乙二胺桥联双β-环糊精键合SBA-15手性固定相的制备方法及用途
【专利摘要】本发明涉及一种手性固定相，制备步骤：在无水溶剂中，用β-环糊精制备(6-氧-对甲苯磺酰)-β-环糊精中间体(I)。以无水吡啶作溶剂，将(6-氧-对甲苯磺酰)-β-环糊精与乙二胺反应，得(6-去氧-乙二胺)-β-环糊精中间体(II)。以无水N,N-二甲基甲酰胺作溶剂，用3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷作偶联剂将(I)键合到有序介孔SBA-15硅胶表面，制备得到(6-氧-对甲苯磺酰)-β-环糊精键合SBA-15硅胶中间体(III)。采用连续反应法，将(III)分散于无水N,N-二甲基甲酰胺，加入(II)反应得乙二胺桥联双β-环糊精键合SBA-15手性固定相。本发明制备方法简便、成本较低、适用性广。
【专利说明】乙二胺桥联双β -环糊精键合SBA-15手性固定相的制备方 法及用途
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种键合SBA-15硅胶手性固定相的制备方法与用途，特别是以乙二 胺桥联双β -环糊精为配体的键合SBA-15硅胶手性固定相的制备方法及手性分离用途。
【背景技术】
[0002] 手性是自然界的基本属性，指物质与其镜像不能重叠的性质。手性与我们的日常 生活和健康息息相关，因为手性药物对映异构体在生物体内的代谢和药理作用常存在着显 著差异。目前临床使用的药物中，手性药物占绝大多数，但是大部分手性药物仍然以外消旋 体生产、出售和使用，用药安全得不到保障。例如，β-受体阻滞剂是一类常见的治疗心律失 常、心绞痛、心肌梗死、高血压、心肌病等心脑血管疾病的重要药物，它们大多含有一对对映 体。动物实验表明，β -受体阻滞剂的对映异构体间大多药代动力学和药效学性质不完全相 同，左旋体（5)的药理活性大多比右旋体〇?)高。如普萘洛尔的β_受体阻断作用大约 比普萘洛尔强100倍，而且普萘洛尔是一种男性避孕药（张娟红，王荣，谢华，等.正 相液相色谱-串联质谱法分离普萘洛尔对映体[J].色谱，2011,29(1) :26-30.)。鉴于此， 2006年我国国家食品药品监督管理局颁布了《手性药物质量控制研究技术指导原则》（国 食药监注[2006]639号.2006.)，对手性药物的生产和出售做了相关规定。因此，制备新型 的手性分离材料，发展高效、快速的对映体分离分析技术是药物监测的迫切要求。
[0003] 手性分离的方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、毛细管电泳和电色谱法。20 世纪70年代以来，由于高效液相色谱法集分离高效快速、适用范围广、操作条件温和、柱容 量高、仪器日趋成熟等众多优点于一身，目前这种方法己发展成为分离手性化合物最有效、 使用频率最高的方法之一。高效液相色谱法是药物质量监测和药代动力学研究不可缺少的 重要手段，已广泛地应用于药物对映体的手性拆分和对映体含量测定中。使用高效液相色 谱法拆分对映体主要包括流动相添加剂法和手性固定相法，后者依靠固定相上的手性配体 与溶质之间的立体选择性相互作用实现对映体的分离。因为对映体与手性配体形成非对映 异构体配合物的结合能力存在差别，与其中一个对映异构体生成具有稳定的暂时的对映体 配合物，在洗脱过程中因保留时间不同，从而达到分离的目的。由于手性固定相法使用条件 灵便、柱容量高、分离性能好，是目前主要应用的手性分离方法。手性药物的/?_，对映异 构体间物理化学性质几乎相同，对其进行拆分是相当困难的问题，研发新的分离材料是解 决手性分离问题的关键，这不仅需要高选择性的手性配体，也同时需要渗透性好、孔结构良 好的键合基质。
[0004] 目前，手性固定相配体主要包括以下几类：Pirkle刷型、大环抗生素、冠醚、环糊 精、蛋白质、高聚物纤维素和直链淀粉等。刷型手性固定相是手性色谱领域适用性强、使用 范围广泛、拆分机理研究比较深入的一类重要手性固定相，但这类固定相要求被分析对象 的手性碳附近要有芳基，常常需要预先衍生来引入芳基，使用不便。高聚物纤维素类也是目 前手性分离应用较广的一类固定相，由于这类固定相主要以涂敷型为主，固定相的流失使 得流动相的选择受到一定限制，且制备成本较高。因此，开发选择性高、稳定性好、成本较 低的手性固定相具有重要的研究意义和应用价值。环糊精是由D-吡喃型葡萄糖单元通过 α-1，4-糖苷键连接而成的环状寡聚物，常见的是其6、7、8聚体（α -环糊精、β -环糊精、 Υ -环糊精），分别具有30、35、40个手性中心。环糊精分子具有截顶锥筒型结构，环内具有 疏水空腔，能选择性地包结不同大小或空间不同的客体。另外具有环外亲水的独特性质，环 外的羟基能与溶质的/?_，5-对映异构体进行氢键等多种作用，从而形成稳定性不同的配合 物，使得手性化合物对映体在环糊精柱上有不同的保留时间，因而彼此分开。所以环糊精被 广泛用作气相色谱和液相色谱的手性固定相配体和毛细管电泳的手性添加剂。
