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干貨 | 你了解手性色譜柱分離原理嗎?

欄目:行業(yè)資訊 發(fā)布時(shí)間:2023-08-28
手性色譜柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光學(xué)活性的單體,固定在硅膠或其它聚合物上制成手性固定相(Chiral Stationary Phases)。

手性色譜柱(Chiral HPLC Columns)是由具有光學(xué)活性的單體,固定在硅膠或其它聚合物上制成手性固定相(Chiral Stationary Phases)。

廣州研創(chuàng)產(chǎn)品圖

手性色譜柱分離原理

手性色譜柱分離原理是將具有光學(xué)活性的單體固定在硅膠或其他聚合物上制成手性固定相,通過引入手性環(huán)境使的對映異構(gòu)體呈現(xiàn)物理特征的差異,從而達(dá)到光學(xué)異構(gòu)體拆分的目的。
目前,手性識別模型多是基于Dalgliesh在1952年提出的“三點(diǎn)相互作用”(Three-point interaction)理論:在一對對映體和手性選擇劑之間,為了形成穩(wěn)定性不同的非對映體分子絡(luò)合物(Molecule associates)而達(dá)到手性分離的目的,至少需要三個(gè)同時(shí)發(fā)生的分子之間的相互作用力起作用。

如下圖所示,設(shè)對映體的三個(gè)原子或基團(tuán)a、b、c,相應(yīng)受體的活體作用點(diǎn)為A、B、C,其中一個(gè)對映體的a、b、c能與受體的A、B、C很好吻合,至多兩個(gè)點(diǎn)能吻合,因此兩對映體與受體的結(jié)合程度就出現(xiàn)差異,相互作用能力不同,表現(xiàn)出不同的生物活性。

這些相互作用點(diǎn)/力包括:




包含作用(空間包埋)

不論是哪類的固定相,都存在一定的空間構(gòu)型,而固定相的空間結(jié)構(gòu)可形成選擇性腔體,被分離的化合物尤其是苯環(huán)等環(huán)形化合物由于空間結(jié)構(gòu)可被包含于腔體內(nèi),形成包埋復(fù)合物,從而增強(qiáng)固定相和化合物之間的作用力,而異構(gòu)體由于空間構(gòu)型的不同,作用力的強(qiáng)弱之差形成對映異構(gòu)體的分離。




氫鍵作用

手性固定相中的氨基甲酸酯基團(tuán),可以與手性化合物中的活潑基團(tuán)通過氫鍵作用締合,由于立體結(jié)構(gòu)和氫鍵作用的不同,所形成的的締合物穩(wěn)定性也不同,導(dǎo)致對映體通過色譜柱所需時(shí)間不同而將他們分離開。所以,若是被分離的化合物的結(jié)構(gòu)中含有羰基、羥基、酯、酰胺、胺類等官能團(tuán)時(shí),氫鍵就起到不可缺少的作用。




π-π相互作用

苯環(huán)的結(jié)構(gòu)之所以這么穩(wěn)定主要的作用是形成了大π鍵,每個(gè)碳原子最外層的電子緊密的結(jié)合在一起形成電子云使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,π-π作用是基于苯環(huán)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)之上,若是苯環(huán)上一個(gè)H 被甲基取代,形成π堿,另一個(gè)苯環(huán)上的H 被硝基取代,形成π酸,那么這兩者之間形成了酸堿之間的π-π堆疊的強(qiáng)大作用力,構(gòu)成異構(gòu)體分離的差異。



疏水作用力

此作用力,主要用于蛋白質(zhì)類色譜柱的手性分離中,疏水作用力主要存在于非極性基團(tuán)和水之間,通常在反相中進(jìn)行對映異構(gòu)體的分離。




偶極-偶極作用力

偶極-偶極相互作用是極性分子間最普遍的一種相互作用,即一個(gè)極性分子帶有部分正電荷的一端與另一分子帶有部分負(fù)電荷的一端之間的吸引作用。

手性固定相 CSP

CSP是將手性選擇劑包敷或化學(xué)鍵合到固定相(全多孔球型硅膠)表面的色譜柱材料。這種手性固定相與對映體溶質(zhì)通過相互作用的偶合、形成可逆的不同穩(wěn)定性的非對映體配合物,從而實(shí)現(xiàn)對映異構(gòu)體分離的方法,其中分離的效率和洗脫順序取決于復(fù)合物的相對強(qiáng)度。

