大粒径手性固定相的合成及应用

摘要

本发明涉及一种大粒径手性固定相的合成，该合成方法采用粒径为40～60μm的硅胶制备了涂敷体积比18～25％的涂敷型和键合型纤维素类衍生物手性固定相，并在正相条件下，对盐酸普萘洛尔对映体获得了较好的手性分离。本发明由于填料孔径大，填料间的空隙大，减小了对流动相的阻力，因此有效地防止了小粒径手性柱柱压高、易堵塞、寿命较短等缺点，同时也有效地降低了手性柱制备中硅胶基质的原料费用。

权利要求

1.一种大粒径手性固定相，其特征在于：该手性固定相为涂敷体积比18～25％的涂敷型和键合型纤维素类衍生物手性固定相，其具有如下结构式，

2.一种如权利要求1所述的大粒径手性固定相的合成方法，包括以下步骤：(1)氨丙基烷化硅胶的合成：首先将粒径为40～60μm的硅胶经盐酸活化后，在150～

200℃下真空干燥4～6h，得活化硅胶；然后在N2保护下，依次加入无水苯、无水吡啶和

3-氨丙基三乙氧基硅烷，在75～85℃下回流反应20～24h；最后经冷却、清洗，在60～

80℃下真空干燥4～6h，即得氨丙基烷化硅胶；

(2)纤维素类衍生物的合成：首先将纤维素在90～100℃下真空干燥4～6h；然后在N2保护下，加入无水吡啶，并在80～100℃下加热回流12～24h；其次加入(3，5-二甲基)异氰酸苯酯，在80～110℃下油浴反应20～48h后，冷却至室温，再加入甲醇；最后经抽滤、洗涤后，在60～80℃下真空干燥12～24h，即得纤维素类衍生物；

(3)手性固定相的涂敷：首先将所述步骤(2)所得的纤维素类衍生物溶于四氢呋喃中，超声10～20min，得到纤维素类衍生物溶液；然后将纤维素类衍生物溶液加入到所述步骤(1)中所得的氨丙基烷化硅胶中，用超声波分散均匀1～5min；最后真空旋转蒸发除去溶剂，即可得到的手性固定相。

3.如权利要求2所述的大粒径手性固定相的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中的盐酸质量浓度为3.65％。

4.如权利要求2所述的大粒径手性固定相的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中的无水苯和无水吡啶均经CaH2干燥。

5.如权利要求2所述的大粒径手性固定相的合成方法，其特征在于：所述步骤(2)中的纤维素为纤维素-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)或纤维素-三(4-甲基苯基甲酸酯)。

6.如权利要求1所述的大粒径手性固定相在对手性药物对映体进行手性分离中的应用。

说明书

大粒径手性固定相的合成及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及纤维素类手性固定相合成及应用领域，尤其涉及一种大粒径手性固定相的合成及应用。

背景技术

[0002] 随着对映体化学研究的不断深入，人们越来越认识到手性化合物在医药、农药及其他生物功能材料方面的重要作用。对映异构体的手性拆分是获得光学纯物质的有效手段，手性色谱特别是手性高效液相色谱(chiral HPLC)是近年来迅速发展起来的手性拆分方法，既可以用于分析分离，也可以用于制备分离，在药物、天然产物和不对称合成等研究领域应用前景广阔，已越来越受到重视。

[0003] 手性色谱的核心是手性固定相(CSPs)，其中由Okamoto等发展起来的多糖衍生物类CSPs，特别是纤维素衍生物CSPs，通用性强、经久耐用、样品载荷量大，被广泛地用于各种类型外消旋化合物的分析或制备拆分中。经查阅1984～2009年中国专利数据库，发现有下列专利：(1)申请号为200410013305.2的《杂链聚合物手性固定相及其制备方法》，该发明中的杂链聚合物手性固定相由载体和手性高分子通过酰胺键或脲键连接而成，载体是3-氨基丙基硅胶，可广泛用于医药、精细化工等行业；(2)专利号为200610002010.4的《新型化学键合手性固定相及其制备方法和用途》，该发明使用手性胺1-苯基-2-对甲苯基-乙胺与手性氨基酸缩合制得新型手性基团，以2-或4-氨基-3，5-二硝基苯甲酰基作为新型手性基团与间隔臂的连接单元，通过化学键合到载体上而制得。本发明适合于用作高效液相分离用色谱填料，所制得的固定相具有很强的手性识别能力，可对多种手性化合物实现分离。(3)申请号为200510046924.6的《一种新的Pirkle型手性固定相及制备方法》，该发明以R-(+)-1，1’-联萘基-2，2’-二胺为起始物，经两步反应即获得预期的目标产物。
该新的Pirkle型手性固定相分子结构中同时具有π-给电子既联萘基和π-吸电子既3，
5-二硝基苯甲酰基基团，具有多个可与分析物发生氢键相互作用的位点(NH，C＝O)，可产生一定的空间立体化学作用。

