CN109529794B

CN109529794B - 光学纯扁桃酸衍生物-纤维素手性固定相、制备方法及应用

Info

Publication number: CN109529794B
Application number: CN201811610928.6A
Authority: CN
Inventors: 贾艳艳; 崔冬晓; 王平安; 文爱东; 孙晓莉; 李广庆
Original assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Current assignee: Fourth Military Medical University FMMU
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: CN109529794A

Abstract

本发明公开了一种光学纯扁桃酸衍生物‑纤维素手性固定相、制备方法及应用。使用光学纯扁桃酸或光学纯扁桃酸衍生物的酰卤和微晶纤维素制备手性色谱柱前体，并涂覆或键合在色谱级硅胶表面，形成手性柱填料，再进一步制成不锈钢手性色谱柱，可用于多种手性物质的分离与分析。

Description

光学纯扁桃酸衍生物-纤维素手性固定相、制备方法及应用

技术领域

本发明属于手性色谱分离技术领域，涉及一种光学纯扁桃酸衍生物-纤维素手性固定相的结构、制备方法及其在手性化合物分离中的应用。

背景技术

高效液相色谱(HPLC)作为分析、分离和制备手性化合物的最好方法之一，一直以来得到分析科学家的重视。高效液相色谱对手性化合物的识别和分离关键依赖于手性固定相(CSP)。手性固定相是由手性单元固定在硅胶、海藻土等基质材料上制备而成，通过手性固定相微环境与对映异构体作用的差异程度，达到多种光学异构体的分离。

人们很早就认识到多糖类(如淀粉、纤维素)等手性物质可作为色谱手性物质分离分析的吸附剂，可是多糖对大多数对映体表现出的光学拆分能力比较低。现代分离科学发展的多糖衍生化，大大提高了手性固定相的对溶剂的稳定性和手性分离能力。天然状态的纤维素由部分结晶区组成，如果用稀的无机酸水解天然纤维素，由于水解的断裂多发生在非晶区，就能够得到高结晶度的纤维素。这种纤维素每个链大约含有200～300个葡萄糖单元，通常称为“微晶纤维素”，许多化学公司作为“Avicel”销售。目前，纤维素类手性固定相已有多种商品上市，例如OA，OB，OD，OJ等。

上述纤维素类手性固定相在纤维素衍生化过程中，所选用的衍生化试剂均为非手性试剂(例如，非手性酰卤)，有关手性试剂(例如手性酰卤)对纤维素2,3,6-位自由羟基进行衍生，然后制备手性固定相的方法，一直未有文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学纯扁桃酸衍生物-纤维素手性固定相、制备方法及应用。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种纤维素手性衍生化试剂，该试剂为光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤，结构如式I所示：

其中，R¹为苯环上的取代基，该取代基的数目为1至5个，取代基的位置在苯环的2至6位中的任意几位，取代基选自卤素(例如，Cl、Br)、硝基、巯基、羟基、烷基(例如，C1～C5)、烷氧基(例如，甲氧基或苄氧基)、芳基(例如，苯基或4-Cl苯基)或芳杂环基(例如，噻吩或吡啶)；R²选自氢(H)、烷基(例如，C1～C5)或酰基(例如，乙酰基或苯甲酰基)；X选自氯(Cl)或溴(Br)；*代表手性中心(R-或S-)。

一种光学纯扁桃酸衍生物-纤维素固定相，包括固定相基质(例如，硅胶)以及涂敷或键合在固定相基质上的手性选择剂，所述手性选择剂选自如式II或式III所示的纤维素衍生物：

式II中，R¹为苯环上的取代基，该取代基的数目为1至5个，取代基的位置在苯环的2至6位中的任意几位，取代基选自卤素(例如，Cl、Br)、硝基、巯基、羟基、烷基(例如，C1～C5)、烷氧基(例如，甲氧基或苄氧基)、芳基(例如，苯基或4-Cl苯基)或芳杂环基(例如，噻吩或吡啶)；R²选自氢(H)、烷基(例如，C1～C5)或酰基(例如，乙酰基或苯甲酰基)等；*代表手性中心(R-或S-)；

式III中，R¹为苯环上的取代基，该取代基的数目为1至5个，取代基的位置在苯环的2至6位中的任意几位，取代基选自卤素(例如，Cl、Br)、硝基、巯基、羟基、烷基(例如，C1～C5)、烷氧基(例如，甲氧基或苄氧基)、芳基(例如，苯基或4-Cl苯基)或芳杂环基(例如，噻吩或吡啶)；R²选自氢(H)、烷基(例如，C1～C5)或酰基(例如，乙酰基或苯甲酰基)；*代表手性中心(R-或S-)；R³选自甲基(Me)或乙基(Et)。

优选的，式II中，n＝30～300；式III中，n＝30～300，m＝3～10；固定相基质选自(球形)多孔硅胶颗粒，硅胶颗粒的金属杂质含量小于30ppm；硅胶颗粒的粒径为10～60μm，孔径为

比表面积为15～50m²/g；

上述纤维素衍生物的制备方法，包括以下步骤：

以纤维素为原料，以光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤(式I)为手性衍生化试剂，通过反应使纤维素的裸露羟基与手性衍生化试剂成酯，得到用于制备涂覆型手性柱色谱填料的纤维素衍生物(式II)；

