第 卷第 期 谱 年 月
阮宗琴 康经武 欧庆瑜
中国科学院兰州化学物理研究所 兰州
提 要 分别测定了毛细管区带电泳环糊精手性拆分体系中Α Β 环糊精和二甲基 三甲基 羟丙基 Β 环糊精与药物对映体特布他林形成包结络合物的稳定常数以及手性拆分过程的热力学函数的变化∀数据分析表明 环糊精稳定常数的大小反映了环糊精空腔与分离对象之间的匹配程度∀环糊精稳定常数的相对值反映了手性拆分体系的分离能力∀两对映体与环糊精所形成包结络合物的∃ ∃Η 和∃ ∃Σ 分别反映了手性拆分过程中立体作用与构象匹配的差异∀与甲基化Β 环糊精相比 羟丙基 Β 环糊精和Β 环糊精提供的氢键作用在手性拆分中起着重要作用∀ 关键词 毛细管区带电泳 环糊精 特布他林 手性分离
分类号 Ù
前言
毛细管电泳 手性分离是由手性选择剂与对映体之间相互作用而导致的一个十分复杂的动力学过程 分离的关键在于两者之间存在快速可逆的络合平衡 所形成对映异构的络合物稳定常数的差异导致了对映体的拆分∀但是对映体拆分过程中的微观机制难以用物理手段直接测量和表征 并且在手性拆分过程中影响分离的因素很多 因此通过热力学函数的计算来研究手性拆分过程与宏观热力学量之间的依赖关系 从而间接推测和研究手性拆分的微观机制仍然具有十分重要的意义 ∀ 等 建立的数学模型 解释了毛细管区带电泳 中对映体电泳迁移率的差值随环糊精浓度升高而增大到一最大值后又逐渐降低的变化趋势∀ 等 推导了计算对映体拆分过程的热力学参数方程 从热力学角度对环糊精手性拆分选择性的差异进行了研究∀为了探讨环糊精结构与对映体之间的手性识别作用 我们计算了两者之间形成包结络合物的稳定常数Κ 对手物特布他林所测得的热力学数据进行分析 从热力学角度对 环糊精手性拆分的立体选择性进行了初步的探讨∀ 实验部分
试剂与仪器
型毛细管电泳仪 美国 公司 Ù ≅ Λ 石英毛细管∀手性选择剂为Α 环糊精 Α Β 环糊精 Β Χ 环糊精 Χ 二甲基 Β 环糊精 Β 三甲基 Β 环糊精 Β 和羟丙基 Β 环糊精 Β ∀手物特布他林
为外消旋体 其结构如图 所示∀
图 手物特布他林的分子结构Φιγ Χηε ιχαλστρυχτυρεοφχηιραλδρυγτερβυταλινε 实验方法
背景电解质采用 的 Ù 缓冲液体系 将适量的环糊精溶于其中∀样品的质量浓度为 Ù 压力进样 在 波长处检测 每两次运行之间用缓冲液洗柱 分离电压为 ∀除特别指出外 柱温均恒定为 ε∀在相同分离电压下 若测量环糊精浓度为 和Χ时通过毛细管的电流值分别表示为Ι 和ΙΧ 则粘度校正系数Γ Ι ÙΙΧ∀
理论计算
环糊精稳定常数的计算
在以环糊精为手性添加剂的 手性分离中 具有电泳迁移率Λ 的对映体 与环糊精 作用可
Ξ国家自然科学基金及中科院兰州化学物理研究所所长基金资助项目 通讯联系人
特洛伊木马病毒本文收稿日期 修回日期
形成具有电泳迁移率Λ 的包结络合物 其稳定常数Κ可表示如下
Κ
Ø
Α
Α
Ø
Χ
式中 Α 和Α 分别为对映体处于包结和游离状态的浓度 Χ为环糊精浓度∀
对映体 的表观电泳迁移率Λ可表示为
生态环境学报Λ Λ Λ
ΚΧ
Λ
将式 变换为
Λ Λ
Λ Λ ØΚ
Ø
Χ
Λ Λ
以式 的 Ù Λ Λ 对 ÙΧ作图 可由直线截距和斜率之比求得环糊精与对映体的稳定常数Κ∀
环糊精浓度的最优化
在 手性拆分体系中 由两对映体电泳迁移率之差∃Λ与环糊精浓度的关系得出最佳分离时 等 推导出环糊精的浓度
Χ
Κ Κ
式 中 Κ 和Κ 分别为先后出峰的两对映体的稳定常数 Ù ∀
热力学函数的计算
根据谱分离中的热力学关系 两对映体与手性选择剂所形成的包结络合物的 自由能之差是与其分离因子相关的 即∃ ∃Γ ΡΤ Α 由热力学关系得