[0005] 桥联双环糊精是一类新型的环糊精配体，由于两个环糊精通过各种结构的桥联基 团连接而成。双环糊精腔体与桥联基团的协同作用和多重识别功能使其迅速发展成为人工 模拟酶和不对称合成研究领域的新亮点，在人工模拟酶、药物载体、分子识别等方面具有较 广泛的应用，也是当今超分子化学、合成化学、仿生化学和分析化学的交叉课题。相比分子 识别研究，桥联双环糊精固定相的色谱分离功能尚有待于开发和研究。桥联双环糊精通过 两个环糊精的协同作用，桥联双环糊精的两个疏水空腔表现出比单环糊精或单修饰环糊精 更强的包合能力，比单环糊精具有更好的键合能力和分子选择性，各种结构的桥联基团也 可以带来额外的结合位点。目前双环精作为人工模拟酶的研究已比较深入，但其手性色谱 分离功能尚待开发利用。
[0006] 本发明涉及简便的固相连续反应法制备新型的桥联双β -环糊精手性固定相。首 先将（6_氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精键合到SBA-15有序介孔材料表面，然后SBA-15表面 活泼的对甲苯磺酰基可与（6-去氧-乙二胺）_β -环糊精进行亲核取代反应，从而较方便 地制备新型乙二胺桥联双β-环糊精键合SBA-15手性固定相。一方面，通过桥联双β-环 糊精的协同作用和空间域作用、桥联乙二胺的氢键作用和配位作用，使手性分离选择性得 到提高。另一方面，具有较大的比表面积的基质可容纳更多的手性配体，渗透性也好，传质 阻力小，改善了手性固定相的综合色谱性能，在手性药物质量监测和对映体药代动力学研 究方面具有较好的应用前景。
【发明内容】
[0007] 本发明提出一种乙二胺桥联双β -环糊精键合有序介孔SBA-15手性固定相的制 备方法。其目的在于将桥联双β-环糊精的高手性识别能力与有序介孔材料的优良性能相 结合，制备出新型的手性固定相，实现手性化合物的快速、高效分离。
[0008] 环糊精由于化学稳定性好，价格相对便宜，手性选择性优异，作为手性配体得到广 泛重视。但是裸环糊精的手性选择性非常有限，因此通过乙二胺桥键将两个β-环糊精相 连，桥联双β_环糊精腔体的协同作用和空间域作用、桥联乙二胺的氢键作用和配位作用， 有利于提高手性分离能力。本发明将乙二胺桥联双环糊精作为手性固定相的配体，有 利于分离大多数极性的、碱性的和芳香性的手性药物对映体。
[0009] 本发明制备方法可通过以下技术来实现： (1)在氮气氛下，按β -环糊精（_〇1):无水批陡A(mL):对甲苯磺酰氯（mmol):无水 吡啶B (mL)为1:10?12:0. 6?0. 9:2. 5?3. 0的比例，分别将β -环糊精和对甲苯磺酰氯 溶于相应量的无水吡啶中，搅拌下2 h?3 h内将对甲苯磺酰氯的无水吡啶Β溶液滴加到 β-环糊精的无水吡啶A溶液中，室温下搅拌反应11 h?13 h，得到黄色的溶液，真空除去 吡啶，加入无水乙醚得到白色固体，过滤固体并用超纯水多次重结晶，制得（6-氧-对甲苯 磺酰）_β -环糊精中间体（I)。ESI质谱[M+H]+峰1289. 32(1289. 39)，ESI质谱[Μ-ΗΓ峰 1287. 53(1287. 37)，与括号中的理论值相符； (2) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体⑴（mmol):无水吡 啶（mL):乙二胺（mL)为1:40?60:20?22的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊 精中间体（I)溶于无水批陡，加入新蒸过的乙二胺，搅拌25?35 min后升温至75-- 85 °C反应1.5 h?2.5 h，减压下除去吡啶，将所得固体溶于少量的热水中，搅拌下加入 丙酮-水溶液（10:1，tyV)，收集白色沉淀，并重复上述操作3次，于40 °C真空干燥5 h后 得到（6-去氧-乙二胺）-β -环糊精，溶于少量丙酮水溶液进行重结晶，收集白色沉淀，于 40 °C真空干燥5 h，得到（6-去氧-乙二胺）-β-环糊精中间体（II)。ESI质谱[Μ+Η]+峰 1177. 51 (1177. 42)，ESI 质谱[Μ-ΗΓ 峰 1175. 35 (1175. 42)，与括号中的理论值相符； (3) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体⑴（mmol):无水 N，N-二甲基甲酰胺（mL):3-异氰酸丙基三乙氧基娃烧（mmol) :SBA-15娃胶（g)为1:16? 18:1. 2?1. 4:3. 0?3. 6的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精中间体⑴搅拌溶于 适量无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺中，慢慢滴加适量3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷，滴加完后升温 至75 °C?85 °C反应1.5 h?2. 