或者，将纤维素的裸露羟基进行选择性保护后，通过反应使所述纤维素的裸露羟基与所述手性衍生化试剂成酯，然后依次经羟基脱保护以及利用硅烷试剂进行衍生化，得到用于制备键合型手性柱色谱填料的纤维素衍生物(式III)。

优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：

1)对光学纯扁桃酸或光学纯扁桃酸衍生物的手性羟基进行酰化，然后经酰卤化制备得到光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤(式I)；或者，对光学纯扁桃酸或光学纯扁桃酸衍生物的羧基进行酯化以及对手性羟基进行烷基化，然后经水解及酰卤化，得到光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤(式I)；

2)惰性气氛围下，将1当量(纤维素衍生物制备中当量指相对于式I所示光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤的物质的量的倍数)纤维素在碱性条件(pH＝8～10)下，与5～10当量的光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤，在80～110℃反应4～24h，反应后经冷却析出得用于制备涂覆型手性柱色谱填料的纤维素衍生物(记为CSP-A，式II)；或者，惰性气氛围下，先在碱性条件(pH＝8～10)下将1当量纤维素与1～5当量羟基选择性保护剂在80～110℃反应4～24h，得到6-羟基保护的纤维素；然后在碱性条件(pH＝8～10)下，将1当量6-羟基保护的纤维素与5～10当量光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤在80～110℃反应4～24h，反应后经冷却析出得到2,3-位保护的纤维素；在酸性条件(pH＝1～3)下，将2,3-位保护的纤维素在25～40℃反应8～24小时，进行6-羟基去保护，得到6-羟基-2,3-位保护的纤维素；在碱性条件(pH＝8～10)下将1当量6-羟基-2,3-位保护的纤维素与1～5当量的硅烷试剂(甲氧基-、乙氧基-等)在80～110℃反应4～24h，反应结束后冷至室温，然后经抽滤得用于制备键合型手性柱色谱填料的纤维素衍生物(记为CSP-B，式III)。

优选的，所述步骤1)中，酰化的反应条件为：惰性气氛围下，在碱性条件(pH＝8～10)下，以1～5当量苯甲酰氯、乙酰氯、4-甲基苯甲酰氯、3,5-二甲基苯甲酰氯或4-氯苯甲酰氯做酰化试剂，于0～25℃反应8～24h；

酯化的反应条件为：惰性气氛围下，以50～100当量的甲醇为酯化试剂(或以甲醇作溶剂)，在甲醇中加入0.01～0.1当量的氯化亚砜，于0～25℃搅拌反应4～24h；

烷基化的反应条件为：将酯化产物与1～2当量的碘甲烷、碘乙烷、溴苄等烷基化试剂(反应体系还加入有1当量碳酸钠)于0～25℃反应8～24h；

水解的反应条件为：将烷基化产物在碱性条件(pH＝9～12)下，于0～25℃反应8～24h；

酰卤化的反应条件为：惰性气氛围下，以10～20当量的氯化亚砜为酰卤化试剂(或以氯化亚砜作溶剂)，在氯化亚砜中于0～25℃搅拌反应3～24h；

所述纤维素选自微晶纤维素，提供碱性条件的试剂选自吡啶、三乙胺或氢氧化钠；提供酸性条件的试剂选自质量分数为10～37％的浓盐酸、质量分数为10～20％的硫酸或3～5当量的路易斯酸(FeCl₃、ZnCl₂等)。

上述光学纯扁桃酸衍生物-纤维素固定相的制备方法，包括以下步骤：将手性选择剂涂敷或键合在固定相基质上，手性选择剂选自如式II或式III所示的纤维素衍生物，其中，涂敷或键合具体包括以下步骤：

a.将干燥的氨化硅胶与1～1.5当量(固定相或填料制备中当量指相对于硅胶的物质的量的倍数)的式II或式III所示的纤维素衍生物分散于三氯甲烷中，在惰性气保护下于80～100℃搅拌5～10小时，在0～25℃下真空除去溶剂，得固体；

或则，将干燥的色谱用硅胶与1～1.5当量(固定相或填料制备中当量指相对于硅胶的物质的量的倍数)的式II或式III所示的纤维素衍生物分散于三氯甲烷中，在惰性气保护下于80～100℃搅拌5～10小时，在0～25℃下真空除去溶剂后用封端剂封端，得固体；

b.将固体用甲醇或丙酮洗涤后于真空、40～60℃下干燥12～24小时，得到固定相。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明光学纯扁桃酸衍生物-纤维素衍生物作为手性选择剂，由于在纤维素上含有π给电子基，具有多个可与分析物发生相互作用的位点，并可产生一定的空间立体化学效应。因而，所形成的固定相可分离多种手性化合物(例如，手性氨基酸、手性硝基烷烃或手性环碳酸酯)，可达到或接近达到基线分离。