Ρ Α ∃ ∃Η
Τ
∃ ∃Σ
以方程 的Ρ Α对 ÙΤ作图 直线的斜率和截距分别为两对映体与环糊精所形成的非对映异构包结络合物的焓差∃ ∃Η 与熵差∃ ∃Σ ∀式中分离因子Α可由两对映体迁移时间之比近似得到∀
结果与讨论
环糊精类型对手性分离的影响
从图 可以看出不同类型的环糊精的手性选择性是不同的 其浓度改变对手性拆分的影响也不相同 但基
本上符合 等的数学模型 即存在一个环糊精浓度的最佳值 使∃Λ为最大∀除Χ 外 Α Β Β Β 和 Β 对特布他林都有一定程度的立体选择作用∀经甲基和羟丙基取代后的 Β Β 和 Β 与Β 相比
拆分性能普遍有所改善
而且在较低的
手性选择剂浓度下
也能很好的拆分开∀
图 环糊精浓度对手物特布他林对映体拆分的影响
Φιγ Εφφεχτοφχονχεντρατιονοφχψχλοδεξτρινον
εναντιο εριχσε αρατιονοφτερβυταλινε
Α Β Β
Β Β
环糊精与对映体稳定常数的计算
环糊精的空腔大小在手性识别过程中起着非常
重要的作用∀在液相体系中 首先要求被分离的手性
化合物必须与环糊精形成具有一定稳定程度的包结
络合物 其次要求环糊精的手性环境对对映体发生
立体选择作用∀包结络合物的稳定性是与环糊精和
对映体的结构匹配性密切相关的∀所以通过环糊精
与对映体稳定常数的计算 可以间接地了解到环糊
精与对映体结构的匹配程度 从而为探讨手性识别
女生我最大
的微观机制获取必要的信息∀由于缓冲液粘度对电
泳迁移率产生影响 因此必须对对映体的电泳迁移
率进行相对粘度校正 即Λχ Λ Γ Λχ Λ Γ ∀
通过曲线拟合可得到电解质溶液的相对粘度与环糊
精浓度之间的函数关系 图 ∀由此函数关系对对
映体的电泳迁移率进行了粘度校正 图 ∀再由公
式 测定环糊精与对映体的稳定常数 拟合的直线
如图 所示∀从直线的斜率和截距算得环糊精与两
对映体的稳定常数Κ
和Κ
∀
将Κ 和Κ 代入方程
得到环糊精浓度的理论最佳值Χ 表 ∀
从表 可以看出 用不同类型的环糊精拆分手
物特布他林时 经线性拟合得到的环糊精与两
对映体相互作用的稳定常数各不相同 其大小顺序
为 Β Β Β Β Α
∀由稳定常数的大小可以认为特布他林更适合被
包结于 Β 的空腔中 而不适合包结于Α
中 这样的变化是与二者的构象匹配相关的∀与图
相比较 环糊精与两对映体相互作用的稳定常数Κ
和Κ 以及其差值∃Κ的大小与环糊精的立体选择
性没有直接关系∀但是 两者的相对值即比值Α的顺
序与实验结果所示的曲线∃Λ极大值顺序相一致
即 Β Β Β Β 由Κ
谱 卷
图 背景电解质溶液的相对粘度随环糊精浓度变化的关系曲线
Φιγ ςαριατιονοφρελατιϖεϖισχοσιτψοφβαχκγρουνδελεχτρολψτεωιτητηεχονχεντρατιονοφχψχλοδεξτριν
Ψ ≅ Ξ Ξ Ρ
图 特布他林两对映体的校正电泳迁移率
随ΤΜ-Β-Χ∆浓度的变化曲线
Φιγ ςαριατιονοφχορρεχτεδελεχτρο ηορετιχ οβιλιτιεσοφτερβυταλινεεναντιο ερσωιτηχονχεντρατιονοφΤΜ-Β-
Χ∆
图 环糊精手性添加剂拆分药物对映体特布他林
的 Ù Λ Λ 与 ÙΧ的关系曲线
Φιγ ςαριατιονοφ Ù Λ Λ ωιτη ÙΧφορσε αρατιονοφτερβυταλινεεναντιο ερσωιτηΤΜ-Β-Χ∆ Ψ Ξ Ρ Ψ Ξ Ρ
