史雪巖,　劉飛鵬,　邊慶花

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院, 北京 100193; 2. 中國農(nóng)業(yè)大學理學院, 北京 100193)

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毛細管氣相色譜法分離2-苯基羧酸酯對映體

史雪巖1*,劉飛鵬2,邊慶花2

(1. 中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學與生物技術學院, 北京 100193; 2. 中國農(nóng)業(yè)大學理學院, 北京 100193)

摘要:手性2-芳基羧酸酯是制備手性非甾體抗炎藥物2-芳基羧酸的重要的中間體,為了建立可用于2-苯基羧酸酯對映體分離的手性毛細管氣相色譜法(CGC),分別使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁酰基-β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚酰基-β-環(huán)糊精作毛細管氣相色譜手性固定相,研究了其對2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丁酸乙酯、2-苯基丁酸異丙酯、2-苯基丙酸甲酯及2-苯基丙酸環(huán)戊酯等5種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力。結果表明,用2,6-二-O-戊基-3-O-丁酰基-β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作手性固定相的毛細管氣相色譜法可以分離2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體。2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精對3種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力超過了2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精。

關鍵詞:毛細管氣相色譜;β-環(huán)糊精衍生物;手性固定相;2-苯基羧酸酯;對映體分離

目前,以布洛芬(ibuprofen)為代表的非甾體抗炎藥物(non-steroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs)被廣泛用于治療發(fā)燒、疼痛及發(fā)炎。基于化學結構,NSAIDs可以被分為幾種類型,2-芳基丙酸是其中非常重要的一類。世界上已研制了多種2-芳基丙酸類藥物,并對其合成方法進行了廣泛的研究[1,2]。

在2-芳基丙酸型NSAIDs中,2-位手性中心具有藥理意義[3]。目前對于布洛芬的單一光學異構體的藥理學機制還不完全清楚,但有很多研究報道了布洛芬的(S)-光學異構體具有抑制環(huán)氧合酶(cyclooxygenases)的作用,而環(huán)氧合酶介導了前列腺素和凝血氧烷的產(chǎn)生。布洛芬的(S)-光學異構體發(fā)揮了主要的抗炎作用,而其(R)-光學異構體的作用還不明確[3]。因此,2-芳基羧酸作為重要的NSAIDs以及多種化合物的合成中間體,其藥理及生物活性的發(fā)揮與其光學純度密切相關[1-4]。

手性2-芳基羧酸酯是制備手性2-芳基羧酸的重要中間體。合成新的手性2-芳基羧酸酯對于發(fā)現(xiàn)新型NSAIDs十分關鍵。如手性2-芳基羧酸酯已被用于應用于非甾體抗炎藥物(S)-非諾洛芬與天然產(chǎn)物(S)-芳姜黃酮的不對稱合成。最近有研究通過鈷催化的鹵代羧酸酯與芳基格氏試劑的不對稱Kumada偶聯(lián)反應,提供了高效、高對映體選擇性合成手性2-芳基羧酸酯類化合物的方法[4]。

為了更好地評價手性2-芳基羧酸酯的不對稱合成方法的效率,掌握用作藥物合成原料的手性2-芳基羧酸酯的光學純度,分離2-芳基羧酸酯對映體以及測定手性2-芳基羧酸酯的對映體過量值是十分重要的。

2-芳基丙酸類非甾體抗炎藥物布洛芬對映體的HPLC分離方法已有較多的研究報道[5-8]。Kikuchi等[3]使用半制備HPLC獲得了11C標記的布洛芬的(S)-光學異構體及(R)-光學異構體,并用作正電子發(fā)射斷層掃描(positron emission tomography, PET)的示蹤物(tracer)。

由于2-芳基羧酸酯類化合物通常具有大的相對分子質量以及高的沸點,目前對于2-芳基羧酸酯對映體分離的氣相色譜(GC)方法還較少研究報道,但有很多研究報道了手性毛細管氣相色譜法分離2-溴、2-氯、2-羥基、2-甲氧基取代的丙酸酯化合物對映體的方法。如有研究使用全甲基-β-環(huán)糊精為氣相色譜手性固定相分離了20對2-溴、2-氯、2-羥基、2-甲氧基取代的丙酸酯化合物對映體[9]。使用3種2,3-二-O-烯丙基-6-O-酰基-β-環(huán)糊精衍生物分離了2-氯、2-溴、2-羥基取代的丙酸甲酯對映體[10]。使用2,3,6-三-O-戊?；?β-環(huán)糊精和2,3,6-三-O-辛?；?β-環(huán)糊精作毛細管氣相色譜(CGC)手性固定相,可以將2-羥基丙酸甲酯對映體很好地分離[11]。