(2)本发明光学纯扁桃酸衍生物-纤维素衍生物原料制备简便，成本低，适合于规模化生产；

(3)本发明光学纯扁桃酸衍生物-纤维素衍生物固定相合成步骤简单，反应条件温和，容易操作，重复性好；

(4)本发明光学纯扁桃酸衍生物-纤维素衍生物固定相的色谱性能优越，柱效高，柱容量大，选择性好，分离度高。

附图说明

图1A为纤维素衍生物CSP-A的合成路线。

图1B为纤维素衍生物CSP-B的合成路线。

图1C为光学纯扁桃酸衍生物酰卤示意图。

图2为光学纯扁桃酸衍生物-微晶纤维素衍生物CSP-A和CSP-B的结构示意图。

图3为手性氨基酸、手性硝基烷烃、手性环碳酸酯结构示意图。

图4为2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素(CSP-A1)的合成路线。

图5为2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素(CSP-A2)的合成路线。

图6为2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素(CSP-A3)的合成路线。

图7为2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素(CSP-A4)的合成路线。

图8为2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素(CSP-A5)的合成路线。

图9为2,3,6-三(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素(CSP-A6)的合成路线。

图10为2,3,6-三(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素(CSP-A7)的合成路线。

图11为2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素(CSP-A8)的合成路线。

图12为2,3,6-三(4-氯)扁桃酸酰基纤维素(CSP-A9)的合成路线。

图13为2,3,6-三(4-甲基)扁桃酸酰基纤维素(CSP-A10)的合成路线。

图14为2,3-二扁桃酸酰基纤维素(CSP-B1)的合成路线。

图15为2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素(CSP-B2)的合成路线。

图16为2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素(CSP-B3)的合成路线。

图17为2,3-二扁桃酸酰基纤维素(CSP-B4)的合成路线。

图18为2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素(CSP-B5)的合成路线。

图19为2,3-二(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素(CSP-B6)的合成路线。

图20为实施例11中的Trityl-1核磁氢谱。

图21为实施例1中的2a核磁氢谱。

图22为实施例11中的中间体-1核磁氢谱。

图23为实施例11中的中间体-2核磁氢谱。

图24为实施例11CSP-B1核磁氢谱。

图25为实施例8中的2h核磁氢谱。

图26为实施例8中的3h核磁氢谱。

图27为实施例14CSP-B4核磁氢谱。

图28为实施例18所得手性色谱柱用于分离手性氨基酸前体-1；手性氨基酸前体的分离条件：实施例18所得手性柱，柱压为25MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为99:1，流速为0.5mL/min。

图29为实施例18所得手性色谱柱用于分离手性氨基酸前体-2；手性氨基酸前体的分离条件：实施例18所得手性柱，柱压为25MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为99:1，流速为0.5mL/min。

图30为实施例22所得手性色谱柱用于分离手性氨基酸前体-1；手性氨基酸前体的分离条件：实施例22所得手性柱，柱压为25MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为99:1，流速为0.5mL/min。

图31为实施例22所得手性色谱柱用于分离手性氨基酸前体-2；手性氨基酸前体的分离条件：实施例22所得手性柱，柱压为25MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为99:1，流速为0.5mL/min。

图32为实施例24所得手性柱用于分离手性硝基烷烃-1；手性硝基烷烃的分离条件：实施例24所得手性柱，柱压为25MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为96.8:3.2，流速为0.5mL/min。

图33为实施例28所得手性柱用于分离手性硝基烷烃-2；手性硝基烷烃的分离条件：实施例28所得手性柱，柱压为25MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为96.8:3.2，流速为0.5mL/min。

图34为实施例30所得手性色谱柱用于分离手性环碳酸酯-1；手性环碳酸酯的分离条件：实施例30所得手性柱，柱压为45MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为96.8:3.2，流速为1.0mL/min。

图35为实施例30所得手性色谱柱用于分离手性环碳酸酯-2；手性环碳酸酯的分离条件：实施例30所得手性柱，柱压为45MPa，流动相为正己烷(n-hexane)和异丙醇(i-PrOH)，正己烷:异丙醇的体积比为96.8:3.2，流速为1.0mL/min。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明给予进一步的说明。

本发明利用光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤代替常用的酰卤或异氰酸酯，作为纤维素衍生化试剂，发明了一种光学纯扁桃酸衍生物-纤维素固定相及其制备方法，并进一步展示该固定相在手性分离分析中的应用。

研究表明，衍生化试剂结构的微小变化，也会导致纤维素手性固定相分离效率发生重大改变。本发明使用光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤(图1C)与微晶纤维素制备手性色谱柱前体CSP-A(图1A)或CSP-B(图1B)，并涂覆或键合在硅胶表面，形成手性柱填料，再进一步制成不锈钢手性色谱柱，用于手性物质的分离与分析。具体内容如下：

一、涂覆型光学纯扁桃酸衍生物-微晶纤维素衍生物CSP-A的合成

1.第一步，从光学纯扁桃酸或其衍生物出发，制备光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤。

2.第二步，将微晶纤维素在碱性条件下直接加入5～10当量(光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤物质的量的倍数)的光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤，加热搅拌后即得涂覆型光学纯扁桃酸衍生物-微晶纤维素衍生物CSP-A(图2)。

二、键合型光学纯扁桃酸衍生物-微晶纤维素衍生物CSP-B的合成

1.第一步，从光学纯扁桃酸或其衍生物出发，制备手性扁桃酸衍生物酰卤。

2.第二步，使用微晶纤维素，使其6-羟基和三苯基氯甲烷(Trityl-Cl)反应，得到6-羟基保护的纤维素(Trityl-1)，在碱性条件下，与衍生化试剂光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰氯(R*COX，图1C)生成2,3-位保护的纤维素，在酸性条件下进行6-羟基去保护，获得6-羟基-2,3-位保护的纤维素，再与硅烷试剂反应，即得键合型光学纯扁桃酸衍生物-微晶纤维素衍生物CSP-B(图2)。

