stringtranslate.com

Хиральная колоночная хроматография

Хиральная колоночная хроматография [1] [2] является вариантом колоночной хроматографии , которая используется для разделения хиральных соединений, т. е. энантиомеров , в смесях, таких как рацематы или родственные соединения. Хиральная неподвижная фаза (ХСП) сделана из носителя, обычно на основе кремния, на котором хиральный реагент или макромолекула с многочисленными хиральными центрами связаны или иммобилизованы. [3]

Хиральная неподвижная фаза может быть получена путем присоединения хирального соединения к поверхности ахирального носителя, такого как силикагель . Например, один класс наиболее часто используемых хиральных неподвижных фаз как в жидкостной хроматографии, так и в сверхкритической флюидной хроматографии основан на олигосахаридах [4], таких как амилоза , целлюлоза или циклодекстрин (в частности, с β-циклодекстрином, молекулой из семи сахарных колец), иммобилизованных на силикагеле.

Этот принцип можно также применить для изготовления монолитных колонок ВЭЖХ [5] или колонок газовой хроматографии [6] или колонок сверхкритической флюидной хроматографии [7] .

Принцип хиральной колоночной хроматографии

Хиральная неподвижная фаза, CSP, может по-разному взаимодействовать с двумя энантиомерами посредством процесса, известного как хиральное распознавание. Хиральное распознавание зависит от различных взаимодействий, таких как водородные связи , π-π взаимодействие , дипольная укладка , комплексообразование включения , стерическое, гидрофобное и электростатическое взаимодействие, взаимодействия с переносом заряда , ионные взаимодействия и т. д. между аналитом и CSP, для образования in-situ транзитных диастереомерных комплексов.

Большинство типов неподвижных фаз можно классифицировать как фазы типа Пиркле (щеточного типа), [8] [9] на основе белков, [10] на основе циклодекстринов, [11] на основе полимерных углеводов (ЦСП на основе полисахаридов), [12] макроциклические антибиотики, [13] хиральные краун-эфиры, [14] импринтированные полимеры, [15] и т. д.

Колонны щеточного типа (тип Пиркле)

Хиральные неподвижные фазы типа щетки или Пиркле [16] [17] также называются π-π доннор-акцепторными колонками. Согласно некоторым теоретическим моделям разделение на этих CSP основано на трехточечном присоединении между растворенным веществом и связанным хиральным лигандом на поверхности неподвижной фазы. Эти взаимодействия могут быть притягивающими или отталкивающими по своей природе в зависимости от взаимных свойств. Колонки Пиркле различают энантиомеры путем связывания одного энантиомера с хиральной неподвижной фазой, тем самым образуя диастереомерный комплекс посредством π-π связи, водородной связи, стерических взаимодействий и/или дипольного стекинга. Пиркле CSP можно разделить на три класса: [18]

(i) π- акцептор электронов

(ii) π- донор электронов

(iii) π-донор электрона-π-акцептор электрона.

Хиральные неподвижные фазы на основе белков

Хиральная неподвижная фаза на основе белка основана на силикагеле, на котором белок иммобилизован или связан. [19] Белок основан на многих хиральных центрах, поэтому механизм хирального взаимодействия между белком и аналитами включает множество взаимодействий, таких как гидрофобные и электростатические взаимодействия, водородные связи и взаимодействия с переносом заряда, которые могут способствовать хиральному распознаванию. Гидрофобные взаимодействия между белком и аналитом зависят от процента органики в подвижной фазе. По мере увеличения содержания органики удерживание на колонках на основе белка уменьшается.

Полисахаридные хиральные неподвижные фазы

Природный полисахарид составляет основу важной группы колонок, предназначенных для хирального разделения. Основными полисахаридами являются целлюлоза , амилоза , хитозан , декстран , ксилан , курдлан и инулин . [20] Неподвижная фаза на основе полисахаридов имеет высокую емкость загрузки, множество хиральных центров и сложную стереохимию и может использоваться для разделения широкого спектра соединений.

