取代基結(jié)構(gòu)對螺旋聚乙炔高效液相色譜手性固定相對映選擇性分離性能的影響

手性物質(zhì)廣泛存在于自然界中，與生命現(xiàn)象息息相關(guān). 生命系統(tǒng)往往會對一對對映體產(chǎn)生迥乎不同的生理反應(yīng)[1]. 建立有效的對映體分離分析方法對研究不同對映體的生理活性和毒理藥性、檢測手性化合物的光學(xué)純度以及控制產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要[2~6]. 高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC)因具有柱容量大、適用范圍廣、分離分析速度快等優(yōu)點，被廣泛用于對映體分析測試與制備分離[7].

作為HPLC實現(xiàn)對映體識別和分離的關(guān)鍵，手性固定相(chiral stationary phases，CSPs)的研發(fā)已取得快速發(fā)展[8~13]. 淀粉和纖維素衍生物是實驗室和工業(yè)部門應(yīng)用最廣的CSPs，其主鏈螺旋構(gòu)象和圍繞主鏈規(guī)整排列的極性側(cè)基提供了獨特的手性識別環(huán)境[7]. 受多糖衍生物手性二級結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，許多非天然螺旋聚合物CSPs被設(shè)計開發(fā)出來. Okamoto等利用螺旋選擇性陰離子聚合反應(yīng)合成了單手螺旋聚甲基丙烯酸三苯甲酯類聚合物[14,15]，基于此的CSPs可實現(xiàn)二百余種外消旋底物的拆分. 王佛松等[16]通過酒石酸與不同芳香二胺縮聚，制備的光學(xué)活性聚酰胺可有效識別苯丙氨酸，發(fā)現(xiàn)其羥基、酰胺基與苯環(huán)在手性識別中至關(guān)重要. 袁黎明等利用聚(L-谷氨酸乙酯)[17]和聚(L-谷氨酸芐酯)[18]對o,m,p-碘苯胺等芳香族位置異構(gòu)體實現(xiàn)了較好的分離. 作為一類手性刺激響應(yīng)性材料，動態(tài)螺旋聚苯乙炔(PPA)衍生物[19~28]在CSPs方面具有重要的潛在應(yīng)用前景. Okamoto等將L-苯丙氨酸乙酯和L-苯甘氨酸乙酯引入PPA側(cè)基，得到的螺旋聚合物對反-1,2-二苯環(huán)氧乙烷和1-(9-萘基)-2,2,2-三氟乙醇表現(xiàn)出很好的手性拆分能力[29]. Yashima等利用金雞納堿得到的系列螺旋PPA對手性醇、二醇、金屬復(fù)合物等具有手性拆分能力[30]. 張春紅等[31~33]制備了含不同取代基的螺旋PPA，研究了連接基團(tuán)結(jié)構(gòu)對手性識別性能的影響，并優(yōu)化了CSPs的制備條件. Maeda等設(shè)計合成了具有2,2'-聯(lián)苯酚側(cè)基的非手性PPA[8]，利用手性醇誘導(dǎo)共軛主鏈單向旋轉(zhuǎn)，使該聚合物獲得對映選擇識別能力. 改變手性醇的構(gòu)型，可調(diào)控外消旋底物的洗脫順序. 以此為基礎(chǔ)，又制備了含有(R)-α-甲氧基苯乙酸側(cè)基的聚苯乙炔CSPs[9]，基于共軛主鏈螺旋構(gòu)象的離子響應(yīng)性，可實現(xiàn)在同一根色譜柱中3種(P、M和無規(guī))螺旋結(jié)構(gòu)調(diào)控，進(jìn)而影響不同外消旋化合物的保留時間與拆分效果. 雖然PPA型CSPs拆分能力可調(diào)，但能識別的底物范圍較窄，且其動態(tài)螺旋性質(zhì)與CSPs的性能穩(wěn)定性要求相違背. 特別是在一些較高極性流動相的沖刷下，其螺旋構(gòu)象會發(fā)生不可逆的轉(zhuǎn)變，對色譜柱造成永久性損傷. 為了解決這一難題，我們從源于天然產(chǎn)物的脯氨醛出發(fā)，通過三步高效化學(xué)反應(yīng)，合成了系列基于(S)-2-乙炔基吡咯烷的單體及相應(yīng)的光學(xué)活性螺旋聚合物CSPs[34~37]. 該類聚合物結(jié)構(gòu)簡單、合成方便、主鏈剛性強(qiáng). 初步的研究結(jié)果表明，其中的聚((S)-N-對氯苯基氨基甲?；?2-乙炔基吡咯烷) (PI)[35]較文獻(xiàn)報道的其他PPA型CSPs拆分范圍有所拓寬，性能穩(wěn)定.

