CN101863986A - 一种微晶纤维素衍生物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微晶纤维素衍生物及其制备方法和应用。本发明微晶纤维素衍生物的分子通式为[(XC₆H₄NHCO)₂(C₆H₇O₄)N₃]_n，其中，X为F、Cl、Br或I；n为15～375之间的自然数；所述微晶纤维素衍生物的结构式如式(I)所示。本发明微晶纤维素衍生物可作为手性选择剂，通过叠氮基的链接作用，使化学键键合于硅胶载体上，制备得到键合型纤维素类手性固定相，用于高压液相色谱、气相色谱、毛细管电泳、超临界流体色谱等仪器上的手性分离固定相。本发明微晶纤维素衍生物制备得到的键合型纤维素类手性固定相具有很强的手性识别能力和很好的稳定性能，可对多种不同类型的手性药物实现分离。

Description

一种微晶纤维素衍生物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及多糖类手性固定相领域，具体涉及一种微晶纤维素衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

手性是人类耐以生存的自然界的本质属性之一，生物大分子如蛋白质，核酸，多糖都具有手性。生命过程中糖类倾向于具有D-构型，而氨基酸几乎全部以L-构型存在，生命就是按照这种D、L构型建筑起来的。这种生物立体选择性和旋光性物质的立体合成，是生物***特有的本能。由于大多数药物的功能是通过与手性的生物物质相互作用才显现，而每一种手性药物的异构体在活性、药力、毒性、传输机理和代谢通道等方面，有可能表现为不同的药理性能。因此，为了提高药物的活性，减少毒副作用，深入研究药物的作用机理、毒性以及药物生产，质量控制，药物手性异构体的识别和组分含量的确定成为药物药效检验中一个关键的问题。

手性异构体具有非常相似的物理化学性质，仅仅在对偏振光以及与其它手性分子相互作用时才表现出差异性。因此，目前常用的针对普通化合物的定量分析方法，对于手性异构体来说是毫无作用的。由于用高效液相色谱法分离光学异构体，确定立体构型具有快速、方便、成本低等特点。至今，上万种手性化合物对映体已经分离出来，具有手性识别能力的固定相的研制是手性分离技术发展的前缘领域，也是手性色谱分离技术的关键和核心。近年来高效液相色谱法广受学术界和产业界的重视，被认为是有效的手性分离与定量分析的手段之一。由此而发展起来的目前较通用的分析方法是带手性分离柱的高压液相色谱(HPLC)或气相色谱(GC)、毛细管电泳(CE)、超临界流体色谱(SFC)等。

CSP的研制始于20世纪70年代后期，发展异常迅速。大量各种类型的CSP(如，纤维素类，环糊精类，蛋白质类即手性冠醚类等)相继研制成功。部分类型的CSP已经作为商品出售，在手性分离领域得到了广泛应用。

多糖类手性固定相在手性对映体分离和制备方面显示着巨大的优势，具有非常广阔的应用前景。目前，商品化的多糖类手性固定相多数是采用物理涂覆的方法将多糖类衍生物涂覆在色谱基质上，手性选择剂和色谱基质的作用力不牢，因此，手性选择剂很容易随流动相流失，流动相的选择受到了很大限制，因而在手性分离中具有局限性。而化学键合类多糖手性固定相克服了这一缺点，具有流动相选择范围广的优点。

纤维素的分子式为(C₆H₁₀O₅)_n。它是以β-葡萄糖为结构单元通过1，4-糖苷键连接而成的线状高聚物，空间结构上高度有序，呈螺旋型空穴结构。每个结构单元有一个伯羟基和两个仲羟基，分别位于C6和C2，C3位上，这些羟基，易被修饰和衍生化，表现出特殊的手性识别能力。故纤维素衍生物作为手性选择剂被广泛用于分离手性化合物。