Хиральные неподвижные фазы на основе полисахаридов имеют широкое применение благодаря их высокой эффективности разделения, селективности, чувствительности и воспроизводимости в условиях нормальной и обращенной фазы, а также их широкой применимости для структурно разнообразных соединений. [21] Механизм хирального взаимодействия на хиральной неподвижной фазе на основе полисахаридов еще не выяснен. Однако считается, что следующие взаимодействия играют роль в удерживании: [22]

(i) Взаимодействие водородных связей полярного хирального аналита с карбаматными группами на CSP;

(ii) π-π взаимодействия между фенильными группами на CSP и ароматическими группами растворенного вещества;

(i) Диполь-дипольные взаимодействия

(ii) Стерические взаимодействия, обусловленные спиральной структурой CSP.

Эти эффекты на процесс удерживания также обусловлены функциональностью производных полисахарида, его средней молекулярной массой и распределением по размерам, растворителем, используемым для иммобилизации его на макропористом кремниевом носителе, а также природой самого макропористого кремниевого носителя.

Циклодекстрин (ЦД) хиральные неподвижные фазы

Хиральная неподвижная фаза циклодекстрина (CD) получается путем частичного расщепления крахмала ферментом циклодекстрингликозилтрансферазой с последующим ферментативным связыванием глюкозных единиц, образуя тороидальную структуру. CD представляют собой циклические олигосахариды , состоящие из шести (α CD), семи (β CD) и восьми (γ CD) глюкопиранозных единиц. Механизм хирального распознавания основан на своего рода комплексообразовании включения . Комплексообразование включает взаимодействие гидрофобной части энантиомера аналита с неполярной внутренней частью полости, в то время как полярные функциональные группы могут образовывать водородную связь с полярным гидроксильным хиральным пространством полости. Наиболее важным фактором, определяющим, поместится ли молекула аналита в полость циклодекстрина, является ее размер. α-CD состоит из 30 стереоселективных центров, β-CD состоит из 35 стереоселективных центров, а γ-CD состоит из 40 стереоселективных центров. Когда гидрофобная часть аналита больше или меньше размера полости тороида, включение не произойдет.

Макроциклические хиральные неподвижные фазы

Макроциклические хиральные неподвижные фазы состоят из кремниевой подложки, на которой связаны макроциклические молекулы антибиотиков. [13] Обычно используемые макроциклические антибиотики включают рифамицин , гликопептиды (например, авопарцин , тейкопланин , ристоцетин А, ванкомицин и их аналоги), полипептидный антибиотик тиострептон и аминогликозиды (например, фрадиомицин , канамицин и стрептомицин ). Макроциклические антибиотики взаимодействуют с аналитом посредством водородных связей, диполь-дипольных взаимодействий с полярными группами аналита, ионных взаимодействий и π-π взаимодействий.

Хиральный краун-эфир

Хиральные стационарные фазы короны состоят из краун-эфиров, иммобилизованных или связанных с частицами носителя, представляют собой полиэфиры с макроциклической структурой, которые могут создавать комплексы хозяин-гость с ионами щелочных , щелочноземельных металлов и катионами аммония . Скелет циклической структуры состоит из кислородных и метиленовых групп, расположенных поочередно. Электронодонорные эфирные кислороды расположены внутри внутренней стенки полости короны и окружены метиленовыми группами в воротникообразном расположении. Хиральное распознавание основано на двух различных диастереомерных комплексах включения, которые могут быть получены. Первичные взаимодействия, облегчающие комплексообразование, включают водородные связи, образованные между тремя аминными водородами и кислородами макроциклического эфира, расположенными в конфигурации трипода. Кроме того, ионные взаимодействия, диполь-дипольные взаимодействия или водородные связи могут возникать между карбоциклическими группами и полярными группами аналитов, обеспечивая дополнительную поддержку для комплексов.