[0004] 上述专利主要以硅胶为基质，且粒径为5μm，而目前尚未发现＞5μm填料用于手性填料的合成及应用的专利申请。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种降低手性柱制备中硅胶基质的原料费用、且硅胶粒径为40～60nm的大粒径手性固定相的合成方法。

[0006] 本发明所要解决的另一个技术问题是提供该大粒径手性固定相的应用。

[0007] 为解决上述问题，本发明所述的一种大粒径手性固定相，其特征在于：该手性固定相为涂敷体积比18～25％的涂敷型和键合型纤维素类衍生物手性固定相，其具有如下结构式，

[0008]

[0009] 一种如上所述的大粒径手性固定相的合成方法，包括以下步骤：

[0010] (1)氨丙基烷化硅胶的合成：首先将粒径为40～60μm的硅胶经盐酸活化后，在150～200℃下真空干燥4～6h，得活化硅胶；然后在N2保护下，依次加入无水苯、无水吡啶和3-氨丙基三乙氧基硅烷，在75～85℃下回流反应20～24h；最后经冷却、清洗，在60～
80℃下真空干燥4～6h，即得氨丙基烷化硅胶；

[0011] (2)纤维素类衍生物的合成：首先将纤维素在90～100℃下真空干燥4～6h；然后在N2保护下，加入无水吡啶，并在80～100℃下加热回流12～24h；其次加入(3，5-二甲基)异氰酸苯酯，在80～110℃下油浴反应20～48h后，冷却至室温，再加入甲醇；最后经抽滤、洗涤后，在60～80℃下真空干燥12～24h，即得纤维素类衍生物；

[0012] (3)手性固定相的涂敷：首先将所述步骤(2)所得的纤维素类衍生物溶于四氢呋喃中，超声10～20min，得到纤维素类衍生物溶液；然后将纤维素类衍生物溶液加入到所述步骤(1)中所得的氨丙基烷化硅胶中，用超声波分散均匀1～5min；最后真空旋转蒸发除去溶剂，即可得到的手性固定相。

[0013] 所述步骤(1)中的盐酸质量浓度为3.65％。

[0014] 所述步骤(1)中的无水苯和无水吡啶均经CaH2干燥。

[0015] 所述步骤(1)中硅胶分别与无水苯、无水吡啶、3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量体积比为1∶8～12、1∶0.1～0.2、1∶0.2～0.3。

[0016] 所述步骤(2)中纤维素分别与无水吡啶、(3，5-二甲基)异氰酸苯酯、甲醇的质量体积比为1∶20～40、1∶8～11、1∶400～600。

[0017] 所述步骤(2)中的纤维素为纤维素-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)或纤维素-三(4-甲基苯基甲酸酯)。

[0018] 所述步骤(3)中纤维素类衍生物与四氢呋喃的质量体积比为1∶40～60；纤维素类衍生物与氨丙基烷化硅胶的质量比为1∶4～6。

[0019] 如上所述的大粒径手性固定相在对手性药物对映体进行手性分离中的应用。

[0020] 本发明与现有技术相比具有以下优点：

[0021] 1、由于本发明采用大粒径硅胶颗粒(40-60μm)为填料基质，因此，有效地降低了手性柱制备中硅胶基质的原料费用；同时，由于填料孔径大，填料间的空隙大，减小了对流动相的阻力，因此有效地防止了小粒径手性柱柱压高、易堵塞、寿命较短等缺点，从而在制备型纤维素类手性柱的应用上显示出了更大的优势，具有很好的应用前景。

[0022] 2、采用本发明所得的固定相在正相条件下，对盐酸普萘洛尔对映体获得了较好的手性分离。

[0023] 由于本发明中涂敷型纤维素-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)手性固定相是具有左旋三重(3/2)螺旋型空穴的光学活性分子，在CDMPC聚合分子中，极性的氨基甲酸酯基团和二甲苯基团围绕着主链形成一个螺旋槽，普萘洛尔样品分子调整构象进人螺旋槽中，其结构中的羟基和氨基可与CDMPC酰胺键产生氢键作用和偶极-偶极作用，萘环与CDMPC中的苯环存在π-π作用，从而与固定相形成缔合物，通过两对映异构体所形成的缔合物的稳定性不同而达到手性分离。同时，由于纤维素具有高度有序的空间结构，因此，对普萘洛尔对映体的拆分也起到了重要作用。

