Хиральное распознавание

Интенсивное развитие хроматографических методов разделения оптических изомеров проходило параллельно с развитием самой хроматографии, и большие достижения в этой области являются результатом углубленного изучения процессов хирального распознавания энантиомеров в хроматографических системах, совершенствования хроматографических методов разделения, особенно способов синтеза и структуры применяемых неподвижных фаз. Именно эти вопросы и составляют основу предлагаемой книги. Монография охватывает практически все современные хроматографические методы разделения оптических изомеров, дает их сравнительный анализ и показывает основные области применения. В этом плане предлагаемая книга является первой и пока единственной публикацией подобного рода в отечественной литературе, по- [c.5]

Оптически активные соединения интересуют химиков с того самого момента, как только выяснилось, что природа обладает удивительной способностью создавать подобные объекты. В то же время разделение синтетических рацемических смесей на оптически активные компоненты всегда представляло сложную задачу и часто рассматривалось как своеобразное искусство ввиду трудности осуществления и непредсказуемости успеха при использовании того или иного метода. Даже сегодня мы еще далеки от того, чтобы рассматривать разделение энантиомеров как вполне рутинную задачу. Однако в последние десять лет начали интенсивно развиваться хроматографические методы разделения энантиомеров, позволившие сконцентрировать знания об источниках хирального распознавания, которые лежат в основе разделения оптических изомеров. Цель данной книги — дать читателю по возможности полное представление о хроматографических методах разделения энантиомеров, причем как теоретическое, так и методологическое, включая, например, представление о типах неподвижных фаз и различных областях их приложения. И хотя в последние годы появился ряд обзоров, посвященных этой теме, к моменту написания данной книги ощущалась отчетливая потребность в монографии, которая обобщила бы имеющийся материал. Поскольку никакое достаточно глубокое обсуждение механизма хирального распознавания, лежащего в основе хроматографии энантиомеров, невозможно, если читатель плохо представляет себе основы органической стереохимии, то первые три главы книги мы посвятили именно этой теме. Изложение указанного материала ни в коей мере не является исчерпывающим, и задача состоит лишь в том, чтобы дать читателю необходимый минимум для понимания последующего материала. [c.7]

НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛЕЙ ХИРАЛЬНОГО РАСПОЗНАВАНИЯ И ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ ЭНАНТИОСЕЛЕКТИВНОСТИ [c.73]

Современные исследования ХНФ сконцентрированы прежде всего на хиральных фазах полисилоксанового типа. Поэтому далее мы рассмотрим механизм хирального распознавания двух оптических антиподов, основанный на образовании различных водородных связей именно на этих фазах. [c.92]

Как уже упоминалось в предыдущих главах, концепция трехточечного взаимодействия, хотя и без должного экспериментального обоснования, была широко использована для создания моделей хирального распознавания. Так, энантиоселективность, наблюдаемая у первоначально синтезированных фаз в ГХ, была объяснена в предположении трехточечного взаимодействия между анализируемым веществом и хиральным сорбентом [20]. Эта точка зрения бы- [c.92]

Как и при разделении на ранее описанных полимерных ХНФ, механизм хирального распознавания в данной системе является сложным и до конца не выяснен. Однако основные причины удерживания сорбата были выявлены в ходе систематических исследований влияния его структуры и состава подвижной фазы на коэффициент емкости. Во многих отношениях альбумин-силикагелевый сорбент ведет себя подобно обращенно-фазовым материалам на основе алкилированного силикагеля. Спирты, преимущественно пропанол-1, помогают регулировать время удерживания, поскольку вызывают его быстрое уменьшение вследствие ослабления гидрофобных взаимодействий с сорбентом. Оптимизировать состав подвижной фазы можно, варьируя тремя основными параметрами, а именно pH, ионной силой и органическим растворителем-модификатором [90]. Вероятно, в любой хроматографической системе одновременно наблюдается влияние диполь-ионных и гидрофобных взаимодействий. Кроме того, возможно образование водородных связей и комплексов с переносом заряда. Большое влияние свойств подвижной фазы на значения к разделяемых энантиомеров можно объяснить зависимостью свойств белков от распределения заряда и его конформации. БСА состоит как минимум из 581 остатка аминокислот, связанных в единую цепь (мол. масса 6,6-10 ), и его надмолекулярная структура в значительной мере определяется присутствием в молекуле 17 дисульфидных мостиков. При рН7,0 полный заряд молекулы равен - 18, а изоэлектрическая точка равна 4,7. Как это хорошо известно из химии ферментов, смена растворителя способна вызывать изменения в структуре связывающего центра белка в результате изменения его заряда и конформации. [c.133]

