CN110407694A - 一种水溶性柱芳烃手性放大剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种水溶性柱芳烃手性放大剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水溶性柱芳烃放大剂及其制备方法和应用，属于手性化合物检测技术领域。水溶性柱芳烃手性放大剂为具有如下式(Ⅰ)所示结构的全羧基铵盐柱芳烃或全羧基钠盐柱芳烃。本发明的水溶性柱芳烃手性放大剂以全羟基柱芳烃为原料，由全羟基柱芳烃合成全酯基柱芳烃，再由全酯基柱芳烃与碱反应制备得到。将水溶性柱芳烃手性放大剂与手性小分子混合，通过络合作用，能够增强手性小分子的圆二色谱信号，因此可以检测到其圆二色谱信号。本发明基于水溶性柱芳烃手性放大剂的圆二色谱手性信号放大方法，简单易行方便快捷。式(Ⅰ)中，n＝1或2，M为NH4或Na。

Description

一种水溶性柱芳烃手性放大剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于手性化合物检测技术领域，具体是一种水溶性柱芳烃手性放大剂及其制备方法和应用。
背景技术
在很多化合物中，对映异构体的分子式完全相同，但其中原子或原子基团在空间的配置不同，互为镜像，我们称这种不能和自身镜像结构重合的分子为手性分子。所有的手性分子都具有光学活性，同时所有具有光学活性的化合物的分子，都是手性分子。手性分子包括不具有任何对称因素的不对称分子和具有简单对称轴而不具有其他对称因素的非对称分子。
手性分子之间有许多相同的理化性质，如熔点、溶解度、发生相同类型的化学反应等，也有一些差异极大的理化性质，如旋光性，气味，与手性物质相互作用产生不同的产物，特别是许多与生物体密切相关的生化反应。
在化学化工与药物的发展中，手性分子在基础研究及化工生产都扮演着重要的角色，许多原料、底物都是具有手性的化合物，而且同一分子的不同手性异构体的生物活性、药物活性及代谢循环大多有显著差异。因此如何鉴别出一种手性化合物的对映异构体以及测定对映体过量值对于研发、生产和医药都十分重要。
圆二色谱是一种用于手性检测的旋光光谱。光学活性物质对组成平面偏振光的左旋和右旋圆偏振光的吸收系数(ε)是不相等的，εL≠εR，即具有圆二色性。如果以不同波长的平面偏振光的波长λ为横坐标，以吸收系数之差Δε＝εL-εR为纵坐标作图，得到的图谱即是圆二色光谱，简称CD。如果某手性化合物在紫外可见区域有吸收，就可以得到具有特征的圆二色光谱。
不同的手性化合物及同一手性化合物的对映异构体在圆二色谱上或有信号强度的不同，或有信号正负的不同，或有峰值波长的不同，以此可以判断手性化合物的手性。
但是并不是所有手性化合物都可以用圆二色谱来检测手性，当手性化合物的紫外吸收在250nm以下或者偏光能力较弱时，圆二色谱往往无法检测其手性，即没有或有很弱的圆二色谱信号。这类手性化合物大多都是常用的工业原料或药物原料，例如氨基酸、环氧丙烷及炔丙醇。因此利用现有技术，发展一种新的能够放大手性化合物圆二色谱信号的方法是十分有意义且有挑战的一项工作。
公开号为CN104237136A公开了一种基于金核-银卫星手性组装体的赭曲霉毒素A的超灵敏检测方法，主要工艺步骤为：(1)35nm粒径的金纳米粒子的合成，(2)8nm粒径的银纳米粒子的合成，(3)金纳米粒子上适配体的修饰，(4)银纳米粒子上适配体部分互补序列的修饰，(5)金核银卫星结构的组装，(6)圆二色谱检测，建立金银手性信号叠加与赭曲霉毒素A的浓度的标准曲线。通过组装和修饰后的赭曲霉毒素A，可用圆二色谱检测其手性信号。与传统的赭曲霉毒素A检测手段相比，该方法具有灵敏度高、检测限低、方便、快捷的优点。但是为使圆二色谱检测检测到赭曲霉毒素A的手性信号，赭曲霉毒素A需经过金纳米粒子和银纳米的修饰和组装过程，该过程长达32h。该方法不仅历时较长，而且所使用的金纳米粒子和银纳米粒子属于贵金属，提高了测试成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种性质稳定，可以长期保存，取用方便的放大手性小分子圆二色谱信号的水溶性柱芳烃手性放大剂。
