一种金鸡纳碱功能化手性杂化整体固定相的制备及应用

摘要

本发明涉及一种基于光引发巯基‑烯基聚合反应快速制备金鸡纳碱功能化的手性杂化固定相的方法及其在对映体分离中的应用。具体是将含硅的多巯基化合物(功能单体)、多乙烯基化合物(功能单体)、含乙烯基金鸡纳碱类化合物(功能单体)、致孔剂及引发剂混合并超声溶解，然后在一定波长的紫外灯照射下发生巯基‑烯基聚合反应(photoinduced thiol‑ene polymerization reaction)，即可一步制备出多孔的金鸡纳碱功能化的手性杂化固定相。所述的制备方法具有操作简单、制备条件温和以及快速可控等优点。

权利要求

1. 一种金鸡纳碱功能化手性杂化固定相的制备方法，该固定相（CSP）是通过含硅的多巯基化合物八（3‑巯丙基）八面体倍半硅氧烷(octakis(3‑mercaptopropyl)octasilsesquioxane,POSS‑8SH) ，多烯基化合物(+)‑N,N′‑二烯丙基酒石酸二酰胺（(+)‑N,N'‑diallyl‑L‑tartardiamide,DATDA）或者1,2,4‑三乙烯基环己烷(1,2,4‑Trivinylcyclohexane, TVCH) ，以及苯基异氰酸酯衍生的辛可尼丁（phenylisocyanate cinchonidine, PCD）在光引发剂的作用下发生巯基‑烯基点击聚合反应，生成具有手性拆分功能的杂化整体固定相。

2.按照权利要求1所述手性固定相的制备方法，其特征在于可按如下步骤操作，

1）向反应容器中加入含硅的多巯基化合物POSS‑8SH 40 60 mg；

~

2） 向反应容器中加入20 60 mg多烯基化合物DATDA或者TVCH以及10 30 mg衍生后的~ ~

辛可尼丁（PCD），使巯基官能团(‑SH)、多烯基化合物中乙烯基官能团(‑C=C)、手性单体衍生辛可尼丁中乙烯基官能团(‑C=C)的摩尔比为8:6:2 8:7.5:0.5；

~

3）向反应容器中加入二元致孔剂：当上述步骤加入的多烯基化合物为DATDA时加入120

160 μL二甲亚砜（DMSO）与90 130 μL正十二醇为致孔剂；当上述步骤加入的多烯化合物为~ ~

TVCH时加入160 200 μL四氢呋喃（THF）与40 70 μL聚乙二醇为致孔剂， PEG分子量为180~ ~ ~

220；

4）向反应容器中加入2 10 μL乙酸为助溶剂；

~

5）向反应容器中加入0.3 20 mg的光引发剂2,2‑二甲氧基‑苯基苯乙酮（2,2‑~

dimethoxy‑2‑phenylacetophenone, DMPA）；

6）将上述混合体系在常温下超声使其完全溶解形成均匀透明溶液；

7）将步骤6）中所得到的混合溶液引入到容器中并密封；

8）将步骤7）中所得到的盛有混合溶液的容器置于紫外灯下反应，直至形成固体；

9）用甲醇冲洗上述得到固体材料，以去除致孔剂及未反应或未结合上的物质，得到含硅的多孔杂化手性整体材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：八（3‑巯丙基）八面体倍半硅氧烷（POSS‑8SH) 的制备：首先取10 15 mL巯丙基三甲氧基硅烷（MPTS）溶解在340 380 mL甲醇~ ~

中，向溶液中滴加20 30 mL质量浓度36% 38%浓盐酸，在88 92℃油浴中回流反应24 26 h；

~ ~ ~ ~

反应完成后，将反应液在冰浴‑4℃ 4 ℃温度下冷却得到粗产物，用甲醇洗涤粗产物三至五~

次，除去残留的巯丙基三甲氧基硅烷；用二氯甲烷溶解所得粗产物，然后在该溶液中加入水进行萃取，收集二氯甲烷层，再加入水萃取，共重复萃取三至五次，将收集到的二氯甲烷层溶液中加入无水硫酸钠干燥12 h 14 h；最后，将该溶液进行减压蒸馏，得到产物POSS‑8SH。

