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手性分析分離原理,探索當(dāng)下前沿科學(xué)的奧秘

欄目:行業(yè)資訊 發(fā)布時(shí)間:2025-04-07
手性,它是普遍存在于大自然的一個(gè)性質(zhì),像我們的左右手一樣,不能通過(guò)簡(jiǎn)單的平移或者旋轉(zhuǎn)使兩者重合在一起,它們只是鏡像對(duì)稱(chēng)重合,這種性質(zhì)就叫手性。
01
手性分析分離基本原理



手性,它是普遍存在于大自然的一個(gè)性質(zhì),像我們的左右手一樣,不能通過(guò)簡(jiǎn)單的平移或者旋轉(zhuǎn)使兩者重合在一起,它們只是鏡像對(duì)稱(chēng)重合,這種性質(zhì)就叫手性。手性原子是指,它的各個(gè)化學(xué)鍵都連接了不同的原子或官能團(tuán),如C原子的四個(gè)鍵都連接了不同的官能團(tuán),而擁有一個(gè)或一個(gè)以上手性原子的化合物屬于手性化合物。



常規(guī)分析與手性分析區(qū)別

對(duì)于非手性化合物,我們可以用常規(guī)方法進(jìn)行分析,原理是相似相溶;對(duì)于手性化合物,我們就會(huì)用到手性的相關(guān)方法分析,用到的原理是三點(diǎn)相互作用。

02
手性分離基本原理——三點(diǎn)相互作用



  • 立體空間結(jié)構(gòu)上,色譜柱與對(duì)映體最少必須具備三個(gè)相互作用點(diǎn)。

  • 如下圖,色譜柱含有 a、c、d 三個(gè)作用點(diǎn),能與樣品相應(yīng)的三個(gè)點(diǎn) A、C、D 作用;雖然樣品中兩對(duì)對(duì)映體都有三個(gè)點(diǎn)能與色譜柱作用,但其中一個(gè)對(duì)映體可形成比另一個(gè)對(duì)映體更強(qiáng)的第三點(diǎn)作用。




三點(diǎn)相互作用力包含

氫鍵:

  • 主要類(lèi)型有N-H及O-H,如酮、酯、羧酸、酰胺。

π-π:

  • π 酸與π 堿 間形成酸堿之間 π-π 堆積的作用力,從而構(gòu)成異構(gòu)體分離的差異。

偶極-偶極:

  • 一個(gè)極性分子帶有部分正電荷的一端與另一極性分子帶有部分負(fù)電荷的一端間的吸引作用。

疏水作用力:

  • 苯環(huán)的疏水作用以及其他兩個(gè)配基的弱氫鍵作用。

包含作用:

  • 手性固定相的空間結(jié)構(gòu)可形成選擇性腔體,被分離的化合物可被包含于腔體內(nèi),形成包絡(luò)復(fù)合物,從而增強(qiáng)固定相和化合物之間的作用力。

  • 對(duì)映異構(gòu)體由于空間構(gòu)型的不同,作用力的強(qiáng)弱差別達(dá)到異構(gòu)體的分離。

03
樣品分離制備需考察的因素




手性色譜柱

填料類(lèi)型

  • 涂覆型(Coated)

  • 原理:手性選擇劑(如纖維素衍生物)物理涂覆在硅膠載體表面。

    特點(diǎn):成本較低,但耐受性差(易受強(qiáng)極性溶劑或極端pH破壞),適用于正相色譜(如正己烷/乙醇體系)。

    應(yīng)用:天然產(chǎn)物手性拆分(如萜類(lèi)化合物)。

  • 鍵合型(Bonded)

  • 原理:手性選擇劑通過(guò)化學(xué)鍵(如硅氧烷鍵)固定于硅膠表面。

    特點(diǎn):穩(wěn)定性高(耐受反相流動(dòng)相、pH 2-8),壽命長(zhǎng),但成本較高。

    應(yīng)用:藥物對(duì)映體制備(如布洛芬、蘭索拉唑)。

其他類(lèi)型

    • 多糖衍生物柱對(duì)含有酰胺基、芳香烴取代基、羰基、硝基、磺酰 基、氰基、羥基、氨基等基團(tuán)化合物,以及氨基酸 衍生物等有良好的分離效果。

    • 環(huán)糊精柱對(duì)含苯基、萘基、氰基的 分離效果,尤其對(duì)金屬絡(luò) 中性和酸性化合物有良 好的合物、強(qiáng)酸性化合物 方面的手性拆分非常有特色。