在CSP-A(图2)的结构通式中，R¹为苯环上各种取代基，这种取代基的数目为1至5个；取代基的位置可在苯环的2至6位；取代基的种类包括卤素、硝基、巯基、羟基、各种烷基、烷氧基、芳基、芳杂环基，但不限于上述列举的取代基种类。R²为氢(H)、各种烷基或各种酰基，但不限于上述列举的取代基种类。*代表手性中心，可以是R-或S-。n＝30～300。

在CSP-B(图2)的结构通式中，R¹为苯环上各种取代基，这种取代基的数目为1至5个；取代基的位置可在苯环的2至6位；取代基的种类包括卤素、硝基、巯基、羟基、各种烷基、烷氧基、芳基、芳杂环基，但不限于上述列举的取代基种类。R²为氢(H)、各种烷基或各种酰基，但不限于上述列举的取代基种类。*代表手性中心，可以是R-或S-。R³为甲基(Me)或乙基(Et)。n＝30～300，m＝3～10。

三、色谱固定相的合成

将获得的纤维素衍生物CSP-A涂覆在氨化硅胶表面，形成手性固定相，将获得的纤维素衍生物CSP-B键合在色谱级硅胶表面，形成手性固定相。具体涂覆或键合步骤为：将干燥的色谱级硅胶或氨化硅胶和上述获得的微晶纤维素衍生物CSP-A或CSP-B分散于三氯甲烷中，在氮气保护下于80～100℃搅拌反应5～10小时，在室温下真空除去溶剂。固体用甲醇或丙酮洗涤，真空40～60℃下干燥12～24小时，得到手性固定相。

四、光学纯扁桃酸衍生物-纤维素衍生物色谱固定相的应用

本发明光学纯扁桃酸衍生物-纤维素衍生物作为手性选择剂，通过涂覆或键合的方法将其固定于硅胶载体上，匀浆法填充于不锈钢柱(250mm×4.6mm)中形成手性色谱柱。适用于高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、毛细管电泳(CE)、超临界流体色谱(SFC)等仪器上用作手性分离固定相，所制得的固定相具有很强的手性识别能力和良好的稳定性能，可对多种不同类型的手性化合物实现分离。例如将上述制备的光学纯扁桃酸衍生物-纤维素衍生物色谱固定相，利用匀浆法填充在内径为4.6mm、长度为250mm的不锈钢柱中，获得手性柱，可用于分离手性氨基酸、手性硝基烷烃、手性环碳酸酯等多种不同类型的手性化合物(图3，*代表手性中心)。

五、CSP-A、CSP-B的合成、应用举例

第一部分：涂覆型扁桃酸酰基纤维素(CSP-A1～A10)的合成

实施例1. 2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A1的合成(图4)

操作步骤：

氩气氛围下，(S)-扁桃酸(化合物1，15.20克，光学纯度>98％)悬浮于15mL干燥的吡啶和200mL干燥的二氯甲烷(CH₂Cl₂)中，搅拌并冷却到-5℃。15min后，用注射器缓慢滴入7.5mL新蒸的乙酰氯(AcCl)，10min内滴加完毕。反应液自然升至室温，搅拌8h，减压蒸干溶剂，向所得残余物加入200mL二氯甲烷，依次用去离子水(50mL)、饱和氯化铵水溶液(50mL)、去离子水(50mL)、饱和食盐水(50mL)洗涤，无水硫酸钠干燥，减压蒸除溶剂，得淡黄色粘稠状产物19.2克(产率99％)，静置6小时，固化为淡黄色晶体(化合物2a，图21)，无需进一步纯化，直接用于下一步反应。

氩气氛围下，将淡黄色晶体(化合物2a)溶于30.0mL新蒸的氯化亚砜(SOCl₂)中，室温搅拌3小时，薄层层析(TLC)监测反应已完全，减压蒸除过量氯化亚砜，得淡黄色液体S-扁桃酸酰氯(化合物3a)，光学纯度>95％ee。在上述步骤操作间隙，氩气氛围下，将微晶纤维素(6.0g)在120mL新蒸吡啶中加热到110℃，备用。分四批加入上述新制得的扁桃酸酰氯(化合物3a)，继续搅拌反应24h；冷至室温，有固体粉末析出，快速抽滤，滤饼用干燥甲醇洗涤两次，每次20.0mL。将获得的滤饼悬浮在100.0mL甲醇中，室温搅拌24h，抽滤，滤饼用100mL甲醇洗涤5次(每次20.0mL)，所得粉红色固体室温真空干燥，得可用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A1(8.3g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1760(C＝O),1600(Ar),1545(Ar)。

实施例2. 2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A2的合成(图5)

操作步骤：

只需将实施例1中的乙酰氯换成苯甲酰氯，其余操作步骤同实施例1，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A2(9.2g)，置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1720(C＝O),1650(Ar),1555(Ar)。

实施例3. 2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A3的合成(图6)