~

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：辛可尼丁的衍生：向反应容器中加入1

3 g辛可尼丁、2 4 mL异氰酸苯酯和40 60 mL 干燥吡啶，在95 115℃的油浴中加热回流20~ ~ ~ ~

30 h；反应结束后，在减压的条件下除去反应液中的吡啶和未反应的异氰酸苯酯，残余物~

用乙醇溶解，然后将其倒入盛有100 250 mL水的烧杯中，有大量的固体析出；过滤后，滤饼~

用乙醇重结晶。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中所采用的含硅化合物为八（3‑巯丙基）八面体倍半硅氧烷（POSS‑8SH）；

所述步骤2）中所采用的多烯基化合物为(+)‑N,N′‑二烯丙基酒石酸二酰胺（二乙烯基化合物，DATDA）或者1,2,4‑三乙烯基环己烷(三乙烯基化合物，TVCH)；

所述步骤2）中所采用的金鸡纳碱功能化的手性功能单体为苯基异氰酸酯衍生后的辛可尼丁；

所述步骤1）5）中所述的反应容器为紫外透明玻璃瓶；

~

所述步骤7）中所用的容器为紫外透明毛细管或者紫外透明玻璃瓶；

所述步骤8）中的反应时间为5 15 min。

~

6.一种权利要求1 5任一一项所述制备方法获得的杂化整体材料。

~

7.一种权利要求6所述整体材料作为手性固定相在液相色谱中进行应用。

说明书

一种金鸡纳碱功能化手性杂化整体固定相的制备及应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金鸡纳碱功能化的有机‑无机杂化多孔整体材料及其制备，以及其在对映体分离中的应用。具体是将含硅的多巯基化合物、多烯基化合物、带有乙烯基功能
团的金鸡纳碱手性化合物(衍生辛可尼丁)、致孔溶剂、助溶剂和光引发剂混合超声均匀后，
利用光引发的巯基‑烯基聚合反应(photoinduced thiol‑ene polymerization reaction)
一步制备手性杂化固定相。

背景技术

[0002] 手性是自然界的本质属性之一。手性药物(chiral drug)是指分子立体结构和它的镜像彼此不能够重合的一类药物，将互为镜像关系而又不能重合的一对药物结构称为对
映异构体(enantiomer)。在进入生命体后，一对光学纯异构体可能在生物活性、代谢机制、
毒性等方面存在差异(尤启冬,林国强.手性药物‑研究与应用.化学工业出版社.2004,30‑
42.)。例如，(‑)‑美沙酮是强止痛剂，而(+)‑美沙酮则没有疗效。有时一种对映异构体具有
药理活性，另外一种不但没有药理活性，反而具有很强的毒副作用或者拮抗作用。最典型的
例子就是20世纪50年代欧洲发生的“反应停”事件。孕妇因服用反应停药物沙利度胺对映异
构体混合物(其中包含的S‑(‑)的对映体)，从而导致1.2万名“海豹”畸形婴儿出生。这一灾
难性后果，使得世界各国纷纷加强了对手性药物的监管力度,凡是具有手性的药物,均应评
价一对对映体在药效及药代性质的差异。以单一对映异构体形式出售的手性药物，因疗效
好，副作用小等优点，在药品安全备受重视的今天，颇受市场欢迎，其市场份额逐年稳定增
长。2016年至2017年8月31日,美国FDA批准的53个新药中,新分子实体药物有34个,其中22
个为单一光学活性的手性药物(U.S.Food&Drug Administration.Novel Drug Approvals 
for2017[EB/OL].2017[2017‑09‑04].https://www.fda.gov/Drugs/Development 
Approval Process/Drug Innovation/ucm 537040.htm)手性药物的巨大市场潜力，引起了
学术界、工业界的关注，促使人们开发各种适于手性化合物分离分析及制备的新技术和新
方法。常用的手性化合物的分离方法主要有结晶法、酶动力学拆分法和色谱法(刘文强,李
莉.手性药物及其中间体拆分方法的研究进展.药学学报.2018,53(1):37‑46)。其中，结晶
法和酶动力学拆分法是传统的手性分离方法；这些方法存在操作周期长、过程繁琐、适用的
化合物范围有限等缺点；因此它们的应用受到了限制。近二三十年来，色谱方法和技术在手
性分离中得到了巨大的发展。特别是高效液相色谱法取得了令人瞩目的进展，已成为研究
和开发手性药物不可或缺的方法(Ikai  T,Okamoto Y.Structure Control of 
Polysaccharide Derivatives for Efficient Separation of Enantiomers by 
Chromatography.Chem.Rev.,2009,109(11):6077‑6101)，其中利用手性固定相(chiral 
stationary phases,CSPs)直接拆分对映异构体的方法既适用于常规的分析分离，又适用
于大规模制备，是目前公认的手性化合物分离分析最为有效的方法。

