干货 | 你了解手性色谱柱分离原理吗?

栏目:行业资讯 发布时间:2023-08-28
手性色谱柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光学活性的单体,固定在硅胶或其它聚合物上制成手性固定相(Chiral Stationary Phases)。

手性色谱柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光学活性的单体,固定在硅胶或其它聚合物上制成手性固定相(Chiral Stationary Phases)。

广州研创产品图

手性色谱柱分离原理

手性色谱柱分离原理是将具有光学活性的单体固定在硅胶或其他聚合物上制成手性固定相,通过引入手性环境使的对映异构体呈现物理特征的差异,从而达到光学异构体拆分的目的
目前,手性识别模型多是基于Dalgliesh在1952年提出的“三点相互作用”(Three-point interaction)理论:在一对对映体和手性选择剂之间,为了形成稳定性不同的非对映体分子络合物(Molecule associates)而达到手性分离的目的,至少需要三个同时发生的分子之间的相互作用力起作用。

如下图所示,设对映体的三个原子或基团a、b、c,相应受体的活体作用点为A、B、C,其中一个对映体的a、b、c能与受体的A、B、C很好吻合,至多两个点能吻合,因此两对映体与受体的结合程度就出现差异,相互作用能力不同,表现出不同的生物活性。

这些相互作用点/力包括:




包含作用(空间包埋)

不论是哪类的固定相,都存在一定的空间构型,而固定相的空间结构可形成选择性腔体,被分离的化合物尤其是苯环等环形化合物由于空间结构可被包含于腔体内,形成包埋复合物,从而增强固定相和化合物之间的作用力,而异构体由于空间构型的不同,作用力的强弱之差形成对映异构体的分离。




氢键作用

手性固定相中的氨基甲酸酯基团,可以与手性化合物中的活泼基团通过氢键作用缔合,由于立体结构和氢键作用的不同,所形成的的缔合物稳定性也不同,导致对映体通过色谱柱所需时间不同而将他们分离开。所以,若是被分离的化合物的结构中含有羰基、羟基、酯、酰胺、胺类等官能团时,氢键就起到不可缺少的作用。




π-π相互作用

苯环的结构之所以这么稳定主要的作用是形成了大π键,每个碳原子最外层的电子紧密的结合在一起形成电子云使得结构稳定,π-π作用是基于苯环稳定的结构之上,若是苯环上一个H 被甲基取代,形成π碱,另一个苯环上的H 被硝基取代,形成π酸,那么这两者之间形成了酸碱之间的π-π堆叠的强大作用力,构成异构体分离的差异。



疏水作用力

此作用力,主要用于蛋白质类色谱柱的手性分离中,疏水作用力主要存在于非极性基团和水之间,通常在反相中进行对映异构体的分离。




偶极-偶极作用力

偶极-偶极相互作用是极性分子间最普遍的一种相互作用,即一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。

手性固定相 CSP

CSP是将手性选择剂包敷或化学键合到固定相(全多孔球型硅胶)表面的色谱柱材料。这种手性固定相与对映体溶质通过相互作用的偶合、形成可逆的不同稳定性的非对映体配合物,从而实现对映异构体分离的方法,其中分离的效率和洗脱顺序取决于复合物的相对强度。

根据固定相的化学结构,将手性色谱柱分为以下几种:
  1. 多糖类衍生物
  2. 环糊精类
  3. 冠醚类
  4. 蛋白质类
  5. 其他色谱柱

了解完手性色谱柱的分类之后,接下来小研为大家介绍一下我们常见的两种固定相:多糖衍生物类和环糊精类手性固定相。




多糖衍生物类

多糖衍生物的固定相为纤维素衍生物和直链淀粉衍生物,其具有识别范围广、负载量高且来源丰富等特点,逐渐成为应用最多的CSP之一。


广州研创Y1产品:多糖衍生物涂敷型固定相示意图


多糖衍生物的结构

纤维素和直链淀粉是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷键或α-1,4-糖苷键相连而成的线性聚合物。由于葡萄糖单元的手性,每个聚合物链均具有沿着纤维素主链存在的一个螺旋性的沟槽。对映体进入沟槽中,主要通过吸附和包含作用实现对映异构体的拆分。由于本身有高度有序的螺旋结构使其具有优异的手性识别能力,多糖衍生物固定相的使用在液相色谱直接拆分对映体方面应用越来越广泛。

多糖衍生物的特点

多糖衍生类固定相这类柱子根据制作工艺,分为涂敷与键合两大类。但特别要注意的是,由于涂型固定相是通过物理作用包敷在基体上面,所以某些溶剂可以使固定相从基体上溶解脱落(详细见说明书),因此四氢呋喃、二氯甲烷等溶剂不可作为涂覆型色谱柱的流动相。键合类的流动相中无溶剂使用限制,如丙酮、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸乙酯、二氯甲烷和四氢呋喃等强溶剂,均可作为溶剂溶解样品和流动相使用。

多糖衍生物类手性固定相对含有酰胺基、芳香环取代基、羰基、硝基、磺酰基、氰基、羟基、氨基等基团化合物及氨基酸衍生物的化合物具有良好的拆分性能,多项研究表明其能分离80%以上的手性化合物。




环糊精类衍生物

环糊精是通过BacillusMacerans 淀粉酶或环糊精糖基转移酶水解淀粉得到的环型低聚糖。通过控制环糊精转移酶的水解反应条件可得到不同类型的环糊精。环糊精分子成锥筒型,构成一个洞穴,洞穴的孔径由构成环糊精的吡喃葡萄糖的数目决定。

环糊精构型


环糊精的主要分类


环糊精固定相的选择性取决分析物的分子大小;α-环糊精只能允许单苯基或萘基进入,β-环糊精允许萘基及多取代的苯基进入,γ-环糊精仅用于大分子萜类。β-环糊精手性固定相应用范围最广。目前广州研创具有环糊精手性色谱柱的专利产品系列。

环糊精类的结构特点


环糊精分子有着一种特殊的官能团排列方式,所有的羟基都分布在空腔的外侧,其中伯羟基排列在空腔开口较小的一边,而仲羟基均排列在空腔开口较大的一边。这使得环糊精分子具有外侧亲水,而内层相对亲脂的性质。所以具有适合尺寸及形状的亲脂性有机分子,尤其是芳香族化合物,可进入到环糊精的空腔内,与之形成非共价键键合的主-客体包结络合物进行手性分离。环糊精这种特殊的结构,使得它拥有与多糖类手性色谱柱不同的分离特性。

小结

手性色谱柱是利用三点相互作用原理达到拆分手性异构体的目的,但每类手性固定相的主要作用不尽相同,实验过程中需多配备不同类型的固定相,以提高手性化合物的拆分成功率。