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文献综述
多糖及其衍生物色谱手性固定相的研究
摘要：随着手性固定相色谱技术的迅速发展，大量的手性固定相相继被开发，并广泛应用于手性对映体的分离，在众多的手性固定相中，多糖衍生物类手性固定相以其适用范围广、制备简单、手性识别能力强等优点而成为最具发展潜力的一类手性固定相。本论文阐述了多糖及其衍生物色谱手性固定相尤其是区域选择性修饰淀粉衍生物手性固定相的相关研究。
关键词：多糖；手性固定相；区域选择性修饰；涂敷；
1前言
手性是指一个模型与其镜像非等同，如同正常人的左右手，互为镜像。一些有机物、特别是许多天然产物和人体内的活性分子，都是手性分子，在生命科学和医药领域有广泛的应用。利用手性色谱技术来分离药物对映体是20世纪70年代兴起并迅速发展的手性分离技术，该技术包括将对映体柱外衍生化(CDP)、使用手性流动相(CMP) 添加剂及使用手性固定相(chiral stationary phase，CSP)3种方法。其中，手性固定相法在手性药物的分离、研究其在体内的药动学过程、药理和毒性作用机制、生产环节的质量控制等方面较为常用，由于该方法与其他方法相比更为经济有效，特别是在手性药物的拆分方面更适合于大规模制备的要求，故其市场比较广阔。
目前，商品化的手性固定相包括天然来源(如多糖类，蛋白质类等)及人工合成(如Pirkle型CSP)2大类。由于各类手性固定相均有各自的结构特点及理化特性，表现在对不同结构类型的药物对映体识别能力上存在差异，如多糖是自然界大量存在的具有光学活性的聚合物，组成多糖的葡萄糖单元具有手性，多糖分子本身又具有高度有序的螺旋结构，因此这类分子具有手性识别能力。未经衍生的多糖分子手性识别能力有限，用合适的衍生化试剂将其糖单元上的羟基衍生为烷基酯或苯基氨基甲酸酯后，所得到的衍生物具有较强的手性识别能力，即当将其结构进行一定的修饰后就能成为更具实用价值的CSP。纵观近年国外已开发的各类CSP，多糖及其衍生物类CSP仍是使用最广泛的手性固定相之一，其原因是：（1）天然活性物质，容易得到；（2）葡萄糖单元的羟基易被衍生化（如酯化和醚化），容易制备出各种选择性的手性固定相；（3）该类CSP的载样量大，在大规模制备色谱应用上有很大的潜力；（4）普适性强，实用于许多结构类型的光学异构体的拆分。据文献[1]报道有80％的手性化合物可以在这类手性固定相上得到拆分。本文拟对近年已开发的各种多糖及其衍生物类手性固定相的结构特征以及与对映体相互作用的机制和存在的一些问题等内容进行综述，从而为手性药物或其中间体的分离和制备提供借鉴，并展望未来多糖及其衍生物类手性固定相的发展方向。
2多糖聚合物型固定相
2.1键合型固定相
键合型固定相是指将多糖衍生物通过间隔臂以化学键键合在担体表面，或使衍生物交联成网状而固载在担体表面。这样制备的固定相可耐四氢呋喃等溶剂的冲洗而不会造成多糖衍生物的流失，从而扩大了流动相的使用范围。发展高效率的键合方法是目前多糖衍生物固定相研究的热点。目前已报道的制备键合型多糖衍生物固定相的方法主要有双官能团法和自由基共聚法.（一）双官能团试剂法：1987年Okamoto等人[2]首次制备了键合型纤维素衍生物手性固定相，这种键合型手性固定相是以二苯基甲基二异氰酸酯作交联剂通过双异氰酸酯将氨丙基硅胶上的自由氨基与纤维素大分子2-，3-，6-位上的羟基连接起来(见图1)，再将其余羟基用取代的苯基异氰酸酯衍生。
图1. 键合型CSP示意圈（标题要中英文对照）