У хроматографических неподвижных фаз этого типа хорошо известна молекулярная структура низкомолекулярного фрагмента, закрепленного на некотором твердом носителе, обычно силикагеле. Эти низкомолекулярные хиральные соединения, называемые в данном тексте селекторами, часто выбираются на вполне рациональной основе, поскольку их энантиоселективные свойства во многих случаях могут быть установлены при изучение ЯМР-спектров их растворов. Это также означает, что порядок элюирования из колонки, заполненной сорбентом с таким селектором, часто можно предсказать, основываясь на механизме хирального распознавания. [c.140]

Механизм хирального распознавания энантиомеров на связанных с матрицей хиральных селекторах, описанных в разд. [c.155]

Область их приложения быстро развивается по мере получения и исследования новых типов хиральных сорбентов. Вследствие сложности явления хирального распознавания универсального сорбента, который позволил бы решить все проблемы разделения оптических изомеров, не существует, каждый сорбент имеет свои преимущества, свою область применения и свои недостатки. [c.173]

Многие хиральные соединения, принадлежащие к этой группе, содержат амидные связи, которые играют важную роль в процессе хирального распознавания на соответствующих неподвижных фазах. Полярность этих соединений делает их малопригодными для разделения методом ГХ. Но в этих целях можно использовать самые различные методы ЖХ. [c.188]

ДОК выхода энантиомеров хорошо согласуется с предложенной моделью их хирального распознавания. Так, на сорбенте с (R)-фенилглицином во всех случаях первым элюировался (-)-энантиомер, тогда как на сорбенте с (8)-лейцином он элюировался последним. Величина а находилась в пределах 1,07—4,33. В целом более высокая селективность разделения была получена на сорбенте с (8)-лейцином. Наиболее существенные результаты этих разделений приведены в табл. 8.4. [c.195]

Впоследствии Крам с сотрудниками продолжил исследования по расщеплению на оптические антиподы первичных аммониевых солей и солей эфиров аминокислот. Для разделения использовались различные асимметрические оптически чистые краун-эфиры. Крам ввел константу распределения энантиомеров (КРЭ), которая выражается согласно уравнению (5.5) и служит количественной мерой хирального распознавания [c.292]

Образование комплексов включения, хиральное распознавание, растворимость гидрофобных компонентов [c.349]

Для метода (б) требуется эффективная система растворенное вещество — растворитель, способная к хиральному распознаванию с помощью ассоциации молекул. Поскольку в методе используются оптические изомеры, соотношение энантиомеров в образце не должно изменяться ни до, ни после разделения в результате химических, физических или аналитических операций. Единственным источником [c.79]

Термодинамическая мера хирального распознавания между рацемическим растворенным веществом и оптически активным растворителем [- д(Дс°)] [c.81]

За счет этого увеличивалось хиральное распознавание. Таким же [c.87]

В этих случаях не получили достаточно общего представления о механизме хирального распознавания, поэтому при разделении использовали эмпирический метод. [c.135]

Для того чтобы хиральное распознавание было возможно, хиральная неподвижная фаза должна иметь не менее трех независимых взаимодействий хотя бы с одним из энантиомеров субстрата, причем хотя бы одно взаимодействие должно зависеть от конфигурации. [c.138]

