桥联β环糊精液相色谱键合固定相研究
摘 要 合成了两种桥联β环糊精固定相，将其用于芳香烃位置异构体、氨基酸的对映异构体的拆分，同时比较了其与βCD固定相的手性拆分效果。研究结果表明，桥联环糊精固定相对一些对映异构体具有较好的选择性；其对普通的环糊精固定相的选择性具有一定的补充或者改进作用。
关键词 桥联β环糊精，固定相，高效液相色谱
Bridgelinked βCyclodextrin Stationary Phases in
High Performance Liquid Chromatography
Ai Ping, Han Lina, Zi Min, Meng Lei, Zi Futing, Yuan Liming
(Department of Chemistry, Yunnan Normal University, Kunming 650092)
Abstract Two bridgelinked βcyclodextrins (βCDs) bonded to silica gels were synthesized, then they were packed into two steel columns, respectively. Some aromatic compounds and enantiomers of amino acids, such as nitroaniline, DnsD,LLeucine et al were separated on two columns using acelonitrile/water (40∶60) or wethanol/water (50∶50) as mobile phase in reversed phase liquid chromatography. The chiral separations were compared to βCD stationary phases. The results demonstrate that some chiral separations on two bridgelinked βCDs were better than those on βCD stationary phase.
Keywords Bridgelinked βcyclodextrins, stationary phase, high performance liquid chromatography
本文系国家自然科学基金(No.30160092)、高等学校青年教师教学科研奖励计划(No.2001298)以及云南省自然科学基金(No.2005E0006Z)资助项目。
1 引 言
环糊精是以α(1,4)糖苷键连接的β吡喃葡萄糖单元的环状非还原寡糖，其分子结构是一个中空的圆台。它能与很多客体分子形成包合物，是超分子化学研究的热点。自80年代将其作为手性固定相以来，已经有大量的关于环糊精及其衍生物作为各种色谱固定相以及手性添加剂的文献报道[1～4]；在β环糊精(βCD)键合硅胶的制备方面，也有一些比较深入的研究[5，6]。黄天宝和陈惠等还曾评述环糊精键合相在HPLC中的应用[7，8]。
桥联环糊精是一类用一条或多条桥链，将两分子环糊精进行连接而得到的化合物。这类化合物的研究始于上世纪70年代末，由于其比一般的环糊精分子有更多的结合位点，能改变包结的几何尺寸，增强主体对客体分子的识别而受到关注。Fu[9]已将二聚环糊精用作气相色谱固定相，但在液相色谱上还未见报道。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
βCD(中国医药集团上海化学试剂公司)；球形硅胶YWG80(青岛海洋化工厂)；环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二异腈酸酯以及丁二酰氯(Fluka)；2,6二甲基βCD；甲醇、乙腈为HPLC级(Tedia)；其它试剂均为分析纯。LC6A高效液相色谱仪及CR5A色谱数据处理器(日本岛津公司)；高压气动装柱机以及不锈钢色谱空柱(250 mm×4.6 mm i.d.)(美国Alltech公司)。
2.2 手性固定相的制备
2.2.1 β环糊精键合硅胶的制备
实验用β环糊精3.0 g，使用前用水重结晶3次，90℃真空干燥24 h。将其溶于100 mL无水N,N二甲基甲酰胺(DMF)中加入0.3 g NaH(80%)，在室温下搅拌30 min，滤去未反应的固体物质，在滤液中加入1.0 g环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，于90℃反应5 h，加入4.0 g 真空干燥好的硅胶后，将反应温度提高至110～120℃,继续反应24 h，(βCD)待反应液冷却至室温后，过滤，产物依次用DMF、二次蒸馏水、甲醇和丙酮洗涤数次，滤干后，将产物于100℃真空干燥24 h，得到4.87 g白色固体产物，其比原硅胶重0.87 g (图1)。将键合环糊精硅胶进行热重分析，其在292℃～353℃之间有一个明显的失重。将其进行红外光谱分析，则在1100 cm-1有一个非常强的吸收，这是环糊精的特征峰。以上表明环糊精键合上了硅胶。
