CN115282928B - 一种新型分离介质及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型分离介质及其应用,属于手性化合物分离技术领域。所述分离介质为苯甲酰聚赖氨酸,制备过程包括将微粒硅胶用盐酸水溶液酸化,加入无水甲苯和3‑氨基丙基三乙烷基硅烷,反应后洗涤,干燥后得到氨基丙烷化硅胶APS;而后加入聚赖氨酸和无水吡啶,搅拌加热反应;最后加入苯甲酰氯和三乙胺进行反应。本发明制备得到的分离介质是一种手性固定相,其生产工艺简单、便捷,可规模化生产,在水相条件下即可有效分离手性化合物2‑氨基丁酸,分离度R>1.5,进一步经色谱制备,可获得光学纯R‑2‑氨基丁酸和S‑2‑氨基丁酸。
Description
技术领域
本发明涉及手性化合物分离技术领域,尤其是涉及一种新型分离介质及其应用。
背景技术
光学纯化合物是指具有单一立体构型的手性化合物对映异构体,其区别于常规的手性化合物外消旋体,在现代化工产品中占有重要地位,是医药、农药、香料功能性化学品的前体、中间体或产品。
从立体化学的角度而言,导致对映关系的手性因素主要有以下几类:(1)手性四面体结构,如手性碳、氮、磷、硫等原子;(2)取代丙二烯类手性轴;(3)取代联苯类手性轴(4)环芳类手型平面(见图1)。当分子结构中含有这些手性因素时,其便具有了手性特征,即为手性化合物。
手性化合物的对映异构体之间,具有相同的熔沸点、偶极矩、溶解度、折光率、相对密度和光谱性质等,与非手性试剂相互作用时,也表现出相同的化学性质,所以很难用一般的化学或者物理方法进行区分。但研究发现,手性化合物的两个对映异构体对平面偏振光的作用不同:一个能使偏振光的偏振面按顺时针方向旋转,称之为右旋体(dextrotatory),另一个可使偏振光的偏振面按逆时针方向旋转,称之为左旋体(levorotatory)。二者旋转角度相同,故对映异构体也称作旋光异构体,单一对映异构体即为光学纯异构体。等量的左旋体和右旋体混合后,便不再具有旋光性,称此混合物为外消旋体(racemate)。
手性化合物首次引起人们关注是采用沙利度胺治疗妇女妊娠反应时,很多孕妇服用药物后恶心的症状得到了明显的改善,但随即而来的是许多出生的婴儿都是短肢畸形。后来研究发现,沙利度胺药物包含两种不同构型的光学异构体(R-沙利度胺和S-沙利度胺),只有R-沙利度胺具有镇静作用,而S-沙利度胺则有致畸作用。
手性化合物的不同对映异构体的生物活性差异陆续被发现。通常情况下,生物体内的生物大分子(如多糖、核酸、蛋白质等)具有特殊的立体构型,手性分子在与其发生作用时,由于两个对映异构体空间结构上的微小差别,导致其与生物大分子的亲和力产生明显差异,进而产生不同的生物活性。
手性化合物不同对映异构体之间的生物活性差异一般可包括以下几种类型:(1)所有异构体作用模式和活性完全一致;(2)异构体之间活性不一致但相互补充;(3)异构体作用模式相同,但活性高低不同;(4)多个异构体中只有一个异构体有活性;(5)多个异构体中的几个具有相同的活性;(6)不同异构体的作用机理完全不同;上述物质的分子式如图1所示。在日化产品中,也有很多类似的案例,比如苯丙氨酸的两个对映异构体,一个呈现苦味,一个呈现甜味。因此,如何合成手性分子的单一光学异构体就成了化学研究领域的热门话题,同时也是化学家面临的巨大挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种新型分离介质及其应用。所述分离介质是一种手性固定相,其生产工艺简单、便捷,可规模化生产,在水相条件下即可有效分离手性化合物2-氨基丁酸,分离度R>1.5,进一步经色谱制备,可获得光学纯R-2-氨基丁酸和S-2-氨基丁酸。
本发明的技术方案如下:
一种新型分离介质,所述分离介质为苯甲酰聚赖氨酸,制备步骤如下:
S1:将2.8-3.2g微粒硅胶用浓度为2.8-3.2M的盐酸水溶液酸化,过夜,抽滤,干燥;