操作步骤：

只需将实施例1中的乙酰氯换成4-甲基苯甲酰氯，其余操作步骤同实施例1，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A3(9.7g)，置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1726(C＝O),1676(Ar),1535(Ar)。

实施例4. 2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A4的合成(图7)

操作步骤：

只需将实施例1中的乙酰氯换成3,5-二甲基苯甲酰氯，其余操作步骤同实施例1，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A4(10.1g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1735(C＝O),1665(Ar),1545(Ar)。

实施例5. 2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A5的合成(图8)

操作步骤：

只需将实施例1中的乙酰氯换成4-氯苯甲酰氯，其余操作步骤同实施例1，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A5(11.6g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1786(C＝O),1690(Ar),1560(Ar)。

实施例6. 2,3,6-三(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素CSP-A6的合成(图9)

操作步骤：

只需将实施例1中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-氯扁桃酸，其余操作步骤同实施例1，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素CSP-A6(8.4g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1765(C＝O),1670(Ar),1560(Ar)。

实施例7. 2,3,6-三(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素CSP-A7的合成(图10)

操作步骤：

只需将实施例1中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-甲基扁桃酸，其余操作步骤同实施例1，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素CSP-A7(7.5g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1780(C＝O),1660(Ar),1540(Ar)。

实施例8. 2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A8的合成(图11)

操作步骤：

氩气氛围下，(S)-扁桃酸(15.20克，光学纯度>98％)悬浮于60mL无水甲醇(MeOH)中，搅拌并冷却到-5℃。15min后，用注射器缓慢滴入6.0mL新蒸的氯化亚砜(SOCl₂)，5min内滴加完毕。反应自然升至室温，搅拌8h，减压蒸干溶剂，得粗产物(化合物2h，图25)；向所得粗产物(化合物2h)中加入200mL丙酮，再加入1当量碳酸钠(Na₂CO₃)固体，搅拌下滴加1.1当量的碘甲烷(CH₃I)，室温搅拌反应24h；过滤，所得滤液减压蒸干，得粗产物(化合物3h，图26)；将粗产物(化合物3h)溶解在100mL无水甲醇中，室温下滴加质量分数为30％的氢氧化钠(NaOH)水溶液，滴加完毕后继续搅拌反应8h，减压蒸干溶剂，残余液用6N盐酸(HCl)调节酸性至pH＝4后用乙醚萃取3次(每次用量100mL)，合并有机相，干燥后蒸干溶剂得粗产物(化合物4h)，真空干燥后备用。

氩气氛围下，将粗产物(化合物4h)溶于30.0mL新蒸的氯化亚砜(SOCl₂)中，室温搅拌4小时，薄层层析(TLC)监测反应已完全，减压蒸除过量氯化亚砜，得淡黄色液体S-扁桃酸酰氯(化合物5h)，光学纯度>95％ee。在上述步骤操作间隙，氩气氛围下，将微晶纤维素(6.0g)在120mL新蒸吡啶中加热到110℃，备用。分四批加入上述新制得的扁桃酸酰氯(化合物5h)，继续搅拌反应24h；冷至室温，有固体粉末析出，快速抽滤，滤饼用干燥甲醇洗涤两次，每次20.0mL。将获得的滤饼悬浮在100.0mL甲醇中，室温搅拌24h，抽滤，滤饼用100mL甲醇洗涤5次(每次20.0mL)，所得棕色固体室温真空干燥，得可用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三扁桃酸酰基纤维素CSP-A8(8.7g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1755(C＝O),1650(Ar),1545(Ar)。

实施例9. 2,3,6-三(4-氯)扁桃酸酰基纤维素CSP-A9的合成(图12)

操作步骤：

只需将实施例8中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-氯扁桃酸，其余操作步骤同实施例8，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素CSP-A9(11.5g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1780(C＝O),1660(Ar),1540(Ar)。

实施例10. 2,3,6-三(4-甲基)扁桃酸酰基纤维素CSP-A10的合成(图13)

操作步骤：

只需将实施例8中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-甲基扁桃酸，其余操作步骤同实施例8，可获得用于涂覆型手性柱填料的2,3,6-三(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素CSP-A10(9.7g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1770(C＝O),1685(Ar),1575(Ar)。

第二部分：键合型扁桃酸酰基纤维素(CSP-B1～B5)的合成

实施例11. 2,3-二扁桃酸酰基纤维素CSP-B1的合成(图14)

以(S)-扁桃酸为原料，通过乙酰化，再制得酰氯(参照实施例1)，然后和微晶纤维素衍生物Trityl-1(即6位羟基保护的微晶纤维素，图20)在碱性条件(吡啶)下反应，获得2,3-位羟基保护的微晶纤维素(图22)后，在酸性条件下去除Trityl基团，使6-位羟基裸露(图23)，最后利用三甲氧基硅基丙基异氰酸酯，对6-位羟基进行衍生化，获得微手性调节纤维素衍生物(图24)。