一种水溶性柱芳烃手性放大剂，所述的水溶性柱芳烃手性放大剂为具有如下式(Ⅰ)所示结构的全羧基铵盐柱芳烃或全羧基钠盐柱芳烃：
式(Ⅰ)中，n＝1或2；M为NH4或Na。
本发明还提供了一种所述的水溶性柱芳烃手性放大剂的制备方法，该方法操作简单，成本低。
一种水溶性柱芳烃手性放大剂的制备方法，包括：
(1)将全羟基柱芳烃、氯乙酸乙酯、无水碳酸钾溶于乙腈中，混合均匀，在氩气气氛保护下，于80～95℃条件下搅拌反应，反应结束后，过滤，旋干溶剂，将所得固体溶于二氯甲烷中，用水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，用硅胶柱层析分离，浓缩，得到全酯基柱芳烃；
(2)将步骤(1)所得的全酯基柱芳烃与NaOH固体溶于由乙醇和水配制的混合液中，在80～100℃条件下反应，反应结束后冷却至室温，加入浓盐酸，析出固体，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤，干燥，得到全羧基柱芳烃；
(3)将步骤(2)所得的将全羧基柱芳烃溶于碱溶液中，于室温下进行搅拌反应，反应结束后，减压旋干，得到水溶性柱芳烃。
步骤(1)中所述的全羟基柱芳烃为全羟基柱[5]芳烃或全羟基柱[6]芳烃。
步骤(1)中所述的全羟基柱芳烃的羟基摩尔数与氯乙酸乙酯、无水碳酸钾的摩尔比为1：(1～1.5)：(1～1.5)。
为使步骤(1)能得到全酯基柱芳烃，氯乙酸乙酯应适当过量，以保证全羟基柱芳烃中的羟基完全反应，同时加入的无水碳酸钾与反应过程中生成的HCl发生中和反应，及时除去反应生成的HCl，使反应进行完全。
步骤(1)中所述的硅胶柱层析的洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯混合液，石油醚和乙酸乙酯的体积比为3：1。
步骤(3)中所述的碱溶液为氨水时，得到的是全羧基铵盐柱芳烃。
步骤(3)中所述的碱溶液为NaOH溶液时，NaOH与全羧基柱芳烃中羧基的摩尔比为1：1，得到的是全羧基钠盐柱芳烃。
本发明还提供了一种利用上述水溶性柱芳烃手性放大剂，简便、快速地放大手性有机小分子的圆二色谱信号，从而进行圆二色谱手性信号的检测方法。
所述的全羧基铵盐柱芳烃和全羧基钠盐柱芳烃在性质上完全一样，全羧基铵盐柱芳烃或全羧基钠盐柱芳烃与手性小分子混合，通过全羧基铵盐柱芳烃或全羧基钠盐柱芳烃与手性小分子之间的络合作用，生成手性主客体络合物，主客体络合物有较强的紫外吸收，能够增强手性小分子的圆二色谱信号，因此可以检测到其圆二色谱信号。
一种基于水溶性柱芳烃手性放大剂的圆二色谱手性信号检测方法，包括：
(1)配置浓度为0.1～10mM待测手性小分子水溶液；
(2)在待测手性小分子水溶液中加入等当量的全羧基铵盐柱芳烃或全羧基钠盐柱芳烃形成混合液；
(3)将步骤(2)所得的混合液进行圆二色谱检测，测得待测手性小分子的手性信号。
所述的待测手性小分子为分子直径小于且能被水溶性柱芳烃络合的水溶性手性小分子。
作为优选，所述的待测手性小分子为氨基酸、炔丙醇或炔丙醇衍生物。
所述的炔丙醇衍生物为炔丙醇中连接羟基的碳上的氢，至少有一个被直链烷基取代。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的水溶性柱芳烃手性放大剂性质稳定，可以长期保持，且取用方便。
2、本发明提供的水溶性柱芳烃手性放大剂的制备方法，分子设计与合成过程简单，为纯有机大环化合物，且合成成本低。
3、本发明提供的基于水溶性柱芳烃手性放大剂的圆二色谱手性信号检测方法，仅需将水溶性柱芳烃与待测手性小分子混合，进行圆二色谱检测，即可测得待测手性小分子的手性信号。该方法效果显著，操作简便，方便快捷，有望成为一种新兴的手性检测手段。
4、本发明对圆二色谱检测的手性放大剂的设计和制备提供了新思路与新选择。