為了進(jìn)一步理解這類新型CSPs的結(jié)構(gòu)與對映選擇性分離能力間的關(guān)系，在本文中，我們設(shè)計、合成了(S)-N-對氯苯基氨基甲?；?2-乙炔基吡咯烷(I)、(S)-N-對氯苯甲?；?2-乙炔基吡咯烷(II)、N-對氯苯基-N'-炔丙基脲(III)、N-炔丙基氨基甲酸對氯苯酯(IV)和N-對氯苯基氨基甲酸炔丙酯(V)，通過Rh(nbd)BPh4催化的配位聚合反應(yīng)制備了各單體的均聚物PI、PII、PIII、PIV和PV以及單體I分別與單體II~V構(gòu)成的光學(xué)活性螺旋共聚物——I50-ran-II50、I80-ran-II20、I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5，用HPLC評價了5種共聚物作為CSPs對9種標(biāo)準(zhǔn)底物的手性識別能力，探討了共聚物組成和側(cè)基結(jié)構(gòu)對旋光性質(zhì)和立體選擇性分離能力的影響.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

Boc-L-脯氨醛(98.0%)購自天津希恩思奧普德科技有限公司. 炔丙胺(98.0%)、對氯苯基異氰酸酯(98.0%)購自北京虹湖聯(lián)合化工產(chǎn)品有限公司. 三乙胺(98.0%)、無水碳酸鉀(AR)、氯化鈉(AR)、無水硫酸鈉(AR)、四氯化碳(HPLC)購自西隴科學(xué)股份有限公司. 超干二氯甲烷(HPLC)、無水甲醇(HPLC)購自百靈威公司. (1-重氮基-2-氧代丙基)膦酸二甲酯(95.0%)、對氯苯基氯甲酯(98.0%)、HCl二氧六環(huán)(4 mol/L)溶液購自安耐吉化學(xué)有限公司. 大孔硅膠(平均粒徑為5 μm，平均孔徑為100 nm)為蘇州納微科技有限公司友情提供，并參照文獻(xiàn)[17]方法用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷進(jìn)行表面修飾. 參考文獻(xiàn)[35]制備中間體(S)-N-叔丁氧羰基-2-乙炔基吡咯烷(MBoc)與單體(S)-N-對氯苯基氨基甲酰基-2-乙炔基吡咯烷(I). 參考文獻(xiàn)[38]制備催化劑Rh+(2,5-norbornadiene) [(?6-C6H5)B(C6H5)3-](Rh(nbd)BPh4). 色譜實驗所用的正己烷與異丙醇均為HPLC級，外消旋底物為市售商品.

