高效液相色谱手性固定相法拆分BETTI碱及其衍生物对映体

支明玉，朱岩

（1.杭州职业技术学院，浙江 杭州310018；2.浙江大学 化学系，浙江 杭州310028）

20世纪初，BETTI[1]报道了Betti碱（1-(α-氨基苄基)-2-萘酚）及其对映异构体(S)-(+)-1-(α-氨基苄基)-2-萘酚和(R)-(-)-1-(α-氨基苄基)-2-萘酚，但作为手性配体在不对称催化反应中的应用直到1998年才被报道[2]。手性氨基酚配体和它的衍生物具有特异的阻转空间结构，通常在不对称催化反应中尤其是在不对称催化烯基化、烷基化、环丙化、Aldol 反应及Michael 加成等反应中，表现出较高的对映识别能力，因此，近年来逐渐引起人们的注意而成为研究的热点[3]。

为了开发研究新的催化体系和催化新的不对称反应，课题组合成了Betti碱（1-(α-氨基苄基)-2-萘酚，1-(α-aminobenzyl)-2-naphthol）、苄氨基-Betti碱（1- (α-苄氨基苄基)-2-萘酚，1- (α -benzylaminobenzyl)-2-naphthol）和哌啶基-Betti碱（1-(α-哌啶基苄基)-2-萘酚，1-(α-piperidylbenzyl)-2-naphthol）（结构见图1）。SZTOJKOV-IVANOV等[4]在Chiralcel OD-H柱上对Betti碱及其类似物进行色谱拆分，获得基线分离。目前尚未见Betti碱及其衍生物对映体的高效液相色谱拆分报道。纤维素三（3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯）和Pirkle 型Whelk-O1 手性柱使用较为广泛[5-9]。为了配合课题组的研究，本文在纤维素三（3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯）（Chiralcel OD-H）和Pirkle 型(R,R)-Whelk-O1 手性柱 上对Betti碱、苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱对映体拆分进行了研究，考察了在正己烷流动相中，不同的碱性添加剂、醇类添加剂和醇类添加剂的浓度及温度对手性拆分的影响，研究了溶质的空间立体构型因素对手性拆分的影响并初步探讨了手性识别机理。

图1 Betti碱（a）、苄氨基-Betti碱（b）及哌啶基-Betti碱（c）的结构Fig.1 The structure of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol（a），1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol（b）and 1-（αpiperidylbenzyl）-2-naphthol（c）

1 实验部分

1.1 试剂材料与仪器设备

试剂材料：Betti碱、S-(+)-Betti碱、苄氨基-Betti碱、S-(+)-苄氨基-Betti碱、哌啶基-Betti碱和R-(-)-哌啶基-Betti碱（浙江工业大学药学院）；正己烷为色谱纯（美国天地有限公司）；乙醇、正丙醇、异丙醇和正丁醇为色谱纯（天津市四友生物医学技术有限公司）；三乙胺等其他试剂为分析纯。

仪器设备：Agilent 1100 高效液相色谱仪（Agilent，美国），配置VWD 检测器、四元泵及化学工作站。

1.2 实验方法

1.2.1 仪器条件

纤维素三(3，5-二甲基苯基氨基甲酸酯)手性柱(Chiralcel OD-H)(250 mm×4.6 mm ,5 μm)，(R,R)-Whelk-O1 (250 mm×4.6 mm,5 μm)手性柱(见图2)。流动相为正己烷-极性添加剂（含0.1%的三乙胺）。流速：Chiralcel OD-H柱为0.5 mL·min-1，(R,R)-Whelk-O1柱为1.0 mL·min-1；温度：25℃；检测波长：290 nm；死时间由1,3,5-三叔丁基苯测定时间。

图2 手性柱的结构Fig.2 The structure of chiral colum

1.2.2 流动相及样品配制

将正己烷和各种醇配成所需比例，用0.45 μm微孔膜过滤后超声脱气。样品用正己烷溶液配制成所需浓度并用0.45 μm 微孔膜过滤。

2 结果与讨论

2.1 （R，R）-Whelk-O 1柱和Chiralcel OD-H柱的分离比较

固定流动相中正己烷-异丙醇体积比为90:10（含0.1%的三乙胺）分别在(R,R)- Whelk-O 1、Chiralcel OD-H柱 上对Betti碱、苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱进行手性分离，结果见表1。

表1 1-（α-氨基苄基）-2-萘酚、1-（α-苄氨基苄基）-2-萘酚和1-（α-哌啶基苄基）-2-萘酚在（R，R）-Whelk-O 1和Chiralcel OD-H柱上的对映体分离Table1 The enantioseparation of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol，1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol and 1-（αpiperidylbenzyl）-2-naphthol on（R，R）-Whelk-O 1and Chiralcel OD-H

由表1可知，Betti碱、苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱在Chiralcel OD-H柱上能完全分离，在(R,R)-Whelk-O 1柱上只有苄氨基-Betti碱获得部分分离，Betti碱和哌啶基-Betti碱均未分离。Pirkle型手性固定相为小分子，其立体识别基于三点作用原理[10]。主要是通过π-π和氢键等吸引作用与溶质之间产生手性识别。从溶质的分子结构(见图1)中可以看出，由于Betti碱、苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱的分子内氢键作用以及空间位阻作用，大大降低了溶质与(R,R)-Whelk-O1柱氢键点的竞争力，溶质和固定相之间还存在微弱的π-π 吸引作用，苄氨基-Betti碱由于比Betti碱和哌啶基-Betti碱多了一个苄氨基的吸引作用而部分分离。