和Κ 计算得到的环糊精浓度的理论最佳值 与实验结果也基本相吻合∀这说明环糊精稳定常数的大小 反映了环糊精空腔与分离对象之间的匹配程度∀环糊精稳定常数的相对值Α 反映了环糊精手性拆分体系的分离能力∀环糊精浓度的理论最佳值与实验结果的基本吻合说明了应用此实验方法探讨环糊精手性识别机制的可行性∀
表 环糊精与特布他林对映体的稳定常数
及立体选择性比较
灿都Ταβλε Βινδινγχονσταντσ βινδινγχονσταντδιφφερενχε
ανδσελεχτιϖιτψφορτερβυταλινεεναντιο ερσ
ωιτηχψχλοδεξτρινσβψΧΖΕ
环糊精
杨从保Κ Κ ∃ΚΑ
Κ
Κ
Χ Ù
Α Β
Β Β Β
ΧΕ手性拆分过程中热力学参数的测定
由热力学原理可知 在谱分离中 焓反映了分子间相互作用力的性质和强弱 熵是整个体系有序性的度量∀两对映体与环糊精形成包结络合物的焓差∃ ∃Η 和熵差∃ ∃Σ 分别反映了对映体与环糊精手性识别过程中识别作用的差别和两者形成包结络合物的立体构象匹配程度的差异 ∃ ∃Η 和
∃ ∃Σ
越大 手性拆分程度也就越大∀在 ∗ ε
的温度范围内 测定不同温度下对映体分离的Α值 即两对映体迁移时间之比 由式 以Ρ Α对 Ù
Τ作图 经最小二乘法拟合后所得结果如图 所示 直线斜率的负值为两对映体与环糊精形成包结络合物的焓差∃ ∃Η 截距为两对映体与环糊精所形成的非对映异构包结络合物的熵差∃ ∃Σ 由热力学关系式计算∃ ∃Γ 所得结果列于表
长江经济带发展规划纲要
∀
图 环糊精手性添加剂拆分药物对映体特布
他林的ΡλνΑ∗ ÙΤ关系曲线
Φιγ ςαριατιονοφΡλνΑωιτη ÙΤφορσε αρατιον
οφτερβυταλινεεναντιο ερσωιτηΤΜ-Β-Χ∆Ψ Ξ Ρ
期阮宗琴等 毛细管电泳环糊精添加剂拆分特布他林对映体的立体选择性研究
表 特布他林对映体拆分过程中的热力学数据 Κ
Ταβλε Τηερ οδψνα ιχ αρα ετερσιντηεχουρσεοφτηεχηιραλρεχογνιτιονβετωεεν
τερβυταλινεεναντιο ερσανδχψχλοδεξτρινσβψΧ∆-ΧΖΕ Κ
环糊精
类型 浓度
热力学参数
∃ ∃Η
∃ ∃Σ ∃ ∃Γ Β Ù Β Ù Β Ù Β
Ù
∃ ∃Η Ù ∃ ∃Σ Ù ∃ ∃Γ Ù
∀ 从表 可以看出 环糊精与特布他林对映体作
用的∃ ∃Η 其绝对值的大小顺序为 Β
Β Β Β 与图 中相应环糊
精浓度情况下体系的手性拆分顺序是一致的∀另外 比较 Β 和 Β 以及Β 和 Β
可知 由于取代基的不同 Β 和Β 的
氢键作用更强一些 而拆分对象特布他林的分子结构中含有多个羟基 所以二者的∃ ∃Η 绝对值更大∀环糊精与特布他林对映体作用的∃ ∃Σ 其绝对值的大小顺序为 Β Β Β
Β 说明了尽管 Β 与特布他林之间
的相互作用最为强烈 但两对映体与 Β 形成包结络合物的立体构象匹配程度的差异并不大 而与 Β 形成包结络合物的差异更大一些∀
参
考文献
ΑΣτυδψοντηεΒινδινγοφΧψχλοδεξτρινσωιτηΤερβυταλινεΕναντιο ερσβψΧηιραλΧα ιλαρψΖονεΕλεχτρο ηορεσισ
ΛανζηουΙνστιτυτεοφΧηε ιχαλΠηψσιχσ τηεΧηινεσεΑχαδε ψοφΣχιενχεσ Λανζηου
Αβστραχτ
Α Β Β Β Β Α
Χ
Ù Κ Κ Ù
Β Β
Κεψωορδσ
谱
卷
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议