Для небольшого числа случаев предпочтительную адсорбцию одного из двух энантиомеров на хиральной неподвижной хроматографической фазе можно удовлетворительно объяснить на молекулярном уровне и сформулировать более или менее общий механизм хирального распознавания. Таким образом для серии структурно родственных соединений можно установить корреляции между порядком элюирования энантиомеров и их абсолютной конфигурацией. Если различия в удерживании достаточно заметны, то этот метод может дать вполне надежные результаты при наличии очень небольщого количества вещества. Похожий на корреляционные методы прием, основанный на кинетическом разделении энантиомеров, предложен Хорео [26]. В его основе лежит энергетическое различие диастереомерных состояний, которое достаточно хорошо известно. Можно ожидать, что привлечение молекулярного моделирования и расчетных методик сделает эти методы в будущем более распространенными. [c.44]

Теория хиральной хроматографии (т. е. разделение, в котором хиральная неподвижная фаза селективно удерживает один из энантиомеров более прочно, чем другой) еще находится в начале своего развития. Для объяснения разделения оптических изомеров в ЖХ и ГХ предложен ряд моделей хирального распознавания, которые во многих случаях основаны на модели трехточечного взаимодействия , выдвинутой Далглишем в 1952 г. [1]. Согласно этой теории, для хирального распознавания необходимы три одновременно осуществляющихся контакта между энантиомером и неподвижной фазой. Ситуация, вызывающая появление энантиоселективности, наглядно представлена на рис. 5.1. Совершенно очевидно, что эта модель определяет условия, достаточные для возникновения энантиоселективности. Тем не менее следует задать вопрос, всегда ли необходимы эти условия Как мы увидим в дальнейшем, во многих случаях эти условия не являются необходимыми. [c.72]

Давайте пойдем в выяснении причин хирального распознавания немного дальше и зададим вопрос, возможно ли оно на основе только стерического соответствия Другими словами, могут ли быть созданы хиральные пустоты, допускающие преимущественное вхождение в них только одного из двух энантиомеров И хотя до сих пор еше не было создано никаких хиральных неподвижных фаз (ХНФ), действие которых было бы основано главным образом на эффекте стерического исключения из хиральных пустот (см. разд. 7.1.3), несколько недавно появившихся работ по использованию метода молекулярных отпечатков представляются весьма интересными в этом плане [2]. Идея состоит в том, чтобы создать жесткую хиральную полость в полимерной сетке таким образом, чтобы она была приемлемым окружением только для одного из двух энантиомеров. Другими типами ХНФ, в которых стерическое соответствие имеет первостепенное значение, являются фазы, действие которых основано на эффекте включения к числу таковых относятся, например, циклодекстриновые фазы и фазы, содержащие краун-эфиры. Эти фазы рассматриваются в гл. 7. [c.74]

Результаты этих исследований показали, что микрокристалличность МТАЦ не является абсолютным требованием для эффективного хирального распознавания, что способствовало возрождению интереса к использованию полимеров на основе полисахаридов для разделения оптических изомеров особенно интенсивно этот вопрос начал изучаться в Японии. В настояшее время активно исследуются различные производные целлюлозы и других полисахаридов. [c.117]

Рис. 7.15. Модель хирального распознавания, предложенная Пирклом. Образование комплекса с переносом заряда одновременно вызывает дополнительные взаимодействия, зависящие от конфигурации партнеров.

Поскольку такой хиральный сорбент продемонстрировал прекрасные разделяющие свойства по отнощению к 3,5-динитро-бензоильным производным рацемических соединений, подобных аминокислотам, применение принципа обратимости (означающего, что если оптически активное соединение А разделяет энантиомеры В, то оптически активное соединение В должно разделять энантиомеры А) привело к синтезу (Я)-Ы-(3,5-динитробензоил)фе-нилглицина в качестве хирального селектора тг-кислотного типа. Обычно его удобно использовать в сочетании с 3-амино-пропилсиликагелем, элюентом при этом служит смесь пропанол-2(0—20%)—гексан. Исследование разделения различных замещенных антраниловых спиртов на этих ХНФ в очень большой степени способствовало пониманию механизма хирального распознавания при энантиоселективной адсорбции, что позволило во многих случаях достигнуть высоких значений а [146]. [c.149]