[0003] 点击聚合反应(Click polymerization)是一种基于点击化学反应发展的新型聚合技术。例如，巯基类化合物可以和多种官能团发生点击化学反应(如不饱和碳碳双键、碳
碳三键、环氧基团、卤代基团、异氰酸酯基团等)。其中，巯基‑烯基点击反应(thiol‑ene 
reaction)不需要过渡金属催化，可以在亲核催化剂或者碱性催化剂催化下定量的转化而
且产生很少的副产物，同时也高度服从自由基聚合的特点，光化学和热引发方式都可以作
为引发模式。这些优点使得该反应备受关注。此外，这种反应与氧和水兼容，可以以立体选
择性方式定量地形成对应的硫醚(Liu,Z.et al.,Functionalization of hybrid 
monolithic columns  via  thiol‑ene  click reaction  for  proteomics 
analysis.J.Chromatogr.A,2017,1498,29‑36)。因此，巯基‑烯基点击化学有可能成为合成
手性固定相的有效方法。

[0004] 本发明发展了一种基于巯基‑烯基点击聚合反应，有效地引入手性功能团并交联形成手性有机‑无机杂化多孔整体材料。该方法所制备的手性杂化整体材料不仅具有有序
的三维骨架，而且机械强度高，稳定性能好。该制备方法还具有以下特点：1、制备步骤简便，
可一歩合成手性材料；2、反应条件温和，易于控制，对氧气不敏感；3、反应时间短，可在10分
钟之内完成。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了快速制备一系列金鸡纳碱功能化的手性杂化多孔整体材料，同时使所制备的手性材料具有较好的机械性能和稳定性以及高效的手性拆分能力。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0007] 基于光引发的巯基‑烯基聚合反应快速制备手性杂化多孔整体材料：将含硅的多巯基化合物(功能单体)、多乙烯基化合物(功能单体)、含乙烯基的金鸡纳碱类手性化合物
(功能单体)、致孔剂及引发剂混合超声均匀，在光引发条件下发生巯基‑烯基聚合反应
(photoinduced thiol‑ene polymerization reaction)一步制备金鸡纳碱功能化的手性
杂化多孔整体材料。

[0008] 利用光引发的巯基‑烯基聚合反应，通过选用不同的有机功能单体以及调节致孔剂体系来制备一系列具有不同物理和化学性质的手性多孔有机‑无机杂化整体材料。

[0009] 其具体过程如下：

[0010] 1)向反应容器中加入含硅的多巯基化合物POSS‑8SH 40～60mg；

[0011] 2)向反应容器中加入20～60mg多烯基化合物和10～30mg衍生辛可尼丁(含乙烯基金鸡纳碱类化合物)，使巯基官能团(‑SH)、多烯基化合物中乙烯基官能团(‑C＝C)、衍生辛
可尼丁中乙烯基官能团(‑C＝C)的摩尔比为8:6:2～8:7.5:0.5；

[0012] 3)向反应容器中加入二元致孔剂：当多烯基化合物为DATDA时加入120～160μL二甲亚砜(DMSO)与90～130μL正十二醇为致孔剂。当多烯化合物为TVCH时加入160～200μL四
氢呋喃(THF)与40～70μL聚乙二醇(PEG分子量为180～220)为致孔剂；

