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扁桃酸甲酯及α-环己基扁桃酸甲酯在全甲基-β-环糊精柱上的手性识别机理研究

作　者: 丁佐晶
导　师: 施介华
学　校: 浙江工业大学
专　业: 药物分析学
关键词: 扁桃酸甲酯 α-环己基扁桃酸甲酯全甲基-β-环糊精 PM3 ONIOM NBO
分类号: O636.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文应用实验与理论相结合的方法,即高效液相色谱与分子模拟相结合的方法,研究了扁桃酸甲酯和α-环己基扁桃酸甲酯对映异构体在全甲基-β-环糊精手性固定相柱上的手性识别机理。从分子理论水平上阐述了手性识别的本质,了解了手性识别作用在固定相上的具体位置及其作用力等。采用高效液相色谱法在全甲基-β-环糊精手性固定相柱上成功分离了扁桃酸甲酯和α-环己基扁桃酸甲酯对映异构体。考察了反相液相色谱中常用的有机修饰剂甲醇、乙醇、乙腈及其柱温对分离效果的影响。研究结果表明以甲醇：水作为流动相时,扁桃酸甲酯和α-环己基扁桃酸甲酯对映异构体均具有较好的分离效果,并且两对对映异构体均是在低比例的甲醇中的分离效果好；同时,发现柱温升高时保留时间缩短,分离效果变差,所以最终选择20℃作为最佳温度。另外,通过两对映异构体分离过程中的热力学参数的计算,探讨了光学异构体分离过程中的驱动力和手性识别机理。结果表明扁桃酸甲酯和α-环己基扁桃酸甲酯对映异构体在全甲基-p-环糊精柱上的分离过程是一个焓驱动过程。首次运用量子力学半经验PM3方法成功模拟研究了扁桃酸甲酯(MMA)与全甲基-p-环糊精(PM-β-CD)的主客体相互作用,探讨了(R/S)-MMA对映体在PM-β-CD上的手性识别机理。研究结果表明,(R/S)-MMA对映体与PM-β-CD形成稳定结合物的结合方式是完全不同的,虽然(R)-MMA与(S)-MMA均位于PM-β-CD的大口端,且它们的羰基也均指向大口端,但是(R)-MMA的苯环是以近似水平的方式位于大口端上沿,而(S)-MMA的苯环则是斜插入到PM-β-CD空腔内的,所以相对于(R)-MMA而言,(S)-MMA与PM-β-CD之间的疏水作用力要比较强。在(R/S)--MMA/PM-β-CD结合物中,(R/S)-MMA的手性碳C*均与环糊精葡萄糖单元的C(2)和C(3)比较靠近,表明(R/S)-MMA与PM-β-CD之间的手性识别与环糊精葡萄糖单元的C(2)和C(3)所提供的手性环境密切相关。最后,对于PM3方法优化的最稳定的(R/S)-MMA/PM-β-CD包结物结构采用了NBO方法进行了分析研究,结果表明(R/S)-MMA对映体与PM-β-CD之间均存有弱氢键。采用分层计算方法ONIOM(RB3LYP/6-31 G(d):RPM3)对PM3研究得到的最稳定的(R/S)-MMA/PM-β-CD结合物做了进一步的研究。ONIOM方法所得结果与PM3一致,均为(S)-MMA/PM-β-CD结合物的能量低,且与实验结果也是一致的,(S)-MMA在PM-β-CD柱上的保留时间长于(R)-MMA。另外,为了能更好地解释(R/S)-MMA在PM-β-CD柱上的手性识别机理,采用NBO分析方法对主客体之间的相互作用力进行了深入的探究。研究结果表明氢键作用、偶极-偶极相互作用、电荷转移作用以及疏水作用力都对(R/S)-MMA在PM-β-CD手性柱上的手性识别起了关键作用。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-35
  1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 对映体分离的意义  12-13
    1.1.2 色谱法拆分对映体的原理及特点  13-14
    1.1.3 液相色谱手性固定相的研究进展  14-15
  1.2 环糊精及其衍生物的结构与特征  15-17
  1.3 环糊精及其衍生物在手性色谱分离上的应用  17-19
    1.3.1 在气相色谱(GC)中的应用  17-18
    1.3.2 在高效液相色谱(HPLC)中的应用  18-19
    1.3.3 在毛细管电泳法(CE)中的应用  19
  1.4 影响环糊精衍生物手性选择性的因素  19-21
    1.4.1 与固定相相关的因素  19-21
    1.4.2 与手性化合物相关的因素  21
  1.5 环糊精衍生物手性固定相的拆分机理以及研究现状  21-23
  1.6 分子模型计算方法在环糊精手性识别机理研究中的应用  23-31
    1.6.1 分子模型方法简介  23-28
    1.6.2 分子模拟法在环糊精类手性固定相识别机理研究中的应用  28-31
  1.7 手性识别过程中的超热力学关系及其研究方法  31-33
  1.8 本论文的设计思想  33-35
第二章扁桃酸甲酯及α-环己基扁桃酸甲酯对映体分离研究  35-45
  2.1 前言  35-36
  2.2 实验部分  36-37
    2.2.1 试剂和仪器  36
    2.2.2 α-环己基扁桃酸甲酯及(S)-α-环己基扁桃酸甲酯的制备  36
    2.2.3 样品的配置  36-37
    2.2.4 色谱分离条件  37
  2.3 结果与讨论  37-43
    2.3.1 流动相中甲醇浓度对对映体分离的影响  37-39
    2.3.2 柱温对对映体分离的影响  39-41
    2.3.3 对映体拆分过程中的热力学参数  41-43
  2.4 本章小结  43-45
第三章 PM3方法研究扁桃酸甲酯与全甲基-β-环糊精的手性识别过程  45-57
  3.1 前言  45-47
  3.2 模型的建立和模拟方法  47-49
    3.2.1 模型的建立  47-48
    3.2.2 结合能的定义  48-49
  3.3 结果与讨论  49-56
    3.3.1 PM3方法模拟MMA与PM-β-CD包结过程  49-54
    3.3.3 氢键分析  54-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章 ONIOM方法研究扁桃酸甲酯与全甲基-β-环糊精的手性识别过程  57-72
  4.1 前言  57-59
  4.2 模型的建立和模拟方法  59-60
  4.3 结果与讨论  60-70
    4.3.1 ONIOM方法模拟(R/S)-MMA与PM-β-CD的包结过程  60-64
    4.3.2 NBO分析  64-70
  4.4 本章小结  70-72
第五章结论与展望  72-75
  5.1 结论  72-73
  5.2 展望  73-75
参考文献  75-86
攻读硕士学位期间已发表的论文  86-87
致谢  87

扁桃酸甲酯及α-环己基扁桃酸甲酯在全甲基-β-环糊精柱上的手性识别机理研究

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