环糊精色谱固定相及其在手性化合物分离中的应用

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第437页（2690字）

随着生命科学尤其是生物化学和药物化学的发展，已经认识并开始重视手性药物异构体在生物体内代谢和药理作用的差别。

为适应科学发展的需要，科学家们已经把注意力集中在手性化合物的色谱分离方法的研究上。1988年6月在巴黎召开的第1届国际手性分子分离会上，即有90%的文章涉及到色谱。1989年9月在维也纳召开的第17届国际色谱会上，有关对映体分离的报告竟占大会报告的15%。

由此可见，色谱技术已成为当前手性分子分离的主要工具，手性分子的分离也成为色谱科学研究的一个重要对象。

关于手性分子的色谱分离和环糊精(CD)固定相的早期发展已有综述。1992年，傅若农又评述了环糊精及其衍生物气相色谱固定相。

1．CD的结构特征。CD是多个葡萄糖分子以1－4甙键相连的环状低聚糖化合物，至今已分离出六聚体、七聚体、八聚体和九聚体，它们分别称为α－，β－，γ－和δ－CD。

CD分子具有中空并呈“V”型圆筒状构造。筒内呈疏水性，筒外呈亲水性。

组成CD的每个葡萄糖单元有5个手性碳原子，由m个葡萄糖单元构成的CD分子将有5m个手性中心，因而作为主体分子能够提供于客体分子一个良好的不可多得的不对称环境，而且CD衍生物在高达300℃时仍不消旋。CD具有模拟酶的功能。

由于CD独特的结构，能够选择性地包结多种客体分子，形成具有不同自由能的包结配合物。作为固定相，其保留行为将呈现差别。若客体分子是对映异构体，则将形成非对映的包结配合物，呈现对映体选择性，这是CD固定相分离手性化合物的主要依据。不同的CD，其腔尺寸大小不同，因而对与其形成包结配合物的客体分子大小有选择性。

原则上讲，较大的腔尺寸适合于较大的客体分子。目前，β－CD固定相适合于许多中等大小的分子，特别是芳香族化合物的对映体分离。

2．CGC用CD固定相及其应用。在手性CGC固定相研究中，1966年Gil－Av报道了用N－三氟乙酰－L－异亮氨酸月桂醇酯作为固定相，在玻璃毛细管柱上完成了N－三氟乙酰－α－氨基酸酯的手性分离。

随后，各种肽、酰胺、二酰胺型的手性固定相也相继研究成功。但是，这些固定相中的大多数仅能在较低温度下工作，选择性有限，应用也受到限制。乙酰化的CD固定相早在1961年就被用于脂肪族酯化物的分离，以后又主要用于各种几何异构体的分离。由于天然CD具有高达290℃的熔点，可涂性差，制备的毛细管柱效低。

近年来，科学家们致力于CD的烷基化和酰基化改性，随着CD分子上烷基长度的增加，使改性产物的熔点降低，柱效上升，可达3000塔板／m以上，取得了较大突破。用采在聚硅氧烷中稀释CD的方法也可提高柱效，但同时也损失了选择性。

Juvancz，Schurig和Venema等制备了全甲基β－CD玻璃和石英毛细管柱，分离了多种不同类型的对映异构体。Koenig等制备了全戊基α－CD和β－CD固定相，分离了手性羟基化合物、糖类、烯烃和卤代烃。

中国万宏等也合成了全戊基β－CD，分离了卤代烃和酯。Armstrong等合成了2，6－O－二戊基－α－CD－β－CD和γ－CD的(S)－羟丙基衍生物固定相，成功地分离了70对对映体。

烷基化CD固定相使用温度可达200℃。

Koenig等发现，在组成CD的葡萄糖结构单元上的C－2位和C－6位与C－3位上的羟基的反应活性存在差别，并利用此差别制备了戊基和酰基改性的α－、β－和γ－CD，用于CGC，成功地分离了手性醇、胺、氨基醇、内酯、卤代烃等。

Schurig等制备了甲基和三氟乙酰或七氟丁酰改性的β－CD，分离了多种手性化合物。Armstrong(1990)研究成功用戊基和三氟乙酰基改性的α－，β－和γ－CD，制备的石英毛细管柱具有高达3600塔板／m的柱效，在10m长的柱上分离了150多对不同类型的对映异构体。采用全甲基－β－CD为固定相的超临界流体色谱法能分离许多药物、杀虫剂和除草剂对映体(1991)。烷基和酰基化CD固定相使用温度也可达200℃。

3．HPLC用CD固定相及其应用。1988年，Armstrong和Issag曾评述了CD键合相在HPLC中的应用。CD聚合物固定相由于低柱效，仅仅用于传统的柱色谱技术。目前，用于HPLC的CD固定相以硅胶键合相为主流。

Fujimura和KawaguchL首先通过不同的乙二胺链节把CD键合在硅胶上，用于芳香族化合物的分离。1985年，Armstrong成功地制备了不含氮原子的CD键合固定相，此种键合相抗水解，稳定，可用于反相的和正相的系统，具有高选择性，用于光学异构体、几何异构体和结构异构体的分离。

旷昌渝(1989)、黄天宝(1991)等以不同的合成路线制备了不含氮的高固载量的CD键合固定相，并用它分离了位置异构体和对映体。Tanaka等制备了酰基化的和甲基化的CD键合固定相，实现了对映体和芳香族化合物的分离。

Hattori合成了氨基改性CD键合固定相。Fujimura(1952)合成两种新型的带氨基甲酸酯链节的CD键合固定相，光学分离了苯乙醇酸衍生物。1990年，Astrong制备了一系列酰基和异氰酸酯改性的β－CD键合相，不仅用于反相系统，而且用于正相系统分离对映体。由于引入新的可成π－π，氢键和偶极相互作用的基团，显示出广泛的对映体选择性，并且认为在这些新的键合固定相上，对映体分离机理与包结作用无关。

此外，还评价了2－羟丙基－β－CD键合相(A．M．Stalcup，1990)。

CD固定相在手性化合物的色谱分离中选择性高，应用范围广，为其他手性固定相所不及，CD和改性CD固定相在对映体分离中的应用将会越来越广泛。但是，CD固定相分离对映体的机理还有待于进一步深入研究。

不同的CD固定相的对映体选择性亦呈现差别，仅按其腔尺寸大小的解释还不尽人意。可以预料，新型的CD衍生物固定相的研究会成为热门的研究课题之一。

(中国科学院成都有机化学研究所黄天宝研究员、龙远德、王红撰)