Разработка метода

Разработка метода хиральной хроматографии по-прежнему осуществляется путем скрининга колонок из различных классов хиральных колонок. [23] Хотя механизмы хирального разделения понятны в определенных сценариях, а характеристики удерживания аналитов в хроматографических колонках иногда могут быть выяснены, точная комбинация хиральных неподвижных фаз (ХСП) и составов подвижной фазы, необходимая для эффективного разделения определенной энантиомерной пары, часто остается неуловимой.

Химия лигандов CSP существенно влияет на создание in situ диастереомерных комплексов на поверхности неподвижной фазы. Однако другие условия метода, такие как растворители подвижной фазы, их состав, добавки подвижной фазы и температура колонки, могут играть столь же важную роль. Окончательное разделение энантиомеров является результатом комбинации межмолекулярных сил, и даже незначительное изменение в них может определить успех или неудачу разделения. Эта сложность не позволяет установить рутинные протоколы разработки методов, которые универсально применимы к разнообразному диапазону энантиомеров. Фактически, иногда результаты предыдущих неудачных экспериментов не дают никаких подсказок для последующих шагов. Поэтому на практике лабораторные установки по разработке хирального метода действуют как протокол высокопроизводительного скрининга [24] , проводя систематический скрининг различных CSP с помощью усовершенствованных устройств переключения колонок, автоматически и систематически пробуя различные комбинации подвижной фазы, эффективно используя стратегию проб и ошибок. [23]

Из-за очень сложного механизма удержания хиральной неподвижной фазы из-за хирального распознавания, [17] принципы которого не были расшифрованы, часто бывает трудно, если не невозможно, заранее предсказать шаги, которые могут быть успешно применены к имеющимся энантиомерам в рамках разработки метода. Вот почему стандартным подходом в разработке метода является высокопроизводительный скрининг для оценки или изучения ряда неподвижных фаз с использованием различных комбинаций подвижной фазы для увеличения шансов нахождения подходящего условия разделения. [23]

Смотрите также

Ссылки

 В данной статье использован текст Селины Назарет и Санелли Перейры, доступный по лицензии CC BY 4.0.