2.2.2 二异腈酸酯桥联环糊精键合硅胶的制备[10]
取上步β环糊精键合硅胶(CD)3.00 g，100℃真空干燥4 h后，将其加入100 mL DMF中。取二异腈酸酯0.20 mL加入干吡啶中溶解。在N2保护下，于5℃将溶有二异腈酸酯的吡啶溶液缓慢滴入DMF溶液中。电磁搅拌下反应24 h，室温下，加入2,6二甲基环糊精，继续反应12 h。过滤，产物依次用DMF、二次蒸馏水、甲醇和丙酮洗涤数次，滤干后，将产物于100℃真空干燥24 h，得产品3.48 g，比原键合硅胶增重0.48 g (图2)。其热重分析图谱表明，在227℃就开始有比较明显的失重，其红外谱图在1651 cm-1出现了较强吸收，说明了酰胺键的生成，表明了桥联的形成。
2.2.3 丁二酰氯桥联环糊精键合硅胶的制备[7]
取合成好的β环糊精键合硅胶(CD)3.00 g，100℃真空干燥4 h后，将其加入到100 mL N,N二甲基甲酰胺中。N2保护下，于5℃将20 mL溶有0.18 mL丁二酰氯的干吡啶溶液慢慢滴入DMF溶液中。电磁搅拌下反应24 h，室温下，加入2,6二甲基环糊精，继续反应12 h。过滤，产物依次用DMF、二次蒸馏水、甲醇和丙酮洗涤数次，滤干后，将产物于100℃真空干燥24 h，得产品3.53 g，比原键合硅胶CD增重0.53 g (图3)。其热重分析图谱表明在219℃就开始有比较明显的失重，其红外谱图在1709 cm-1出现了较强吸收，说明了酯键的生成，表明了桥联键合硅胶的生成。
2.3 色谱条件
利用所合成的固定相，在40 MPa下采用湿法装柱制备了3根液相色谱柱(β环糊精键合硅胶柱(CD)、二异腈酸酯桥联环糊精键合硅胶柱(DICD)和丁二酰氯桥联环糊精键合硅胶柱(SCCD))。色谱分离温度为30℃；紫外检测波长为254 nm；流动相流速为1.0 mL/min。流动相使用前用0.45 μm滤膜过滤，并经超声波脱气。
3 结果与讨论
3.1 对芳香化合物位置异构体的分离
在液相色谱中，芳香烃的位置异构体的分离往往比较困难。本实验首先利用两根桥联柱对4种芳烃的邻、间、对位异构体的混合物分别进行了分离(表1)。结果表明，4种邻、间、对异构体的混合物在两根柱上均能很好的分离，分离因子与分辨率的数值都较高。在两根柱上都有相同的组分流出顺序。
3.2 对一些氨基酸对映异构体的拆分
实验还对一些氨基酸的丹磺酰氯衍生物进行了拆分，并将其与对映的CD柱上的分离结果进行了比较。从表2数据可知，一些氨基酸衍生物在DICD或SCCD柱上的手性分离明显优于在CD柱上的分离结果。其原因在于桥联环糊精比一般的环糊精分子有更多的结合位点，能改变包结的几何尺寸，增强了一些主体对客体分子的识别。因此，在一些化合物的手性分离中，桥联环糊精柱可以成为普通环糊精手性柱的改进或者补充。表1 芳香化合物的分离(略)表2 外消旋体的分离(略)
从以上研究不难看出，桥联环糊精可以作为有效的芳香烃位置异构体以及手性化合物的拆分固定相。由于分子中桥联的形成，其对一些分子增强了分子识别特性，对一些难分离物质对的分离，可以起到对目前环糊精固定相的补充或者改进作用。
References
1 Armstrong D W，Stalcup A M，Hilton M L，Duncan J D，Faulkner J R. Anal. Chem., 1990，62(15)： 1610 ~ 1615
2 Zhang Dandan(张丹丹)，Guo Xingjie(郭兴杰)，Yuan Bo(袁 波)，Li Famei(李发美). Chineses J. Anal. Chem. (分析化学), 2004, 32(2): 229~231
3 Ruan Yuanping(阮源萍)，Ao Xiaoping(敖小平)，Zhang Xueman(张雪曼)，Huang Peiqiang(黄培强). Chineses J. Anal. Chem.(分析化学), 2004, 32(7): 949~952
4 Xu Zhigang (许志刚), Ai Ping (艾 萍), Yuan Liming(袁黎明), Zi Min (字 敏), Zhou Yan (周 岩), Han Yi (韩 熠), Gao Tianrong (高天荣). Chineses J. Anal. Chem. (分析化学), 2006, 34(1): 77~79
5 Hang Tianbao(黄天宝)，Wu Banggui(吴邦桂)，Long Yuande(龙远德)，Kuang Changyu(旷昌渝)，Zhou Jingxian(周竟先). Chineses J. Anal. Chem. (分析化学), 1991, 19(11): 1257~1260
6 Hang Tianbao(黄天宝)，Kuang Changyu(旷昌渝)，Zhou Jingxian(周竟先)，Gou Daming (苟大明). Chineses J. Anal. Chem.(分析化学), 1991, 19(6): 687~691