操作步骤：

氮气氛围下，干燥的微晶纤维素(6.0g)与过量的三苯基氯甲烷(Trityl-Cl，21.0g)在120mL新蒸吡啶中加热到90℃，搅拌反应24h；小心加入预先制备的22.0mL扁桃酸酰氯(化合物3a)，再搅拌反应24h；冷至室温，有固体粉末析出，快速抽滤，滤饼依次用干燥的乙酸乙酯和甲醇分别洗涤两次，每次20.0mL。获得的固体悬浮在600.0mL甲醇中，加入2.0mL浓盐酸，室温搅拌24h，除去6-位保护基，抽滤，滤饼用1000mL甲醇洗涤10次(每次100.0mL)，所得固体室温真空干燥，得淡黄色固体粉末2,3-二扁桃酸酰基纤维素(化合物7a，10.2g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1785(C＝O),1620(Ar),1545(Ar)。

将2,3-二扁桃酸酰基纤维素(化合物7a)悬浮于300mL超干吡啶中，加热到90℃，小心加入10mL三甲氧基硅基丙基异氰酸酯，继续搅拌反应24h，冷至室温，向残余物中加入300mL无水甲醇，抽滤，滤饼用600mL甲醇洗涤6次(每次100.0mL)，所得固体室温真空干燥，得浅棕色固体粉末，即用于键合型手性柱填料的2,3-二扁桃酸酰基纤维素CSP-B1(8.9g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1775(C＝O),1655(Ar),1525(Ar)。

实施例12. 2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B2的合成(图15)

操作步骤：

只需将实施例11中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-氯扁桃酸，其余操作步骤同实施例11，可获得用于键合型手性柱填料的2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B2(9.4g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1780(C＝O),1640(Ar),1545(Ar)。

实施例13. 2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B3的合成(图16)

操作步骤：

只需将实施例11中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-甲基扁桃酸，其余操作步骤同实施例11，可获得用于键合型手性柱填料的2,3-二(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B3(8.2g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1775(C＝O),1640(Ar),1555(Ar)。

实施例14. 2,3-二扁桃酸酰基纤维素CSP-B4的合成(图17)

操作步骤：

将实施例11中的(S)-扁桃酸按照实施例8经酯化、甲基化、水解和酰氯化，得到(S)-扁桃酸酰氯(化合物5h)。其余操作步骤同实施例11，可获得用于键合型手性柱填料的2,3-二-扁桃酸酰基纤维素CSP-B4(8.1g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1760(C＝O),1675(Ar),1545(Ar)；核磁图谱参见图27。

实施例15. 2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B5的合成(图18)

操作步骤：

将实施例14中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-氯扁桃酸，然后按照实施例8经酯化、甲基化、水解和酰氯化，得到(S)-4-氯扁桃酸酰氯(化合物5i)。其余操作步骤同实施例11，可获得用于键合型手性柱填料的2,3-二(4-氯)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B5(9.1g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1765(C＝O),1655(Ar),1540(Ar)。

实施例16. 2,3-二(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B6的合成(图19)

操作步骤：

将实施例14中的(S)-扁桃酸换成(S)-4-甲基扁桃酸，然后按照实施例8经酯化、甲基化、水解和酰氯化，得到(S)-4-甲基扁桃酸酰氯(化合物5j)。其余操作步骤同实施例11，可获得用于键合型手性柱填料的2,3-二(4-甲基)-扁桃酸酰基纤维素CSP-B6(7.8g)。置于真空干燥箱中备用。红外分析IR(cm^-1):1720(C＝O),1635(Ar),1540(Ar)。

第三部分：涂覆型扁桃酸酰基纤维素手性固定相的制备及手性分离应用实例

实施例17.称取3.0g干燥的氨化硅胶和等摩尔量合成得到的微晶纤维素衍生物(CSP-A1，约5.0克)，加入30mL三氯甲烷，在氮气保护下于90℃搅拌反应8小时。在室温下真空除去溶剂，得淡黄色粉末状固体。固体用丙酮洗涤，真空50℃下干燥24小时，得到涂覆型手性固定相CSP-A1-SG。

实施例18.称取实施例17所得的手性固定相(CSP-A1-SG)3.0克，匀浆法填充于250×4.6mm ID不锈钢柱中。所得手性色谱柱用于分离手性样品。手性氨基酸前体作为测试样品，以正己烷(n-Hexane)和异丙醇(i-PrOH)为流动相，在适当流速下，对上述色谱柱在Agilent 1200液相色谱仪上进行检测，检测波长为254nm。从图28可以看出被分离样品获得了基线分离，从图29可以看出被分离样品未获得了基线分离。

实施例19.称取3.0g干燥的氨化硅胶和等摩尔量合成得到的微晶纤维素衍生物(CSP-A2，约5.0克)，加入30mL三氯甲烷，在氮气保护下于90℃搅拌反应8小时。在室温下真空除去溶剂，得淡黄色粉末状固体。固体用丙酮洗涤，真空50℃下干燥24小时，得到手性固定相CSP-A2-SG。

实施例20.称取实施例19所得的手性固定相(CSP-A2-SG)3克，匀浆法填充于250×4.6mm ID不锈钢柱中。所得手性色谱柱用于分离手性样品。以手性硝基烷烃作为测试样品，以正己烷(n-Hexane)和异丙醇(i-PrOH)为流动相，在适当流速下，对色谱柱在Agilent1200液相色谱仪上进行检测，检测波长为210nm。

实施例21.称取3.0g干燥的氨化硅胶和等摩尔量合成得到的微晶纤维素衍生物(CSP-A8，约5.0克)，加入30mL三氯甲烷，在氮气保护下于90℃搅拌反应8小时。在室温下真空除去溶剂，得淡黄色粉末状固体。固体用丙酮洗涤，真空50℃下干燥24小时，得到手性固定相CSP-A8-SG。

