手性物质分离分析方法及其应用-2010

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常用于手性分离的色谱技术包括： 薄层色谱法(TLC) 气相色谱法(GC) 毛细管电泳(CE) 超临界流体色谱法(SFC) 高效液相色谱(HPLC) 模拟移动床色谱技术(SMB) （用于对映体大 规模制备）
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1、薄层色谱(TLC)拆分法
TLC是最简便的色谱技术之一，具有操作简便、
设备简单、分析速度快、结果直观、能快速更换流 动相系统等特点，已在化学、化工、生化、医药卫 生等各个领域广泛使用。 尽管手性固定相价格、紫外背景、显色剂等原 因使的目前能用于TLC的手性载体和能被TLC分离 的手性化合物很少，但可以预见它将会成为手性拆 分的重要手段之一，在光学异构体的分离、分析及 光学纯度的测定中发挥重要的作用。
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手性固定相薄层板常用的有:
(l)纤维素板及预涂纤维素的薄层板；
(2)浸渍手性选择剂的手性薄层板；
(3)分子印迹薄层色谱手性固定相；
(4)将手性选择剂化学键合到载体上，进行对映体 分离的化学键合手性薄层板，主要有环糊精键 合相薄层板、Prickle型薄层板等。
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2、气相色谱(GC)拆分法
气相色谱法是对映体拆分的一个重要手段。 目前气相色谱中用于分离对映体的固定相主要 有三类： 手性氨基酸衍生物 光学活性的金属配合物 环糊精手性固定相。
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由于选择性与透过通量之间的反比例关系，选 择性扩散固膜的应用受到了限制，只有通过扩大膜 面积或者增加平衡级数来弥补，这在实际应用中很 不经济。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
而选择性吸附固膜可以在选择性和透过通量两 方面同时提高，从而使其在手性拆分工业中的大规 模应用成为可能。
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六、萃取拆分法
萃取拆分法是利用萃取剂与拆分物中两对映体 的亲和作用力的差异或化学作用的差异来进行拆分 的一种新型方法。目前有三种萃取拆分分离体系， 即亲和萃取拆分体系、配位萃取拆分体系、形成非 对映立体异构体萃取拆分体系。
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虽然这种方法一直被作为重要的拆分方法， 但其局限性也很明显：
（1）拆分剂和溶剂的选择较为盲目； （2）拆分的产率和产品的对映纯度不高； （3）适用于手性拆分的对映体的类型不多。
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四、酶拆分法
酶对光学活性异构体有选择性地进行酶解作 用，使外消旋体中一种光学异构体酶解较快，而 另一种酶解较慢，或者不发生酶解，并在适当的 条件下被保留而达到分离。
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两种构型具有不同活性的手性药物
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2、分离意义
手性是人类赖以生存的自然界的本质属性之 一。作为生命活动基础的生物大分子如蛋白质、 多糖、核酸都具有手性的特征。 目前人类用于治疗各种疾病的化学药物很大 一部分具有一个到两个手性中心。它们的药理作 用是通过与体内大分子之间的严格手性匹配与分 子识别来实现的。许多研究表明，往往是一种立 体异构体有药效，而它的镜像分子药效很小，甚 至完全没有药效或具有相反的药效。
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结晶拆分法实例
接种结晶拆分法是采用加入纯对映体之一的 晶种，将附在播入的晶种上的同种对映体析出的 分步结晶分离方式。 虽然结晶拆分法操作简单，但其要耗费大量 的时间、劳力和物力，而其实验与预期存在很大 偏差，因此应用面并不广泛。
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三、化学拆分法
此方法是通过化学反应的方法，即用手性试剂 将外消旋体中的两种对映体转化为非对映异构体， 然后利用非对映异构体之间物理化学性质的不同将 二者拆分开。拆分成功的关键是选择合适的拆分剂。 合适的拆分剂应该是能够与对映体生成非对映异 构体，且溶解度差别较大，经拆分后，又易再生为 原来的对映体。
萃取拆分法除具有传统液液萃取技术的特点, 适用性强、效率高、成本低、可连续化操作外，还 可以实现萃取拆分过程与外消旋化反应一体化。
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在拆分过程中使没有应用价值的对映体能连续 地转化成所需要的对映体，使外消旋化产生的所需 对映体萃入萃取相，萃余相中富集的无应用价值的 对映体进行外消旋化反应，从而克服了单纯外消旋 过程的严重缺陷。 与传统的萃取过程相比，其最大的区别在于拆 分过程中所选择的萃取剂是具有手性的。因而，萃 取剂的选择也是拆分过程中的关键。