S2:将酸化好的干燥硅胶置于圆底烧瓶中,加入35-45mL无水甲苯,搅拌均匀,再加入3.7-4.3mL的3-氨基丙基三乙烷基硅烷KH550,于100-120℃充分反应3.5-4.2h;
S3:冷却后抽滤,用乙醇洗涤,干燥后得到氨基丙烷化硅胶APS;
其中,氨丙基烷化硅胶的制备方程式如下列式1所示:
S4:准确称取0.4-0.6g的聚赖氨酸,干燥后置于三口圆底烧瓶中,加入30-40ml无水吡啶,搅拌,加热至104-108℃,保持0.4-0.6h;
S5:取1.3-1.6mL的苯甲酰氯,逐滴加入,同时滴加1.3-1.6mL的三乙胺,调节温度严格维持20-22℃之间;
S6:反应2.5-4h后加入甲醇至大量白色沉淀产生,搅拌均匀,抽滤,甲醇洗涤,真空干燥,即制备得到所述苯甲酰聚赖氨酸。
其中,苯甲酰聚赖氨酸的制备方程式如下列式2所示:
进一步地,步骤S1中所述微粒硅胶的粒径为3-5微米,孔径为120-300埃。
进一步地,步骤S1中所述干燥的条件为100-120℃下干燥10-14h。
进一步地,步骤S2中的无水甲苯采用金属钠回流,然后蒸馏。
进一步地,步骤S3所述干燥的条件为50-70℃干燥10-14h。
进一步地,步骤S4中的聚赖氨酸的聚合度为33-37;所述干燥的条件为50-70℃干燥4-8h;所述无水吡啶采用NaOH回流干燥。
进一步地,步骤S6所述真空干燥的条件为在50-70℃真空干燥6-10h。
本发明还提供了所述的新型分离介质的应用,即用于分离rac-2-氨基丁酸,分离过程包括以下步骤:
A1:称取步骤苯甲酰聚赖氨酸固体0.5-0.7g,溶于26-34mL的四氢呋喃中,适当加热使其完全溶解,得到褐色澄清的溶液;
A2:称取2.2-2.6g烷化氨基丙基硅胶置于烧杯中,将该溶液少量多次加入2.4-2.6g的γ氨基丙基硅胶中,连续搅拌,去溶剂,重复操作,待出现粘稠状态,进行快速搅拌,直至溶剂完全挥发,得到涂敷量为26-32%的手性固定相;
A3:以异丙醇为匀浆液,将涂敷好的手性固定相悬浮,并超声振动5-15min得到手性固定相悬浮液,用于手性色谱柱的填充;
A4:清洗及安装高效液相色谱柱管和高效液相色谱柱填装装置,将手性固定相悬浮液倒入匀浆罐,以正己烷/异丙醇的混合液作为顶替液,在28-32MPa压力下将固定相装入色谱柱,维持0.4-0.6h,制得手性色谱柱。
进一步地,步骤A2中所述少量多次加入为每次加入4-6mL。
进一步地,步骤A4中正己烷与异丙醇的体积比为50:48-52;流动相为甲醇和水,质量比为20:76-84,采用乙酸调节pH=4。
本发明有益的技术效果在于:
本发明开发了一种新型填料,利用新型填料,可以拆分rac-2-氨基丁酸,获得高纯度的光学纯对映异构体。本发明分离rac-2-氨基丁酸的分离度R>1.5;分离获得的R-2-氨基丁酸和S-2-氨基丁酸,ee值大于99%,收率高于98%。
附图说明
图1为常见的手性四面体结构;
图2为rac-2-氨基丁酸拆分色谱图;
图3为R-2-氨基丁酸拆分色谱图;
图4为S-2-氨基丁酸拆分色谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明进行具体描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:新型分离介质的制备
本实施例提供了分离介质苯甲酰聚赖氨酸的制备过程:
S1:将3g微粒硅胶用3M的盐酸水溶液酸化,过夜,抽滤,于110℃下干燥12h;
S2:将酸化好的干燥硅胶(3g)置于圆底烧瓶中,加入40mL无水甲苯(金属钠回流,蒸馏),搅拌均匀,再加入4mL 3-氨基丙基三乙烷基硅烷KH550,于110℃充分反应4h;
S3:冷却后抽滤,用乙醇洗涤,60℃干燥12h,干燥后得到氨基丙烷化硅胶(APS);
S4:准确称取0.5g的35-聚赖氨酸(聚合度为35),60℃干燥6h,干燥后置于250mL三口圆底烧瓶中,加入35ml无水吡啶(NaOH回流干燥),搅拌,加热至106℃,保持0.5h;