5 h，然后加入适量SBA-15,并补加适量的无水DMF，升温 至105 °C?115 °C反应23 h?25 h，过滤所得固体，用N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、水 反复洗涤，直至滤液清亮，然后用丙酮作溶剂，索氏提取16 h清洗孔道，所得固体于60 °C 下真空干燥12 h，得到（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精键合SBA-15硅胶中间体（III); (4) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精键合SBA-15硅胶中间体（III) (g):无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺（mL) : ( 6-去氧-乙二胺）-β -环糊精中间体（II) (mmol)为 1:0. 26?0. 30:32?34的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精键合SBA-15硅胶中 间体（ΠΙ)分散于无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺中，加入（6-去氧-乙二胺）-β-环糊精中间体 (II)，于105 °C?115 °C反应23 h?25 h，过滤所得固体，用Ν，Ν-二甲基甲酰胺、丙酮、甲 醇、水反复洗涤至滤液清亮，随后用丙酮索氏提取16 h，最后于60 °C下真空干燥12 h，得到 最终产物乙二胺桥联β-环糊精键合SBA-15手性固定相（IV)。
[0010] 根据固定相的键合量及其拆分手性药物的能力，得出制备过程中原料最佳配比如 下： 本发明所述的β-环糊精（mmol):无水批陡A(mL):对甲苯磺酰氯（mmol):无水批陡 B(mL)的最佳配比为1:11:0. 7:2. 7。
[0011] 本发明所述的（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精中间体⑴（mmol):无水吡啶 (mL):乙二胺（mL)的最佳配比为1:50:21。
[0012] 本发明所述的（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体（I) (mmol):无水N，N-二 甲基甲酰胺（mL) : 3-异氰酸丙基三乙氧基娃烧（mmol) :SBA-15娃胶（g)的最佳配比为 1:17:1. 3:3. 3 的比例。
[0013] 本发明所述的（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精键合SBA-15硅胶中间体（III) (g):无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺（mL): (6-乙二胺-6-去氧）-β-环糊精中间体（II) (mmol) 为 1:0.28:33。
[0014] 所述SBA-15娃胶为有序介孔材料，孔径为10 nm?30 nm，比表面积为400 m2/g? 500 m2/g。
[0015] 使用的桥联基团为含有两个氨基的乙二胺。所合成的固定相含有乙二胺桥联的双 β -环糊精配体，且固定相的配体具有对称结构。
[0016] 本发明采用3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷偶联剂连续反应法，首先将（6-氧-对甲 苯磺酰）-β -环糊精键合到有序介孔SBA-15硅胶表面，然后与（6-去氧-乙二胺）-β -环 糊精反应，制备一种新型的乙二胺桥联双β-环糊精键合SBA-15液相色谱手性固定相。所 得固定相经质谱分析、红外光谱分析、元素分析、热重分析等表征其结构。该固定相被填入 色谱柱中，以萘为溶质，甲醇/水（40/60，ivV)为流动相，流速为1. 〇 mL/min,检测波长为 254 nm，室温下测得柱效为28566块/米。本发明乙二胺桥联双β-环糊精键合有序介孔 SBA-15手性固定相的制备路线示意图见图1。
[0017] 本发明还涉及上述制备方法制备的乙二胺桥联双β -环糊精键合SBA-15手性固 定相在制备手性化合物分离固定相中的应用。
[0018] 本发明以β-受体阻滞剂手性药物为溶质探针，较系统地研究了该固定相的色谱 性能。研究发现该固定相能为溶质提供包结作用、氢键作用、环糊精空腔的协同作用，特别 该固定相引入双β-环糊精腔体，扩宽了手性识别域，为β-受体阻滞剂及许多相关药物 提供了更强的手性分离能力。实验结果还表明，有序介孔材料SBA-15作为基质，具有比表 面积大、键合量高、传质阻力小等优点，本发明采用SBA-15基质制备得到的乙二胺桥联双 β -环糊精键合手性固定相具有选择好，分析速度快，柱背景压低等良好的色谱性能。本发 明的制备方法简便，成本较低，实用性强，可在正相、反相、极性有机多种色谱分离模式下使 用。
[0019] 本发明娃胶比表面积为400 m2/g?500 m2/g，固定相键合量为0. 10 μ mol/m2? 0· 13 μ mol/m2。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1乙二胺桥联双β -环糊精键合有序介孔SBA-15手性固定相的制备路线示意 图。
[0021] 图2拆分用的手性化合物的化学结构。
[0022] 图3拆分六个常用的β -受体阻滞剂的手性色谱图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明将通过以下实施例作具体说明。