[0024] 3、本发明合成路线通过增加纤维素与(3，5-二甲基)异氰酸苯酯的反应温度，缩短了反应时间，从而提高了产率。

附图说明

[0025] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

[0026] 图1为本发明中硅胶与3-氨丙基三乙氧基硅烷的反应示意图。

[0027] 图2为本发明中纤维素与3，5-二甲基异氰酸苯酯的反应示意图。

[0028] 图3为本发明中纤维素的红外光谱图。

[0029] 图4为本发明中CDMPC的红外光谱图。

[0030] 图5为普萘洛尔结构图。

[0031] 图6为普奈洛尔手性拆分的色谱图。

[0032] 图7为流速对普萘洛尔分离度的影响。

具体实施方式

[0033] 实施例1一种大粒径手性固定相，该手性固定相为涂敷体积比20％的涂敷型和键合型纤维素类衍生物手性固定相，其具有如下结构式，

[0034]

[0035] 该大粒径手性固定相的合成方法，包括以下步骤：

[0036] (1)氨丙基烷化硅胶(APS)的合成(参见图1)：首先将粒径为40～60μm的硅胶经质量浓度为3.65％的盐酸活化后，置于250mL三颈瓶中在180℃下采用BPZ-6033LC真空干燥箱干燥5h，得活化硅胶；然后在N2保护下，依次加入无水苯、无水吡啶和3-氨丙基三乙氧基硅烷，采用三颈烧瓶在80℃下回流反应22h；最后冷却至室温，分别用500mL甲醇、500mL丙酮、500mL正己烷清洗，在70℃下采用BPZ-6033LC真空干燥箱干燥5h，即得6.52g氨丙基烷化硅胶。该产物置于干燥器中备用。

[0037] 其中：无水苯和无水吡啶均经CaH2干燥。

[0038] 硅胶分别与无水苯、无水吡啶、3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量体积比为1∶10、1∶0.15、1∶0.25。

[0039] 经对APS进行红外光谱检测，其结果如图3所示。从IR谱图中可以看出纤维素在-13346.1cm 处-OH的吸收很强。

[0040] 其元素分析结果参见表1。

[0041] 表1

[0042]分析物 C质量分数/w(C)％ H质量分数/w(H)％ N质量分数/w(N)％
硅胶 0.36 0.84 0
APS 5.27 1.33 1.25

[0043] 从实验数据中可以看出硅胶上无氮元素，而APS的元素分析结果中含有氮元素，说明3-氨丙基三乙氧基硅烷已键合到硅羟基上。

[0044] (2)纤维素类衍生物(CDMPC)的合成(参见图2)：首先将纤维素-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)置于三颈瓶中，在90℃下采用BPZ-6033LC真空干燥箱干燥6h；然后在N2保护下，加入无水吡啶，在90℃下加热回流18h；其次加入(3，5-二甲基)异氰酸苯酯，在100℃下采用DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器油浴反应35h后，冷却至室温，剧烈搅拌下倒入甲醇；最后经AUTOSCIENCE AP-01 VACUUM/PRESSURE PUMP抽滤，得灰白色固体，再用200mL甲醇洗涤后，在60℃下真空干燥24h，即得灰白色纤维素类衍生物固体1.75g，产率85.78％。

[0045] 其中：纤维素分别与无水吡啶、(3，5-二甲基)异氰酸苯酯、甲醇的质量体积比为1∶20、1∶8、1∶400。

[0046] 经对CDMPC进行红外光谱检测，其结果如图4所示。从IR谱图中可以看出CDMPC-1在3346.1cm 处-OH的吸收峰已经很弱，说明纤维素上的羟基已基本被酯化，同时在-1 -1 -1
1724.3cm 出现苯基氨基甲酰基的-CO吸收峰，1615.2cm 和1559.7cm 是苯环的骨架结构，说明纤维素上的-OH已基本被(3，5-二甲基)异氰酸苯酯酯化。

[0047] 其元素分析结果参见表2。

[0048] 表2

[0049]CDMPC C质量分数/w(C)％ H质量分数/w(H)％ N质量分数/w(N)％
实测值 66.01 6.42 6.67
理论值 65.66 6.18 6.98

