手性金属-有机骨架化合物[Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O在高效液相色谱手性固定相中的应用

袁宝燕， 余云艳， 张 鹏， 吕 云， 田春容，章俊辉， 谢生明*, 袁黎明*

(云南师范大学化学化工学院,云南昆明 650500)

手性是自然界的一种普遍现象[1 - 3]。人类目前使用的药物中，大约有一半的药物是手性药物。通常来说，手性药物往往表现出不同的生理活性和药理活性，其中一种立体异构体有药效，而另一种对映异构体药效很小，没有药效或有相反药效，甚至有毒副作用[4]。因此，分离手性化合物，获取对人类有益的单一对映异构体在药理学、生物医学上具有重要的研究意义。

目前，高效液相色谱手性固定相法是获取单一对映异构体非常有效的一种方法[5 - 7]。色谱法拆分手性化合物的关键在于研究制备出新型高效的色谱固定相。金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)化合物由于其具有高比表面积、大孔隙率、良好的热稳定性和化学稳定性、易于进行孔内和表面修饰等优良特性[8 - 10]，在用作新型色谱固定相方面已引起了研究者们广泛的关注。近些年来，本课题组及其他课题组已相继报道了一些以手性MOFs作为色谱固定相分离手性化合物的研究成果[11 - 18]，表明手性MOFs材料在手性色谱领域有着潜在的应用价值。

(1R,2R)-1,2-环己烷二羧酸是一种具有两个相邻羧基的手性柔性配体。它是一种理想的手性源，能为构建不同构型的手性配合物提供多种配位方式。本文采用混合配体策略，以(1R,2R)-1,2-环己烷二羧酸(H2L)和1,2-二(4-吡啶基)乙烯(bpe)为配体，与NiCl2·6H2O通过水热合成法，制备了一种手性MOFs材料 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O，并将其用作固定相制备高效液相色谱手性柱。以正己烷∶异丙醇为流动相考察了该手性MOFs材料用作色谱固定相的手性识别性能，结果有15种手性化合物在该手性MOFs柱上实现了不同程度的拆分，表明该手性固定相对手性化合物具有较好的手性识别能力。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

P1201型高效液相色谱仪(大连伊利特分析仪器有限公司)，配有Elite P1201高压恒流泵和Elite UV1201紫外检测器；仪器控制和数据采集在EC-2006高效液相色谱工作站上进行；色谱柱柱温由Elite ZW1201柱温箱控制；高压匀浆法色谱装柱机(美国，Alltech公司)；不锈钢液相色谱空柱(250×2.1 mm i.d.)(美国，Alltech公司)；X射线衍射仪(日本，Rigaku公司)；Quanta FEG 650型扫描电镜(美国，FEI公司)；ELGA-LC134纯水机(英国，ELGA公司)。

NiCl2·6H2O(纯度99%)、(1R,2R)-1,2-环己烷二羧酸(H2L，纯度99%)和1,2-二(4-吡啶基)-乙烯(bpe,纯度99%)均购于上海阿达玛斯试剂公司；正己烷(分析纯)、异丙醇(分析纯)购于天津风船化学试剂科技有限公司；手性化合物购自日本TCI公司和美国Fluka公司；超纯水由ELGA LabWater纯水机提供。

1.2 手性MOFs材料 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的合成

参照文献方法[19]合成 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O。具体步骤如下：在100 mL聚四氟乙烯衬套内，依次加入80 mL水，0.1376 g H2L，0.1920 g NiCl2·6H2O，0.2880 g 1,2-二(4-吡啶基)-乙烯。在室温下搅拌30 min，使其充分溶解，随后将衬套密封在不锈钢的反应釜中，于140 ℃下反应3 d，冷却至室温，用水洗涤6次，获得绿色晶体，干燥后，备用。

1.3 手性 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O柱的制备

先将手性MOFs材料研磨成粉末状，再用乙醇悬浮收集粒径在5～10 μm范围的手性MOFs颗粒作为固定相，干燥后备用。采用高压匀浆法进行装柱，具体操作如下：称取1.2 g制备好的手性材料[Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O于50 mL的小烧杯中，加入23 mL正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)配成悬浮液，然后迅速将其倒入匀浆罐中，以正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)为顶替液，在35～40 MPa高压下压5～8 min，将压力缓慢降到20～25 MPa再压25～30 min。制备好的手性MOFs柱先用正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)流动相冲洗1～2 h，待基线平稳后，即可进行色谱分离实验。

1.4 色谱拆分条件和性能评价参数

手性识别化合物用正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)溶解。以正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)作为流动相，使用前经0.45 μm滤膜滤过和超声脱气处理；流速为0.10 mL/min；柱温为25 ℃；检测波长为254 nm。本文采用保留因子(k)、分离因子(α)、分离度(RS)作为该MOFs柱的色谱拆分性能评价参数。它们的计算公式分别为：k1=(t1-t0)/t0；k2=(t2-t0)/t0；α=k2/k1；RS=1.18(t2-t1)/[W1/2(1)+W1/2(2)]。其中，t0为色谱柱的死时间，t1和t2分别为第一个流出峰和第二个流出峰的保留时间，本文采用1,3,5-三叔丁基苯测定死时间；W1/2(1)和W1/2(2)分别为第一个流出峰和第二个流出峰的半峰宽。