  1. ^ Алленмарк, Стиг; Шуриг, Фолькер (1997). «Хроматография на хиральных неподвижных фазах». Журнал химии материалов . 7 (10): 1955–1963. doi :10.1039/A702403G. ISSN  1364-5501.
  2. ^ Тейшейра, Жоана; Тиритан, Мария Элизабет; Пинто, Мадалена ММ; Фернандес, Карла (2019). «Хиральные стационарные фазы для жидкостной хроматографии: последние разработки». Молекулы . 24 (5): 865. doi : 10,3390/molecules24050865 . ISSN  1420-3049. ПМЦ 6429359 . ПМИД  30823495. 
  3. ^ Назарет, Селина; Перейра, Санелли (2020). «Обзор хиральных стационарных фаз для разделения хиральных лекарств» (PDF) . Международный журнал фармацевтических и фитофармакологических исследований . 10 (3): 77–91.
  4. ^ Яшима, Эйджи (2001). «Хиральные неподвижные фазы на основе полисахаридов для высокоэффективного жидкостного хроматографического энантиоразделения». Журнал хроматографии A. Хиральные разделения. 906 (1): 105–125. doi :10.1016/S0021-9673(00)00501-X. ISSN  0021-9673. PMID  11215883.
  5. ^ Yingjie Li; Chunhui Song; Lingyi Zhang; Weibing Zhang; Honggang Fu (январь 2010 г.). «Изготовление и оценка хиральной монолитной колонки, модифицированной производными β-циклодекстрина». Talanta . 80 (3): 1378–1384. doi :10.1016/j.talanta.2009.09.039. PMID  20006102.
  6. ^ Yi-Ming Liu; Patricia Gordon; Shelby Green; Jonathan V. Sweedler (сентябрь 2000 г.). «Определение энантиомеров сальсолинола методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии с циклодекстриновыми хиральными колонками». Analytica Chimica Acta . 420 (1): 81–88. doi :10.1016/S0003-2670(00)00986-7.
  7. ^ Уэст, Кэролайн (2019). «Последние тенденции в хиральной сверхкритической флюидной хроматографии». TrAC Trends in Analytical Chemistry . 120 : 115648. doi : 10.1016/j.trac.2019.115648 . ISSN  0165-9936. S2CID  202884037.
  8. ^ Фернандес, Карла; Тиритан, Мария Элизабет; Пинто, Мадалена (2013). «Малые молекулы как хроматографические инструменты для энантиомерного разделения ВЭЖХ: эволюция хиральных стационарных фаз типа Пиркле». Chromatographia . 76 (15): 871–897. doi :10.1007/s10337-013-2469-8. ISSN  1612-1112. S2CID  97668558.
  9. ^ Тиритан, Мария Элизабет; Пинто, Мадалена; Фернандес, Карла (12 апреля 2023 г.), Касс, Кеция Безерра; Тиритан, Мария Элизабет; Жуниор, Жоау Маркос Батиста; Баррейро, Джулиана Кристина (ред.), «Тип Пиркла», Хиральное разделение и стереохимическое объяснение (1-е изд.), Wiley, стр. 325–362, doi : 10.1002/9781119802280.ch9, ISBN 978-1-119-80225-9, получено 2023-10-15
  10. ^ Хагинака, Джун (2001). «Хиральные неподвижные фазы на основе белков для высокоэффективной жидкостной хроматографии энантиоразделений». Журнал хроматографии A. Хиральные разделения. 906 (1): 253–273. doi :10.1016/S0021-9673(00)00504-5. ISSN  0021-9673. PMID  11215891.
  11. ^ Сяо, Инь; Нг, Сиу-Чун; Тан, Тимоти Тэтт Ян; Ван, Йонг (2012). «Недавние разработки хиральных неподвижных фаз циклодекстрина и их применение в хроматографии». Журнал хроматографии A. Хиральные разделения и энантиоселективность. 1269 : 52–68. doi :10.1016/j.chroma.2012.08.049. ISSN  0021-9673. PMID  22959844.
  12. ^ Герик, Радим; Каликова, Квета; Возка, Иржи; Плесита, Дениса; Шмид, Мартин Г.; Тесаржова, Ева (10 октября 2014 г.). «Энантиоселективный потенциал хиральных стационарных фаз на основе иммобилизованных полисахаридов в обращенно-фазовом режиме». Журнал хроматографии А. Энантиоразделения - 2014. 1363 : 155–161. doi :10.1016/j.chroma.2014.06.040. ISSN  0021-9673. ПМИД  24997511.
  13. ^ ab Armstrong, Daniel W.; Tang, Yubing.; Chen, Shushi.; Zhou, Yiwen.; Bagwill, Christina.; Chen, Jing-Ran. (1994). «Макроциклические антибиотики как новый класс хиральных селекторов для жидкостной хроматографии». Аналитическая химия . 66 (9): 1473–1484. doi :10.1021/ac00081a019. ISSN  0003-2700.
