乳酸烷基酯在接枝聚硅氧烷β－环糊精

摘　要：采用新合成的手性接枝聚硅氧烷β－环糊精(二环[2,6－二－O－戊基－3－O－已烯基(－5)]五环[2,6－二－O－戊基－3－O－甲基]－β－CD－聚硅氧烷)固定相制备了毛细管气相色谱柱，对合成的不对称化合物乳酸烷基酯进行了有效的手性拆分，结果表明该固定相具有良好的手性分离能力。

　　不对称合成及不对称合成产物的手性分离分别是有机化学和分析化学的热点，1966年Gil－Av等首次用手性固定相在毛细管柱上分离了氨基酸对映体，至今这种方法已发展为研究和分离对映体的一种重要技术，可以用于天然产物绝对构象、不对称选择合成中对映体纯度及过量测定和手性化合物在化学转移机理等方面的研究。自1988年Konig等[1]成功地将改性环糊精用于毛细管气相色谱固定相拆分对映体以来，环糊精衍生物以其高选择性、适用范围广而引起人们的极大兴趣，许多改性环糊精相继被合成出来，大多数具有手性拆分能力。本文采用本实验室新合成的接枝聚硅氧烷β－环糊精(CD)成功地分离了由中科院高分子实验室合成的乳酸烷基酯，其中乳酸丙酯、乳酸异丙酯、乳酸丁酯、乳酸异丁酯是首次被合成出来的新型化合物，对这些化合物进行手性拆分是一项有意义的工作。

1材料和方法

1.1接枝聚硅氧烷β－环糊精的合成
　　二环[2,6－二－O－戊基－3－O－己烯基(－5)]五环[2,6－二－O－戊基－3－O－甲基]－β－CD－聚硅氧烷固定相由北京理工大学化工与材料学院合成，其合成路线如下:

1.2乳酸烷基酯的合成
　　乳酸烷基酯是由中国科学院化学所高分子实验室合成，以聚乙烯基吡咯烷酮稳定的纳米铂金属簇（PVP－Pt）(cinchonidine为修饰剂)催化氢化丙酮酸酯可以得到一系列乳酸烷基酯，反应如下：

1.3色谱柱的制备
　　采用河北永年光导纤维厂生产的250μm的毛细管石英柱经加热预处理并经氯化钠沉积后，用静态法涂渍质量浓度为5g/L的固定相，抽真空并从40℃开始升温至220℃老化，40℃→80℃→120℃→160℃→220℃，每阶段保持30min，在220℃下保持7h。

2结果与讨论

2.1色谱柱性能
　　我们采用本教研室合成的固定相:二环[2,6－二－O－戊基－3－O－己烯基(－5)]五环[2,6－二－O－戊基－3－O－甲基]－β－CD－聚硅氧烷分别涂渍了3根毛细管柱,测试了它们的柱性能并考察了该固定相的极性，用正十二烷考察了柱效，从表1可以看出该固定相的涂渍性能很好，柱效均在有效塔板数4000/m以上。

表1 色谱柱的性能
Table 1 Chromatographic properties of capillary column
 
Column
No Dimension Coating thickness
δ／μm Carier  gas velocity
v／(cm.s-1) Column temp.
t／℃ Capacity factor
k′ Column efficiency
n／m-1 
1 10m×0.25mm 0.31 15.9 120 3.19 4120 
2 20m×0.25mm 0.31 16.7 120 3.29 4600 
3 30m×0.25mm 0.25 14.9 120 2.39 4230 

　　用麦氏常数评价了该固定相的极性(柱温120℃)，平均极性为141，该固定相属于弱极性固定相。
2.2乳酸烷基酯的手性拆分
　　在现代有机合成化学领域，合成和制备单一手性结构的化合物是研究的热点。α－酮酯的不对称加氢反应[2]是目前所发现的两个具有较高手性转化率的反应之一。利用毛细管气相色谱对该反应产物进行对映体过量（ee）值的测定是确定R、S比例的最有效和直接的方法。本文对光活性乳酸烷基酯进行了有效的拆分，其中乳酸丙酯、乳酸异丙酯、乳酸丁酯、乳酸异丁酯是首次被合成出的化合物，因此它们的手性分离具有一定的难度。本文采用环糊精接枝聚硅氧烷固定相手性柱（色谱柱2），对6种乳酸烷基酯的外消旋标样进行拆分，结果见图1和2，在相同柱温(70℃)条件下，乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸异丙酯对映体能够很好拆分，乳酸丙酯、乳酸丁酯对映体只能部分拆分，而乳酸异丁酯对映体无法拆分。