同样，分别以乙醇、正丙醇、正丁醇和仲丁醇等不同极性的醇类添加剂作为流动相，在(R,R)-Whelk-O1柱上进行分离，结果和异丙醇相同。说明由于溶质内部的氢键作用以及空间位阻作用，极大降低了溶质与(R,R)-Whelk-O1柱氢键点的竞争力，加上溶质与固定相之间微弱的π-π 吸引作用，使溶质不能分离。本文着重讨论Betti碱在Chiralcel OD-H柱上的色谱分离。

2.2 在Chiralcel OD-H柱上的分离

2.2.1 流动相中异丙醇浓度对手性分离的影响

改变流动相正己烷中异丙醇的浓度（含0.1%的三乙胺）对Betti碱、苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱进行手性拆分，实验结果见表2。它们在Chiralcel OD-H柱上的对映体分离见图3。

表2表明，在Chiralcel OD-H柱上溶质均能获得完全分离，且分离度RS为Betti碱苄氨基-Betti碱>哌啶基-Betti碱。HESSE 等[11-12]、FRANCOTTE 等[13]以及BLASCHKE[14]等在研究微晶纤维素三醋酸酯（CAT-Ⅰ）的手性固定相时，提出手性识别包容机理，对映体形状在手性空腔中的适应性或包容性是产生手性选择性的原因，而不是官能团之间的吸引作用[15]。从2.1节的讨论中亦可看出，仅靠溶质与固定相之间微弱的氢键和π-π 作用达不到分离的目的。从溶质的分子结构(图1)中可看出，苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱的空间立体结构多了苄氨基和哌啶基，较Betti碱大，可能由于Betti碱的体积大小特别是空间结构最适合OD-H柱手性空腔的手性识别，故其在OD-H柱上的容量因子、分离度均远远大于苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱。而苄氨基-Betti碱的容量因子和分离度大于哌啶基-Betti碱，是由于苄氨基和固定相之间具有π-π 吸引作用而哌啶基没有。因此，本研究认为，尽管溶质与OD-H柱之间有微弱的π-π和氢键等吸引作用，但OD-H柱手性空腔对溶质的包容作用可能是手性识别的主要机制，手性空腔中溶质的适应性是手性识别的关键。此外，当流动相中醇含量减少极性减弱，则溶质在Chiralcel OD-H 上的保留能力逐渐增强且容量因子和分离度逐渐增大，呈现出一定的规律性。说明改变流动相极性对手性识别有一定实质影响。

表2 流动相中不同异丙醇浓度对1-（α-氨基苄基）-2-萘酚、1-（α-苄氨基苄基）-2-萘酚和1-（α-哌啶基苄基）- 2-萘酚在Chiralcel OD-H柱上对手性拆分的影响Table2 The influence of iso-propanol concentration in mobile phase on the chiral separation of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol，1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol and 1-（α-piperidylbenzyl）-2-naphthol on Chiralcel OD-H

图3 Betti碱（a）、苄氨基-Betti碱（b）和哌啶基-Betti碱（c）在Chiralcel OD-H柱上的手性拆分色谱图Fig.3 The chiral separation chromatograms of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol（a）1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol（b）and 1-（α-piperidylbenzyl）-2-naphthol（c）on Chiralcel OD-H column

2.2.2 不同极性的醇类添加剂对手性分离的影响

分别以乙醇、正丙醇、正丁醇、异丙醇和仲丁醇作为流动相中的醇类添加剂(v：v=90:10，含0.1%的三乙胺），在Chiralcel OD-H 手性柱上对Betti碱、苄氨基-Betti碱和哌啶基-Betti碱进行对映体分离，结果见表3。

从表3中可看到，溶质在Chiralcel OD-H柱上容量因子及分离度为含有支链的异丙醇和仲丁醇，大于直链的乙醇、正丙醇和正丁醇，说明溶质与流动相中的醇类添加剂之间存在对Chiralcel OD-H 手性柱上氢键点的竞争，因为空间位阻作用，对氢键点的竞争能力，立体阻碍或空间体积大的醇相对较弱，因此，用含有支链的异丙醇和仲丁醇作为流动相添加剂时，溶质在Chiralcel OD-H 手性柱上的保留要比用直链的乙醇、正丙醇及正丁醇作为添加剂时强。这一结果表明，虽然存在溶质内部的氢键和空间位阻作用，但溶质与Chiralcel OD-H柱之间依然具有一定的氢键作用力。

2.2.3 碱性添加剂的影响

虽然溶质在Chiralcel OD-H柱上均能达到基线分离，但拖尾现象比较严重。OKAMOTO 等[16]认为，分离碱性物质时，流动相中加入少许碱性添加剂二乙胺以减轻拖尾。本文在流动相为正己烷-异丙醇（v/v=90:10）条件下，用0.1%三乙胺作为碱性添加剂，达到了较好的减尾效果。

3 结 论

通过在(R,R)-Whelk O1和Chiralcel OD-H 2种手性固定相上的对比实验，充分说明了2类固定相手性识别机理的不同。纤维素及其衍生物类手性固定相主要是形成手性空腔而产生手性识别能力，手性空腔对溶质的包容作用可能是手性识别的主要作用机制，手性空腔中溶质的空间结构和适应性是手性识别的关键。而对于Pirkle 型(R,R)-Whelk O1 手性固定相，基于三点作用立体识别原理。固定相与溶质之间主要为π-π和氢键等吸引作用。

表3 流动相中极性醇类添加剂的种类对1-（α-氨基苄基）-2-萘酚、1-（α-苄氨基苄基）-2-萘酚和1-（α-哌啶基苄基）-2-萘酚在Chiralcel OD-H 上对映体分离的影响Table3 The influence of different polar alcohol modifier in mobile phase on the enantioseparation of 1-（α-aminobenzyl）-2-naphthol，1-（α-benzylaminobenzyl）-2-naphthol and 1-（α-piperidylbenzyl）-2-naphthol on Chiralcel OD-H