目前，商品化键合型纤维素类手性固定相种类还很少，键合型纤维素手性固定相的研究是现在分析领域内的热点。

现有技术中已公开了多种利用纤维素生物类作为手性选择剂的技术。例如，美国专利USP 20090216006公开了一种乙烯基硅烷修饰的纤维素3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯手性固定相，通过乙烯基间的聚合将手性选择剂纤维素3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯牢牢地固定在基质上。美国专利USP 5811532公开了以纤维素酯，纤维素苯基氨基甲酸酯为手性选择剂，与基质通过化学键合型形成手性固定相。中国专利CN 200810225348.5公开了以纤维素2-苯基丙酸酯为手性选择剂，以六亚甲基二异氰酸酯为空间臂，将纤维素2-苯基丙酸酯和硅胶键合形成手性固定相。文献(Tong Zhang et al./Analytica Chimica Acta 557(2006)221-228；T.Zhang et al./Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 46(2008)882-891)分别报道了键合型以纤维素3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯为手性选择剂的固定相(CHIRALPAK IB)和键合型以纤维素3，5-二氯苯基氨基甲酸酯为手性选择剂的固定相(CHIRALPAK IC)。

但现有技术的涂覆型纤维素手性固定相的缺点是对溶剂要求高，有些有机溶剂(如：三氯甲烷、四氢呋喃等)在分离中是不能作为流动相使用。现有技术的键合型纤维素手性固定相虽然克服了涂覆型的一些缺陷，但是分离手性异构体数量有限，有不少手性异构体无法分离，有些即使得到分离，但分离度小。

发明内容

本发明的目的在于根据现有涂覆型纤维素手性固定相中存在的对溶剂要求高，有机溶剂在分离中不能作为流动相使用，键合型纤维素手性固定相的数量有限，分离度小等缺陷，提供一种微晶纤维素衍生物，该衍生物制备得到的手性固定相不仅溶剂适用面广(水相及一般有机溶剂均可)，而且解决了对现有键合型纤维素手性固定相的无法分离的问题。

本发明另一目的在于提供上述微晶纤维素衍生物的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述微晶纤维素衍生物的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种微晶纤维素衍生物，该衍生物是通过微晶纤维素葡萄糖结构单元中羟基上的氢分别被对卤苯氨基甲酰基和叠氮基取代而形成的，其分子通式为[(XC₆H₄NHCO)₂(C₆H₇O₄)N₃]_n；结构式如式(I)所示，其中，X为F、Cl、Br或I；n为15～375之间的自然数；对卤代苯氨基甲酰基取代的是纤维素分子中葡萄糖结构单元的2位羟基上的氢和3位羟基上的氢；叠氮基取代的是纤维素分子中葡萄糖结构单元的6位上的羟基。

式(I)。

本发明微晶纤维素衍生物的制备方法包括如下步骤：

(1)将微晶纤维素、对甲基苯磺酰卤、无水氯化锂溶于三乙胺和N，N-二甲基乙酰胺的混合溶液中反应；

(2)取步骤(1)所得反应产物与叠氮化钠在DMSO中反应，反应结束后将反应液倒入冰水中析出沉淀，过滤；

(3)将步骤(2)所得沉淀溶解在吡啶和三乙胺的混合液中，加入对卤代苯基异氰酸进行反应，反应后加入甲醇析出沉淀，过滤收集得到微晶纤维素衍生物。

作为一种优选方案，步骤(1)中所述微晶纤维素、对甲基苯磺酰卤、无水氯化锂的摩尔比为1∶10∶10；所述三乙胺和N，N-二甲基乙酰胺的混合溶液用量为50～80，三乙胺和N，N-二甲基乙酰胺的体积比为1∶1。

作为一种优选方案，步骤(1)中所述反应是在氮气保护下反应，反应温度为-20～-8℃，反应时间为24～48h。

作为一种优选方案，步骤(2)中所述反应产物的用量为6～12g，叠氮化钠的用量为0.1～0.2mol。

作为一种优选方案，步骤(3)中所述吡啶和三乙胺的混合液的用量为60～100ml，吡啶和三乙胺的体积比为1∶1；所述对卤代苯基异氰酸的用量为3～8g；所述甲醇的加入量为500ml。

作为一种优选方案，步骤(3)中所述反应温度为100℃，反应时间为48h。

本发明微晶纤维素衍生物可作为手性选择剂，通过化学键合的方法将其键合于硅胶载体上，适合于高压液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、毛细管电泳(CE)、超临界流体色谱(SFC)等仪器上用作手性分离固定相，所制得的固定相具有很强的手性识别能力和很好的稳定性能，可对多种不同类型的手性药物实现分离。

