色谱分离法—化学制药工艺学41

色谱技术是获取手性分子单一构型对映体的重要手段之一。常见的色谱分离技术包括:气相色谱法、液相色谱法、超临界色谱法、毛细管电泳法等。液相色谱技术是获取手性分子单一构型对映体的最重要的色谱分离法,其可以分为手性试剂衍生法和直接色谱拆分法。

1 液相色谱拆分法

高效液相色谱在拆分对映体时通常有3种方法。
(1)利用手性试剂与被拆分物进行衍生化反应生成非对映异构体,从而可被传统的非手性HPLC所拆分;
(2)在流动相中加入手性添加剂,利用非手性固定相HPLC进行拆分;
(3)利用具有手性固定相(Chiral Stationary Phase,简称CSPs)的HPLC进行拆分。其中最有效的方法是手性固定相法。

2 手性固定相法

用手性化合物,如淀粉、蔗糖粉、乳糖粉和(+)-或(-)-石英粉等作为液相色谱柱的固定相,有可能使一个外消旋体被拆分成单一的旋光体。手性固定相主要分为以下几类:(1)蛋白质类键合相;(2)多糖衍生化手性固定相;(3)Pirkle刷型手性固定相;(4)环糊精手性固定相;(5)配位基交换型手性固定相;(6)手性分子烙印固定相。

手性固定相法拆分手性化合物的原理是什么?

手性固定相法拆分手性化合物的原理:两对映体与手性固定相的作用强度不同,据此得以分离两个对映体。举个不太恰当的例子,液相色谱仪中的固定相就像一个隧道。外观、型号看起来完全一样的汽车一起驶入,交警允许有单号牌照的汽车可以顺利地快速通过,双号牌照的车就会因为被交警检查而落后通过。

优点:拆分范围广,如多糖衍生化手性固定相,可拆分90%的手性物质。可实现大量制备,开发速度快。缺点:操作不连续;固定相利用率低,产率较难提高;流动相消耗大,产品高度稀释,蒸发回收能耗高。

3 固定相手性识别机理

为什么手性固定相对于不同的对映体会表现出不同的作用强度?

(1)三点作用原理

对映体与手性固定相之间形成不稳定的非对映体配合物是对映体分离和手性识别的关键步骤。如下图所示,如果手性固定相和其中一个或两个对映体之间存在至少三点相互作用,则选择器将能够区分这两种对映体。左图显示,一个手性分子可以精确匹配选择器的三个位点。它右边的镜像,经过所有可能的旋转后,可以呈现最多两组,能够与选择器的两个位置相互作用。这种差异可以用来分离两个对映体。

(2)手性空穴与包合

有的手性固定相具有手性空穴,对映异构体进入手性空穴后形成不同结合程度包合配合物,从而实现其拆分。这类手性固定相主要为环糊精,冠醚手性固定相和螺旋型聚合物(如三苯甲基丁烯酸酯)也属于该类。

环糊精分子中每个葡萄糖单元含有5个手性碳原子,如β-CD含有35个手性碳原子,同时与各种有机分子形成包容配合物,分子整体上具有光学活性和立体识别能力,是一种理想的手性选择剂。

4 模拟流动床(SMB)技术

模拟流动床色谱由许多较短的色谱柱首尾相连而成。SMB系统构成如图所示,多根色谱柱首尾相接成一个闭环系统,进料(Feed)和洗脱液(Eluent)入口与萃取液(Extract)和萃余液(Raffinate)出口将其分为四区。

普通色谱:不能连续操作,否则后出发的兔子总会追上先出发的乌龟。如果跑带向后移动的速率界于龟兔移动速率之间,则乌龟会随跑带向后移动,而兔子则仍向前运动,故可连续将龟兔放入跑带。模拟流动床色谱就是利用这一原理,其可以实现连续化操作。

龟兔赛跑的思想应用于色谱分离即为移动床:吸附剂(或称固定相)从上往下移动,而流动相从下向上移动。从而强保留组分随固定相逐渐下移,而弱保留组分则随流动相逐渐上移。

这时可实现连续生产,与普通的色谱操作相比:产品质量稳定,流动相消耗小,产品浓度高,产率提高。但要移动固定相颗粒,操作困难,固定相亦易破碎。

色谱柱不动,原料液入口、洗脱液入口、萃取液(含强吸附组分)和萃余液(含弱吸附组分)出口等四个进出口位置周期性沿流动相方向依次同时前移至下一根柱子出口,以四个进出口位置为参照物,则相当于色谱柱(即固定相)相对于流动相后移,达到与移动床相同的效果:操作连续,同时也克服了固定相真正移动的缺点。街头的霓虹灯看上去是灯在移动,但实际上只是灯的颜色在变化,灯并未移动。

5 超临界色谱法

什么是超临界流体?超临界色谱法的分离机理?

流动相为超临界流体为色谱方法为超临界色谱。所谓超临界流体(SupercriticalFluid,SCF)是指超过临界压力和临界温度的流体。这种流体兼具气体与液体的性质,粘度小,扩散系数大、密度高,比液体的扩散传质速率大,比气体具有较大的溶解能力。分离机理:吸附与脱附。组分在两相间的分配系数不同而被分离;通过调节流动相的压力(调节流动相的密度),调整组分保留值。

超临界色谱优点:
1)扩散系数、传质速率以及最佳线速度均高于HPLC;
2)分离温度低于GC,选择性高于GC;
3)后处理简单,产品回收方便。
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