自由基共聚法：通过共聚反应将含乙烯基的纤维素衍生物键合于含乙烯基的硅胶等载体表面，在键合过程中伴随有纤维素衍生物间的交联反应，因为用不含乙烯基的硅胶等基质作载体同样可以得到不溶于有机溶剂的CSPs，但使用效果不如用含乙烯基硅胶作载体的CSPs。为避免交联聚合物的生成，将低分子量纤维素键合于氨丙基硅胶，再衍生为苯基氨基甲酸酯类衍生物，其手性拆分能力低于涂敷型CSPs。
（三）光化学固化法：纤维素衍生物经光照相互交联于硅胶等载体表面，纤维素衍生物有无光聚合基团都可以用此种方法进行固化，目前这种交联固化的机理还不清楚。其他的方法还有Enomoto等[3]开发出的端基还原键合法等。
2.1.1双官能团法制备键合型多糖衍生物手性固定相
二异氰酸酯法是双官能团法制备键合型多糖衍生物手性固定相的一种。
图2. 二异氰酸酯法合成键合型手性固定相
Okamoto等人［4］于1987年首先报道了用二异氰酸酯作间隔臂来制备键合型 CDMPC 和CDCPC固定相,制备过程如图2所示。纤维素首先与三苯基甲基氯反应得到6-O-三苯甲基纤维素，将其涂敷到氨丙基硅胶上；然后水解脱去三苯甲基基团，使涂敷在硅胶上的6-O-三苯甲基纤维素再生为纤维素；将涂敷有纤维素的硅胶悬浮于甲苯和吡啶的混合液中，最后加入二异氰酸酯和3，5-二甲基苯基异氰酸酯，反应制得键合型手性固定相。从图中知道，间隔臂是随机连接在糖单元的2-，3-，6-位羟基的。
1994年，同一研究组[5]报道了改进的制备方法。在该方法中，他们引入了区域选择性键合的概念，即间隔臂一端与硅胶键合，而另一端选择性地与纤维素糖单元上2-，3-位或6-位键合。首先纤维素与三苯基甲基氯反应得到6-O-三苯甲基纤维素，将其涂敷到氨丙基硅胶上；将涂敷后的硅胶置于甲苯和吡啶的混合液中，加入一定量的双异氰酸酯，通过6-O-三苯基甲基纤维素上未被衍生的2-，3-位羟基将其键合在硅胶表面，然后加入3，5-二甲基苯基异氰酸酯衍生未反应的羟基；接着用盐酸水解以脱去6-位的保护基，并用3，5-二甲基苯基异氰酸酯继续将所有未反应的羟基衍生。
2.1.2自由基共聚法
MinguiUon等[6，7]将10一十一碳烯酰氯和多糖衍生化试剂同时与多糖反应(见图3)，糖单元上的羟基一部分被苯基氨基甲酸酯基取代，另一部分则被10一十一碳烯酰基取代，然后10一十一碳烯酰基的碳碳双键与烯丙基硅胶表面的碳碳双键非均相偶联，将多糖衍生物键合到烯丙基硅胶表面。
图3. 自由基聚合法
之前Kimata等人[8]在含有双键的硅胶上涂敷纤维素三（4－乙烯基苯甲酸酯），然后通过自由基共聚的方法来制备键合型固定相，制备流程如图4所示。纤维素用4－乙烯苯甲酰氯衍生，而氨丙基硅胶用丙烯酰氯衍生。将纤维素三（4－乙烯基苯甲酸酯）涂敷在衍生化硅胶上，然后悬浮于庚烷中，加入引发剂，加热引发聚合反应，使纤维素三（4－乙烯基苯甲酸酯）键合在硅胶上。该方法中，纤维素的衍生物上含有大量双键，并参与聚合反应，这可能引起糖单元之间的交联。另外，可供选择的衍生化试剂有限（因为必须含有双键），这也限制了该方法的使用范围，但该方法为制备键合型固定相提供了一种新的思路。
图4. 聚合反应法在含有双键的硅胶上键合纤维素三（4－乙烯基苯基甲酸酯）
2.2涂敷型多糖类手性固定相
把多糖衍生物涂敷于大孔的硅胶表面制成涂敷型手性固定相，是目前应用最广的多糖衍生物类手性固定相的制备方法。该方法由Okamoto等在1984年[9]发展起来，硅胶用作载体使得固定相的机械稳定性和柱效得到了显著地提高，而本方法的出现大大促进了多糖衍生物手性固定相的发展。涂敷型固定相的手性识别能力和柱效受制备过程中很多因素的影响，例如硅胶的粒径、孔径和比表面积、涂敷溶剂的种类、涂敷方法、涂敷量等。近年来又有新的载体被使用，研究较多的是氧化锆[10]。用氧化锆作载体时固定相的手性识别能力与硅胶作载体时的相当，对某些对映体前者手性识别能力更强。Okamoto等早年还成功地利用手性催化剂和聚甲基丙烯酸三苯甲酯，通过不对称聚合反应合成了螺旋状的乙烯基聚合物(见图5)，之后的研究表明，光学活性聚合物(右旋聚甲基丙烯酸三苯甲酯)[(+)一PTrMA)]