[0050] 从实验数据中可以看出实测值与理论值吻合较好，纤维素的酯化较完全。

[0051] (3)手性固定相的涂敷：首先将CDMPC溶于四氢呋喃中，采用SK5200H超声波清洗器超声12min，得到纤维素类衍生物溶液；然后将纤维素类衍生物溶液加入到APS中，用超声波分散均匀1～5min；最后采用旋转蒸发器RE-52A真空旋转蒸发除去溶剂，此过程重复3次，即可得到涂敷量为20％的手性固定相。所得的固定相以正己烷-异丙醇(体积比为
90∶10/v∶v)为匀浆液和顶替液，于32～35MPa压力下装入不锈钢管(150mm×4.6mm i.d.)中。

[0052] 其中：纤维素类衍生物与四氢呋喃的质量体积比为1∶50；纤维素类衍生物与氨丙基烷化硅胶的质量比为1∶5。

[0053] 经对CDMPC-CSPs进行元素分析后发现(参见表3)：w(C)15.55％，w(H)2.13％，w(N)2.04％。通过对APS(w(N)1.25％)和CDMPC-CSPs(w(N)2.04％)中N元素含量进行比较，固定相上的N元素含量较APS有所上升，说明CDMPC已涂敷于APS上。

[0054] 表3

[0055]待测物 C质量分数/w(C)％ H质量分数/w(H)％ N质量分数/w(N)％
APS 5.27 1.33 1.25
CDMPC-CSPs 15.55 2.13 2.04

[0056] 实施例2 一种大粒径手性固定相，该手性固定相为涂敷体积比18％的涂敷型和键合型纤维素类衍生物手性固定相，其结构式同实施例1。

[0057] 该大粒径手性固定相的合成方法，包括以下步骤：

[0058] (1)氨丙基烷化硅胶(APS)的合成：首先将粒径为40～60μm的硅胶经质量浓度为3.65％的盐酸活化后，置于250mL三颈瓶中在150℃下采用BPZ-6033LC真空干燥箱真空干燥6h，得活化硅胶；然后在N2保护下，依次加入无水苯、无水吡啶和3-氨丙基三乙氧基硅烷，在85℃下回流反应20h；最后冷却至室温，分别用500mL甲醇、500mL丙酮、500mL正己烷清洗，在60℃下真空干燥6h，即得6.4g氨丙基烷化硅胶。该产物置于干燥器中备用。

[0059] 其中：无水苯和无水吡啶均经CaH2干燥。

[0060] 硅胶分别与无水苯、无水吡啶、3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量体积比为1∶8、1∶0.1、1∶0.2。

[0061] (2)纤维素类衍生物的合成：首先将纤维素-三(4-甲基苯基甲酸酯)置于三颈瓶中，在100℃下真空干燥4h；然后在N2保护下，加入无水吡啶，并在100℃下加热回流12h；其次加入(3，5-二甲基)异氰酸苯酯，在110℃下油浴反应20h后，冷却至室温，剧烈搅拌下倒入甲醇；最后经抽滤，得灰白色固体，再用200mL甲醇洗涤后，在70℃下真空干燥18h，即得灰白色纤维素类衍生物固体1.71g，产率89.6％。

[0062] 其中：纤维素分别与无水吡啶、(3，5-二甲基)异氰酸苯酯、甲醇的质量体积比为1∶30、1∶10、1∶500。

[0063] (3)手性固定相的涂敷：

[0064] 首先将CDMPC溶于四氢呋喃中，超声10min，得到纤维素类衍生物溶液；然后将纤维素类衍生物溶液加入到APS中，用超声波分散均匀1～5min；最后真空旋转蒸发除去溶剂，此过程重复3次，即可得到涂敷量为18％的手性固定相。所得的固定相以正己烷-异丙醇(体积比为90∶10/v∶v)为匀浆液和顶替液，于32～35MPa压力下装入不锈钢管(150mm ×4.6mm i.d.)中。