附图说明
图1为全羧基铵盐柱[5]和柱[6]芳烃对氨基酸进行手性信号放大后的圆二色谱谱图；
其中，(a)D-精氨酸的圆二色谱；(b)D/L-精氨酸和WP5混合液的圆二色谱；(c)D/L-精氨酸和WP6混合液的圆二色谱；(d)D/L-赖氨酸和WP5混合液的圆二色谱。
图2为全羧基铵盐柱[5]和柱[6]芳烃对炔丙醇进行手性信号放大后的圆二色谱谱图。
具体实施方式
实施例1
全羧基铵盐柱[5]芳烃WP5的合成：
(1)称取2.40g全羟基柱[5]芳烃P5-1于250mL圆底烧瓶中，依次加入10mL氯乙酸乙酯，30g无水碳酸钾，100mL乙腈，在氩气气氛保护下，于85℃条件下搅拌反应48h。反应结束后，过滤，旋干溶剂，将所得固体溶于200mL的二氯甲烷中，用300mL蒸馏水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，用硅胶柱层析分离，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯体积比为3:1的混合液，浓缩，得到0.62g全酯基柱[5]芳烃P5-2。
(2)称取步骤(1)得到的全酯基柱[5]芳烃0.15g于100mL圆底烧瓶中，依次加入0.30g NaOH固体，20mL乙醇，20mL蒸馏水，在90～95℃条件下反应12～13h，冷却至室温，加入10mL浓盐酸，有大量固体析出，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤，真空干燥，得到0.17g全羧基柱[5]芳烃WP5-OH。
(3)称取步骤(2)得到的全羧基柱[5]芳烃WP5-OH 0.56g于50mL圆底烧瓶中，加入20mL氨水，室温下搅拌反应4～5h。减压旋干，得到0.58g全羧基铵盐柱[5]芳烃WP5。
本实施例制备的产品表征数据如下：
全羧基铵盐柱[5]芳烃WP5：
1H NMR(400MHz,D2O,298K,ppm):δ6.63(s,10H),4.20(s,20H),3.72(br,10H)；13CNMR(100MHz,D2O,298K,ppm):δ177.9,151.3,130.8,117.9,69.1,30.9。
实施例2
全羧基钠盐柱[5]芳烃WP5-1合成：
(1)称取实施例1步骤(2)所得的全羧基钠盐柱[5]芳烃WP5-OH 0.56g于50mL圆底烧瓶中，加入0.3g NaOH固体，30mL蒸馏水，室温下搅拌反应13h。用盐酸溶液调节pH至6.5左右，减压旋干体系中的蒸馏水，得到0.62g全羧基钠盐柱[5]芳烃WP5-1。
本实施例制备的产品全羧基钠盐柱[5]芳烃WP5-1的表征数据如下：
1H NMR(400MHz,D2O,298K,ppm):δ6.61(s,10H),4.21(s,20H),3.72(br,10H)；13CNMR(100MHz,D2O,298K,ppm):δ177.8,151.2,130.9,117.7,69.1,30.9。
实施例3
全羧基铵盐柱[6]芳烃WP6的合成：
(1)称取1.50g全羟基柱[6]芳烃P6-1于250mL圆底烧瓶中，依次加入10mL氯乙酸乙酯，30g无水碳酸钾，100mL乙腈，在氩气气氛的保护下，于90℃下搅拌反应50h。反应结束后，过滤，旋干溶剂，将所得固体溶于200mL二氯甲烷中，用300mL蒸馏水，无水硫酸钠干燥，过滤，用硅胶柱层析分离，洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯体积比为3:1的混合液，浓缩，得到0.33g全酯基柱[6]芳烃P6-2。
(2)称取步骤(1)所得的全酯基柱[6]芳烃P6-2 0.16g于100mL圆底烧瓶中，依次加入0.35g NaOH固体，20mL乙醇，20mL蒸馏水，在95℃下反应13h，冷却至室温，加入浓盐酸，有大量固体析出，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤，真空干燥，得到0.16g全羧基柱[6]芳烃WP6-OH。