根據(jù)固定相的化學(xué)結(jié)構(gòu),將手性色譜柱分為以下幾種:
  1. 多糖類衍生物
  2. 環(huán)糊精類
  3. 冠醚類
  4. 蛋白質(zhì)類
  5. 其他色譜柱

了解完手性色譜柱的分類之后,接下來小研為大家介紹一下我們常見的兩種固定相:多糖衍生物類和環(huán)糊精類手性固定相。




多糖衍生物類

多糖衍生物的固定相為纖維素衍生物和直鏈淀粉衍生物,其具有識別范圍廣、負(fù)載量高且來源豐富等特點(diǎn),逐漸成為應(yīng)用最多的CSP之一。


廣州研創(chuàng)Y1產(chǎn)品:多糖衍生物涂敷型固定相示意圖


多糖衍生物的結(jié)構(gòu)

纖維素和直鏈淀粉是D-葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵或α-1,4-糖苷鍵相連而成的線性聚合物。由于葡萄糖單元的手性,每個(gè)聚合物鏈均具有沿著纖維素主鏈存在的一個(gè)螺旋性的溝槽。對映體進(jìn)入溝槽中,主要通過吸附和包含作用實(shí)現(xiàn)對映異構(gòu)體的拆分。由于本身有高度有序的螺旋結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的手性識別能力,多糖衍生物固定相的使用在液相色譜直接拆分對映體方面應(yīng)用越來越廣泛。

多糖衍生物的特點(diǎn)

多糖衍生類固定相這類柱子根據(jù)制作工藝,分為涂敷與鍵合兩大類。但特別要注意的是,由于涂型固定相是通過物理作用包敷在基體上面,所以某些溶劑可以使固定相從基體上溶解脫落(詳細(xì)見說明書),因此四氫呋喃、二氯甲烷等溶劑不可作為涂覆型色譜柱的流動相。鍵合類的流動相中無溶劑使用限制,如丙酮、氯仿、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙酸乙酯、二氯甲烷和四氫呋喃等強(qiáng)溶劑,均可作為溶劑溶解樣品和流動相使用。

多糖衍生物類手性固定相對含有酰胺基、芳香環(huán)取代基、羰基、硝基、磺?;?、氰基、羥基、氨基等基團(tuán)化合物及氨基酸衍生物的化合物具有良好的拆分性能,多項(xiàng)研究表明其能分離80%以上的手性化合物。




環(huán)糊精類衍生物

環(huán)糊精是通過BacillusMacerans 淀粉酶或環(huán)糊精糖基轉(zhuǎn)移酶水解淀粉得到的環(huán)型低聚糖。通過控制環(huán)糊精轉(zhuǎn)移酶的水解反應(yīng)條件可得到不同類型的環(huán)糊精。環(huán)糊精分子成錐筒型,構(gòu)成一個(gè)洞穴,洞穴的孔徑由構(gòu)成環(huán)糊精的吡喃葡萄糖的數(shù)目決定。

環(huán)糊精構(gòu)型


環(huán)糊精的主要分類


環(huán)糊精固定相的選擇性取決分析物的分子大?。?/span>α-環(huán)糊精只能允許單苯基或萘基進(jìn)入,β-環(huán)糊精允許萘基及多取代的苯基進(jìn)入,γ-環(huán)糊精僅用于大分子萜類。β-環(huán)糊精手性固定相應(yīng)用范圍最廣。目前廣州研創(chuàng)具有環(huán)糊精手性色譜柱的專利產(chǎn)品系列。

環(huán)糊精類的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)


環(huán)糊精分子有著一種特殊的官能團(tuán)排列方式,所有的羥基都分布在空腔的外側(cè),其中伯羥基排列在空腔開口較小的一邊,而仲羥基均排列在空腔開口較大的一邊。這使得環(huán)糊精分子具有外側(cè)親水,而內(nèi)層相對親脂的性質(zhì)。所以具有適合尺寸及形狀的親脂性有機(jī)分子,尤其是芳香族化合物,可進(jìn)入到環(huán)糊精的空腔內(nèi),與之形成非共價(jià)鍵鍵合的主-客體包結(jié)絡(luò)合物進(jìn)行手性分離。環(huán)糊精這種特殊的結(jié)構(gòu),使得它擁有與多糖類手性色譜柱不同的分離特性。

小結(jié)

手性色譜柱是利用三點(diǎn)相互作用原理達(dá)到拆分手性異構(gòu)體的目的,但每類手性固定相的主要作用不盡相同,實(shí)驗(yàn)過程中需多配備不同類型的固定相,以提高手性化合物的拆分成功率。