[0024] 实施例1 取SBA-15 (400 m2/g)活化硅胶4. 0 g为基质； (1)在氮气氛下，按β -环糊精（_〇1):无水批陡A(mL):对甲苯磺酰氯（mmol):无水 吡啶B (mL)为1:10:0. 6:2. 5的比例，分别将β -环糊精和对甲苯磺酰氯溶于相应量的无水 吡啶中，搅拌下2 h内将对甲苯磺酰氯的无水吡啶Β溶液滴加到β-环糊精的无水吡啶Α溶 液中，室温下搅拌反应11 h，得到黄色的溶液，真空除去吡啶，加入无水乙醚得到白色固体， 过滤固体并用超纯水多次重结晶，制得（6-氧 -对甲苯横醜环糊精中间体（I); (2) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体⑴（mmol):无水吡啶 (mL):乙二胺（mL)为1:40:20的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体⑴溶 于无水吡啶，加入新蒸过的乙二胺，搅拌25 min后升温至75°C反应1.5 h，减压下除去吡 啶，将所得固体溶于少量的热水中，搅拌下加入丙酮-水溶液（10:1，tyV)，收集白色沉淀， 并重复上述操作3次，于40 °C真空干燥5 h后得到（6-去氧-乙二胺）-β -环糊精，溶于 少量丙酮水溶液进行重结晶，收集白色沉淀，于40 °C真空干燥5 h，得到（6-去氧-乙二 胺）-β-环糊精中间体（II); (3) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体（I) (mmol):无水Ν，Ν-二 甲基甲酰胺（mL): 3-异氰酸丙基三乙氧基娃烧（mmol) :SBA-15娃胶（g)为1:16:1.2:3. 0 的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体（I)搅拌溶于适量无水N，N-二甲基 甲酰胺中，慢慢滴加适量3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷，滴加完后升温至75 °C反应1.5 h， 然后加入适量SBA-15,并补加适量的无水DMF，升温至105 °C反应23 h，过滤所得固体，用 N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、水反复洗漆，直至滤液清亮，然后用丙酮作溶剂，索氏提取 16 h清洗孔道，所得固体于60 °C下真空干燥12 h，得到（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精 键合SBA-15硅胶中间体（III); (4) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精键合SBA-15硅胶中间体（III) (g):无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺（mL) : ( 6-去氧-乙二胺）-β-环糊精中间体（II) (mmol)为 1:0.26:32的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精键合SBA-15硅胶中间体（III)分 散于无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺中，加入（6-去氧-乙二胺）-β -环糊精中间体（II)，于105 °C反应23 h，过滤所得固体，用Ν，Ν-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、水反复洗涤至滤液清亮，随 后用丙酮索氏提取16 h，最后于60 °C下真空干燥12 h，得到最终产物乙二胺桥联β-环糊 精键合SBA-15手性固定相（IV)。
[0025] 本实施例所制得的乙二胺桥联双β -环糊精键合有序介孔SBA-15手性固定相表 面配体键合量实测数据如下表： 乙二胺桥联β -环糊精键合有序介孔SBA-15手性固定相表面配体键合量
【权利要求】
1. 一种乙二胺桥联双β -环糊精键合SBA-15手性固定相的制备方法，其特征是： (1) 在氮气氛下，按β -环糊精（_〇1):无水批陡A(mL):对甲苯磺酰氯（mmol):无水 吡啶B (mL)为1:10?12:0. 6?0. 9:2. 5?3. 0的比例，分别将β -环糊精和对甲苯磺酰 氯溶于相应量的无水吡啶中，搅拌下2 h?3 h内将对甲苯磺酰氯的无水吡啶Β溶液滴加 到β-环糊精的无水吡啶A溶液中，室温下搅拌反应11 h?13 h，得到黄色的溶液，真空除 去吡啶，加入无水乙醚得到白色固体，过滤固体并用超纯水多次重结晶，制得（6-氧-对甲 苯磺酰）-β-环糊精中间体（I); (2) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体⑴（mmol):无水吡啶 (mL):乙二胺（mL)为1:40?60:20?22的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精中 间体（I)溶于无水批陡，加入新蒸过的乙二胺，搅拌25?35 min后升温至75°C?85 °C反 应1.5 h?2.5 h，减压下除去吡啶，将所得固体溶于少量的热水中，搅拌下加入丙酮-水溶 液（10:1，tyV)，收集白色沉淀，并重复上述操作3次，于40 °C真空干燥5 h后得到（6-去 氧-乙二胺）-β-环糊精，溶于少量丙酮水溶液进行重结晶，收集白色沉淀，于40 °C真空干 燥5 h，得到（6-去氧-乙二胺）-β-环糊精中间体（II); (3) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精中间体⑴（mmol):无水 N，N-二甲基甲酰胺（mL):3-异氰酸丙基三乙氧基娃烧（mmol) :SBA-15娃胶（g)为1:16? 