手性色譜柱的知識

手性色譜柱（Chiral HPLC Columns）是由具有光學活性的單體，固定在硅膠或其它聚合物上制成手性固定相（Chiral Stationary Phases）。通過引入手性環境使對映異構體間呈現物理特征的差異，從而達到光學異構體拆分的目的。要實現手性識別，手性化合物分子與手性固定相之間至少存在三種相互作用。
    這種相互作用包括氫鍵、偶級-偶級作用、π-π作用、靜電作用、疏水作用或空間作用。手性分離效果是多種相互作用共同作用的結果。這些相互作用通過影響包埋復合物的形成，特殊位點與分析物的鍵合等而改變手性分離結果。由于這種作用力較微弱，因此需要仔細調節、優化流動相和溫度以達到zui佳分離效果。
    在手性拆分中，溫度的影響是很顯著的。低溫增加手性識別能力，但可能引起色譜峰變寬而導致分離變差。因此確定手性分析方法過程中要考慮柱溫的影響，確定zui優柱溫。
    迄今為止，尚沒有一種類似十八烷基鍵合硅膠（ODS）柱的普遍適用的手性柱。不同化學性質的異構體不得不采用不同類型的手性柱，而市售的手性色譜柱通常價格昂貴，因此如何根據化合物的分子結構選擇適用的手性色譜柱是非常重要的。
    根據手性固定相和溶劑的相互作用機制，Irving Wainer首次提出了手性色譜柱的分類體系：
    第1類：通過氫鍵、π-π作用、偶級-偶級作用形成復合物。
    第2類：既有類型1中的相互作用，又存在包埋復合物。此類手性色譜柱中典型的是由纖維素及其衍生物制成的手性色譜柱。
    第3類：基于溶劑進入手性空穴形成包埋復合物。這類手性色譜柱中zui典型的是由Armstrong教授開發的環糊精型手性柱[2]，另外冠醚型手性柱和螺旋型聚合物，如聚（苯基甲基甲基丙烯酸酯）形成的手性色譜柱也屬于此類。
    第4類：基于形成非對映體的金屬絡合物，是由Davankov開發的手性分離技術，也稱為手性配位交換色譜（CLEC）。
    第5類：蛋白質型手性色譜柱。手性分離是基于疏水相互作用和極性相互作用實現。
    但由于市場上可選擇的手性色譜柱越來越多，此分類系統有時很難將一些手性柱歸納進去。因此參考Irving Wainer的分類方法，根據固定相的化學結構，將手性色譜柱分為以下幾種：