上述微晶纤维素衍生物制备得到的手性分离固定相的结构式如式(II)所示，其中，R为对卤代苯氨基甲酰基；X为F、Cl、Br或I；n为15～375之间的自然数；

式(II)。

利用本发明微晶纤维素衍生物制备所述手性分离固定相的方法包括如下步骤：

(1)取干燥的氨化硅胶，加入到四氢呋喃中，再加入微晶纤维素衍生物得到混合物；

(2)将三苯基膦溶解在四氢呋喃中并滴加到上述混合物中反应2～10h，过滤，将产物转移到索氏提取器中；

(3)用丙酮洗涤，除去未起反应的原料和试剂，真空干燥，得到手性分离固定相。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明微晶纤维素衍生物原料来源广泛，反应条件温和，成本低；

(2)本发明微晶纤维素衍生物由于纤维素的羟基上取代有叠氮基团，使得该手性选择剂可以通过化学键合的方式连接在载体硅胶或石英管内壁上，从而形成稳定的固定相，克服了涂覆型纤维素类手性固定相中流动相对手性选择剂的破坏作用，可用于高压液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、毛细管电泳(CE)、超临界流体色谱(SFC)等仪器上；

(3)本发明微晶纤维素衍生物作为手性选择剂，由于在纤维素上含有π-给电子基团即对卤代苯氨基甲酰基(XC₆H₄NHCO-)和叠氮基(-N₃)，具有多个可与分析物发生氢键相互作用的位点(N H，C＝O)，可产生一定的空间立体化学作用，因而，分离的手性化合物适用面广，效果佳。

附图说明

图1为纤维素的分子结构图；

图2为纤维素的微观三维结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1    6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素键合硅胶手性固定相的制备

(1)6-(4-甲基苯磺酰基)-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器和温度计的1000ml三颈瓶中，加入微晶纤维素0.04mol，加入0.40mol无水氯化锂和0.40mol对-甲基苯璜酰氯加入到50ml三乙胺和DMA的混合溶液(v/v＝1/1中，然后将该混合溶液滴加到反应烧瓶里，氮气保护在-20℃下搅拌反应24小时；反应完毕后，缓慢倒入到2500ml冰水中，析出黄色沉淀，过滤，得到黄色固体，用去离子水，乙醇洗涤固体，真空干燥过夜，即得到黄色的固体6-(4-甲基苯磺酰基)-纤维素，其产量约12克。

(2)6-叠氮-6-脱氧-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器、温度计和回流冷凝管的三颈瓶中，加入步骤(1)所得对甲基苯磺酰基纤维素6克和300ml DMSO，后向其中加入0.1mol叠氮化钠，油浴控制反应温度为100℃，搅拌反应24小时。冷却，缓慢倒入到2500ml，析出灰黑色絮状沉淀，过滤，用无水乙醇洗涤，50℃真空干燥12小时即得目的产物AZ-纤维素，其产量约5.5克。

(3)6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器和温度计的三颈瓶中，将步骤(2)的产物5克溶解在60ml吡啶和三乙胺的混合液(v/v＝1/1)中；溶解后，加入3克对卤代苯基异氰酸，加热控制反应温度为100℃搅拌反应48小时；将浓缩后的固体加入到500ml甲醇中，搅拌，过滤，得到固体；用甲醇索式洗涤24小时，然后干燥即得本发明的手性选择剂6-叠氮-(2，3-二卤代苯氨基甲酰基)-纤维素，其产量约13克。

(4)键合手性固定相的合成

称取4.0g干燥的氨化硅胶，加入20ml的四氢呋喃中，加入5克步骤(3)合成得到的6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素，将2g三苯基膦溶解在20ml四氢呋喃中并滴加到上述混合物中，常温下反应2小时。过滤，将产物转移到索氏提取器中，用丙酮洗涤，除去未起反应的原料和试剂。真空干燥约得到产物7克。

实施例2    6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素键合硅胶手性固定相的制备

(1)6-(4-甲基苯磺酰基)-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器和温度计的1000ml三颈瓶中，加入微晶纤维素0.06mol，加入0.60mol无水氯化锂和0.60mol对-甲基苯璜酰氯加入到60ml三乙胺和DMA的混合溶液(v/v＝1/1)中，然后将该混合溶液滴加到反应烧瓶里，氮气保护在-16下搅拌反应32小时；反应完毕后，缓慢倒入到2500ml冰水中，析出黄色沉淀，过滤，得到黄色固体，用去离子水，乙醇洗涤固体，真空干燥过夜，即得到黄色的固体6-(4-甲基苯磺酰基)-纤维素，其产量约14克。

(2)6-叠氮-6-脱氧-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器、温度计和回流冷凝管的1000ml三颈瓶中，加入步骤(1)所得对甲基苯磺酰基纤维素9克和300ml DMSO，然后向其中加入0.15mol叠氮化钠，油浴控制反应温度为100℃，搅拌反应24小时。冷却，缓慢倒入到2500ml，析出灰黑色絮状沉淀，过滤，用无水乙醇洗涤，50℃真空干燥12小时即得目的产物AZ-纤维素，其产量约7.5克。

(3)6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器和温度计的三颈瓶中，将步骤(2)的产物5克溶解在80ml吡啶和三乙胺的混合液(v/v＝1/1)中；溶解后，加入5克对卤代苯基异氰酸，加热控制反应温度为100℃搅拌反应48小时；将浓缩后的固体加入到500ml甲醇中，搅拌，过滤，得到固体；用甲醇索式洗涤24小时，然后干燥即得本发明的手性选择剂6-叠氮-(2，3-二卤代苯氨基甲酰基)-纤维素，其产量约16克。

(4)手性固定相的合成

称取4.0g干燥的氨化硅胶，加入20ml的四氢呋喃中，加入8克步骤(3)合成得到的6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素，将3g三苯基膦溶解在20ml四氢呋喃中并滴加到上述混合物中，常温下反应2小时。过滤，将产物转移到索氏提取器中，用丙酮洗涤，除去未起反应的原料和试剂。真空干燥约得到产物6克。

实施例3    6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素键合硅胶手性固定相的制备

(1)6-(4-甲基苯磺酰基)-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器和温度计的1000ml三颈瓶中，加入微晶纤维素0.08mol，加入0.80mol无水氯化锂和0.80mol对-甲基苯璜酰氯加入到80ml三乙胺和DMA的混合溶液(v/v＝1/1)中，然后将该混合溶液滴加到反应烧瓶里，氮气保护在-8下搅拌反应48小时；反应完毕后，缓慢倒入到2500ml冰水中，析出黄色沉淀，过滤，得到黄色固体，用去离子水，乙醇洗涤固体，真空干燥过夜，即得到黄色的固体6-(4-甲基苯磺酰基)-纤维素，其产量约18克。

(2)6-叠氮-6-脱氧-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器、温度计和回流冷凝管的1000ml三颈瓶中，加入步骤(1)所得对甲基苯磺酰基纤维素12克和300ml DMSO，然后向其中加入0.2mol叠氮化钠，油浴控制反应温度为100℃，搅拌反应24小时。冷却，缓慢倒入到2500ml，析出灰黑色絮状沉淀，过滤，用无水乙醇洗涤，50℃真空干燥12小时即得目的产物AZ-纤维素，其产量约10克。

(3)6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素的制备：

在装有磁力搅拌器和温度计的三颈瓶中，将步骤(2)的产物5克溶解在100ml吡啶和三乙胺的混合液(v/v＝1/1)中；溶解后，加入8克对卤代苯基异氰酸，加热控制反应温度为100℃搅拌反应48小时；将浓缩后的固体加入到500ml甲醇中，搅拌，过滤，得到固体；用甲醇索式洗涤24小时，然后干燥即得本发明的手性选择剂6-叠氮-(2，3-二卤代苯氨基甲酰基)-纤维素，其产量约18克。

(4)手性固定相的合成

称取4.0g干燥的氨化硅胶，加入20ml的四氢呋喃中，加入10克步骤(3)合成得到的6-叠氮-2，3-二(对卤代苯氨基甲酰基)-纤维素，将4g三苯基膦溶解在20ml四氢呋喃中并滴加到上述混合物中，常温下反应10小时。过滤，将产物转移到索氏提取器中，用丙酮洗涤，除去未起反应的原料和试剂。真空干燥约得到产物8克。

实施例1、实施例2和实施例3制得的手性选择剂6-叠氮-(2，3-二卤代苯氨基甲酰基)-纤维素的结构通过元素分析、红外光谱(IR)测得和确认。

手性选择剂6-叠氮-(2，3-二卤代苯氨基甲酰基)-纤维素：IR(cm^-1)3297(N-Hstr)，3072(＝C-H)，2108(N₃ str)，1722(C＝O str)，1591，1560，1491(C＝C芳香环str)，1088(sym C-O-C)；元素分析按分子式[(ClC₆H₄NHCO)₂(C₆H₇O₄)N₃]_n计算值：C48.58％，H 3.44％，N 14.17％；测定值：C 50.09％，H 4.68％，N 13.83％。

Claims (10)

1.一种微晶纤维素衍生物，其特征在于其分子通式为[(XC₆H₄NHCO)₂(C₆H₇O₄)N₃]_n；所述微晶纤维素衍生物的结构式如式(I)所示，其中，X为F、Cl、Br或I；n为15～375之间的自然数；对卤代苯氨基甲酰基取代的是纤维素分子中葡萄糖结构单元的2位羟基上的氢和3位羟基上的氢；叠氮基取代的是纤维素分子中葡萄糖结构单元的6位上的羟基。

式(I)。

2.一种根据权利要求1所述微晶纤维素衍生物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将微晶纤维素、对甲基苯磺酰卤、无水氯化锂溶于三乙胺和N，N-二甲基乙酰胺的混合溶液中反应；

(2)取步骤(1)所得反应产物与叠氮化钠在DMSO中反应，反应结束后将反应液倒入冰水中析出沉淀，过滤；

(3)将步骤(2)所得沉淀溶解在吡啶和三乙胺的混合液中，加入对卤代苯基异氰酸进行反应，反应后加入甲醇析出沉淀，过滤收集得到微晶纤维素衍生物。

3.根据权利要求2所述微晶纤维素衍生物的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述微晶纤维素、对甲基苯磺酰卤、无水氯化锂的摩尔比为1∶10∶10；所述三乙胺和N，N-二甲基乙酰胺的混合溶液用量为50～80ml，三乙胺和N，N-二甲基乙酰胺的体积比为1∶1。

4.根据权利要求2所述微晶纤维素衍生物的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述反应是在氮气保护下反应，反应温度为-20～-8℃，反应时间为24～48h。

5.根据权利要求2所述微晶纤维素衍生物的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述反应产物的用量为6～12g，叠氮化钠的用量为0.1～0.2mol。

6.根据权利要求2所述微晶纤维素衍生物的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述吡啶和三乙胺的混合液的用量为60～100ml，吡啶和三乙胺的体积比为1∶1；所述对卤代苯基异氰酸的用量为3～8g；所述甲醇的加入量为500ml。

7.根据权利要求2所述微晶纤维素衍生物的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述反应温度为100℃，反应时间为48h。

8.一种根据权利要求1所述微晶纤维素衍生物的应用，其特征在于所述微晶纤维素衍生物作为手性选择剂，用于制备手性分离固定相。

9.一种根据权利要求8所述的手性分离固定相，其特征在于所述手性分离固定相的结构式如式(II)所示，其中，R为对卤代苯氨基甲酰基；X为F、Cl、Br或I；n为15～375之间的自然数；

式(II)。

10.一种根据权利要求8所述微晶纤维素衍生物用于制备手性分离固定相的方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)取干燥的氨化硅胶，加入到四氢呋喃中，再加入微晶纤维素衍生物得到混合物；

(2)将三苯基膦溶解在四氢呋喃中并滴加到上述混合物中反应2～10h，过滤，将产物转移到索氏提取器中；

(3)用丙酮洗涤，除去未起反应的原料和试剂，真空干燥，得到手性分离固定相。

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