超高脱乙酰度壳聚糖衍生物手性固定相的制备及结构与性能的关系

Chiral compounds are closely related to life sciences, meanwhile high-performance liquid chromatography (HPLC) based on the application of chiral stationary phases (CSPs) is a very effective technique to industrially separate and detect the enantiomers of chiral compounds. Therefore, it is very important to study the preparation and the structural dependence on the properties of novel CSPs. In order to improve the separation capacity and the stability of the CSPs derived from polysaccharides derivatives, in this project, four-structure-CSPs based on chitosan of ultra-high degree of deacetylation will be prepared. These CSPs are corresponding to chitosan bis(aryl formylate)-aryl formamide, chitosan bis(aryl carbamate)-hydrocarbyl formamide, chitosan bis(aryl carbamate)-hydrocarbyl urea, and chitosan bis(aryl carbamate)-aryl urea. The enantioseparation capability will be evaluated, and the trends concerning the structural dependence of the capability will be summarized. In addition, the chiral recognition capability of the derivatives of chitosan disaccharide, chitooligosaccharide and chitosan will be evaluated by using NMR and HPLC methods, clarifying whether the chiral recognition is dependent on the helix of chitosan. Because the chitosan derivatives are hardly soluble in organic solvents, the CSPs to be prepared are more stable than the existing ones of coating type. The chitosan derivatives bear neat structures, in which various substitutents are complementary in electronic effect and steric hindrance during chiral recognition. Thus, enantioseparation capability of the CSPs will be enhanced.

手性化合物与生命科学密切相关，基于手性固定相的高效液相色谱法是批量分离和检测手性化合物对映体非常有效的方法，所以关于新型手性固定相的制备及结构与性能关系的研究非常重要。为提高多糖衍生物手性固定相的分离性能及稳定性，以超高脱乙酰度壳聚糖为原料，制备壳聚糖二（芳香基甲酸酯）-芳香基甲酰胺、壳聚糖二（芳香基氨基甲酸酯）-烃基甲酰胺、壳聚糖二（芳香基氨基甲酸酯）-烃基脲、壳聚糖二（芳香基氨基甲酸酯）-芳香基脲四种类型的固定相，测试其分离性能，总结固定相手性分离性能与其结构的关系，用核磁共振和液相色谱法检测壳聚二糖、壳寡糖和壳聚糖衍生物的手性识别能力，阐明手性识别是否依赖壳聚糖衍生物的螺旋结构。因壳聚糖衍生物在色谱流动相中难以溶解，拟制备的固定相比现有涂覆型固定相有更好的稳定性。拟合成的壳聚糖衍生物结构规整，所含不同取代基在电子效应和空间障碍上对手性识别起相互补充作用，能扩大固定相的分离范围。

至今为止，在报道的手性固定相中，多糖衍生物固定相的分离性能最好。但存在的问题是虽然涂覆型多糖衍生物固定相有非常好的分离性能，但对流动相的耐受性差，只能在几种常规的流动相中使用，而键合型固定相的分离性能又不及涂覆型的。故这个领域需要解决的问题是研制既有很好的分离性能又有很好耐受性的手性分离材料。本项目以超高脱乙酰壳聚糖为原料，设计并合成了五大类130种壳聚糖衍生物。这些衍生物是：壳聚糖-3,6-二（芳香基甲酸酯）-2-（N-芳香基甲酰胺）、壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-烷基酰胺）、壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-烷基脲）、壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-芳香基脲）和壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-烷氧基甲酰胺）。结果表明，所合成的壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-烷基酰胺）和壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-烷基脲）在大多数有机溶剂中的溶胀率较低，用这些壳聚糖衍生物制备的固定相可以在含绝大多数有机溶剂的正相流动相中使用，因而有很好的耐受性；半数以上的壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-烷基酰胺）和壳聚糖-3,6-二（芳香基氨基甲酸酯）-2-（N-烷基脲）具有很好的分离性能，其分离性能与现在公认的分离性能最好的纤维素和直链淀粉衍生物固定相的性能相当，有的甚至更好。所以，本项目研制出了高性能的壳聚糖衍生物固定相。详细总结了壳聚糖衍生物的结构与其性能的关系，以及壳聚糖的分子量对相应衍生物性能的影响。此外还发现壳聚糖衍生物中CH3/π作用能提高固定相对流动相的耐受性。通过本项目研究，可以认为除了螺旋结构外，壳聚糖衍生物链的折叠也是影响固定相分离性能的一个因素。总之，本项目达到了研究目标，有关构效关系的结论对认识识别机理和设计新的手性分离材料有重要的参考价值。