(3)称取步骤(2)所得的全羧基柱[6]芳烃WP6-OH 0.57g于50mL圆底烧瓶中，加入30mL氨水，室温下搅拌反应5h。减压旋干，得到0.61g全羧基铵盐柱[6]芳烃WP6。
本实施例制备的产品表征数据如下：
全羧基铵盐柱[6]芳烃WP6：
1H NMR(400MHz,D2O,298K,ppm):δ6.71(s,10H),4.20(s,20H),3.87(br,10H)；13CNMR(100MHz,D2O,298K,ppm):δ176.8,150.1,128.4,115.9,68.0,30.1。
实施例4
全羧基钠盐柱[6]芳烃WP6-1合成：
(1)称取实施例3步骤(2)所得的全羧基钠盐柱[6]芳烃WP6-OH 0.52g于50mL圆底烧瓶中，加入0.3g NaOH固体，30mL蒸馏水，室温下搅拌反应13h。用盐酸溶液调节pH至6.5左右，减压旋干体系中的蒸馏水，得到0.56g全羧基钠盐柱[6]芳烃WP6-1。
本实施例制备的产品全羧基钠盐柱[6]芳烃WP6-1的表征数据如下：
1H NMR(400MHz,D2O,298K,ppm):δ6.70(s,10H),4.21(s,20H),3.86(br,10H)；13CNMR(100MHz,D2O,298K,ppm):δ176.7,150.1,128.5,115.8,68.0,30.1。
实施例5
利用全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5或全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6对氨基酸进行手性信号放大。
(1)配置浓度为0.1mM的D-精氨酸水溶液，进行圆二色谱测定。
(2)配置浓度为0.1mM的D-精氨酸水溶液，准确称取等当量全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5粉末，将全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5粉末加入上述D-精氨酸溶液中，超声溶解后，进行圆二色谱测定。
重复上述步骤(2)，用L-精氨酸替换D-精氨酸，测定圆二色谱。
重复上述步骤(2)，用全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6替换全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5，测定圆二色谱。
重复上述步骤(3)，用全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6替换全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5，测定圆二色谱。
重复上述步骤(2)，用D-赖氨酸替换D-精氨酸，测定圆二色谱。
重复上述步骤(3)，用L-赖氨酸替换L-精氨酸，测定圆二色谱。
实验结果如图1所示，由实验结果分析可知：
利用全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5或全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6对氨基酸进行圆二色谱信号增强的方法切实可行，即一定浓度的WP5或WP6(0.1mM～10mM)能够使得没有圆二色谱信号的氨基酸(例如精氨酸和赖氨酸)产生明显的圆二色谱信号，且信号强度及信号值正负与氨基酸种类有关。
实施例6
利用全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5或全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6对炔丙醇进行手性信号放大。
配置浓度为0.1mM的S-甲基炔丙醇水溶液，准确称取等当量WP6粉末，将WP6粉末加入上述S-甲基炔丙醇溶液中，混合超声溶解后测定圆二色谱。