18:1. 2?1. 4:3. 0?3. 6的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精中间体⑴搅拌溶于 适量无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺中，慢慢滴加适量3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷，滴加完后升温 至75 °C?85 °C反应1.5 h?2. 5 h，然后加入适量SBA-15,并补加适量的无水DMF，升温 至105 °C?115 °C反应23 h?25 h，过滤所得固体，用N，N-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、水 反复洗涤，直至滤液清亮，然后用丙酮作溶剂，索氏提取16 h清洗孔道，所得固体于60 °C 下真空干燥12 h，得到（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精键合SBA-15硅胶中间体（III); (4) 在氮气氛下，按（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环糊精键合SBA-15硅胶中间体（III) (g):无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺（mL) : ( 6-去氧-乙二胺）-β-环糊精中间体（II) (mmol)为 1:0. 26?0. 30:32?34的比例，将（6-氧-对甲苯磺酰）-β -环糊精键合SBA-15硅胶中 间体（ΠΙ)分散于无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺中，加入（6-去氧-乙二胺）-β-环糊精中间体 (II)，于105 °C?115 °C反应23 h?25 h，过滤所得固体，用Ν，Ν-二甲基甲酰胺、丙酮、甲 醇、水反复洗涤至滤液清亮，随后用丙酮索氏提取16 h，最后于60 °C下真空干燥12 h，得到 最终产物乙二胺桥联β-环糊精键合SBA-15手性固定相（IV)。
2. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于SBA-15硅胶为有序介孔材料，孔径为10 nm ?30 nm，比表面积为 400 m2/g ?500 m2/g。
3. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：所述的β -环糊精（mmol):无水吡啶 A(mL):对甲苯磺酰氯（mmol):无水吡啶B(mL)的配比为1:11:0. 7:2. 7。
4. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：所述的（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环 糊精中间体⑴（mmol):无水批陡（mL):乙二胺（mL)的配比为1:50:21。
5. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：所述的（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环 糊精中间体⑴（mmol):无水Ν，Ν-二甲基甲酰胺（mL) : 3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷 (mmol) :SBA-15 硅胶（g)的配比为 1:17:1.3:3. 3。
6. 根据权利要求1所述制备方法，其特征在于：所述的（6-氧-对甲苯磺酰）-β-环 糊精键合SBA-15硅胶中间体（III) (g):无水N，N-二甲基甲酰胺（mL) : (6-乙二胺-6-去 氧）-β -环糊精中间体（II) (mmol)配比为1:0. 28:33。
7.权利要求1-6任一所述制备方法制备的乙二胺桥联双β-环糊精键合SBA-15手性 固定相在制备手性化合物分离固定相中的应用。
【文档编号】C08B37/16GK104289204SQ201410498308
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】李来生, 周仁丹, 程彪平, 李良, 聂桂珍, 张宏福 申请人:南昌大学