使用德國Bruker公司的ARX/400型核磁共振波譜儀(1H-NMR，13C-NMR)表征單體和聚合物結(jié)構(gòu). 采用Waters公司的2414 GPC系統(tǒng)，以1.0 mL/min的四氫呋喃(THF)為流動相測量聚合物的數(shù)均分子量(Mn)和多分散性(D = Mw/Mn). 使用Waters公司的Vion型Quadrupole-TOF LC-MS/MS系統(tǒng)表征單體及中間體的準(zhǔn)確分子量. 采用TGA Q600(TA)儀器，設(shè)置20 ℃/min加熱速率，在100 mL/min氮氣氣氛中記錄熱重曲線. 采用DSC Q2000(TA)儀器，以10 ℃/min加熱速率測試聚合物螺旋熱穩(wěn)定性. 采用Thermo Fisher公司的DXRxi型顯微拉曼成像光譜儀，設(shè)置785 nm激發(fā)光源表征聚合物主鏈構(gòu)象. 選用日本JASCO公司J810型圓二色光譜儀(CD)測量聚合物的光學(xué)活性. 采用日本JASCO PU-2089型液相色譜儀，配置JASCO AS-2055型進(jìn)樣系統(tǒng)，測試聚合物對映選擇性分離性能.

1.2 單體的合成

1.2.1 N-對氯苯甲?；?2-乙炔基吡咯烷(II)

將4.0 g MBoc (15.9 mmol)加入到單口圓底瓶中，用冰水浴冷卻.待溫度降至0 ℃后，向其加入60 mL 4 mol/L的氯化氫/二氧六環(huán)溶液，攪拌4 h，升至室溫. 通過減壓蒸餾除去二氧六環(huán)和多余的氯化氫. 用30 mL二氯甲烷溶解所得的黃白色固體. 向所得溶液加入12 mL三乙胺，在室溫下攪拌1 h，此時反應(yīng)液顏色明顯變淺. 用冰水浴將溶液溫度降至0 ℃，緩慢滴入5.8 mL對氯苯甲酰氯的二氯甲烷溶液(6.5 g，27.8 mmol). 攪拌過夜，向反應(yīng)液中加入柱層析硅膠. 通過減壓蒸餾除去溶劑后，用柱色譜進(jìn)行產(chǎn)物的分離提純(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯 = 2/1，V/V). 產(chǎn)物為淡黃色固體，產(chǎn)率為62%. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3, δ): 7.58 (d, J = 48.4 Hz, 2H), 7.46~7.37 (m, 2H), 4.93 (s, 1H), 3.75~3.41 (m, 2H), 2.11 (s, 4H). 13C-NMR (101 MHz, CDCl3, δ): 168.88, 168.32, 136.14, 134.96, 128.83, 128.51, 83.35, 72.44, 70.42, 51.00, 49.37, 47.97, 45.64, 34.12, 32.52, 25.32, 22.72. HRMS, m/z for [M+H]+ (M = C13H12ONCl)，計算值(實驗值)：234.06768(234.06802).

1.2.2 N-對氯苯基-N'-炔丙基脲(III)

在100 mL單口圓底燒瓶中依次加入溶有炔丙胺(0.56 g，10 mmol)、三乙胺(1.1 mL，20 mL)的二氯甲烷溶液，30 ℃攪拌0.5 h. 冰水浴條件下，逐滴加入溶有對氯苯基異氰酸酯(2.5 g，16.3 mmol)的二氯甲烷溶液，升至室溫，攪拌24 h. 反應(yīng)過程中生成白色沉淀，過濾沉淀并用二氯甲烷洗滌沉淀，產(chǎn)物為白色固體，產(chǎn)率71%. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6, δ): 8.73 (s, 1H), 7.49~7.40 (m, 2H), 7.34~7.24 (m, 2H), 6.51 (t, J = 5.7 Hz, 1H), 3.88 (dd, J = 5.7, 2.5 Hz, 2H), 3.11 (s, 1H). 13C-NMR (101 MHz, DMSO-d6, δ): 155.09, 139.68, 129.10, 128.96, 125.26, 119.76, 82.46, 73.30, 29.23. HRMS, Calcd. for [M+H]+, C10H10ON2Cl+，計算值(實驗值)：209.04762 (209.04822).