• 刷（Brush）型或稱為Prikle型

• 纖維素（Cellulose）型

• 環糊精（Cyclodextrin）型

• 大環抗生素（Macrocyclic antibiotics）型

• 蛋白質（Protein）型

• 配位交換（|Ligand exchange）型

• 冠醚（Crown ethers）型

刷型：

刷型手性色譜柱的出現和發展源于Bill Prikle及其同事的卓越工作。六十年代，Bill Prikle將手性核磁共振中的成果運用到手性HPLC固定相研究中，通過不斷實踐，發明了應用范圍較廣、柱效很好的手性色譜柱。
    刷型手性色譜柱是根據三點識別模式設計的，屬于Irving Wainer分類中的*種類型。
    刷型手性固定相分為π電子接受型和π電子提供型兩類。zui常見的π電子接受型固定相是由（R）-N-3，5-二硝基苯甲酰苯基甘氨酸鍵合到γ-氨丙基硅膠上的制成。此類刷型手性色譜柱可以分離許多可提供π電子的芳香族化合物，或用氯化萘酚等對化合物進行衍生化后進行手性分離。
    π電子供給型固定相常見的是共價結合到硅膠上的萘基氨基酸衍生物，這種固定相要求被分析物具有π電子接受基團，例如二硝基苯甲酰基。醇類、羧酸類、胺類等，可以用氯化二硝基苯甲酰、異腈酸鹽、或二硝基苯胺等進行衍生化后，用π電子供給型固定相達到手性分離。
    刷型固定相的優勢在于其易于合成。合成方法在Bill Prikle的著作中有詳細的說明。另外，刷型固定相具有高的容量因子，因此具有高的選擇因子。它的不利之處在于它僅對芳香族化合物有效，有時不得不進行衍生化反應。但值得一提的是，這種衍生化反應是非手性衍生反應，所以不存在手性衍生的問題。刷型手性色譜使用的流動相基本是極性弱的有機溶劑，這對于制備色譜來講未必是缺點。
    近來，刷型固定相出現了π電子供給和接受基因的混合固定相。如：WHELK-O和BLAMO，及α-BURKE-Ⅱ固定相。α-BURKE-Ⅱ相十分適用于β-阻斷劑的手性分離。典型的流動相為二氯甲烷-乙醇-甲醇混合物，比例為85：10：5。加入10mM醋酸銨可以調整保留時間。SS BLAMOⅡ，同時具有π電子供體區和受體區，形成手性裂縫，因此對于某些分子具有很高選擇性。
纖維素型：
    纖維素型手性色譜柱的分離作用包括相互吸引的作用及形成包埋復合物。它們屬于Wainer分類中的第2種類型。市售的手性色譜柱為微晶三醋酸基、三安息香酸基、三苯基氨基酸鹽纖維素固定相。很多化合物可通過此類型的色譜柱得到分離。這種類型的手性色譜柱種類也很齊全。流動相使用低極性溶劑，典型的流動相為乙醇-己烷混合物。但特別要注意由于氯可以使纖維素從硅膠上脫落，因此要確保流動相中無含氯溶劑。
    這種類型的手性色譜柱主要的制造商之一是日本的Daicel公司，他們生產的纖維素酯和氨基甲酸纖維素柱可以分離多種生物堿和藥物。特別值得一提的是OD柱。在某手性化合物異構體的分離中，分離度超過了25，這意味著載樣量可以很高，對于制備十分有利。
    纖維素固定相的每個單元都為螺旋型，而且這種螺旋結構還存在極性作用、π-π作用及形成包埋復合物等手性分離因素。淀粉代替纖維素制成的此類手性柱顯示了和纖維素柱不同的選擇性，但是穩定性較差。因為淀粉是水溶性的，因此流動相中必須絕對無水才能保證柱子壽命。目前此類型的柱子能分離80%左右可能面臨到的所有手性化合物。此類柱子通常用于正相系統，用正己烷-乙醇，正己烷-異丙醇混合溶劑為流動相。OD柱也可用于反相的情況，但流動相必須含有高濃度的高氯酸鹽緩沖液，以防止固定相溶解。即使這樣，使用較長時間以后色譜柱也難免要受到損害，但是在某些情況下使用反相系統分離效果要優于使用正相系統。
環糊精型：
    環糊精是通過Bacillus Macerans 淀粉酶或環糊精糖基轉移酶水解淀粉得到的環型低聚糖。通過控制環糊精轉移酶的水解反應條件可得到不同尺寸的環糊精。市售的環糊精主要是α、β、γ三種類型，分別含6、7、8個吡喃葡萄糖單元。環糊精分子成錐筒型，構成一個洞穴，洞穴的孔徑由構成環糊精的吡喃葡萄糖的數目決定。

環糊精類型及洞穴的孔徑等見下表：

2，3位仲羥基分布在環糊精洞口，6位伯羥基在環糊精分子的外部，這意味著洞穴內部是相對疏水的區域。用環糊精手性固定相產生手性識別要求被拆分物的疏水部分能嵌入環糊精洞穴中，形成可逆的、穩定性不同的包合物，環糊精洞口的羥基和被拆分物的極性基團相互作用。
    由于形成包合物速度較慢，因此可能導致色譜峰峰形較差，同樣也影響了其在制備色譜中的應用。
    環糊精固定相的選擇性取決分析物的分子大小；
    α-環糊精只能允許單苯基或萘基進入，β-環糊精允許萘基及多取代的苯基進入，γ-環糊精僅用于大分子萜類。
    β-環糊精手性固定相應用范圍zui廣。Ibuprofen通過β-環糊精色譜柱得到分離，說明了pH值對氫鍵的影響。當流動相的pH=7時，觀察不到拆分的跡象。pH=4時，可達到好的分離效果。通常分離氨基酸時，常采用低的pH值，以抑制酸性基團的離子化，同時也增強氨基的質子化。磷酸三乙胺鹽、乙酸三乙胺鹽證明對β-環糊精色譜柱來說是很好的緩沖液。通常緩沖液是0.1%三乙胺溶液，用磷酸或醋酸調節到合適的pH值。高的流速會降低形成復合物的能力，低流速分離效果較好，0.5～1ml/min的流速zui好。另外，增加緩沖液的濃度可以克服流速的影響，因為它可以增加環糊精洞穴和流動相的吸引力。