N-酰基化壳聚糖衍生物手性识别性能与其结构的关系

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多糖类手性固定相(chiral stationary phase,CSP)的手性识别能力与手性选择体(chiral selector,CS)高级结构的规整度有关,而高级结构取决于一级结构,在多糖的一级结构中,主要包括葡萄糖单元2-位(C2),3-位(C3)和6-位(C6)三个位置上的官能团和与官能团相连接的取代基,不同的官能团与取代基会产生不同的分离效果。目前,关于壳聚糖C2上的取代基对手性固定相分离性能的影响已有相关文献报道,但不够全面。为了进一步研究壳聚糖衍生物C2上取代基的变化对分离性能的影响,本文对壳聚糖衍生物C2上含有不同取代基手性固定相的手性识别性能进行了相对系统的研究,分析了壳聚糖衍生物结构对手性分离的影响。具体工作可概括如下:(1)以甲壳素为原料,经脱乙酰制得粘均分子量为14.7万的壳聚糖,以苯甲酸酐对壳聚糖C2上的氨基进行选择性修饰,使用六种含不同取代基的异氰酸酯对苯甲酰基化壳聚糖C3和C6上的羟基进行衍生化,合成出一系列N-苯甲酰基型手性选择体(N-Benzoyl type chiral selector,简称N-Bz型CS),将其涂敷在3-氨基丙基硅胶上制备出一系列N-苯甲酰基型手性固定相(N-Benzoyl type chiral stationary phase,简称N-Bz型CSP)。分离结果显示壳聚糖衍生物C3和C6的苯环上含氯基的CSP比含甲基的CSP有更好的分离性能。测定了邻二氯苯、间二氯苯和间溴氯苯在N-Bz型CSP和N-环己基甲酰基型手性固定相(N-cyclohexylformyl type chiral stationary phase,简称N-c HF型CSP)上的保留因子,发现在N-Bz型CSP上三种卤代苯有更大的保留因子,说明手性样品与N-Bz型CS中C2上的苯基之间存在π-π相互作用,相似地,在手性分离时手性样品与该苯基也有相互作用,但这一相互作用并未给N-Bz型CSP带来更好的分离性能。与N-c HF型CS相比,N-Bz型CS中C2上的苯基对手性识别的贡献不及N-c HF型CS中C2上的环己基。圆二色谱显示N-c HF型CS的高级结构比N-Bz型CS的高级结构更加规整,从而使N-c HF型CSP的对映体分离性能更好。(2)将壳聚糖C2的氨基苯乙酰化,依次制备了N-苯乙酰基型手性选择体(N-phenylacetyl type chiral selector,简称N-Ph Ac型CS)和N-苯乙酰基型手性固定相(N-phenylacetyl type chiral stationary phase,简称N-Ph Ac型CSP)。与N-Bz型CS相比,N-Ph Ac型CS中C2的酰胺上增加了一个亚甲基,对映体分离结果表明,手性样品和N-Ph Ac型CS中C2上苄基中的苯基之间的π-π作用有利于手性识别,N-Ph Ac型CSP的分离能力显著提高。此外还发现,N-Ph Ac型CS的C3和C6上苯环含甲基的CSP比含氯基的CSP有更好的的分离性能;通过比较手性样品在N-Ph Ac型CSP和在C2上为苄基脲的手性固定相(benzylurea type chiral stationary phase,简称为Bn U型CSP)上的保留因子,发现当N-Ph Ac型和Bn U型CS中C3和C6上的取代基相同时,C2上的酰胺比C2上的脲与手性样品有更强的相互作用。(3)将壳聚糖C2的氨基环己基乙酰化,制备出N-环己基乙酰基型手性选择体(N-cyclohexylacetyl type chiral selector,简称N-c He Ac型CS)和N-环己基乙酰基型手性固定相(N-cyclohexylacetyl type chiral stationary phase,简称N-c He Ac型CSP)。手性分离结果显示,与N-Ph Ac型和N-c HF型CSP相比,N-c He Ac型CSP的手性分离性能稍逊色,这一结果得到圆二色谱的证实,这就表明N-c He Ac型CS中C2上与酰胺相连的亚甲基不利于手性识别,而这一发现与N-Ph Ac型CS中的情况正好相反。总之,壳聚糖衍生物C2上的取代基微小的变化(如C2的酰胺上有无亚甲基)都会显著影响CSP的手性识别能力,手性样品与CSP之间发生的π-π作用并不总会促进CSP手性分离。本文工作的结果对研究壳聚糖衍生物CSP的构效关系有一定的借鉴作用。
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