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第二节 手性物质分离分析的一般方法
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1、手性源合成法 2、结晶拆分法 3、化学拆分法 4、酶拆分法 5、膜拆分法 6、萃取拆分法 7、色谱拆分法（下一节着重介绍）
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一、手性源合成法
手性源合成法是以单一对映体的手性化合物为原 料合成另外的手性化合物的单一对映体，这是化学家 最常采用的方法。 由于原料的立体结构决定着产物的立体构型，所 以获得制备所需对映体的手性原料就成为这种方法的 关键。但是天然手性物质的品种和数量毕竟有限，满 足不了实际的需求。同时利用天然手性物质衍生出所 需的手性化合物，反应的步骤较多、难度也较大。
缺点：
对仪器要求较高，普及性较差，这在一定程度 上限制了该技术的应用。
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第三节 手性色谱分离分析法
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一、手性色谱分离技术
随着现代科学技术特别是仪器分析技术的发 展，科学家们已经把注意力集中在手性化合物的 色谱分离方法的研究上。色谱法是最可靠和最常 用的测定低含量对映体杂质的方法之一，并且是 唯一能测定复杂基质中对映体纯度的方法。
同时，色谱法很容易实现对映体的大规模制 备。色谱技术已成为当前手性分离的主要工具， 手性分离也成为色谱科学的重要的研究对象。
手性物质 分离分析方法及其应用
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第一节 手性的概念及手性物质分离意义 第二节 手性物质分离分析的一般方法 第三节 手性色谱分离分析法
第四节 手性分离分析方法的应用
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第一节 手性的概念及手性物质 分离意义
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一、手性及对映异构体
1、手性的由来
1848年，微生物学之父法国科学家路易斯·巴 斯德(Louis Pasteur)在显微镜下发现两种酒石酸盐 的晶体形态。 这两种晶体的关系就好像一个物体与它在镜 子中的映像一样，拥有相同的物理化学性质，但 其水溶液能够使偏振光的偏转方向不一样，一种 左偏转，另一种右偏转。
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除药物之外，涉及面很广、用途各异的各类 精细化学品，如杀虫剂、杀菌剂、昆虫性信息素、 植物生长调节剂、食品添加剂、香料等，其分子 的光学异构体也常表现出不同的生理活性。 因此，研究互为对映体的手性物质的物理化 学性质，获得单一的对人体和环境有益的手性对 映体单体，使得手性分离分析技术的研究与发展 显得十分必要。
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3、毛细管电泳(CE)拆分法
毛细管电泳具有简便、高效、试样用量少和 和几乎没有废液的特点。CE作为一种简单快捷、 经济方便的现代技术，在药物分析和临床医学研 究中得到了越来越广泛的应用。
毛细管电泳法分离对映体时，一般是将手性 选择剂添加到缓冲液中，对映体分子可与手性选 择剂形成具有不同稳定性的复合物，导致迁移速 度差异而得到分离。
酶催化拆分的主要途径为主体选择性水解、 酶化和转酶作用。
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酶催化的副反应很少、产率高、反应的条件 也较为温和，而且酶无毒、易降解、不会造成环 境污染。但该法仅能适用于酶促反应体系，另外 酶制剂品种有限、酶易被破坏不稳定、制剂的价 格较高也阻碍了其应用发展。
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五、膜拆分法
氨基酸的生物转移通常是由埋在生物膜中的载体 蛋白来完成的，这种转移的对映体选择性非常高，膜 法拆分对映体正是这种生物过程的模拟。
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优点：
流动相简单 分离度和柱效高 适合拆分一些不带芳香环的对映体化合物 （这类对映体在液相色谱条件下通常很难被 分离和检测）
缺点：
一般要在较高的温度下进行，而这易导致手 性选择剂的消旋化，从而降低其手性识别能力
可分离的对映体有限，一般只能分离易于气 化和热稳定性高的对映体化合物。
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更为奇妙的是，当把这两种晶体的溶液等量混 合以后，偏振光不发生偏转。由此，巴斯德断定酒 石酸分子拥有一种镜像物质，它们彼此的旋光性相 反，具有不同的空间构型。 1904年，英国物理学家，开尔文勋爵(Lord Kelvin) 在巴尔的摩的一次演讲上第一次提出了手性的概念 (Chirality)，并且定义为任何一个不能与其镜像完全 重叠的几何构型或者点群都可以说其具有手性。