目前,分離2-芳基羧酸酯對映體的CGC方法僅見使用全甲基-β-環(huán)糊精分離了2-苯基丙酸甲酯[12],以及使用叔丁基二甲基硅烷基取代的環(huán)糊精衍生物作為CGC手性固定相對2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丁酸甲酯對映體具有一定的分離能力[13,14]。其中,2,3-二-O-甲基-6-O-叔丁基硅烷-β-環(huán)糊精作手性固定相可以分離2-苯基丙酸甲酯對映體[13]。將2,3-二-O-乙基-6-O-叔丁基二甲基硅烷-γ-CD和2,3-二-O-甲基-6-O-叔丁基二甲基硅烷-γ-CD分別與不同極性的聚硅氧烷PS-086、OV-1701等常規(guī)固定相混合制成固定相,也可以分離2-苯基丁酸乙酯對映體[14]。

本工作使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細管氣相色譜手性固定相,研究了其對5種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力。

1實驗部分

1.1儀器和試劑

HP 6890+氣相色譜儀,配有分流/不分流進樣口和氫火焰離子化檢測器(FID);數(shù)據(jù)采集使用Agilent Chromatographic Data Station (Agilent公司)。載氣用高純(純度99.9%)氦氣;氣化室溫度:250 ℃;檢測器溫度:250 ℃;載氣流速:2.1 mL/s, 42 cm/s;分流比:30∶1。

所用試劑均為分析純。外消旋及手性2-苯基羧酸酯樣品由中國農(nóng)業(yè)大學理學院合成并提供。

本工作中使用的兩種β-環(huán)糊精衍生物是2,6-二-O-戊基-3-O-丁酰基-β-環(huán)糊精和2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精,分別參照本課題組前期研究的方法[15,16]進行合成及表征。2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精:1H-NMR(300 MHz, CDC13)表征(δ值，ppm): 0.89(9H, CH3), 1.31(6H, CH3CH2), 1.58(4H, OCH2CH2), 3.21～3.93(7H, CD(H), OCH2, COCH2), 4.91(1H, CD(H))。傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)(液膜)表征(cm-1): 3 400、2 965、2 850、1 740、1 480、1 360、1 250、1 160～1 050。2,6-二-O-芐基-3-O-庚酰基-β-環(huán)糊精:1H-NMR (300 MHz, CDCl3)表征(δ值，ppm): 0.87(m, CH2CH3), 1.25 (m, CH2CH2CH3), 1.53(COCH2CH2), 3.2～5.1(CD(H), COCH2, OCH2), 7.1～7.5(Ar(H))。FT-IR (液膜)表征(cm-1): 3 400、3 030、2 940、2 860、1 740、1 600、1 500、1 450、1 360、1 160～1 050、735、697。

1.2手性毛細管氣相色譜柱的制備

將2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精和2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精用作手性固定相,制備了兩根手性毛細管氣相色譜柱。

將彈性石英毛細管柱(20 m×0.25 mm,河北永年光纖廠)用氯化鈉飽和的甲醇膠體溶液沉積后,靜態(tài)法涂漬總質量濃度為5 g/L的環(huán)糊精衍生物固定相的二氯甲烷溶液[15,16]。抽真空蒸去溶劑后,從40 ℃開始程序升溫老化至160 ℃,在160 ℃下保持6 h。共制備了兩根手性柱(20 m×0.25 mm×0.31 μm):柱1為2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精柱,柱2為2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精柱。

120 ℃下,用正十二烷(k=3.14)測定柱1的柱效為1 445塔板/m。120 ℃下,用正十四烷(k=3.01)測定柱2的柱效為1 343塔板/m。表明2,6-二-O-戊基-3-O-丁酰基-β-環(huán)糊精和2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精具有良好的涂漬性能,這兩根色譜柱均被良好地涂漬了固定相。

表 1　5種2-苯基羧酸酯對映體在2根β-環(huán)糊精衍生物固定相色譜柱上的保留因子(k)、手性分離因子(α)和分離度(Rs)

2結果與討論

考察了2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精柱及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精柱對5種2-苯基羧酸酯對映體的分離能力,對映體分離結果見表1。

對映體分離結果表明,兩種環(huán)糊精衍生物用作CGC手性固定相對2-苯基羧酸酯具有一定的分離能力。如兩種環(huán)糊精衍生物均可將2-苯基丁酸甲酯和2-苯基丙酸甲酯對映體很好地分離(見圖1)。