实施例22.称取实施例21所得的手性固定相3克，匀浆法填充于250×4.6mm ID不锈钢柱中。所得手性色谱柱用于分离手性样品。以手性环碳酸酯作为测试样品，以正己烷(n-Hexane)和异丙醇(i-PrOH)为流动相，在适当流速下，对色谱柱在Agilent 1200液相色谱仪上进行检测，检测波长为254nm。从图30、图31可以看出被分离样品获得了基线分离。

实施例23.称取3.0g干燥的氨化硅胶和等摩尔量合成得到的微晶纤维素衍生物(CSP-A9，约5.0克)，加入30mL三氯甲烷，在氮气保护下于90℃搅拌反应8小时。在室温下真空除去溶剂，得淡黄色粉末状固体。固体用丙酮洗涤，真空50℃下干燥24小时，得到手性固定相CSP-A9-SG。

实施例24.称取实施例23所得的手性固定相3克，匀浆法填充于250×4.6mm ID不锈钢柱中。所得手性色谱柱用于分离手性样品。以手性硝基烷烃作为测试样品，以正己烷(n-Hexane)和异丙醇(i-PrOH)为流动相，在适当流速下，对色谱柱在Agilent 1200液相色谱仪上进行检测，检测波长为210nm。从图32可以看出被分离样品获得了基线分离。

通过上述实施例，可以看出制备的涂覆型固定相对环碳酸酯和硝基甲烷衍生物具有基线分离能力，对氨基酸衍生物没有达到基线分离。

第四部分：键合型扁桃酸酰基纤维素手性固定相的制备及手性分离应用实例

实施例25.称取3.0g干燥的色谱用硅胶和等摩尔量合成得到的微晶纤维素衍生物(CSP-B1，约5.0克)，加入30mL三氯甲烷，在氮气保护下于90℃搅拌反应8小时。在室温下真空除去溶剂，用封端剂三甲氧基硅烷封端后，所得固体用甲醇洗涤，真空50℃下干燥24小时，得到手性固定相CSP-B1-SG。

实施例26.称取实施例25所得的手性固定相3克，匀浆法填充于250×4.6mm ID不锈钢柱中。所得手性色谱柱用于分离手性样品。以手性氨基酸前体作为测试样品，以正己烷(n-Hexane)和异丙醇(i-PrOH)为流动相，在适当流速下，对上述色谱柱在Agilent 1200液相色谱仪上进行检测，检测波长为254nm。

实施例27.称取3.0g干燥的色谱用硅胶和等摩尔量合成得到的微晶纤维素衍生物(CSP-B2，约5.0克)，加入30mL三氯甲烷，在氮气保护下于90℃搅拌反应8小时。在室温下真空除去溶剂，用封端剂三甲氧基硅烷封端后，所得固体用甲醇洗涤，真空50℃下干燥24小时，得到手性固定相CSP-B2-SG。

实施例28.称取实施例27所得的手性固定相3克，匀浆法填充于250×4.6mm ID不锈钢柱中。所得手性色谱柱用于分离手性样品。以手性硝基烷烃作为测试样品，以正己烷(n-Hexane)和异丙醇(i-PrOH)为流动相，在适当流速下，对色谱柱在Agilent 1200液相色谱仪上进行检测，检测波长为210nm。从图33可以看出被分离样品获得了基线分离。

实施例29.称取3.0g干燥的色谱用硅胶和等摩尔量合成得到的微晶纤维素衍生物(CSP-B3，约5.0克)，加入30mL三氯甲烷，在氮气保护下于90℃搅拌反应8小时。在室温下真空除去溶剂，用封端剂三甲氧基硅烷封端后，所得固体用甲醇洗涤，真空50℃下干燥24小时，得到手性固定相CSP-B3-SG。

实施例30.称取实施例29所得的手性固定相3克，匀浆法填充于250×4.6mm ID不锈钢柱中。所得手性色谱柱用于分离手性样品。以手性环碳酸酯作为测试样品，以正己烷(n-Hexane)和异丙醇(i-PrOH)为流动相，在适当流速下，对色谱柱在Agilent 1200液相色谱仪上进行检测，检测波长为254nm。从图34可以看出被分离样品获得了基线分离；从图35可以看出被分离样品没有实现基线分离。

通过上述实施例，可以看出制备的键合型固定相对芳基取代的硝基甲烷衍生物和苯基取代的氨基酸衍生物具有基线选择分离能力，对芳基环碳酸酯没有达到基线分离。

Claims

1.一种纤维素衍生物，其特征在于：该纤维素衍生物的结构如式II或式III所示：

式II中，R¹为氢或苯环上的取代基，该取代基的数目为1至5个，取代基选自卤素或烷基；R²选自氢、烷基或酰基；*代表手性中心；

式III中，R¹为氢或苯环上的取代基，该取代基的数目为1至5个，取代基选自卤素或烷基；R²选自氢、烷基或酰基；*代表手性中心；R³选自甲基或乙基；

式II中，n＝30～300；式III中，n＝30～300，m＝3～10。

2.一种如权利要求1所述的纤维素衍生物的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

以纤维素为原料，以光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤为手性衍生化试剂，通过反应使纤维素的裸露羟基与手性衍生化试剂成酯，得到用于制备涂覆型手性柱色谱填料的纤维素衍生物；