图5. 聚甲基丙烯酸三苯甲酯的结构
对于芳香族对映体表现出较高的手性识别能力，尤其是当PTrMA被吸附于大孔硅胶后，手性识别能力更强，由此而兴起了对吸附于大孔硅胶上的纤维素三苯甲酸酯及其衍生物的研
究热潮。目前，先后制得的纤维素衍生物CSP商品柱的主要结构和名称见图6：
图6. 纤维素衍生物手性固定相
许多研究表明，这些CSP对各种不同类型的外消旋化合物都有很好的手性识别能力，其中尤以OB、OD、OJ适应面更宽。目前，普遍认为涂敷型多糖类CSP在分离和制备手性化合物方面具有很好的效果，由于该涂敷型固定相主要依靠多糖衍生物的羰基与氨丙基硅胶表面（见图7）的氨基之间的氢键作用将多糖衍生物固定在硅胶表面，这种相互作用力相对较弱，在使用四氢呋喃、三氯甲烷和丙酮等一些有机溶剂作为流动相时，具有手性识别功能的多糖衍生物很容易就被洗脱剂冲刷或者溶解损失而降低柱效[11]，从而限制了该类手性柱的使用。
图7.涂敷型CSP氢键示意图
多糖衍生物类手性固定相因其强大的手性识别能力，目前在液相色谱（HPLC）直接拆分对映体中应用最为广泛。通常这类衍生物是均匀取代的，即葡萄糖单元2-，3-，6-位的取代基相同。为了扩展多糖衍生物类手性固定相的种类及应用范围，研究者主要在1993-1998年间开展了区域选择性修饰多糖类衍生物手性固定相的研究工作[12-13]。研究发现：相对于均匀取代多糖衍生物类手性固定相，区域选择性修饰多糖衍生物类手性固定相具有特异性的手性识别能力。最近，Okamoto等人[14]首次合成了葡萄糖单元上2-，3-，6-位分别为不同取代基的淀粉衍生物，制备过程如图8所示，其手性识别能力相当于或高于商品化的AD 柱。
图8. 淀粉衍生物的合成
Figure8. Synthesis of amylose derivatives
3 展望
多糖类及其衍生物手性固定相发展至今，已有大量的文献报道了利用纤维素衍生物、直链淀粉衍生物或环糊精衍生物手性固定相来拆分手性药物。对于纤维素和直链淀粉而言，载样量大，能分离的化合物范围广是这类手性固定相的特点，具有氢键供受体或者能与羰基形成偶极作用的基团的化合物，如醇类、胺类、氨基酸类以及芳香化合物都能利用这类手性固定相进行分离。由于手性药物分子本身的手性构象及结构的复杂多样性，加之众多的多糖及其衍生物类手性固定相的手性拆分机制还不完全清楚，现还不能合成出一种万能的CSP同时适应所有手性药物的拆分，同时各国现行药政法规均规定对于手性药物，无论是以外消旋体供药还是单一异构体供药，都需对其对映体的化学及生物学行为研究得比较清楚。因此，无论从分析，还是从大规模制备样品的角度看，不断设计和合成各种新型、廉价、高效的多糖类及其衍生物CSP，都显得十分迫切，同时还需要在分子水平上不断阐明多糖及其衍生物类手性固定相的拆分机制，以及不断开发各种新型的键合技术，特别是那些能尽可能保持多糖及其衍生物手性选择性的键合技术，这些都将是今后国内外多糖及其衍生物类手性固定相的研究重点。
参考文献（有很多错误，格式统一;按文献1的格式进行修改；几乎每篇文献都有错误）
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