[0013] 4)向反应容器中加入2～10μL乙酸为助溶剂；

[0014] 5)向反应容器中加入0.3～20mg的光引发剂2,2‑二甲氧基‑苯基苯乙酮(2,2‑dimethoxy‑2‑phenylacetophenone,DMPA)；

[0015] 6)将上述混合体系在常温下超声使其完全溶解形成均匀透明溶液；

[0016] 7)将步骤6)中所得到的混合溶液引入到容器中并密封；

[0017] 8)将步骤7)中所得到的盛有混合溶液的容器置于紫外灯下反应，直至形成固体；

[0018] 9)用甲醇冲洗上述整体材料，以去除致孔剂及未反应或未结合上的物质，得到含硅的手性多孔杂化整体材料；

[0019] 本发明基于光引发的巯基‑烯基聚合反应快速制备手性杂化多孔整体材料过程如图1所示。

[0020] 所述步骤1)中所采用含硅的多巯基化合物为八(3‑巯丙基)八面体倍半硅氧烷(POSS‑8SH)；所述步骤2)中所采用多烯基化合物为(+)‑N,N′‑二烯丙基酒石酸二酰胺
(DATDA)或者1,2,4‑三乙烯基环己烷(TVCH)；所述步骤2)中所采用的含乙烯基金鸡纳碱类
化合物为苯基异氰酸酯衍生后的辛可尼丁；所述步骤1)，2)，3)，4)，5)和6)中所用的反应容
器为紫外透明玻璃瓶；所述步骤7)中所用的容器为紫外透明毛细管或者紫外透明玻璃瓶；
所述步骤8)中的反应时间为5～15min。

[0021] 八(3‑巯丙基)八面体倍半硅氧烷(POSS‑8SH)的制备：首先取10～15mL巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)溶解在340～380mL甲醇中，向溶液中滴加20～30mL浓盐酸(质量浓度36％
～38％)，在88～92℃油浴中回流反应24～26h；反应完成后，将反应液在‑4℃～4℃(冰浴)
温度下冷却得到粗产物，用甲醇洗涤粗产物三至五次，除去残留的巯丙基三甲氧基硅烷；用
二氯甲烷溶解所得粗产物，然后在该溶液中加入水进行萃取，收集二氯甲烷层，再加入水萃
取，共重复萃取三至五次，将收集到的二氯甲烷层溶液中加入无水硫酸钠干燥12h～14h；最
后，将该溶液进行减压蒸馏，得到产物POSS‑8SH。

[0022] 辛可尼丁的衍生：向反应容器中加入1～3g辛可尼丁、2～4mL异氰酸苯酯和40～60mL干燥吡啶，在95～115℃的油浴中加热回流20‑30h，反应结束后，在减压的条件下除去
反应液中的吡啶和未反应的异氰酸苯酯，残余物用乙醇溶解，然后将其倒入盛有100～
250mL水的烧杯中，有大量的固体析出；过滤后，滤饼用乙醇重结晶。

[0023] 本方法所制备手性多孔整体材料的孔径和孔结构可以通过改变致孔溶剂的组成或含量来进行调控，其具有的多孔结构非常适用于色谱分离分析。本实验中采用两种多烯
基化合物(+)‑N,N′‑二烯丙基酒石酸二酰胺和1,2,4‑三乙烯基环己烷所制备的手性材料表
面具有一定的疏水性质，水接触角分别为82°和112°。从电镜图上可以清晰得看出两种手性
柱都具有双连续结构，都含有微米级的大孔，适用于高效液相色谱分析，而且实验结果表明
两者均表现出了良好的手性拆分能力。