或者，将纤维素的裸露羟基进行选择性保护后，通过反应使所述纤维素的裸露羟基与所述手性衍生化试剂成酯，然后依次经羟基脱保护以及利用硅烷试剂进行衍生化，得到用于制备键合型手性柱色谱填料的纤维素衍生物；

光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤的结构如式I所示：

其中，R¹为氢或苯环上的取代基，该取代基的数目为1至5个，取代基选自卤素或烷基；R²选自氢、烷基或酰基；X选自氯或溴；*代表手性中心。

3.根据权利要求2所述的纤维素衍生物的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体包括以下步骤：

1)对光学纯扁桃酸或光学纯扁桃酸衍生物的手性羟基进行酰化，然后经酰卤化制备得到光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤；或者，对光学纯扁桃酸或光学纯扁桃酸衍生物的羧基进行酯化以及对手性羟基进行烷基化，然后经水解及酰卤化，得到光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤；

2)惰性气氛下，将1当量纤维素在碱性条件下，与5～10当量的光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤，在80～110℃反应4～24h，反应后经冷却析出得用于制备涂覆型手性柱色谱填料的纤维素衍生物；或者，惰性气氛下，先在碱性条件下将1当量纤维素与1～5当量羟基选择性保护剂在80～110℃反应4～24h，得到6-羟基保护的纤维素；然后在碱性条件下，将1当量6-羟基保护的纤维素与5～10当量光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤在80～110℃反应4～24h，反应后经冷却析出得到2,3-位保护的纤维素；在酸性条件下，将2,3-位保护的纤维素在25～40℃反应8～24小时，进行6-羟基去保护，得到6-羟基-2,3-位保护的纤维素；在碱性条件下将1当量6-羟基-2,3-位保护的纤维素与1～5当量的硅烷试剂在80～110℃反应4～24h，反应结束后冷却、抽滤得用于制备键合型手性柱色谱填料的纤维素衍生物；当量指相对于光学纯扁桃酸酰卤或光学纯扁桃酸衍生物酰卤的物质的量的倍数。

4.根据权利要求3所述的纤维素衍生物的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，酰化的反应条件为：惰性气氛下，在碱性条件下，以1～5当量苯甲酰氯、乙酰氯、4-甲基苯甲酰氯、3,5-二甲基苯甲酰氯或4-氯苯甲酰氯做酰化试剂，于0～25℃反应8～24h；

酯化的反应条件为：惰性气氛下，以50～100当量的甲醇为酯化试剂，在甲醇中加入0.01～0.1当量的氯化亚砜，于0～25℃反应4～24h；

烷基化的反应条件为：将酯化产物与1～2当量的烷基化试剂于0～25℃反应8～24h；

水解的反应条件为：将烷基化产物在碱性条件下，于0～25℃反应8～24h；

酰卤化的反应条件为：惰性气氛下，以10～20当量的氯化亚砜为酰卤化试剂，在氯化亚砜中于0～25℃反应3～24h；

所述纤维素选自微晶纤维素，提供碱性条件的试剂选自吡啶、三乙胺或氢氧化钠；提供酸性条件的试剂选自质量分数为10～37％的盐酸、质量分数为10～20％的硫酸或3～5当量的路易斯酸。

5.一种光学纯扁桃酸衍生物-纤维素固定相，其特征在于：包括固定相基质以及涂敷或键合在固定相基质上的手性选择剂，所述手性选择剂选自如式II或式III所示的纤维素衍生物：

式II中，n＝30～300；式III中，n＝30～300，m＝3～10。

6.根据权利要求5所述一种光学纯扁桃酸衍生物-纤维素固定相，其特征在于：固定相基质选自多孔硅胶颗粒，硅胶颗粒的金属杂质含量小于30ppm；硅胶颗粒的粒径为10～60μm，孔径为

比表面积为15～50m²/g。

7.一种光学纯扁桃酸衍生物-纤维素固定相的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

将手性选择剂涂敷或键合在固定相基质上，手性选择剂选自如式II或式III所示的纤维素衍生物：

式II中，n＝30～300；式III中，n＝30～300，m＝3～10；

其中，涂敷或键合具体包括以下步骤：

a.将干燥的氨化硅胶与1～1.5当量的式II或式III所示的纤维素衍生物分散于三氯甲烷中，在惰性气氛保护下于80～100℃搅拌5～10小时，在0～25℃下真空除去溶剂，得固体；

或将干燥的色谱用硅胶与1～1.5当量的式II或式III所示的纤维素衍生物分散于三氯甲烷中，在惰性气氛保护下于80～100℃搅拌5～10小时，在0～25℃下真空除去溶剂后用封端剂封端，得固体；

当量指相对于硅胶的物质的量的倍数；

b.将固体用甲醇或丙酮洗涤后于真空、40～60℃下干燥12～24小时。

8.一种如权利要求5所述的光学纯扁桃酸衍生物-纤维素固定相在分离手性化合物中的应用，其特征在于：所述手性化合物选自手性氨基酸、手性硝基烷烃或手性环碳酸酯。