[0065] 其中：纤维素类衍生物与四氢呋喃的质量体积比为1∶60；纤维素类衍生物与氨丙基烷化硅胶的质量比为1∶6。

[0066] 实施例3 一种大粒径手性固定相，该手性固定相为涂敷体积比25％的涂敷型和键合型纤维素类衍生物手性固定相，其结构式同实施例1。

[0067] 该大粒径手性固定相的合成方法，包括以下步骤：

[0068] (1)氨丙基烷化硅胶(APS)的合成：首先将粒径为40～60μm的硅胶经质量浓度为3.65％的盐酸活化后，置于250mL三颈瓶中在200℃下真空干燥4h，得活化硅胶；然后在N2保护下，依次加入无水苯、无水吡啶和3-氨丙基三乙氧基硅烷，在75℃下回流反应24h；最后冷却至室温，分别用500mL甲醇、500mL丙酮、500mL正己烷清洗，在80℃下真空干燥
4h，即得6.45g氨丙基烷化硅胶。该产物置于干燥器中备用。

[0069] 其中：无水苯和无水吡啶均经CaH2干燥。

[0070] 硅胶分别与无水苯、无水吡啶、3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量体积比为1∶12、1∶0.2、1∶0.3。

[0071] (2)纤维素类衍生物的合成：首先将纤维素-三(4-甲基苯基甲酸酯)置于三颈瓶中，在95℃下真空干燥5h；然后在N2保护下，加入无水吡啶，并在80℃下加热回流24h；其次加入(3，5-二甲基)异氰酸苯酯，在80℃下油浴反应48h后，冷却至室温，剧烈搅拌下倒入甲醇；最后经抽滤，得灰白色固体，再用200mL甲醇洗涤后，在80℃下真空干燥12h，即得灰白色纤维素类衍生物固体1.47g，产率79.8％。

[0072] 其中：纤维素分别与无水吡啶、(3，5-二甲基)异氰酸苯酯、甲醇的质量体积比为1∶40、1∶11、1∶600。

[0073] (3)手性固定相的涂敷：首先将CDMPC溶于四氢呋喃中，超声20min，得到纤维素类衍生物溶液；然后将纤维素类衍生物溶液加入到APS所述氨丙基烷化硅胶中，用超声波分散均匀1～5min；最后真空旋转蒸发除去溶剂，此过程重复3次，即可得到涂敷量为25％的手性固定相。所得的固定相以正己烷-异丙醇(体积比为90∶10/v∶v)为匀浆液和顶替液，于32～35MPa压力下装入不锈钢管(150mm×4.6mm i.d.)中。

[0074] 其中：纤维素类衍生物与四氢呋喃的质量体积比为1∶40；纤维素类衍生物与氨丙基烷化硅胶的质量比为1∶4。

[0075] 实施例4 大粒径手性固定相在对手性药物对映体进行手性分离中的应用。

[0076] 由于普萘洛尔(其结构图参见图5)是临床广泛应用的β-受体阻滞剂，其结构中含有羟基，氨基及醚，是目前用于CDMPC手性拆分性能评价较广泛的手性药物之一，因此，本文运用液相色谱方法、采用普萘洛尔对实施例1～3所合成的手性固定相进行手性分离评价。

[0077] 其中：

[0078] 色谱系统包括LC-6A泵(日本Shimadzu公司)、SPD-6AV紫外检测器(日本Shimadzu公司)和分析之星色谱工作站。

[0079] 色谱分离条件：色谱分离均在室温下进行，流动相：正己烷∶异丙醇∶三乙胺，紫外检测波长：276nm；流速为0.3～1mL/min；进样量：20μL；色谱柱的死时间(t0)用1，3，5-三叔丁基苯测定。

[0080] 流动相为正己烷∶异丙醇∶三乙胺(V∶V∶V)＝(50～98)∶(2～50)∶(0.05～0.2％)。

[0081] 流动相中异丙醇质量分数对普萘洛尔样品保留和拆分效果的影响(参见表4)。

[0082] 表4

[0083]

[0084] 从表中可以看出，随着流动相中异丙醇含量的减少，容量因子k′变大，表明样品在手性固定相中的保留时间增强；同时分离度增加，表明异丙醇质量分数的减少有利于样品得到更佳的分离效果；分离因子α随之增加，表明固定相对样品外消旋对映体的分离不断增强。

[0085] 选用色谱柱：涂敷型纤维素-三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)手性柱。

[0086] 综合考虑分析时间和分离效果，确定正己烷∶异丙醇∶三乙胺(95∶5∶0.1％/v∶v∶v)为最佳流动相，流速(flow rate)：0.5mL/min，普奈洛尔手性拆分的色谱图见图6。

[0087] 同时，以正己烷∶异丙醇∶三乙胺(95∶5∶0.1％/v∶v∶v)为流动相，考察了流速对普萘洛尔分离的影响。当流速从0.9mL/min减小到0.5mL/min时，分离度增大，达到基线分离(图7)。