手性化合物分离材料研究进展

段正超;张华林;高振华

【摘 要】手性化合物在自然界中普遍存在,而手性化合物的异构体往往存在不同的生理活性,因此,手性化合物的分离一直是人们关注和研究的热点话题.手性化合物的分离和分析在药物化学、生物化学和有机化学中也变得越来越重要和迫切.手性药物的分析和分离对药物、临床和病理学的研究具有重要意义,同时也具有很高的学术价值和经济价值.本文对手性化合物分离材料的研究进展进行了简要综述. 【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2018(036)004 【总页数】5页(P361-364,369)

【关键词】手性化合物;分离材料;研究进展 【作 者】段正超;张华林;高振华

【作者单位】湖北民族学院 化学与环境工程学院,湖北 恩施445000;湖北民族学院 化学与环境工程学院,湖北 恩施445000;湖北民族学院 化学与环境工程学院,湖北 恩施445000 【正文语种】中 文 【中图分类】TB383

手性化合物(chiral compounds)指的是空间结构不同但具有相同的分子式结构的化合物.如同实物与其镜子中的镜像，相似但并不相同；如同人的左手和右手，所

以叫做“手性”[1].

手性化合物问题与人们的日常生活密切相关，并且已成为科学研究和许多高新技术产品发展的热点问题.在药物、临床和病理学的研究中，手性化合物分离材料具有重要的意义[2].在过去的30年中，手性研究的发展非常迅速，并且在很多领域带来了巨大的经济效益.物质的手性研究已经受到越来越多的关注，而且在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色.

天然产物是获取手性化合物的来源之一，但是由于医药中会涉及到很多的手性化合物，而天然手性化合物又很单一，所以不能满足日常需要.在医药行业，由于对手性化合物药品需求的增加，极大地刺激了不对称有机合成的发展，其中使一些生物技术和生物催化剂也为获得纯手性中间体和手性产品提供了很好的支持[3].但是，通过手性分离仍然是获取纯手性化合物的重要手段.因为手性化合物的对映体之间具有非常相似的结构，很多物理性质相似而使其分离变得困难，所以迫切需要特殊材料来分离获取高纯度手性化合物.由于反应停事件[4]引起的短肢畸形，手性化合物的重要性日益受到重视.这一事件引起了科学家们的注意，推动了手性药物和手性化合物的分离，以及手性化合物分离材料的发展.

手性化合物的分离过程是由手性化合物的性质所决定的.在反应停事件后，手性化合物分离变成了一个热点话题，在一段时间手性化合物分离方法层出不穷，使得手性化合物分离方法多种多样，但是随后的10多年，该领域停滞不前，因为没有很好的材料进行分离.所以，有很多学者关注并着手于手性化合物分离材料的研究. 1 手性化合物分离材料 1.1 分子印迹聚合物

分子印迹聚合物作为一种新型的分离材料，以其稳定性好、专一性好、廉价易得、使用寿命较长、可重复利用等优点，在手性分离、环境监测、食品科学、催化等领域得到了广泛的关注[5].分子印迹聚合物(MIPS)是对特定分析物或结构相关化合物

具有预定选择性的合成聚合物，因为其选择性和分离能力比较高，所以是微萃取过程中制备样品的优良材料[6-7].印迹分子与功能单体之间通过共价键或非共价键结合，形成配合物，再通过聚合物交联剂所形成的聚合物网状固定结构，将聚合物中的印迹分子通过适当的方法洗脱出来，形成具有识别印迹分子的结合位点[8-9].1972年Wuff等[10]首次报道成功制备出分子印迹聚合物，这项技术才逐渐为人们所接受和熟知，并于近20年内得到了高速的发展.扑热息痛分子印迹聚合物于2004年被胡树国等[11]应用于固相微萃取的研究中，并优化其方法，得到了非常满意的结果.这充分发挥了分子印迹的专一性的优势，对解决药物分离中的难题提供了一种很好的解决方法.2011年闫宏远等[12]综述了分子印迹固相微萃取技术在动物源食品中药物残留物的检测，该技术成功地攻克了食品中复杂样品体系中预处理繁杂等不利因素.2018年Huang Q等[13]利用分子印迹乙酸纤维素复合膜手性分离了(d，l)-乳酸.尽管分子印迹技术高速发展和被广泛的应用于各领域中，但仍存在着诸多不足：与分子印迹过程和分子识别过程的特性的机理不明确，从分子印迹过程和识别过程理论还是有待提高和完善；功能单体和交联剂聚合方法具有很大的可变性和重复性差的缺点；该材料的普适性相对较低，不能用于多类化合物的分离等；多肽、酶和蛋白质这种印迹高分子分子材料领域还不够成熟等.生物大分子不仅分子结构相对较大，而且具有自身特殊的理化性质，这对传统的聚合方法提出了挑战[5,14].