S5:取1.5mL苯甲酰氯,逐滴加入,同时滴加1.5mL三乙胺,调节温度严格维持20-22℃之间;
S6:反应2.5-4h后加入甲醇至大量白色沉淀产生,搅拌均匀,抽滤,甲醇洗涤,真空60℃干燥8h,即制备得到所述苯甲酰聚赖氨酸。
步骤S1中所述微粒硅胶粒径为3-5微米,孔径为120-300埃;
实施例2:新型分离介质的应用
本实施例提供了分离介质苯甲酰聚赖氨酸用于分离rac-2-氨基丁酸的方法:
A1:称取步骤苯甲酰聚赖氨酸固体0.6g,溶于30mL四氢呋喃中,适当加热使其完全溶解,得到褐色澄清的溶液;
A2:称取2.4g烷化氨基丙基硅胶于100mL的小烧杯中,将该溶液少量多次(每次大约5mL)加入2.5g的γ氨基丙基硅胶中,连续搅拌,去溶剂,重复操作,待出现粘稠状态,进行快速搅拌,直至溶剂完全挥发,得到涂敷量为20%的手性固定相;
A3:以异丙醇为匀浆液,将涂敷好的手性固定相悬浮,并超声振动10min得到手性固定相悬浮液,用于手性色谱柱的填充;
A4:清洗及安装高效液相色谱柱管和高效液相色谱柱填装装置,将手性固定相悬浮液倒入匀浆罐,以正己烷/异丙醇体积比为50:50作为顶替液,在30MPa压力下将固定相装入色谱柱,维持0.5h,制得手性色谱柱。
步骤A2中的γ氨基丙基硅胶为市售产品。
实施例3:分离条件的优化
在实施例2中,以甲醇和水为流动相,在岛津HPLC-RID(示差检测器)上进行rac-2-氨基丁酸分离条件探索,条件如下表1所示:
表1
流动相(甲醇/水) | 分离度R |
80/20 | 0 |
60/40 | 0.6 |
40/60 | 1.3 |
20/80 | 1.8 |
从表1的分离度数据可以看到,在甲醇/水=20/80的时候,可有效分离rac-2-氨基丁酸,但是,色谱峰存在拖尾现象。色谱图如图2所示。
进一步优化,使用甲酸、乙酸、三氟乙酸、磷酸,分别调节流动相(甲醇/水=20/80)pH至2、3、4,研究结果表明,当采用乙酸调节pH=4时,可有效避免峰拖尾现象,此时R-2-氨基丁酸和S-2-氨基丁酸的峰的对称因子分别为1.02和1.05。
实施例4:聚赖氨酸的聚合度优化
将实施例1中的35-聚赖氨酸分别采用29-、31-、33-、37-和39-聚赖氨酸替代,制备分离介质,同时采用实施例3优化后的HPLC分离条件,最佳分离度依次为1.2、1.3、1.5、1.7、1.1,可见,聚赖氨酸聚合度在33-37之间最为合适。
实施例5:测试例
按实施例1的方法制备分离介质苯甲酰聚赖氨酸500g,装填于中高压制备色谱(型号DAC50,西安蓝晓科技新材料股份有限公司提供),采用注射器进样,进样浓度为10g/L(rac-2-氨基丁酸水溶液),进样量为5mL,流动相为甲醇/水=20/80(用乙酸调节pH=4),流速100mL/min,分段收集,并采用HPLC-RID进行检测,分别收集R-2-氨基丁酸和S-2-氨基丁酸流出液,减压浓缩至干燥并测定其ee值,获得光学纯产品R-2-氨基丁酸(24.8mg,ee值99.8%)和S-2-氨基丁酸(24.9mg,ee值99.9%)。R-2-氨基丁酸典型色谱图如图3所示,S-2-氨基丁酸典型色谱图如图4所示。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,对于本领域的普通技术人员而言,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节。
Claims (10)
1.一种用于分离R-2-氨基丁酸和S-2-氨基丁酸的分离介质,所述分离介质为苯甲酰聚赖氨酸的手性色谱柱,其特征在于,制备步骤如下:
S1:将2.8-3.2g微粒硅胶用浓度为2.8-3.2M的盐酸水溶液酸化,过夜,抽滤,干燥;
S2:将酸化好的干燥硅胶置于圆底烧瓶中,加入35-45mL无水甲苯,搅拌均匀,再加入3.7-4.3mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷KH550,于100-120℃充分反应3.5-4.2h;