2 结果与讨论

2.1 手性MOFs化合物 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的表征

将合成的 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O进行了X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)表征，结果见图1和图2。由图1可知，[Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的XRD图的衍射峰的位置及强度与文献报道的单晶模拟衍射峰基本一致，表明成功合成了手性MOFs化合物 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O。图2是通过人工研磨、溶剂浮选得到的手性MOFs材料的SEM照片，晶体颗粒的平均粒径约为5～10 μm。

图1 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O(a)、单晶数据模拟(b)和合成的经液相色谱检测60天后(c)XRD图Fig.1 XRD pattern of [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O(a),simulated(b) and synthesized after HPLC measurement more than 60 days (c)

图2 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O的SEM图Fig.2 SEM image of [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O

2.2 手性MOFs柱对手性化合物的拆分性能研究

为了考察手性MOFs柱对手性化合物的分离性能，实验选用正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)作为流动相，在流动相流速为0.1 mL/min，柱温25 ℃，紫外检测波长为254 nm的条件下，对一系列手性化合物进行了色谱拆分实验。实验结果表明，15种外消旋化合物在该手性MOFs柱上得到了拆分，它们分别是：氨氯地平、DL-扁桃酸、华发林、二氢黄酮、苄氟噻嗪、佐匹克隆、1-苯基乙醇、1,1′-联-2-萘酚、1-(1-萘基)-乙醇、1,2-二苯乙醇酮、吡喹酮、马来酸氯苯那敏、美托洛尔、西替利嗪和盐酸美西律。结构式如图3所示。

图3 手性化合物的分子结构Fig.3 Molecular structures of the chiral compounds

手性化合物在该手性色谱柱上的拆分结果如表1所示。由表1可以看出，15种手性化合物在该手性MOFs柱上得到了不同程度的拆分。图4是一些手性化合物在该手性MOFs柱上的拆分谱图。由此可见，手性 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O固定相对这15种手性化合物具有一定的手性识别能力。该手性固定相对多种手性化合物表现出了一定的拆分能力，其手性识别能力主要与晶体的结构及其手性微环境有关。晶体结构分析表明，该晶体是由Ni2+与来自两个H2L配体的羧基O原子和来自bpe配体的N原子在赤道平面配位，同时与来自配体H2O的两个O原子在轴向位置配位形成。每个H2L配体通过两个单齿羧基连接两个Ni2+，每个Ni2+连接两个H2L配体形成一个一维的(NiL)n链，接着bpe配体采用单齿配位模式与(NiL)n链配位并向四个方向延伸，为链条提供了交错的双桨形状，相邻的一维交错双桨状(NiL)n链通过未配位的bpe配体中的N原子和相邻链上配位的H2O分子间的氢键进一步延伸形成三维手性多孔骨架结构。在(NiL)n链中未配位的羧基O原子和配位的水分子间存在较强的氢键作用，配位的吡啶环和相邻的Ni2+间存在着强的π-π相互作用。该手性MOFs柱对手性化合物的手性识别性能主要源于手性化合物与晶体结构间的立体匹配作用，同时手性化合物在固定相、流动相间的氢键及π-π相互作用也参与了手性识别过程。

图4 手性化合物在该色谱柱上的拆分色谱谱图Fig.4 Chromatograms on the packed CSP-column for the separation of racemates(a) Amlodipine;(b) D,L-Mandelic acid；(c) Warfarin;(d) Flavonone;(e) Bendroflumethiazide;(f)Zopiclone;(g) 1-Phenylethanol;(h) 1,1′-Bi-2-naphthol.flow rate:0.1 mL/min;Detection wavelength:254 nm.

图5 氨氯地平在色谱柱进样使用多次的色谱图Fig.5 Chromatograms of amlodipine after hundreds of injections on the column times of continuous injection:a.50,b.100,c.150,d.200.

2.3 手性MOF色谱柱的重现性和稳定性

一根性能良好的色谱柱往往具有良好的重现性和稳定性，为了考察手性 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O柱的重现性和稳定性，本文选用氨氯地平考察了该色谱柱的重现性。在流动相为正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)的条件下，该柱经历了50、100、150、200次连续进样后，氨氯地平的拆分色谱谱图如图5所示。由图可见，其洗脱时间并没有明显的变化，其保留时间与峰面积的相对标准偏差(RSD,n=4)分别为0.28%和1.06%，表明该柱具有良好的重现性。该柱经历了2个月的使用后，对柱中的固定相进行了XRD表征，得到了与测样前峰形吻合较好的XRD图，表明该柱在此色谱条件下具有较好的稳定性。

3 结论

本文以(1R,2R)-1,2-环己烷二羧酸和1,2-二(4-吡啶基)乙烯为配体，与NiCl2·6H2O通过水热法制备合成了一种手性MOFs材料 [Ni(L)(bpe)2(H2O)2]·H2O，并将其作为固定相制备了高效液相色谱手性柱，对多种手性化合物进行了拆分。结果表明，该手性柱在流动相为正己烷∶异丙醇(9∶1,V/V)，流速为0.10 mL/min，柱温为25 ℃的色谱条件下，对15种外消旋化合物实现了不同程度的拆分，为色谱法拆分手性化合物开发新型固定相提供了一条新的途径。