1.2 有机-无机杂化材料

有机-无机材料是指有机和无机材料在纳米级别上的一种混合体，它包括在有机基底上分散无机纳米颗粒和在无机材料(一般是纳米材料)中加入纳米材料.该材料结合了有机、无机以及纳米材料的特性，它们的无机或有机相可以达到纳米级，极大地增强了界面的相互作用，正是由于其特殊性，所以成为一个新兴的研究领域，并且吸引了许多研究者.近年来可控形态和有机负载的杂化有机-无机材料在几种手性分

离技术中显示出优异的手性识别性能.Wu Q等[8]讨论了杂化有机-无机材料作为手性固定相用于HPLC、CEC/CLC和GC的应用进展，并且总结了杂化有机-无机材料在膜分离和电化学鉴别中的应用.杂化有机-无机材料具有较高的性能机械稳定性、大表面积、定制孔径、控制形态和有机负荷等优点，并且表现出几种优越的手性识别性能[6,15].近年来，掺杂有机-无机杂化材料的思想是探索高性能杂化材料的重要途径.2017年Wang J等[16]研制出一种手性固定相，有效地实现了对映体的拆分，为了开发具有良好的对映体分离能力和对流动相的高耐受性的包覆型手性固定相，并且合成了一系列壳聚糖(3,5-dimethylphenylcarbamate)-(alkyl urea)s，并将其包覆在3-氨基丙基二氧化硅凝胶上，获得了新的阳离子.在合成的衍生物之间形成较强的氢键，这些手性固定相具有良好的分离性能.手性金属-有机多孔材料的合成在手性分离和不对称催化方面具有潜在的应用价值和经济价值.Kim等[17]重点讨论了它们的应用，并使用了两种不同的方法来合成各种不同类型的手性化合物材料.几种手性金属-有机多孔材料对一些手性化合物显示了催化活性和对映选择性.在许多时候，利用手性金属-有机多孔材料来实现对映体与消旋体的分离.总之，有机-无机杂化材料表现出非常优异的性能和巨大的潜力.作为一门新兴的交叉学科，还存在许多未知领域有待探索和深入研究.随着研究的不断深入，相信在不久的将来，会有更多的杂化材料被开发出来并进入应用领域. 1.3 纤维素衍生手性分离材料

21世纪，世界能源问题日益突出，纤维素是一种天然多糖化合物，并且含有大量的羟基和手性位点.纤维素是一种膜材料，能使手性化合物有较好的分离能力.首次制备出了微晶纤维素三乙酸酯是在1973年完成[15]，在薄层色谱中观察到纤维素在分离外消旋的氨基酸时给出了两个点，这说明了纤维素具有识别手性化合物的能力.纤维素衍生物具有分辨率高、应用广泛等优点.根据纤维素及其衍生物与固定相的结合，纤维素类手性固定相可分为两大类：涂层型和键合型.纤维素涂层固定相

主要取决纤维素及其衍生物和分子间相互作用力，以用于纤维素及其衍生物在固定相表面上的吸附.这类手性固定相的耐溶剂性能比较好，从而克服了涂敷型固定相的一些缺点，增加了流动相选择的范围[18].2016年Zhang X等[19]采用碱水解法制备纳米晶纤维素(NCC)，合成区域选择性取代的NCC衍生物，将NCC衍生物与氨基丙基硅胶进行化学键合制备固定化纳米纤维素手性固定相，采用高效液相色谱分离手性化合物，并考察了流动相(乙醇改性剂浓度和流动相浓度)对NCC固定化手性固定相手性分离性能的影响.结果表明，在NCC固定的手性固定相上分离出的手性化合物在正相和反相模式下均具有良好的分离性能，是一种很有前途的包装材料.2017年沈贤德等[20]发表了用作手性固定相材料的富勒烯纤维素衍生物及其制备方法属于有机高分子材料技术领域的专利，专利中指出该手性固定相用在高效液相色谱中，能够分离出手性化合物的两种对映体.2018年周鑫鑫等[21]以纤维素衍生物为手性固定相，建立药物奈他地尔的HPLC手性分析方法，并证实了这种方法简单快捷、重复性能好，并且提供一种准确可靠的检测奈他地尔的合成及对映体纯度的质量控制的方法.由此可见，纤维素及纤维素衍生物作为手性识别的材料已经被广泛的应用于高效液相色谱手性分离中. 1.4 新型多糖类化合物

糖类化合物在手性化合物分离材料中占有很大的优势[22].它被广泛应用于色谱手性分离等领域中，并且具有储藏量大、便宜易得、结构多样性等优点.近年来，糖化学和生物化学的研究取得了很大进展，也引起了许多生物、化学、药学等相关领域的科学家和技术人员的兴趣，使得糖类化合物的应用研究取得了很大突破.从事手性分离研究的学者已经开始关注其潜在价值，并在手性膜分离领域做了一些探索[22-23].冈本集团[24]的研究中，基于环糊精的商业化寡糖、多糖纤维素和直链淀粉系列手性分离柱，糖类化合物已经进入了一个在手性分离领域新阶段.2017年Stringham等[25]用反相模式研究了两种液晶材料C1和C2的手性高效液相色谱