Правило обратимости хирального распознавания было использовано в дальнейшем для создания еще одного ряда ХНФ. Так, после того, как было обнаружено [153], что длинноцепочечный эфир Ы-(2-нафтил)-од-аналина и высшего спирта разделяется на энантиомеры на колонке с (8)-Ы-(3,5-динитробензоил)лейцином с очень высоким значением а (10,5), были синтезированы фазы, представлявшие собой нафтиламинокислоты, связанные с силикагелем через сложноэфирную связь и длинную алкильную цепь [154, 155]. Вероятно, было бы полезно обсудить синтез таких сорбентов, представленный на примере валина [Я-СН(СНз)2] на схеме 7.9. [c.150]

Последующее использование правила обратимости привело к созданию ряда новых хиральных селекторов, связанных с носителем и работающих по принципу тг-доноров, таких, как ХНФ на основе гидантоинов [156], арилалкиламинов [157—162] и фталимидов [163]. В обзоре [164] рассмотрены принципы обратимости и значение конкурентности (в противоположном смысле) в процессах хирального распознавания. [c.153]

ЗОЙ. в этих условиях такие добавки сильно адсорбируются на поверхности силикагеля, который в данном случае можно рассматривать как покрытый ХНФ. В частности, М-ацетил-ь-валин-ш/ еш-бутиламид (15) и (R, Я)-ДИПАВК (16, см. разд. 7.2.4) оказались весьма полезными при разделении различных полярных соединений в описанных условиях [208—211]. В свете современных представлений о хиральном распознавании поведение трео- и эритро-форм сорбата, имеющего 1,2-диольную структуру (представленную соединением (17), вполне обоснованно. В то время как /ирео-соединение (Т) показывает увеличение селективности разделения с увеличением размеров заместителя R, для эритро-формы (Е) наблюдается прямо противоположная картина. Это вполне понятно, если рассмотреть предпочтительную конформацию этих двух форм (схема 7.13), которые становятся тем более значимыми, чем выше стерические требования R. Ведь поскольку между сорбатом и ХНФ образуется двухточечная водородная связь, необходима гош-конформация обеих гидроксильных групп в (17), что хорошо согласуется с экспериментальными данными. [c.161]

В первом случае хиральная хроматография применяется лишь как чувствительный и селективный метод идентификации, во втором случае абсолютная конфигурация соединения устанавливается исключительно на основании механизма стереодифференциации, принимаемого для данной ХНФ. Следовательно, в этой ситуации необходимо детальное понимание взаимодействия сорбат—сорбент. Как было недавно показано [115], наличие различных функциональных групп в молекуле сорбата затрудняет создание единого механизма хирального распознавания. Поэтому в настоящее время определение абсолютной конфигурации более или менее сложных соединений на основании [c.218]

ТОЛЬКО хроматографических данных является не вполне надежным. Требуется подтверждение независимыми методами, например ЯМР (см. гл. 3) [115]. В то же время, как следует из табл. 8.4, для замещенных бензодиазепинонов существует отчетливая корреляция между порядком элюирования и конфигурацией соединения, что предполагает для них общий механизм хирального распознавания. Если селективность разделения энантиомеров достаточно велика, абсолютную конфигурацию членов данной серии можно с уверенностью найти по временам удерживания. Несомненно, что значение этого метода в будущем значительно возрастет. [c.219]

