基于多糖衍生物有机无机杂化手性微球的制备及其手性分离性能研究

Polysaccharide derivatives are the most popular and efficient chiral stationary phases, mainly due to their advantages of high chiral separation ability, wide applicability, and easy availability. By far, the amount of chiral polymer component in this material is much lower than that of achiral component, which significantly cause limitation to its development. On the other hand, organic-inorganic hybrid spheres exhibit attractive functions with combination of characteristic advantages from both organic and inorganic components, and has become a hot topic in recent years. Based on these facts, chiral polysaccharide derivatives with high ratio were incorporated with achiral inorganic silica by sol-gel process to develop organic-inorganic hybrid chiral spheres with high enantioselectivity, high loading capacity and high resolution efficiency. The preparation mechanism of the hybrid chiral spherical materials was systematically investigated, and the relationship between the ratio of organic/inorganic components and chiral separation efficiency was then evaluated to elucidate the effects of reaction conditions, structure and organic/inorganic ratio on the higher order structure, optical activity, chiral recogntion ability and loading capacity of the obtained chiral spheres. This will open up a new idea for the design and development of organic-inorganic hybrid chiral spheres and novel chiral separation materials with high enantioseparation efficiency, high loading capacity and stability, which will also provide the theoretical and experimental evidences to improve the large-scale preparative separation techniques for chiral compounds, especailly chiral pharmaceuticals.

多糖类衍生物具有手性分离能力强、适用范围广及工艺简单等优点，是目前应用最广泛和最有效的手性固定相材料。但该材料中的手性聚合物组分含量远远低于非手性组分，限制了其进一步发展。同时，有机无机杂化微球由于兼具有机无机组分的多种特征功能优势近年来已成为研究热点。针对该研究现状，通过溶胶-凝胶方法，将高含量的手性多糖衍生物与非手性无机硅基相结合，制备具有高效对映体选择性、高承载能力和高分离效能的有机无机杂化手性微球，并对其制备机理以及有机无机组分比例与手性分离效能之间的关系进行系统研究。进一步揭示不同反应条件及有机无机组分的结构与比例调控对手性微球的二级结构、光学活性、手性分离性能以及承载能力的影响规律，为探索开发结构可控且手性分离效能高、承载能力强和使用稳定性好的有机无机杂化手性微球及新型手性分离材料提供新思路，同时为发展手性化合物（尤其是手性药物）的大规模制备分离技术奠定理论和实验基础。

多糖类衍生物具有手性分离能力强、适用范围广及工艺简单等优点，是目前应用最广泛和最有效的手性固定相材料。但该材料中的手性聚合物组分含量远远低于非手性组分，限制了其进一步发展。同时，有机无机杂化微球由于兼具有机无机组分的多种特征功能优势近年来已成为研究热点。针对该研究现状，首先设计合成了带有少量3-（三乙氧基硅）丙烷残基且结构不同的多系列纤维素和直链淀粉类衍生物共计十六种，并基于所合成不同结构的多糖类衍生物，通过溶胶-凝胶方法，将高含量的手性多糖衍生物与非手性无机硅基相结合，制备了一系列新型具有高效对映体选择性、高承载能力和高分离效能的有机无机杂化手性微球，并对其制备机理以及有机无机组分比例与手性分离效能之间的关系进行了系统研究。结果表明，溶胶与凝胶反应各阶段的反应条件对所制备手性杂化微球的形貌和性能具有重要影响，其中碱性条件下所得杂化微球的反应效率与有机组分比例调控要明显优于酸性条件，且碱性条件下所获得微球的粒径和比表面积略小于酸性条件所得微球尺寸。此外，碱性反应体系的快速成球过程对手性多糖衍生物二级结构规整性的破坏更小，从而可更为有效的保证了手性微球二级结构的规整性及其优秀的手性分离性能。随着杂化微球中有机含量的增加，其手性分离性能也逐渐提高，说明提高杂化微球中的有机组分对其手性识别性能提升具有重要意义。手性色谱评价结果表明，本文所制备手性杂化微球具有优秀的手性分离性能，对于某些手性化合物甚至表现出比商品化手性柱更为高效的分离性能，表明本项目所制备的具有高含量多糖类衍生物的新型杂化微球对某些手性化合物具有特殊的拆分优势和分离效能，具有很好的应用价值和商品化发展潜力。本项目所获成果为探索开发结构可控且手性分离效能高、承载能力强和使用稳定性好的有机无机杂化手性微球及新型手性分离材料提供了新思路，同时为发展手性化合物（尤其是手性药物）的大规模制备分离技术奠定了理论和实验基础。