1.2.3 N-炔丙基氨基甲酸對氯苯酯(IV)

將炔丙胺(1.0 g, 18.2 mmol)和三乙胺(2.8 mL, 20 mmol)溶解在THF(35 mL)中，氮氣氛圍下冷卻至0 ℃. 將對氯苯基氯甲酯(3.5 g, 18.2 mmol)溶解在THF (10 mL)中，滴加到上述制得的溶液中，恢復(fù)至室溫攪拌24 h. 依次使用去離子水及飽和食鹽水洗滌有機(jī)相3次，收集有機(jī)相，用無水硫酸鈉干燥有機(jī)相.過濾除去干燥劑后，向反應(yīng)液中加入柱層析硅膠. 通過減壓蒸餾除去溶劑后，用柱色譜進(jìn)行產(chǎn)物的分離(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯 = 8/1，V/V)，產(chǎn)物為白色固體，產(chǎn)率70%. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3, δ): 7.37~7.29 (m, 2H), 7.13~7.04 (m, 2H), 5.23 (s, 1H), 4.08 (dd, J = 5.6, 2.6 Hz, 2H), 2.31 (t, J = 2.5 Hz, 1H). 13C-NMR (101 MHz, CDCl3, δ): 153.75, 149.33, 130.87, 129.37, 122.89, 79.00, 72.21, 31.08. HRMS, Calcd. for [M+H]+, C10H9O2NCl+，計算值(實驗值)：210.03163 (210.03101).

1.2.4 N-對氯苯基氨基甲酸炔丙酯(V)

將對氯苯基異氰酸酯(6.0 g, 39 mmol)和三乙胺(1.5 mL, 11 mmol)溶于7 mL超干四氯化碳中，放置冰水浴中冷卻，用恒壓滴液漏斗將其滴加到含炔丙醇(1.77 mL，13 mmol)的26 mL超干四氯化碳中，放置冰水浴中攪拌10 min，升至室溫攪拌24 h. 反應(yīng)過程中生成白色沉淀，減壓過濾沉淀并用四氯化碳洗滌沉淀. 產(chǎn)物為淡黃色固體，產(chǎn)率20%. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6, δ): 10.01 (s, 1H), 7.49~7.46 (m, 2H), 7.37~7.33 (m, 2H), 4.76 (d, J = 2.4 Hz, 2H), 3.58 (t, J = 2.4 Hz, 1H). 13C-NMR (101 MHz, DMSO-d6, δ): 153.01, 139.04, 138.27, 129.20, 129.10, 126.80, 125.94, 120.29, 120.21, 79.28, 78.19, 52.58. HRMS, Calcd. for [M+H]+, C10H9O2NCl+，計算值(實驗值)：210.03163 (210.03101).

1.3 聚合物的合成

均聚物和共聚物的合成步驟類似，現(xiàn)以I50-ran-II50的合成說明如下：在100 mL的Schlenk管中，依次加入單體I與II (1.0 g，5 mmol，摩爾比為1:1)與15 mL無水THF，常溫攪拌至形成透明溶液，液氮凍抽3次. 隨后在N2氛圍下，加入Rh(nbd)BPh4 (25.7 mg，0.05 mmol)的THF溶液. 在30 ℃下攪拌反應(yīng)24 h后，加入10 mL THF稀釋反應(yīng)液. 隨后，將上述溶液逐滴滴加至400 mL甲醇中，攪拌0.5 h，減壓過濾，并用甲醇洗滌沉淀物. 將沉淀置于35 ℃下真空干燥24 h，得到淡黃色目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為90%.