S3:冷却后抽滤,用乙醇洗涤,干燥后得到氨丙基烷化硅胶;
S4:准确称取0.4-0.6g的聚赖氨酸,干燥后置于三口圆底烧瓶中,加入30-40ml无水吡啶,搅拌,加热至104-108℃,保持0.4-0.6h;
S5:逐滴加入1.3-1.6 mL的苯甲酰氯,同时滴加1.3-1.6mL的三乙胺,调节温度严格维持20-22℃之间;
S6:反应2.5-4 h后加入甲醇至大量白色沉淀产生,搅拌均匀,抽滤,甲醇洗涤,真空干燥,即制备得到所述苯甲酰聚赖氨酸;
A1:称取步骤S6制备得到的苯甲酰聚赖氨酸固体0.5-0.7g,溶于26-34mL的四氢呋喃中,加热使其完全溶解,得到褐色澄清的溶液;
A2:称取2.2-2.6g的步骤S3制备得到的氨丙基烷化硅胶置于烧杯中,将步骤A1所得溶液少量多次加入,连续搅拌,去溶剂,重复操作,待出现粘稠状态,进行快速搅拌,直至溶剂完全挥发,得到涂敷量为26-32%的手性固定相;
A3:以异丙醇为匀浆液,将涂敷好的手性固定相悬浮,并超声振动5-15 min得到手性固定相悬浮液,用于手性色谱柱的填充;
A4:清洗及安装高效液相色谱柱管和高效液相色谱柱填装装置,将手性固定相悬浮液倒入匀浆罐,以正己烷/异丙醇的混合液作为顶替液,在28-32 MPa压力下将固定相装入色谱柱,维持0.4-0.6 h,制得手性色谱柱。
2.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤S1中所述微粒硅胶的粒径为3-5微米,孔径为120-300埃。
3.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤S1中所述干燥的条件为100-120℃下干燥10-14h。
4.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤S2中的无水甲苯采用金属钠回流,然后蒸馏。
5.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤S3所述干燥的条件为50-70℃干燥10-14h。
6.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤S4中的聚赖氨酸的聚合度为33-37;所述干燥的条件为50-70℃干燥4-8h;所述无水吡啶采用NaOH回流干燥。
7.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤S6所述真空干燥的条件为在50-70℃真空干燥6-10h。
8.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤A2中所述少量多次加入为每次加入4-6 mL。
9.根据权利要求1所述的分离介质,其特征在于,步骤A4中正己烷与异丙醇的体积比为50:48-52。
10.权利要求1-9任一项所述的分离介质的应用,其特征在于用于分离R-2-氨基丁酸和S-2-氨基丁酸。
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High-performance size-exclusion chromatographic behaviour of substituted benzoylpoly-L-lysines by principal component analysis and molecular dynamics simulation;Ezio Bolzacchini等;《Journal of Chromatography A》;第813卷;第255–265页 * |
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