7 Chen Hui (陈 惠)，Wang Qinsun (王琴孙). Chinese Journal of Chromatography (色谱), 1999, 17(6): 533~538
8 Huang Tianbao(黄天宝)， Long Yuande(龙远德)，Wang Hong(王 红). Chinese Journal of Chromatography(色谱), 1993, 11(2): 81~84
9 Shi X Y, Zhang Y Q, Han J H, Fu R N. Chromatographia, 2000, 52(56): 200~204
10 Hargitai T, Kaida Y, Okamoto Y. J. Chromatogr., 1993, 628: 11~22
(云南师范大学化学化工学院，昆明 650092), http://www.100md.com(艾萍 韩丽娜 字敏 孟磊 字富庭 袁黎明)
关键词 桥联β环糊精，固定相，高效液相色谱
Bridgelinked βCyclodextrin Stationary Phases in
High Performance Liquid Chromatography
Ai Ping, Han Lina, Zi Min, Meng Lei, Zi Futing, Yuan Liming
(Department of Chemistry, Yunnan Normal University, Kunming 650092)
Abstract Two bridgelinked βcyclodextrins (βCDs) bonded to silica gels were synthesized, then they were packed into two steel columns, respectively. Some aromatic compounds and enantiomers of amino acids, such as nitroaniline, DnsD,LLeucine et al were separated on two columns using acelonitrile/water (40∶60) or wethanol/water (50∶50) as mobile phase in reversed phase liquid chromatography. The chiral separations were compared to βCD stationary phases. The results demonstrate that some chiral separations on two bridgelinked βCDs were better than those on βCD stationary phase.
Keywords Bridgelinked βcyclodextrins, stationary phase, high performance liquid chromatography
本文系国家自然科学基金(No.30160092)、高等学校青年教师教学科研奖励计划(No.2001298)以及云南省自然科学基金(No.2005E0006Z)资助项目。
1 引 言
环糊精是以α(1,4)糖苷键连接的β吡喃葡萄糖单元的环状非还原寡糖，其分子结构是一个中空的圆台。它能与很多客体分子形成包合物，是超分子化学研究的热点。自80年代将其作为手性固定相以来，已经有大量的关于环糊精及其衍生物作为各种色谱固定相以及手性添加剂的文献报道[1～4]；在β环糊精(βCD)键合硅胶的制备方面，也有一些比较深入的研究[5，6]。黄天宝和陈惠等还曾评述环糊精键合相在HPLC中的应用[7，8]。
桥联环糊精是一类用一条或多条桥链，将两分子环糊精进行连接而得到的化合物。这类化合物的研究始于上世纪70年代末，由于其比一般的环糊精分子有更多的结合位点，能改变包结的几何尺寸，增强主体对客体分子的识别而受到关注。Fu[9]已将二聚环糊精用作气相色谱固定相，但在液相色谱上还未见报道。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
βCD(中国医药集团上海化学试剂公司)；球形硅胶YWG80(青岛海洋化工厂)；环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、二异腈酸酯以及丁二酰氯(Fluka)；2,6二甲基βCD；甲醇、乙腈为HPLC级(Tedia)；其它试剂均为分析纯。LC6A高效液相色谱仪及CR5A色谱数据处理器(日本岛津公司)；高压气动装柱机以及不锈钢色谱空柱(250 mm×4.6 mm i.d.)(美国Alltech公司)。
2.2 手性固定相的制备
2.2.1 β环糊精键合硅胶的制备