1.4 手性固定相的制備與HPLC測試

將200 mg共聚物溶解在5 mL的THF中，每次用微量注射器取50 μL樣品液均勻滴加到800 mg氨基化硅膠中，拍打硅膠5 min直至混合均勻，隨后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑，重復(fù)上述操作，直至聚合物完全涂敷在硅膠上. TGA分析(見電子支持信息圖S22)表明I50-ran-II50、I80-ran-II20、I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5的涂敷率分別為17.3%，17.7%，17.3%，22.9%和17.1%. 采用濕法裝柱，將填料與20 mL正己烷/異丙醇(9/1，V/V)和1 mL液體石蠟混合均勻，在40 MPa壓力下用正己烷/異丙醇(9/1，V/V)為頂替液，制備手性色譜柱[39].

以正己烷/異丙醇(9/1，V/V)為流動相(流速：0.1 mL/min)，用苯測試5種聚合物所制得的色譜柱理論塔板數(shù)在1600~2700之間.以1,3,5-三叔丁基苯的保留時間作為死時間(t0)，一對對映體的保留時間分別記為t1和t2，保留因子定義為k1 = (t1 - t0)/t0，分離因子定義為α = (t2 - t0)/(t1 - t0).

2 結(jié)果與討論

2.1 合成與結(jié)構(gòu)表征

以前的研究表明，PI具有較好的手性識別和分離能力[35]. 在該工作中，我們設(shè)計、合成了4種新的單體II-V (見電子支持信息圖S1~S6). 手性單體II的結(jié)構(gòu)與I相似，不同的僅是對氯苯基與吡咯烷的連接基團(tuán). 前者是酰胺鍵，后者是脲鍵. 其與I共聚有助于了解聚合物與待拆底物的相互作用對CSPs性能的影響. 非手性單體III的炔丙基與對氯苯基通過脲鍵相連，而非手性單體IV和V的炔丙基與對氯苯基都通過胺基甲酰氧鍵相連，只是方向相反. (S)-N-叔丁氧羰基脯氨醛與Bestmann-Ohira試劑在堿性條件下反應(yīng)生成MBoc[34]，脫去叔丁氧羰基保護(hù)基后，與對氯苯基酰氯反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物II. 炔丙胺分別與對氯苯基異氰酸酯和對氯苯基氯甲酸酯反應(yīng)得到由脲鍵連接的非手性單體Ⅲ和氨基甲酸酯鍵連接的Ⅳ. 非手性單體Ⅴ通過炔丙醇與對氯苯基異氰酸酯的縮合反應(yīng)制得. 通過核磁共振波譜(電子支持信息圖S7~S14)與高分辨質(zhì)譜(電子支持信息圖S15~S18)表征目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，所有數(shù)據(jù)與預(yù)期結(jié)構(gòu)符合.

共聚物的合成如圖1所示，單體Ⅰ與單體Ⅱ在Rh(nbd)BPh4催化下共聚合得到2種組成不同的共聚物——I50-ran-II50和I80-ran-II20 (下標(biāo)為相應(yīng)單體的投料摩爾百分?jǐn)?shù)). 在類似的條件下，手性單體I分別與非手性單體III、IV和V共聚，獲得共聚物I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5. 考慮到非手性單體的引入會顯著降低共聚物的光學(xué)活性，因而選擇較少非手性單體參與共聚合. 聚合結(jié)果列于表1中. 5種共聚物均具有較好熱穩(wěn)定性，在氮氣氣氛下失重5 wt%的溫度(Td)高于235 ℃ (電子支持信息圖S24). 在低于Td溫度，共聚物的DSC曲線上沒有明顯的相變峰(電子支持信息圖S25)，表明其具有較高的鏈剛性.

Fig. 1  Synthetic route of copolymers.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

Table 1  Polymerization results and properties of polymers a.