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二、结晶拆分法
结晶拆分法是基于对映体与纯手性物质形成非对 映体盐或共价衍生物，然后利用非对映体的性质差异 进行分离(如分级结晶)，再将衍生物还原为纯对映体。 结晶拆分法分为晶体机械拆分法和接种结晶拆分法。
晶体机械拆分法是将外消旋混合物从溶液中结晶 析出，依据两种对映体结晶形态的差别，从结晶物中 进行手工分离。这一方法耗时费力，仅能应用于实验 室研究。
CEC是将固定相填充于毛细管柱内或涂布、
键合于其内壁，以电渗流或电渗流结合压力流推 动流动相、溶质，根据它们在固定相和流动相之 间的分配及自身电泳淌度的差异而得以分离。
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4、超临界流体(SFC)拆分法
超临界流体色谱法以超临界流体（例如液体 CO2）为流动相对化合物进行分离，该技术常被认 为是气相色谱法和液相色谱法的补充。 与气体流动相相比，超临界流体对样品的溶 解度高。与常规的液体流动相相比，超临界流体 粘度低，扩散系数大。
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手性化合物分离的CE模式按分析对象在溶液 中较常用的有 毛细管区带电泳法(CZE) 胶束电动色谱法(MEKC) 毛细管电色谱法(CEC) 毛细管区带电泳法CZE是CE中最基本、最普 遍的一种模式。各类手性试剂加入到缓冲液中， 实现多种手性异构体的分离。
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胶束电动色谱法(MEKC)涉及电渗电泳和色谱 分配过程，在缓冲液中加入表面活性剂形成胶束 相，分离机理为分析物在水相和胶束相中多次分 配以达到分离目的。胶束体系可分为单一胶束、 混合胶束和微乳体系。
在各种膜技术中，选择性比较好的是使用流动载 体的液膜。在液膜中，具有手性选择能力的载体溶解 于某种液体溶剂之中，通过与某个异构体特异性的结 合，将其从上相转移到下相，从而实现对映体的分离。
但是由于液膜稳定性较差，其工业应用一直受到 很大的限制。
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为了克服液膜的不稳定性，固膜得到了很大的 发展。在固膜中，不同的对映体是通过选择性扩散 或吸附来完成跨膜过程的。 选择性扩散固膜一般都不带有特殊的手性拆分 剂，形成选择性扩散的原因是一种异构体比另一种 异构体在固膜中更容易扩散。 选择性吸附固膜主要是利用嵌在聚合物母体中 的手性拆分剂与对映体之间特殊的分子间作用来进 行手性拆分。通常一种异构体被较多的选择性吸附 在手性拆分剂上，而另一种异构体则较多的游离在 聚合物母体之中。
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但后来，欧洲的医 生们发现该地区畸形婴 儿的出生率明显上升。 到了1961年出现畸形胎 儿约万例，这其中有近 4000名患儿活了不到一 岁就夭折了。
因母体使用反应停而致畸性的儿童
反应停化学名称为沙利度胺(Thalidomide)，分子 中具有一个手性中心，其R异构体对孕妇具有镇静和 安眠用，而S异构体则会无一例外地导致胎儿畸变。
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2、手性及对映异构体的定义
物体与其镜像不能叠合的 现象称为手性(Chirality)。 两种互为镜像关系且不能 重叠的分子称为手性分子，或 对映异构体(Enantiomorph)。
互为对映体的手性分子
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3、手性分子的特点
手性分子或对映异构体的结构差别很小，具 有相同的熔点、沸点、偶极矩、折光率和光谱性 质等。与非手性试剂作用时，其化学性质也一样， 很难用一般的物理或化学方法区分。
SFC分离对映体常用的手性固定相有环糊精 类、多糖类和氨基酸及酰胺类手性固定相。
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优点：
具有分析速度快、选择性好、柱效高等优点。 适合于热稳定性差以及低挥发性物质的分析。 由于其具有很好的环境友好性，因而将在药物 及代谢产物、天然产物、油脂及食品、农业与 环境样品分析等诸多领域发挥一定的作用。
但它们对平面偏振光的作用不同：一个会使 平面偏振光向右旋，称为右旋体；另一个可使平 面偏振光向左旋，称为左旋体，二者旋转角度相 同。因此，对映异构也叫做旋光异构。
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二、手性物质的分离意义
1、“反应停”事件
1953年，瑞士的一家药厂首次合成了一种名为 “反应停”的药物。经研究发现，反应停具有一定 的镇静安眠的作用，而且对孕妇怀孕早期的妊娠呕 吐疗效极佳。于是，反应停便于1957年正式被推向 了市场。 此后不久，反应停便成了孕妇的理想选择，在 全球被医生大量处方给孕妇以治疗妊娠呕吐。