实验用β环糊精3.0 g，使用前用水重结晶3次，90℃真空干燥24 h。将其溶于100 mL无水N,N二甲基甲酰胺(DMF)中加入0.3 g NaH(80%)，在室温下搅拌30 min，滤去未反应的固体物质，在滤液中加入1.0 g环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，在氮气保护下，于90℃反应5 h，加入4.0 g 真空干燥好的硅胶后，将反应温度提高至110～120℃,继续反应24 h，(βCD)待反应液冷却至室温后，过滤，产物依次用DMF、二次蒸馏水、甲醇和丙酮洗涤数次，滤干后，将产物于100℃真空干燥24 h，得到4.87 g白色固体产物，其比原硅胶重0.87 g (图1)。将键合环糊精硅胶进行热重分析，其在292℃～353℃之间有一个明显的失重。将其进行红外光谱分析，则在1100 cm-1有一个非常强的吸收，这是环糊精的特征峰。以上表明环糊精键合上了硅胶。
2.2.2 二异腈酸酯桥联环糊精键合硅胶的制备[10]
取上步β环糊精键合硅胶(CD)3.00 g，100℃真空干燥4 h后，将其加入100 mL DMF中。取二异腈酸酯0.20 mL加入干吡啶中溶解。在N2保护下，于5℃将溶有二异腈酸酯的吡啶溶液缓慢滴入DMF溶液中。电磁搅拌下反应24 h，室温下，加入2,6二甲基环糊精，继续反应12 h。过滤，产物依次用DMF、二次蒸馏水、甲醇和丙酮洗涤数次，滤干后，将产物于100℃真空干燥24 h，得产品3.48 g，比原键合硅胶增重0.48 g (图2)。其热重分析图谱表明，在227℃就开始有比较明显的失重，其红外谱图在1651 cm-1出现了较强吸收，说明了酰胺键的生成，表明了桥联的形成。
2.2.3 丁二酰氯桥联环糊精键合硅胶的制备[7]
取合成好的β环糊精键合硅胶(CD)3.00 g，100℃真空干燥4 h后，将其加入到100 mL N,N二甲基甲酰胺中。N2保护下，于5℃将20 mL溶有0.18 mL丁二酰氯的干吡啶溶液慢慢滴入DMF溶液中。电磁搅拌下反应24 h，室温下，加入2,6二甲基环糊精，继续反应12 h。过滤，产物依次用DMF、二次蒸馏水、甲醇和丙酮洗涤数次，滤干后，将产物于100℃真空干燥24 h，得产品3.53 g，比原键合硅胶CD增重0.53 g (图3)。其热重分析图谱表明在219℃就开始有比较明显的失重，其红外谱图在1709 cm-1出现了较强吸收，说明了酯键的生成，表明了桥联键合硅胶的生成。
2.3 色谱条件
利用所合成的固定相，在40 MPa下采用湿法装柱制备了3根液相色谱柱(β环糊精键合硅胶柱(CD)、二异腈酸酯桥联环糊精键合硅胶柱(DICD)和丁二酰氯桥联环糊精键合硅胶柱(SCCD))。色谱分离温度为30℃；紫外检测波长为254 nm；流动相流速为1.0 mL/min。流动相使用前用0.45 μm滤膜过滤，并经超声波脱气。
3 结果与讨论
3.1 对芳香化合物位置异构体的分离
在液相色谱中，芳香烃的位置异构体的分离往往比较困难。本实验首先利用两根桥联柱对4种芳烃的邻、间、对位异构体的混合物分别进行了分离(表1)。结果表明，4种邻、间、对异构体的混合物在两根柱上均能很好的分离，分离因子与分辨率的数值都较高。在两根柱上都有相同的组分流出顺序。
3.2 对一些氨基酸对映异构体的拆分
实验还对一些氨基酸的丹磺酰氯衍生物进行了拆分，并将其与对映的CD柱上的分离结果进行了比较。从表2数据可知，一些氨基酸衍生物在DICD或SCCD柱上的手性分离明显优于在CD柱上的分离结果。其原因在于桥联环糊精比一般的环糊精分子有更多的结合位点，能改变包结的几何尺寸，增强了一些主体对客体分子的识别。因此，在一些化合物的手性分离中，桥联环糊精柱可以成为普通环糊精手性柱的改进或者补充。表1 芳香化合物的分离(略)表2 外消旋体的分离(略)
从以上研究不难看出，桥联环糊精可以作为有效的芳香烃位置异构体以及手性化合物的拆分固定相。由于分子中桥联的形成，其对一些分子增强了分子识别特性，对一些难分离物质对的分离，可以起到对目前环糊精固定相的补充或者改进作用。
References
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2 Zhang Dandan(张丹丹)，Guo Xingjie(郭兴杰)，Yuan Bo(袁 波)，Li Famei(李发美). Chineses J. Anal. Chem. (分析化学), 2004, 32(2): 229~231
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4 Xu Zhigang (许志刚), Ai Ping (艾 萍), Yuan Liming(袁黎明), Zi Min (字 敏), Zhou Yan (周 岩), Han Yi (韩 熠), Gao Tianrong (高天荣). Chineses J. Anal. Chem. (分析化学), 2006, 34(1): 77~79
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(云南师范大学化学化工学院，昆明 650092), http://www.100md.com(艾萍 韩丽娜 字敏 孟磊 字富庭 袁黎明)