Polymer Yied(%) Mn b(kDa) ? b Cis c(%) Td d(℃)

PI 92 147 1.54 97 245

PII 90 ? e ? e ? e 326

PIII 91 141 1.25 ? 241

PIV 87 13.5 1.35 ? 211

PV 80 5.55 1.27 ? 189

I50-ran-II50 90 54.4 1.19 93 257

I80-ran-II20 91 142 1.29 98 258

I95-ran-III5 89 53.3 1.70 94 244

I95-ran-IV5 90 56.8 1.93 94 235

I95-ran-V5 85 22.3 1.78 96 244

下載: 導(dǎo)出CSV

a Carried out at 30 ℃ in THF under nitrogen atmosphere for 24 h. b Estimated by GPC in THF on the basis of a polystyrene calibration. c Determined by 1H-NMR analysis. d 5% weight loss temperature under nitrogen atmosphere at a heating rate of 20 oC/min. e Insoluble in THF.

5種共聚物的Raman光譜相似(圖2)，1626、1296和916 cm-1處出現(xiàn)的3個特征振動峰分別屬于主鏈順式(cis) C＝C雙鍵、反式(trans) C－C鍵單鍵以及順式C－H單鍵的振動吸收[40]，1593 cm-1處肩峰為苯環(huán)C＝C的特征吸收峰，表明5種聚合物均采取cis-transoid構(gòu)象.

Fig. 2  Raman spectra of different copolymers.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

圖3是均聚物PⅠ、PⅣ和其共聚物Ⅰ95-ran-Ⅳ5的1H-NMR譜圖. 單體Ⅳ在δ=2.31處歸屬于乙炔基氫信號消失，隨之出現(xiàn)歸屬于PⅣ共軛主鏈的乙烯基氫(a)信號，表明聚合反應(yīng)成功進(jìn)行；PⅠ與PⅣ核磁共振氫譜變化相似，主鏈中乙烯基cis-H(a)的出現(xiàn)，表明聚合順利進(jìn)行且共軛主鏈為順式構(gòu)型[34]. 據(jù)Percec等[41]提出的計算方法，對比cis-H與苯環(huán)峰(i和j)面積，計算出聚合物的cis結(jié)構(gòu)含量均在90%以上，表明Rh(nbd)BPh4催化劑對聚合物的立體結(jié)構(gòu)有很好的控制作用. 共聚物的核磁共振氫譜中，δ=5.98處信號表明共軛主鏈的形成；同時存在吡咯烷中次甲基氫(e)與側(cè)基中亞基氫(h)表明兩單體實現(xiàn)共聚合. 通過計算芳香氫與δ=8.27歸屬于脲基氫(f)的積分面積比可得知聚合物實際共聚比與投料比一致. 其他共聚物的1H-NMR譜圖參見電子支持信息圖S19~S21.

Fig. 3  1H-NMR spectra of SP-Cl, PcarCl and I95-ran-IV5 in DMSO-d6.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

采用UV-Vis吸收和CD光譜分析了5種共聚物的旋光活性. 2種手性單體I和II的THF溶液在300 nm以上無明顯的UV-Vis吸收及CD信號，230~250 nm間的吸收峰分別歸屬于芳香脲基和芳香酰胺基. 共聚物I50-ran-II50和I80-ran-II20在340 nm處表現(xiàn)出明顯的正科頓效應(yīng)(圖4)，說明聚合物形成某一旋向占優(yōu)的螺旋主鏈. 兩共聚物在340 nm的摩爾橢圓率相近(gabs分別為2.6×10-3和3.1×10-3)，表明主鏈構(gòu)象受五元環(huán)吡咯結(jié)構(gòu)影響較大，結(jié)構(gòu)相似的手性單體共聚合可保持聚合物螺旋結(jié)構(gòu)的光學(xué)活性，兩共聚物具有相似的手性二級結(jié)構(gòu). 此外，230~270 nm處CD表現(xiàn)出較明顯的激子耦合效應(yīng)，表明主鏈附近芳香側(cè)基的規(guī)整排列. 隨著I共聚含量下降，激子耦合信號也明顯減弱，說明缺少脲基中氫鍵相互作用的維系，側(cè)基間排列規(guī)整性下降.

Fig. 4  UV-Vis absorption and CD spectra of Ⅰ, Ⅱ, PI, I50-ran-II50 and I80-ran-II20 in THF at room temperature with a polymer concentration of 1.0×10-5 mol/L.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

與I50-ran-II50和I80-ran-II20相比，引入非手性單體所制得的I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5主鏈科頓效應(yīng)均有所降低，說明聚合物主鏈規(guī)整性下降(圖5). 隨著氫鍵供體脲基或氨基甲酸酯基的引入，分子內(nèi)氫鍵相互作用更強(qiáng)，共聚物的螺旋結(jié)構(gòu)以更為緊縮的形式存在，其共軛主鏈吸收峰藍(lán)移至332 nm處. 3種共聚物歸屬于主鏈與芳香側(cè)基的CD信號相似，表明其螺旋構(gòu)象的相似性.

Fig. 5  UV?Vis absorption and CD spectra of PI, I95-ran-III5, I95-ran-IV5 and I95-ran-V5 in THF at room temperature with a polymer concentration of 1.0×10-5 mol/L.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

2.2 對映選擇性分離

將5種螺旋聚乙炔衍生物制備成涂敷型手性固定相，采用HPLC評價了其對9種代表性手性化合物(圖6)的對映選擇性分離性能，結(jié)果列于表2中.

Fig. 6  Chemical structures of racemates 1?9.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

Table 2  Resolution of racemates 1?9 on different CSPs a.

Racemate I50-ran-II50 I80-ran-II20 I95-ran-III5 I95-ran-IV5 I95-ran-V5 OD-H b AD-H c

k1 α k1 α k1 α k1 α k1 α k1 α k1 α

1 1.31(+) 1.21 1.04(+) 1.40 2.09(+) 1.27 1.77(+) 1.28 0.75(+) 1.32 4.16 1.58 8.06 1.38

2 4.60(+) 1.10 1.77(+) 1.08 2.75 1.00 2.63 1.00 2.09 1.00 4.40 3.52 4.17 1.40

3 0.36 1.00 0.21 1.00 0.22 1.00 0.22 1.00 0.29 1.00 1.54 1.77 2.16 1.00

4 18.69(-) 1.07 9.30(-) 1.08 20.3 1.00 11.45 ~1 7.70 1.00 3.82 1.13 9.58 1.06

5 2.77(+) 1.77 2.18(+) 1.88 4.56(+) 1.37 4.37(+) 1.58 4.05(+) 1.20 ? d ? ? ?

6 0.39 1.00 0.38 1.00 0.41 1.00 0.34 1.00 0.88 1.00 2.09 1.24 1.53 2.03

7 0.41 1.00 0.49 1.00 0.42 1.00 0.38 1.00 0.11 1.00 ? ? ? ?

8 0.89 1.00 0.68 1.00 1.40 1.00 1.39 1.00 1.03 1.00 ? ? ? ?

9 0.80 1.00 0.82 1.00 0.99 1.00 1.08 1.00 0.45 1.00 ? ? ? ?

下載: 導(dǎo)出CSV

a Column: 25 cm × 0.21 cm (i.d.), flow rate: 0.1 mL/min; the signs in parentheses represent the circular dichroism detection at 254 nm of the first?eluted enantiomer; eluent: hexane/2-propanol (90/10, V/V). b Flow rate: 0.5 mL/min. c Data taken from Ref.[39]. d Could not be obtained.

組成不同的I50-ran-II50和I80-ran-II20拆分范圍相同，均可拆分1，2，4和5，但拆分效果略有差異(圖7). 聯(lián)萘酚(4)在2種固定相上可實現(xiàn)接近商用柱的分離效果，但兩者保留因子不同，I50-ran-II50具有更大的保留因子，說明CSPs與底物間的相互作用更強(qiáng)；當(dāng)拆分底物變?yōu)橐阴１?5)時，2種CSPs對其可實現(xiàn)較好的基線分離，I80-ran-II20-CSP的拆分因子(α=1.88)高于I50-ran-II50-CSP的拆分因子(α=1.77)，這可能由于含更多仲胺基的I80-ran-II20，更有利通過氫鍵相互作用于底物進(jìn)行手性識別. 2種CSPs對2與4底物分離因子相近，但保留因子差別較大，說明仲胺基影響CSPs與底物手性識別中相互作用強(qiáng)度，但不影響拆分范圍.

Fig. 7  Chromatogram for resolution of 1, 2, 4 and 5 on I50-ran-II50 and I80-ran-II20CSPs.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

對比螺旋結(jié)構(gòu)相似，連接基分別為脲基的I95-ran-III5、不同方向氨基甲酸酯基的I95-ran-IV5 (定義方向由主鏈到側(cè)基為：－NHCOO－)和I95-ran-V5 (方向為-COONH-)僅對氫鍵給受體分子1與金屬配合物5均具有較好的識別能力(圖8). 靠近主鏈為氨基連接基的I95-ran-III5和I95-ran-IV5表現(xiàn)出相似的拆分性質(zhì)，兩者CSPs拆分范圍相同，k1相近，說明靠近主鏈的胺基對手性識別結(jié)果影響較大. 底物進(jìn)入螺旋內(nèi)部與靠近主鏈的氨基通過氫鍵、偶極-偶極相互作用等進(jìn)行手性識別. 當(dāng)靠近主鏈基團(tuán)替換為烷氧基，即連接方向是－COONH－的I95-ran-V5時，其手性識別能力稍差. 缺少氫鍵供體的CSPs與消旋底物的氫鍵相互作用減弱，反映在k1均低于前兩者CSPs，結(jié)果表明氫鍵對CSPs的手性識別能力有一定影響.

Fig. 8  Chromatogram for resolution of 1 and 5 on I95-ran-III5, I95-ran-IV5 and I95-ran-V5 CSPs.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

另一方面，從拆分結(jié)果可以看出2與4可在I50-ran-II50和I80-ran-II20上可以進(jìn)行較好的分離，卻無法實現(xiàn)在光學(xué)活性更低的I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5上分離，這可能由于共聚物中非手性單體的引入破壞了主鏈螺旋規(guī)整性，空間匹配效應(yīng)下降，從而拆分效果降低.此結(jié)果說明螺旋聚合物的光學(xué)活性與CSPs手性拆分效果密切相關(guān).

3 結(jié)論

基于(S)-乙炔基吡咯烷、炔丙胺和炔丙醇合成了5種單取代乙炔基單體，通過Rh(nbd)BPh4催化的配位共聚合反應(yīng)制備出5種光學(xué)活性螺旋共聚物——I50-ran-II50、I80-ran-II20、I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5. 該5種共聚物均形成某一旋向占優(yōu)的螺旋構(gòu)象，手性共聚單體II的引入對其與I共聚物主鏈螺旋手性的影響較小，但會降低側(cè)基圍繞主鏈不對稱排列的有序性. 隨著單體II含量的增加，共聚物側(cè)基吸收處科頓效應(yīng)強(qiáng)度減少. 少量非手性單體的引入不僅顯著降低共聚物側(cè)基的光學(xué)活性，而且明顯降低主鏈光學(xué)活性. I50-ran-II50和I80-ran-II20能立體選擇性地識別和分離外消旋化合物1、2、4和5，單體II的仲酰胺不利于共聚物與氫鍵給體分子的相互作用，含量增加，保留因子和分離因子都降低. I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5僅對外消旋化合物1和5表現(xiàn)出一定的對映分離能力，說明非手性共聚單體的引入對PI的對映分離能力有不利影響. 這一結(jié)果對設(shè)計拆分范圍廣、穩(wěn)定性高的聚乙炔型CSPs有一定的參考價值.