對映體的分離結果與溶質的結構和環(huán)糊精手性固定相上的取代基及結構均密切相關。雖然所研究的兩種環(huán)糊精衍生物均可將2-苯基丁酸甲酯對映體很好地分離,但是對2-苯基丁酸乙酯和2-苯基丁酸異丙酯卻均沒有分離能力?？梢娙苜|結構的微小變化即可導致對映體的分離結果有所不同。類似地,2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精可以將2-苯基丙酸甲酯對映體分離,對2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體卻沒有分離能力。

圖1　(a)2-苯基丁酸甲酯對映體(80 ℃)、(b)2-苯基丙酸甲酯 對映體(80 ℃)和(c)2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體(120 ℃)在2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精柱上的色譜圖Fig. 1　Chromatograms of (a) methyl 2-phenylbutanoate (at 80 ℃), (b) methyl 2-phenylpropionate (at 80 ℃) and (c) cyclopentyl 2-phenylpropionate (at 120 ℃) on 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin column

與使用全甲基-β-環(huán)糊精分離2-苯基丙酸甲酯[12]相比,叔丁基二甲基硅烷基取代的環(huán)糊精衍生物作為CGC手性固定相也對2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丁酸甲酯對映體具有一定的分離能力[13,14]。本文結果表明,使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚酰基-β-環(huán)糊精作毛細管氣相色譜手性固定相,不僅可將2-苯基丁酸甲酯和2-苯基丙酸甲酯對映體分離,還可以將2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體分離。這說明環(huán)糊精上取代不同的基團對2-苯基丙酸酯的分離能力有所不同。這可能與環(huán)糊精上取代基不同導致了手性分離能力不同有關。

雖然用手性HPLC直接分離布洛芬等2-芳基羧酸對映體,以及在將布洛芬等2-芳基羧酸衍生化為非對映異構體后再使用HPLC分離均有廣泛報道[5-8]，但是由于在HPLC中使用了有害及污染環(huán)境的有機溶劑,而使這些HPLC方法具有一定的缺點。手性毛細管氣相色譜法分離對映體具有簡單、靈敏、不使用有機溶劑的優(yōu)點。本工作使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細管氣相色譜手性固定相,成功分離了2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體,這不僅為分離2-芳基羧酸衍生物對映體提供了新的方法,而且還為掌握2-苯基羧酸酯對映體的分離機制提供了研究數(shù)據(jù)。

3結論

使用2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精作毛細管氣相色譜手性固定相,可以成功分離2-苯基丁酸甲酯、2-苯基丙酸甲酯和2-苯基丙酸環(huán)戊酯對映體。2,6-二-O-戊基-3-O-丁?；?β-環(huán)糊精及2,6-二-O-芐基-3-O-庚?；?β-環(huán)糊精在其他的2-芳基羧酸酯對映體的分離以及對映體過量值測定中的應用還有待于進一步研究。

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Enantioseparation of 2-phenylcarboxylic acid esters by capillary gas chromatography

SHI Xueyan1*, LIU Feipeng2, BIAN Qinghua2

(1. College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China;2. College of Science, China Agricultural University, Beijing 100193, China)

Abstract:Chiral 2-arylcarboxylic acid derivatives are important intermediates for preparing 2-arylcarboxylic acids, which are non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs). In order to separate 2-phenylcarboxylic acid ester enantiomers by capillary gas chromatography (CGC), 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin and 2,6-di-O-benzyl-3-O-heptanoyl-β-cyclodextrin were used as CGC chiral stationary phases, separately, and their enantioseparation abilities to enantiomers of methyl 2-phenylbutanoate, ethyl 2-phenylbutanoate, isopropyl 2-phenylbutanoate, methyl 2-phenylpropionate and cyclopentyl 2-phenylpropionate were examined. It was found that methyl 2-phenylbutanoate, methyl 2-phenylpropionate and cyclopentyl 2-phenylpropionate were successfully separated by using 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin and 2,6-di-O-benzyl-3-O-heptanoyl-β-cyclodextrin as CGC chiral stationary phases, respectively. The enantiomer separation abilities of 2,6-di-O-pentyl-3-O-butyryl-β-cyclodextrin to the three pairs of 2-phenylcarboxylic acid esters tested are superior to those of 2,6-di-O-benzyl-3-O-heptanoyl-β-cyclodextrin.

Key words:capillary gas chromatography (CGC); β-cyclodextrin derivatives; chiral stationary phases; 2-phenylcarboxylic acid esters; enantiomer separation

DOI:10.3724/SP.J.1123.2015.06044

*收稿日期:2015-06-24

基金項目:公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科技專項(201303027).

中圖分類號:O658

文獻標識碼:A

文章編號:1000-8713(2016)01-0085-04

色譜手性分離?？ぱ芯空撐?/p>

*通訊聯(lián)系人.Tel:(010)62731306,E-mail:shixueyan@cau.edu.cn.

Foundation item: Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201303027).