Несомненно, наиболее значительным достижением в изучении макроциклических полиэфирных лигандов явилось получение хи-ральных краун-эфиров, которые обладают большими возможностями в хиральном распознавании по отношению к энантиомер ным молекулам гостей . Крам с сотр. [149] исходили в своем синтезе хиральных хозяев из 2,2 -дигидрйкси-1,Г-бинафтилов, которые в силу ограниченности вращения вокруг связи С-1, С-1 существуют в энантиомерных формах. (—)-(5)-Форма исходного соединения изображена формулой (97). Реакция диола (97) с ди-п-толуолсульфонатом диэтиленгликоля в тетрагидрофуране в присутствии грет-бутилалкоголята калия дает циклические эфиры (98) и (99) с выходами 5 и 31 /о соответственно. Такие молекулы можно классифицировать как конформационно хиральные, поскольку рацемизация осуществляется путем вращения вокруг про стой связи С—С. [c.414]

Два рацемических а-амино-а-фенилэфира также разделяются с использованием этой методики, причем в обоих случаях элюируемый первым комплекс (112), очевидно, обладает меньшей стерической затрудненностью, что следует из модели трехточечного связывания . Однако следует отметить, что в комплексах (5,5)-хозяина (99) с гексафторфосфатамн а-аминоэфиров гости в более благоприятных комплексах не всегда обладают родственными абсолютными конфигурациями. Например, (5,5)-хозяин (99) селективно образует комплекс [177] с солью (5)-метилфенил-глицината (112, Аг = Phf, а в случае соли метилфенилаланината [146] преимущественное образование комплекса (113) проходит с (/ )-энантиомером такое предпочтение может быть объяснено на основании стерических взаимодействий в модели четырехточечного связывания , где дополнительное связывающее взаимодействие имеет место между атомом углерода карбоксильной группы и наиболее близко лежащим к нему эфирным атомом кислорода. Кроме того, введение метильных групп в 3,3 -положения в (99) в некоторых случаях может увеличивать селективность хозяина по отношению к энантиомерам [146], а в других случаях приводить к обращению селективности по отношению к другому энантиомеру вместо первого. При использовании 3,3 -диметилпроизводного энантиомера (99), являющегося (i ,/ )-хозяином, для экстрагирования рацемического перхлората фенилглицина из водного раствора найдено [178], что энантиомерная дифференциация заметно зависит от полярности растворителя, причем можно достичь исключительно высокой степени хирального распознавания, если в качестве органической фазы использовать некоторые смеси трихлорметан-ацетонитрил. [c.422]

В то же время следует указать, что появилось несколько весьма эффективных применений хиральных добавок к подвижной фазе. В настоящее время метод с использованием хиральной неподвижной фазы опережает метод с применением хиральной добавки как в частоте применения, так и в понимании механизмов хирального распознавания при разделении энантиомеров. Такое понимание необходимо, чтобы можно было по результатам хроматографического разделения установить абсолютную конфигурацию. [c.134]

Синтетические хиральные неподвижные фазы делятся на две категории кооперативные и независимые. Под кооперативными подразумевают те хиральные неподвижные фазы, которые используют ансамбль фрагментов, совместно действующих для достижения хирального распознавания. Эти фрагменты могут быть как хиральные, так и нехиральные, однако их ансамбль в целом должен быть хирален. Например, полимер с хиральной боковой цепью относится к кооперативным хиральным неподвижным фазам. Независимая хиральная неподвижная фаза — это фаза, в которой хиральные молекулы (каждая из них способна к хиральному распознаванию) нанесены на некоторую основу и действуют независимо в распознавании энантиомеров, Механизм хирального распознавания для независимых хиральных неподвижных фаз более понятен, а эти процессы можно изучать Б растворе, используя несвязанные молекулы. Например, исследование с помощью ЯМР-спектроскопии диастереомерных сольватов способствовало созданию некоторых новых хиральных неподвижных фаз. [c.135]

Независимые хиральные неподвижные фазы, а) Механизм хирального распознавания на независимых хиральных неподвижных фазах. Способность хиральных неподвижных фаз к удержанию энантиомеров зависит от молекулярных взаимодействий между хиральными неподвижными фазами и энантиомерными субстратами. Степень хирального распожавания, определяемая факторш разделения энантиомерш [c.138]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология