張振永

(島津(上海)實驗器材有限公司, 上海 200233)

(R)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)可作為有機合成中間體和手性有機砌塊,用于手性化工產(chǎn)品的合成過程[1-4],其結(jié)構(gòu)式見圖1。Babu等[3]使用(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)作為手性合成砌塊,成功合成了抗菌藥利奈唑胺。Bhavani等[4]使用(R)-環(huán)氧氯丙烷合成中間體(R)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán),進一步合成了有機砌塊(S)-3-氨基-1,2-丙二醇。為了更好地研究合成工藝并進一步測定合成物手性組分含量,拆分4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體變得尤為必要。

圖1 (R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的結(jié)構(gòu)式Fig. 1 Structural formulas of (R)- and (S)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane

針對對映體的拆分,主要方法有超高效合相色譜法[5-8]、高效液相色譜法[9-13]和氣相色譜法[14-16]。目前尚未見關(guān)于4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體拆分的相關(guān)報道。本文采用手性氣相色譜法建立了4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體拆分方法,并對色譜柱類型、載氣線速度、初始柱溫、升溫速率、溶樣溶劑種類等色譜條件進行了詳細優(yōu)化。建立的方法簡單快速,靈敏度高,可為手性中間體4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體的拆分提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

GC-2030氣相色譜儀、色譜工作站、AT-R電子天平(日本島津公司);PR-FP-0120α-MT1純水機(日本奧加諾公司)。

甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷、二甲基亞砜(色譜純), (R)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)(純度≥98.0%)、(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)(純度≥97.0%),購買于上海安譜實驗科技股份有限公司。外消旋體標準品,自行配制,由上述(R)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)按質(zhì)量比1∶1混合制成。

1.2 標準溶液的配制

準確稱量20.0 mg外消旋體標準品,用甲醇溶解定容至10 mL,制成質(zhì)量濃度為2.0 mg/mL的外消旋體標準儲備液。取適量外消旋體儲備液,用甲醇稀釋至200 mg/L,作為外消旋體標準使用液。

分別準確稱量10.0 mg(R)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)標準品,用甲醇稀釋定容至100 mL,制成質(zhì)量濃度為100 mg/L的單標標準儲備液。分別移取兩者適量的單標標準儲備液,用甲醇逐級稀釋配制質(zhì)量濃度為50.0、20.0、10.0、5.0、2.0、1.0、0.5 mg/L的系列混合標準溶液。

1.3 氣相色譜條件

色譜柱為Rt-bDEXse(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度為200 ℃;分流進樣,分流比為9∶1;恒線速度模式,線速度為70 cm/s;氫火焰檢測器溫度為200 ℃;氫氣流量為30 mL/min;空氣流量為300 mL/min;進樣量為1 μL;載氣為氦氣。升溫程序如下:初始溫度70 ℃保持1 min,以2.0 ℃/min的速率升溫至150 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

取4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)外消旋體標準使用液進行上機測試,采用SH-I-5Sil MS(固定相為5%苯基-95%聚甲基硅氧烷,30 m×0.25 mm×0.25 μm)和SH-WAX(固定相為100%鍵合交聯(lián)聚乙二醇,30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱作為分析柱時,4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體完全無分離趨勢。表明常規(guī)聚硅氧烷類固定相或聚乙二醇類固定相對該手性異構(gòu)體幾乎沒有特征選擇性。

采用Rt-bDEXm(固定相為全甲基化β-環(huán)糊精摻雜的14%氰基丙基苯基-86%二甲基聚硅氧烷,30 m×0.25 mm×0.25 μm)、Rt-bDEXsm(固定相為2,3-二-O-甲基-6-O-叔丁基二甲基硅基β-環(huán)糊精摻雜的14%氰基丙基苯基-86%二甲基聚硅氧烷,30 m×0.25 mm×0.25 μm)、Rt-bDEXse(固定相為2,3-二-O-乙基-6-O-叔丁基二甲基硅基β-環(huán)糊精摻雜的14%氰基丙基苯基-86%二甲基聚硅氧烷,30 m×0.25 mm×0.25 μm)和InertCap CHIRAMIX(固定相為β-環(huán)糊精和γ-環(huán)糊精混合物,30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱作為分析柱進行測試,使用相同的初始色譜條件,即線速度為50 cm/s,升溫程序為40 ℃保持1 min,以2.0 ℃/min的速率升溫至150 ℃。4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)外消旋體標準使用液在4款色譜柱上的保留和分離情況見圖2。根據(jù)實驗結(jié)果,Rt-bDEXse色譜柱對(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的分離效果最佳,且兩者的色譜響應最高。因此后續(xù)將采用該色譜柱進行方法優(yōu)化。

圖2 (R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)在不同色譜柱上的色譜圖Fig. 2 Chromatograms of (R)- and (S)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane on different columns Linear velocity: 50 cm/s; temperature program: 40 ℃ for 1 min, 40 ℃ to 150 ℃ at 2.0 ℃/min.

2.2 線速度對分離度的影響

本文考察了線速度為30、40、50、60、70、80、90 cm/s時,(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的分離度,見圖3。結(jié)果表明,載氣的線速度對分離度有顯著影響。在載氣線速度為70 cm/s以下時,隨著線速度的增加,(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的分離度有所增加,在載氣線速度為70 cm/s時分離度最大。且隨著線速度的增加,化合物出峰時間會加快,同時峰形也會更加尖銳。但線速度在80 cm/s及以上時,兩者間分離度迅速下降。因此實驗最終選擇載氣線速度為70 cm/s。

圖3 (R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)在不同線速度下的分離度Fig. 3 Resolutions of (R)- and (S)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane at different carrier linear velocities

2.3 初始柱溫對分離度的影響

本文考察了初始柱溫為30、40、50、60、70、80、90及100 ℃時(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的分離度,見圖4。結(jié)果表明,在初始柱溫為70 ℃以上時,(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的分離度顯著下降,且兩者的保留時間會顯著縮短。在初始柱溫為70 ℃以下時,繼續(xù)降低初始柱溫,分離度不再有更明顯的提升,但明顯延長了分析時間。為了平衡分離度和分析時長,實驗最終選擇初始柱溫為70 ℃。

圖4 (R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)在不同初始柱溫下的分離度Fig. 4 Resolutions of (R)- and (S)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane at different initial column temperatures

2.4 升溫速率對分離度的影響

本文考察了升溫速率為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0 ℃/min時4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體的分離效果,見圖5。結(jié)果表明,當升溫速率高于2.0 ℃/min時,(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的分離度明顯下降,當升溫速率低于2.0 ℃/min時,兩者間的分離度不再增加,但隨著升溫速率的降低,兩個化合物的色譜峰會展寬,導致峰高降低,進而影響靈敏度。因此,最終選擇升溫速率為2.0 ℃/min。

圖5 (R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)在不同升溫速率下的分離度Fig. 5 Resolutions of (R)- and (S)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane at different heating rates

2.5 溶樣溶劑對分離度的影響

本實驗考察了溶樣溶劑對(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)分離度的影響。分別選用甲醇、乙醇、乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷、二甲基亞砜作為溶樣溶劑,分別配制質(zhì)量濃度為200 mg/L的外消旋體溶液。結(jié)果表明,除二甲基亞砜會干擾目標化合物出峰外,其余溶劑作為溶樣溶劑時對(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的分離度無明顯影響,本文最終選擇甲醇作為溶樣溶劑。在優(yōu)化后的最佳色譜條件下,即線速度為70 cm/s、初始柱溫為70 ℃、升溫速率為2.0 ℃/min的條件下,4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映體的拆分色譜圖見圖6。

圖6 4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映體的拆分色譜圖Fig. 6 Chromatograms of the enantiomers of 4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane a. standard solution for racemes of 4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane; b. standard stock solution of (R)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane; c. standard stock solution of (S)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane.

2.6 線性范圍、檢出限及定量限

取不同濃度的混合標準工作溶液進樣,以質(zhì)量濃度為橫坐標(X, mg/L),對應的峰面積為縱坐標(Y)繪制校準曲線。所得校準曲線的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)(r2)見表1。檢出限(LOD)和定量限(LOQ)分別以3倍S/N和10倍S/N確定。結(jié)果表明,(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)在0.5～50.0 mg/L的范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)大于0.998。(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的LOD分別為0.07 mg/L和0.08 mg/L,LOQ分別為0.22 mg/L和0.25 mg/L。

表1 (R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限Table 1 Linear ranges, linear equations, correlation coefficients (r2), LODs and LOQs of (R)- and (S)- 4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane

2.7 加標回收率和精密度

精密量取適量(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)標準儲備液,用甲醇配制成0.5、2.0、10.0 mg/L(以單獨構(gòu)型的濃度計)3個不同水平的混合樣品溶液,上機依法測定,每個水平測定3次,計算加標回收率(見表2)。結(jié)果表明,(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)的加標回收率分別為94.0%～99.1%和96.0%～98.8%,相對標準偏差(RSD)分別為1.26%～4.87%和1.51%～4.46%。

表2 (R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)在3個水平下的加標回收率(n=3)Table 2 Spiked recoveries of (R)- and (S)-4-chloromethyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane at three levels (n=3)

在最佳色譜條件下,對質(zhì)量濃度為2.0 mg/L的混合標準品溶液連續(xù)進樣6次,計算(R)-和(S)-4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)保留時間和峰面積的RSD。根據(jù)實驗結(jié)果可知,兩種化合物的保留時間RSD均為0.03%,峰面積RSD均小于2%,表明儀器精密度良好。

3 結(jié)論

對映異構(gòu)體的分離基于“手性識別”原理,即固定相手性選擇劑和對映異構(gòu)體形成加合物,導致瞬態(tài)非對映異構(gòu)體復合物的形成。但是瞬態(tài)非對映異構(gòu)體復合物之間的差異依然非常微小,通過GC柱非常高的理論塔板數(shù)來放大差異,才能將對映異構(gòu)體進行拆分。手性毛細管氣相色譜法是一種非常簡單、快速、方便、高效的分析方法,適用于拆分測定具有揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性的對映異構(gòu)體。本文采用手性毛細管氣相色譜法,對手性醫(yī)藥中間體4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體進行了拆分,考察了常規(guī)聚硅氧烷類、聚乙二醇類色譜柱及4款手性環(huán)糊精衍生物色譜柱對該對映異構(gòu)體的拆分效果。此外,考察了線速度、初始柱溫、升溫速率、溶樣溶劑等條件對該對映異構(gòu)體分離度的影響。本方法不僅解決了4-氯甲基-2,2-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)對映異構(gòu)體的拆分難題,同時也為其他手性化合物的拆分提供了氣相色譜的方法開發(fā)思路。然而,本文著重于氣相色譜分離條件的優(yōu)化,未對該對映異構(gòu)體手性拆分的深層機理進行討論。