附图说明

[0024] 图1为基于光引发的巯基‑烯基聚合反应快速制备手性杂化多孔整体材料示意图。

[0025] 图2为聚(POSS‑DATDA‑PCD)(实施例1)手性杂化整体柱(多烯基化合物为(+)‑N,N′‑二烯丙基酒石酸二酰胺)的扫描电镜图(SEM)。

[0026] 图3为聚(POSS‑DATDA‑PCD)(实施例1)手性杂化整体材料的水接触角图。

[0027] 图4为四种手性化合物分别在聚(POSS‑DATDA‑PCD)(实施例1)手性杂化整体柱上的色谱分离图。

[0028] 图5为聚(POSS‑DATDA‑PCD)(实施例2)手性杂化整体柱(多烯基化合物为1,2,4‑三乙烯基环己烷)的扫描电镜图(SEM)。

[0029] 图6为聚(POSS‑TVCH‑PCD)(实施例2)手性杂化整体材料的水接触角图。

[0030] 图7为三种手性化合物分别在聚(POSS‑TVCH‑PCD)(实施例2)手性杂化整体柱上的色谱分离结果图。

[0031] 图8为手性化合物结构示意图。

具体实施方式

[0032] 八(3‑巯丙基)八面体倍半硅氧烷(POSS‑8SH)的制备：首先取15mL巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)溶解在380mL甲醇中，向溶液中滴加30mL浓盐酸(质量浓度36％)，在88～92℃油
浴中回流反应24h；反应完成后，将反应液在‑4℃～4℃(冰浴)温度下冷却得到粗产物，用甲
醇洗涤粗产物五次，除去残留的巯丙基三甲氧基硅烷；用二氯甲烷溶解所得粗产物，然后在
该溶液中加入水进行萃取，收集二氯甲烷层，再加入水萃取，共重复萃取三次，将收集到的
二氯甲烷层溶液中加入无水硫酸钠干燥12h；最后，将该溶液进行减压蒸馏，得到产物POSS‑
8SH。

[0033] 辛可尼丁的衍生：向反应容器中加入2g辛可尼丁、3mL异氰酸苯酯和50mL干燥吡啶，在100℃的油浴中加热回流24h，反应结束后，在减压的条件下除去反应液中的吡啶和未
反应的异氰酸苯酯，残余物用乙醇溶解，然后将其倒入盛有200mL水的烧杯中，有大量的固
体析出；过滤后，滤饼用乙醇重结晶。

[0034] 实施例1

[0035] 1、向紫外透明玻璃瓶中加入51.0mg的八(3‑巯丙基)八面体倍半硅氧烷试剂(POSS‑8SH)。

[0036] 2、向上述紫外透明玻璃瓶中加入34.2mg的(+)‑N,N′‑二烯丙基酒石酸二酰胺(DATDA)和15.0mg苯基异氰酸酯衍生后的辛可尼丁(PCD)。

[0037] 3、向上述紫外透明玻璃瓶中加入5.0μL的乙酸。

[0038] 4、向上述紫外透明玻璃瓶中加入141.0μL的二甲亚砜和119.0μL的正十二醇。

[0039] 5、向上述紫外透明玻璃瓶中加入0.5mg光引发剂2,2‑二甲氧基‑苯基苯乙酮(DMPA)，将上述紫外透明玻璃瓶超声1min使其中的各个组分混合均匀。

[0040] 6、将步骤5中得到的混合液用注射器引入到已预先经过乙烯基三甲氧基硅烷活化处理的75μm(内径)的紫外透明毛细管中，随后毛细管两端用硅胶封口，然后将装有剩余混
合液的紫外透明玻璃瓶密封。

[0041] 7、将步骤6中的紫外透明毛细管和紫外透明玻璃瓶置于紫外灯下(λ＝365nm)，反应10min，紫外透明玻璃瓶中的混合液成白色的固体。

[0042] 8、用甲醇冲洗紫外透明毛细管，将其中的致孔剂及一些未参与反应的物质冲出即得到毛细管杂化整体柱。对紫外透明玻璃瓶中的则用甲醇反复浸泡洗涤即得到手性杂化整
体材料。