  14. ^ Ли, Яньчжэ; Шэн, Чжэ; Чжу, Чуанлей; Инь, Вэй; Чу, Чанху (2018). «Стационарная фаза высокоэффективной жидкостной хроматографии на основе силикагеля с клик-дибензо-18-краун-6-эфиром и ее применение при разделении фуллеренов». Talanta . 178 : 195–201. doi : 10.1016/j.talanta.2017.07.037 . ISSN  0039-9140. PMID  29136812.
  15. ^ Pu, Junli; Wang, Hongwei; Huang, Chao; Bo, Chunmiao; Gong, Bolin; Ou, Junjie (2022). «Прогресс в области молекулярного импринтинга для энантиоразделения хиральных лекарств за последние десять лет». Journal of Chromatography A. 1668 : 462914. doi : 10.1016/j.chroma.2022.462914. ISSN  0021-9673. PMID  35220013. S2CID  246980680.
  16. ^ Фернандес, Карла; Тиритан, Мария Элизабет; Пинто, Мадалена (2013-08-01). «Малые молекулы как хроматографические инструменты для энантиомерного разделения ВЭЖХ: эволюция хиральных стационарных фаз типа Пиркле». Chromatographia . 76 (15): 871–897. doi :10.1007/s10337-013-2469-8. ISSN  1612-1112. S2CID  97668558.
  17. ^ ab Magora, Amir; Abu-Lafi, Saleh; Levin, Shulamit (2000). "Сравнение энантиоразделения рацемических аналогов уридина на колонках Whelk-O 1 и ChiralPak-AD". Journal of Chromatography A. 866 ( 2): 183–194. doi :10.1016/S0021-9673(99)01108-5. ISSN  0021-9673. PMID  10670808.
  18. ^ Фернандес, Карла; Фио, Йе Зау; Сильва, Ана София; Тиритан, Мария Элизабет; Киджоа, Анаке; Пинто, Мадалена ММ (3 апреля 2018 г.). «Хиральные стационарные фазы на основе малых молекул: обновленная информация за последние 17 лет». Обзоры разделения и очистки . 47 (2): 89–123. дои : 10.1080/15422119.2017.1326939. ISSN  1542-2119. S2CID  99405457.
  19. ^ Чжу, Болин; Сюэ, Мэнъяо; Лю, Бэйбэй; Ли, Цин; Го, Синцзе (2019). «Энантиоселективное разделение восьми антигистаминных препаратов с помощью хиральной неподвижной фазы на основе α1-кислотного гликопротеина методом ВЭЖХ: разработка и валидация для энантиомерного контроля качества». Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 176 : 112803. doi : 10.1016/j.jpba.2019.112803. ISSN  0731-7085. PMID  31442761. S2CID  201630751.
  20. ^ Абул-Энейн, Хассан И. (2001). «Высокоэффективное жидкостное хроматографическое энантиоразделение лекарств, содержащих несколько хиральных центров на хиральных неподвижных фазах полисахаридного типа». Журнал хроматографии А. Хиральные разделения. 906 (1): 185–193. doi :10.1016/S0021-9673(00)00950-X. ISSN  0021-9673. PMID  11215887.
  21. ^ Nie, Y.; Liu, X.; Yang, X.; Zhao, Z. (2013). «Обзор: Недавнее применение методов хиральной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии для энантиомерных фармацевтических и биомедицинских определений». Журнал хроматографической науки . 51 (8): 753–763. doi : 10.1093/chromsci/bms209 . ISSN  0021-9665. PMID  23315149.
  22. ^ Чжао, Бинву; Ороскар, Приянка А.; Ван, Сяоюй; Хаус, Дэвид; Ороскар, Анил; Ороскар, Аша; Джеймсон, Синтия; Мурад, Сохаил (2017). «Состав подвижной фазы влияет на динамическое хиральное распознавание молекул лекарств хиральной неподвижной фазой». Langmuir . 33 (42): 11246–11256. doi :10.1021/acs.langmuir.7b02337. ISSN  0743-7463. PMID  28826215.
  23. ^ abc Tarafder, Abhijit; Miller, Larry (2021). «Стратегии скрининга методов хиральной хроматографии: прошлое, настоящее и будущее». Journal of Chromatography A. 1638 : 461878. doi : 10.1016/j.chroma.2021.461878. ISSN  0021-9673. PMID  33477025. S2CID  231677607.
  24. ^ Лин, Джессика; Цанг, Шарлотта; Лью, Рэймонд; Чжан, Келли (2020). «Стратегии скрининга методов стереоизомеров соединений с несколькими хиральными центрами и одним хиральным центром». Журнал хроматографии A. 1624 : 461244. doi : 10.1016/j.chroma.2020.461244. ISSN  0021-9673. PMID  32540081. S2CID  219700768.