重复上述步骤，用R-甲基炔丙醇代替S-甲基炔丙醇。
重复上述步骤，用全羧酸铵盐柱[5]芳烃WP5代替全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6。
实验结果如图2所示，由实验结果分析可知：
利用全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6放大甲基炔丙醇的圆二色谱信号的方法切实可行，全羧酸铵盐柱[6]芳烃WP6在一定浓度范围内(0.1mM～10mM)可以对甲基炔丙醇的圆二色谱信号有明显的放大效果，但全羧酸铵盐柱[5]芳烃无法放大甲基炔丙醇的圆二色谱信号。

Claims (10)

1.一种水溶性柱芳烃手性放大剂，其特征在于，所述水溶性柱芳烃手性放大剂为具有如下式(Ⅰ)所示结构的全羧基铵盐柱芳烃或全羧基钠盐柱芳烃：
式(Ⅰ)中，n＝1或2；M为NH4或Na。
2.一种根据权利要求1所述的水溶性柱芳烃手性放大剂的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将全羟基柱芳烃、氯乙酸乙酯、无水碳酸钾溶于乙腈中，混合均匀，在氩气气氛保护下，于80～95℃条件下搅拌反应，反应结束后，过滤，旋干溶剂，将所得固体溶于二氯甲烷中，用水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，用硅胶柱层析分离，浓缩，得到全酯基柱芳烃；
(2)将步骤(1)所得的全酯基柱芳烃与NaOH固体溶于由乙醇和水配制的混合液中，在80～100℃条件下反应，反应结束后冷却至室温，加入浓盐酸，析出固体，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤，干燥，得到全羧基柱芳烃；
(3)将步骤(2)所得的将全羧基柱芳烃溶于碱溶液中，于室温下进行搅拌反应，反应结束后，减压旋干，得到水溶性柱芳烃。
3.根据权利要求2所述的水溶性柱芳烃手性放大剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的全羟基柱芳烃为全羟基柱[5]芳烃或全羟基柱[6]芳烃。
4.根据权利要求2所述的水溶性柱芳烃手性放大剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的全羟基柱芳烃的羟基摩尔数与氯乙酸乙酯、无水碳酸钾的摩尔比为1：(1～1.5)：(1～1.5)。
5.根据权利要求2所述的水溶性柱芳烃手性放大剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的碱溶液为氨水时，得到全羧基铵盐柱芳烃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的碱溶液为NaOH溶液时，NaOH与全羧基柱芳烃中羧基的摩尔比为1：1，得到全羧基钠盐柱芳烃。
7.根据权利要求1所述的水溶性柱芳烃手性放大剂在放大手性小分子圆二色谱的手性信号中的应用。
8.一种基于水溶性柱芳烃放大剂的圆二色谱手性信号检测方法，其特征在于，包括：
(1)配置浓度为0.1～10mM待测手性小分子水溶液；
(2)在待测手性小分子水溶液中加入等当量的全羧基铵盐柱芳烃或全羧基钠盐柱芳烃形成混合液；
(3)将步骤(2)所得的混合液进行圆二色谱检测，测得待测手性小分子的手性信号。
9.根据权利要求8所述的圆二色谱手性信号检测方法，其特征在于，所述的待测手性小分子为分子直径小于且能被水溶性柱芳烃络合的水溶性手性小分子。
10.根据权利要求8所述的基于水溶性柱芳烃放大剂的圆二色谱手性信号检测方法，其特征在于，所述的待测手性小分子为氨基酸、炔丙醇或炔丙醇衍生物；
所述的炔丙醇衍生物为炔丙醇中连接羟基的碳上的氢，至少有一个被直链烷基取代。
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