至中性后放入烘箱中，110℃干燥12hr，得到活化硅胶。
称取活化硅胶12g置于150mL三口烧瓶中，用滴液漏斗加入95mL无水甲苯、10.5mL 3-氯丙基三甲氧基硅烷，并加入100μL三乙胺作为催化剂。氮气保护下，回流反应24hr。反应结束后过滤，键合硅胶用丙酮抽提24hr，干燥之后用6mL三甲基氯硅烷进行封端处理，反应时间约为6hr。封端后过滤，键合硅胶用丙酮抽提24hr，干燥后得到13.247g硅烷化硅胶。
称取4g硅烷化硅胶置于100mL三口烧瓶中，加入32mL无水甲苯、3.3g实施例1中制备的手性N-(α-甲基苄基)咪唑，加入50μL三乙胺作为催化剂。氮气保护下，回流反应24hr。反应结束后过滤，产物用丙酮抽提24hr。将经丙酮洗净的产物放入烘箱中进行干燥，得到4.159g咪唑类离子液体型手性固定相，命名为CSP1。图4中a为该手性固定相的红外光谱图，该谱图中843.7处变形振动峰对应产物中苯环，说明得到目标产物。元素分析结果见表1。
以CSP1的制备方法，将实施例1中所制备的手性N-(α-甲基苄基)咪唑与硅烷基化硅胶反应，得到咪唑离子液体键合硅胶手性固定相，命名为CSP2。图4中b为该手性固定相的红外光谱图，该谱图中782.3处变形振动峰对应产物中苯环，说明得到目标产物。元素分析结果见表1。
表1元素分析结果
实施例3：手性色谱柱的制备
利用匀浆法，将所得手性固定相装填成4.6mm×250mm的高效液相色谱柱：将目标固定相填料3.5g分散在30mL正己烷/异丙醇(90/10，v/v)中制成匀浆液，以40mL正己烷作为顶替液，在5800psi的压力下填充至不锈钢管柱中。利用高效液相色谱仪，以联苯为检测物测定保留时间和柱效，流动相为甲醇/水＝90/10(v/v)，等度洗脱，检测为波长DAD 254nm，流速为1.0mL/min。对所制备的色谱柱进行柱效测定，结果见表2。
表2柱效测定结果
实施例4：咪唑类离子液体型手性固定相的分离评价
在反相分离模式下，以乙腈-水作为流动相，流速为1.0mL/min，检测温度为30℃，紫外检测波长为254nm。用典型的高极性手性化合物，扁桃酸、邻氯扁桃酸、对氯扁桃酸、对溴扁桃酸、对氟扁桃酸、扁桃酸甲酯、萘普生、奎尼丁、布洛芬、硝酸咪康唑等来评价该咪唑类离子液体型手性固定相的手性分离性能。详细分离结果见表3，从表格中可以看出，除个别手性化合物之外，大部分手性化合物都能达到基线分离，分离效果较好。
表3几种典型高极性手性化合物的分离结果
分离条件：流动相为乙腈-水，其中C、E、F、G的水中加入了0.05％(体积分数)的三氟乙酸。
另外，对于部分典型的高极性手性化合物，图5给出了对氯扁桃酸在CSP1上的分离色谱图，流动相为乙腈/水＝80/20(v/v)，等度洗脱，紫外检测波长为254nm，流速为1.0mL/min；分析结果：k1＝1.13；k2＝5.38；α＝4.77；RS＝5.11。实验结果表明对氯扁桃酸在CSP 1上有非常好的分离效果。图6给出了萘普生在CSP2上的分离色谱图，其中色谱峰a为(S)-萘普生，b为(R)-萘普生；(S)-萘普生：(R)-萘普生＝2:1(摩尔比)；流动相为乙腈/水＝45/55(v/v)，等度洗脱，紫外检测波长为254nm，流速为1.0mL/min；分析结果：k1＝0.54；k2＝0.72；α＝1.33；RS＝0.79。实验结果表明，虽未达到基线分离，但该手性固定相对萘普生仍有较好的分离效果。
CSP1和CSP2在运行100小时，放置两个月后再进行手性化合物的分离，实验结果表明大部分手性化合物的k1值、α值都略有增大，而RS则基本保持不变，说明该手性固定相拥有较好的耐用性和稳定性。
由以上实验结果，可以看出所制备的咪唑类离子液体型手性固定相在高效液相色谱中对这些高极性手性化合物显示出良好的分离选择性，且柱效较高，作为高效液相色谱固定相具有很大的应用潜力。
以上所述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。
Claims (9)
1.一种咪唑类离子液体型手性固定相，其特征在于：固定相是手性咪唑通过硅烷偶联剂键合到硅胶载体上，进而获得式一所示离子液体型手性固定相；
其中，R1为苯基、苄基、萘基、邻甲苯基、间甲苯基或对甲苯基，R2为卤素。
2.一种权利要求1所述的咪唑类离子液体型手性固定相的制备方法，其特征在于：
1)将硅胶原料在盐酸介质中回流活化，然后用蒸馏水洗涤至洗出液呈中性，干燥至恒重，制得活化硅胶；
2)将所述活化硅胶经硅烷化试剂处理，制得硅烷化硅胶；
3)用手性乙胺类原料制得手性咪唑；
4)将所述硅烷化硅胶与所述手性咪唑反应，制得咪唑类离子液体型手性固定相。
3.按权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述步骤1)中，所述盐酸的质量分数为10％-15％，硅胶的质量与盐酸的体积之比为1:8-1:12(g/mL)，活化时间为6-10hr，干燥温度为100-130℃。
4.按权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述步骤2)中，硅烷化试剂为3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷、3-溴丙基三甲氧基硅烷或3-碘丙基三甲氧基硅烷；所述活化硅胶表面硅羟基与硅烷化试剂的摩尔比为1:1.5-1:3。
5.按权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述步骤3)中，将手性乙胺类原料与氨水、乙二醛水溶液以及甲醛水溶液混合反应1-3hr，而后经蒸馏或柱层析的方式进行提纯；其中，乙胺类原料与氨水、乙二醛水溶液以及甲醛水溶液的摩尔比均为1:1-1:1.2，所述手性乙胺类原料为(S)-1-苯乙胺、(R)-1-苯乙胺、(S)-1-(4-甲基苯基)乙胺、(R)-1-(4-甲基苯基)乙胺、(S)-(-)-1-(1-萘基)乙胺或(R)-1-(1-萘基)乙胺。
6.按权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述步骤4)中，所述硅烷化硅胶表面硅羟基与所述手性咪唑的摩尔比为1:1.5-1:3。
7.按权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在所述步骤2)和4)反应中，均在以无水甲苯为反应溶剂、三乙胺为催化剂的反应体系内，在无水无氧条件下磁力搅拌回流反应24-48hr；反应完全后过滤，并用丙酮抽提12-24hr，干燥至恒重；其中，步骤2)和步骤4)中无水甲苯的加入量与活化硅胶或者烷基化硅胶的体积质量比均为6:1-10:1。
8.按权利要求2所述的制备方法，其特征在于：用正己烷/异丙醇(90/10，v/v)作为匀浆液，以正己烷作顶替液，用填充泵将所述固定相以5800psi的压力填充至4.6mm×250mm不锈钢色谱柱中；匀浆液的体积与所述手性固定相的质量之比为6:1-14:1。
9.一种权利要求1所述的咪唑类离子液体型手性固定相的应用，其特征在于：所述咪唑类离子液体型手性固定相作为高效液相色谱固定相应用于对映体的手性分离。
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