分离.对于手性化合物的分离，使用基于5 μm SiO2涂覆直链淀粉三(5-氯-2-甲基苯基氨基甲酸酯)的ChialPakayay-Rh固定相.化合物在其可能的形式中被分析，当对S和R对映体进行E和Z形式的分离时，都会注意到两种化合物的峰反转.2017年Wang J等[16]合成了壳聚糖双(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)-烷基脲高效手性分离材料.由于合成的衍生物之间形成了较强的氢键，因此，这些手性化合物分离材料具有良好的分离性能，并能耐受纤维素和直链淀粉衍生物所禁止的有机溶剂.总的来说，多糖类化合物仍处于摸索阶段.糖类化合物作为手性膜分离材料，具有很大的优势，为其在膜科学领域的应用奠定了基础.2017年梁爽[26]制备了两组壳聚糖-二(芳香基氨基甲酸酯)-(异丁基脲)衍生化合物，讨论了壳聚糖衍生物的结构(包括由2号位上取代基、分子量和苯环上取代基所引起的不同高级结构)与其相应的固定相性能之间的关系，并且发现了这种多糖类分离性能和对有机溶剂耐受性都较好的固定分离相.迄今为止，直接用作手性膜材料的糖类衍生物是一个重要的研究方向，手性膜的研究将会取得很大的进展. 1.5 刷型手性固定相材料

在1960年刷型手性固定相是Pirkle等[27]发明的高效液相分离色谱中非常重要的一种手性固定相.该固定相具有很多独特的优点：由于有共价键的存在，使得硅胶上的键合材料难以留失，可以承受超载的样品量，也可以用强溶剂洗脱，所以色谱柱可以再生，重复循环性好，适用于超临界流体色谱；色谱性能好，手性有机分子键合密度高的基质，可以在不改变固定相性能的情况下承受较大的进样量；宽线性范围可用于分析色谱和制备色谱；分离的对映体的洗脱顺序可颠倒等诸多优点.2007年我国学者周英珍等[28]论述了刷型手性固定相及其在手性化合物分离中的应用，这在前人的基础上又进一步的推动了刷型手性固定相的发展.2015年我国的学者宾琴等[29]制备了一种新型的苯甘氨酸衍生物“刷型”手性固定相，并且用这种新型的“刷型”手性固定相较好的分离了一些手性化合物.这种固定相近年来

已经在医学领域开始发展并且运用，2017年阮梦等[30]讨论了“刷型”固定相在D-氨基酸分析中的应用，证实了“刷型”手性固定相具有的优良性能，并且提出了“刷型”固定相今后应当考虑的方向：加强对基于氨基酸键合型手性固定相在其他手性样品上的分离及其在实际生物样品中的应用.相信在将来，这种“刷型”固定相能被广泛的应用于各领域.由于“刷型”手性固定相的大量合成和研究，对这类的手性固定相已总结出了不少特点，在今后的研究中应当考虑：通过大量的手性选择的筛选，找到一种或几种普适性强的“刷型”手性固定相；根据药物生产质量控制设计合成“专用”型的手性固定相等. 1.6 其他材料

手性化合物分离材料中，除了上述的材料外还有很多其他的材料可以被挖掘.2017年Luo L等[31]制备具有手性分离功能的滤纸，并且优化了最佳的反应条件，得到了纸基手性分离材料.另外还有生物中的酶、稀有金属材料、纳米多孔材料、手性金属-有机骨架材料[32]、颗粒手性分离材料[33]及其一些特殊形态的材料等. 2 发展期望

由于近年来手性化合物分离材料的大量需求和广泛的研究及合成，对这类分离材料已经总结出不少的规律和结论.今后的研究应当考虑：通过大量合成的手性分离材料或者天然的手性分离材料找出一种或几种普适性的分离材料，这样可以运用到很多手性化合物分离；根据专有的手性化合物的性质分析需要设计合成“专用”型的手性化合物分离材料；继续深入研究手性化合物分离材料的分离机理，从而对理想的最可能分离某一类手性化合物做出最佳的选择；利用生物的方法研究手性化合物，利用生物酶及其他的生物试剂对其进行分离等方法. 3 结束语

手性化合物分离一直是现代科学研究的重点，手性化合物分离材料也随之成了一门新兴的学科.分离材料的突破将极大的促进手性化合物的分离，在该领域中，应该

大胆尝试，勇于创新，相信在不久后，手性化合物分离材料将会有更大突破. 参考文献:

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