[0043] 实施例2

[0044] 1、向紫外透明玻璃瓶中加入51.0mg的八(3‑巯丙基)八面体倍半硅氧烷试剂(POSS‑8SH)。

[0045] 2、向上述紫外透明玻璃瓶中加入28.0mg的1,2,4‑三乙烯基环己烷(TVCH)和15.0mg苯基异氰酸酯衍生后的辛可尼丁(PCD)。

[0046] 3、向上述紫外透明玻璃瓶中加入5.0μL的乙酸。

[0047] 4、向上述紫外透明玻璃瓶中加入190.0μL的四氢呋喃和65.0μL的PEG200。

[0048] 5、向上述紫外透明玻璃瓶中加入0.5mg光引发剂2,2‑二甲氧基‑苯基苯乙酮(DMPA)，将上述紫外透明玻璃瓶超声1min使其中的各个组分混合均匀。

[0049] 6、将步骤5中得到的混合液用注射器引入到已预先经过乙烯基三甲氧基硅烷活化处理的75μm(内径)的紫外透明毛细管中，随后毛细管两端用硅胶封口，然后将装有剩余混
合液的紫外透明玻璃瓶密封。

[0050] 7、将步骤6中的紫外透明毛细管和紫外透明玻璃瓶置于紫外灯下(λ＝365nm)，反应10min，紫外透明玻璃瓶中的混合液成白色的固体。

[0051] 8、用甲醇冲洗紫外透明毛细管，将其中的致孔剂及一些未参与反应的物质冲出即得到毛细管杂化整体柱。对紫外透明玻璃瓶中的则用甲醇反复浸泡洗涤即得到手性杂化整
体材料。

[0052] 图2为聚(POSS‑DATDA‑PCD)(实施例1)手性杂化整体柱的扫描电镜图(SEM)。所制备的含硅的整体柱呈现出渔网状微观形貌，富含微米级的大孔，基质与毛细管内壁结合紧
密。

[0053] 图3为聚(POSS‑DATDA‑PCD)(实施例1)手性大块整体材料的水接触角图，该材料的水接触角值为82°，说明材料有一定的亲水性。

[0054] 图4为四种手性化合物分别在聚(POSS‑DATDA‑PCD)(实施例1)整体柱上的色谱分离图。图中色谱峰1和2分别代表该种手性化合物的两种对映体。实验条件：柱长，20.8cm；柱
内径75μm；流动相，乙腈(含160mM的乙酸和10mM三乙胺,)/水(v/v,93/7)；流速，400μL/min
(分流前)；紫外检测波长，214nm。色谱图中的手性化合物峰依次为(a)(±)N‑(3，5‑二硝基
苯甲酰)‑亮氨酸,(b)(±)N‑3,5‑二硝基苯甲酰基苯甘氨酸，(c)(±)α‑甲氧基苯乙酸和(d)
(±)β‑苯基乳酸。

[0055] 图中可以看出聚(POSS‑DATDA‑PCD)手性柱对前两种手性化合物对映体的拆分效果要比后两种好，可以达到基线分离。

[0056] 图5为聚(POSS‑TVCH‑PCD)(实施例2)手性大块整体材料的水接触角图，该材料的水接触角值为112°，说明材料有一定的疏水性。

[0057] 图6为聚(POSS‑TVCH‑PCD)(实施例2)手性杂化整体柱的扫描电镜图(SEM)。从图上可以看到毛细管中整体材料通过微米级大孔相连，呈现立体双连续构造并且与毛细管内壁
结合紧密，无脱壁现象。

[0058] 图7为三种手性化合物分别在聚(POSS‑TVCH‑PCD)(实施例2)手性杂化整体柱上的色谱分离图。图中色谱峰1和2分别代表该种手性化合物的两种对映体。实验条件：柱长，
21.0cm；柱内径75μm；流动相，乙腈(含160mM的乙酸和10mM三乙胺)；流速，150μL/min(分流
前)；紫外检测波长，214nm。色谱图中的手性化合物峰依次为(a)(±)N‑(3，5‑二硝基苯甲
酰)‑亮氨酸,(b)(±)N‑3,5‑二硝基苯甲酰基苯甘氨酸和(c)(±)α‑甲氧基苯乙酸。

[0059] 图中可以看出聚(POSS‑TVCH‑PCD)手性柱对(±)N‑(3，5‑二硝基苯甲酰)‑亮氨酸两种对映体的拆分效果较好，可以达到基线分离。