    • 蛋白質(zhì)柱(BSA牛血清白蛋白):適用水溶性化合物,氨基酸類(lèi),伯胺類(lèi)。


填料孔徑(Pore Size)

孔徑圖                                                 粒徑圖

  • 小孔徑(100-300 ?):適合小分子(分子量<2000 Da),如手性藥物中間體。

  • 大孔徑(500-1000 ?):用于大分子(如多肽、蛋白質(zhì))分離,需注意傳質(zhì)阻力問(wèn)題。

粒徑(Particle Size)

  • 3 μm:柱效高(理論塔板數(shù)>50,000/m),但柱壓高(>200 bar),需超高效液相系統(tǒng)(UHPLC)。

  • 5 μm:常規(guī)分析首選,平衡柱效(~20,000/m)與背壓(<150 bar)。

  • 10 μm:制備色譜適用,載樣量高(>100 mg/g填料),但柱效低。


流動(dòng)相設(shè)計(jì)與優(yōu)化

(1)溶劑類(lèi)型

  • 正相色譜

  • 非極性主溶劑:正己烷、正庚烷。

    極性改性劑:乙醇、異丙醇(比例<20%),用于調(diào)節(jié)洗脫能力。

    應(yīng)用:脂溶性手性化合物(如甾體類(lèi)藥物)。

  • 反相色譜

  • 主溶劑:乙腈(低粘度)、甲醇(成本低)。

    水相添加劑:三氟乙酸(TFA,0.1%)改善峰形。

    應(yīng)用:水溶性手性分子(如β-受體阻滯劑)。

(2)緩沖鹽與pH控制

  • 常用緩沖鹽

  • 磷酸鹽緩沖液(pH 2-7):兼容UV檢測(cè),避免使用MS(易結(jié)晶)。

    甲酸銨/乙酸銨(pH 3-6):LC-MS友好,揮發(fā)性好。

  • pH調(diào)節(jié)策略

  • 酸性條件(pH 2-4):抑制硅膠柱溶解,增強(qiáng)堿性化合物質(zhì)子化(減少拖尾)。

    中性條件(pH 6-7):適用于易水解化合物(如抗生素)。

    堿性條件(pH 8-10):需使用耐堿柱(如表面修飾硅膠)。

  • 添加劑實(shí)例

  • 三乙胺(0.1%):屏蔽硅羥基活性,減少堿性化合物吸附。

    β-環(huán)糊精:動(dòng)態(tài)修飾流動(dòng)相,增強(qiáng)手性選擇性。


 其它

(1)檢測(cè)器匹配性

  • UV檢測(cè)器:需目標(biāo)物具有發(fā)色團(tuán)(如芳香環(huán)),檢測(cè)波長(zhǎng)通常選210-254 nm。

  • 質(zhì)譜檢測(cè)器(MS):需使用揮發(fā)性緩沖鹽(如甲酸銨),避免離子抑制效應(yīng)。

  • 示差折光檢測(cè)器(RID):適用于無(wú)UV吸收化合物(如糖類(lèi)),但對(duì)溫度敏感。

(2)流速(Flow Rate)

  • 分析型色譜:0.8-1.5 mL/min(4.6 mm內(nèi)徑柱),兼顧分離效率與分析時(shí)間。

  • 制備型色譜:10-50 mL/min(20 mm以上內(nèi)徑柱),需優(yōu)化載樣量與分離度平衡。

(3)柱溫控制

  • 常規(guī)分析:25-40℃,高溫可降低流動(dòng)相粘度(提高柱效),但可能破壞手性識(shí)別。

  • 特殊需求

  • 低溫(4℃):用于熱不穩(wěn)定化合物(如某些酶抑制劑)。

    高溫(60℃):加速大分子傳質(zhì)(如多糖手性分離)。

(4)樣品溶劑選擇

      溶劑強(qiáng)度匹配

    反相色譜:樣品溶劑強(qiáng)度≤流動(dòng)相(如用初始流動(dòng)相溶解),避免“溶劑效應(yīng)”導(dǎo)致峰展寬。

    正相色譜:避免使用強(qiáng)極性溶劑(如DMSO)進(jìn)樣,優(yōu)先選擇正己烷/乙醇混合溶劑。

    體積控制:進(jìn)樣體積≤柱體積的10%(如250 mm×4.6 mm柱體積≈2.5 mL,進(jìn)樣≤250 μL)。