图1 乳酸乙酯的手性拆分图
Fig.1 Chromatograms of ethyl lactate enantiomers 
A . 外消旋标样(racemic sample), 峰号(peak): 
1. 乳酸乙酯对映体(enantiomers of ethyl lactate)
B. 实际光活性样品(active sample), 峰号(peak): 1. 乙醇(ethyl alcohol)
2. 丁醇(butanol) 3. 丙酮酸乙酯(pyruvate ethyl ester)
4. 左旋,右旋乳酸乙酯混合物(active ethyl lactate mixture)



图2 乳酸异丙酯的手性拆分图
Fig.2 Chromatograms of isopropyl lactate enantiomers 
A. racemic sample, peak: 1. 异丙醇(isopropyl alcohol) 2. 丙酮酸异丙酯(isopropyl pyruvate) 3. 乳酸异丙酯对映体(isopropyl lactate antipode)B.active sample, peak: 1.乙酸乙酯(ethyl acetate) 2.丁醇(butanol) 3. 丙酮酸异丙酯(isopropyl pyruvate ) 4. 乙酸(acetic acid) 5. 左旋、右旋乳酸异丙酯混合物（levo - ,right - hand, isopropyl lactate mixture ）

　　表2列出了6种乳酸烷基酯在不同柱温条件下的保留因子和分离因子。从表2中可以看出：对于乳酸甲酯、乙酯、丙酯、丁酯，在相同分离条件下，对映体的分离因子随着烷基链的增长而减小。其原因可能是较长的烷基链不利于客体分子进入环糊精空腔，减弱了主客体分子间的相互作用。对于含有支链的乳酸烷基酯，则有两种情况：一种情况是较大的烷基链使客体分子无法进入环糊精空腔，从而无法拆分对映体(例如，乳酸异丁酯)另一种情况是手性作用的模式发生逆转，表现为R、S的出峰顺序发生倒转(乳酸异丙酯的出峰顺序和其它5种乳酸烷基酯不同)。可见客体分子的结构和形状对手性分离具有明显的影响作用。另外，降低柱温有利于手性拆分。柱温从70℃到50℃，乳酸丙酯、乳酸丁酯对映体的分离因子明显增大。

表2 6种乳酸烷基酯的保留指数（I）和分离因子（α)
Table 2 Retention index(I) and separation factor(α) for 6 kinds of alkyl lactates
 
Compound t／℃ I1 I2 α Elution
order 
Methyl lactate
(乳酸甲酯) 70 2.33 2.53 1.083 R→S 
Ethyllactate
(乳酸乙酯) 70 3.46 3.68 1.064 R→S 
Isopropyllactate
(乳酸异丙酯) 70 3.89 4.14 1.064 S→R 
n-Propyllactate
(乳酸丙酯) 70
60
50 7.33
12.98
22.28 7.47
13.39
23.44 1.018
1.032
1.052 R→S 
Isobutyllactate
(乳酸异丁酯) 70 11.09 11.09 1.000 R→S 
n-Butyllactate
(乳酸丁酯) 70 15.94 16.22 1.017 R→S 

　　通过对一系列乳酸烷基酯及十余个乳酸乙酯的手性拆分可以看出本固定相具有良好的手性分离能力，可以有效地拆分乳酸烷基酯，对不对称合成工作能起到一定的监测、指导作用。

作者简介：张健(1962－), 女, 河南长葛人, 副教授, 现在中国人民武装警察部队学院化学教研室工作.
作者单位：张健（北京理工大学化工与材料学院,北京100081）
　　　　　张汉邦（北京理工大学化工与材料学院,北京100081）
　　　　　傅若农（北京理工大学化工与材料学院,北京100081）
　　　　　赵郑通（北京理工大学化工与材料学院,北京100081）
　　　　　凌云（北京理工大学化工与材料学院,北京100081）
　　　　　左晓斌（中国科学院化学所高分子化学实验室,北京100080）
　　　　　刘汉范（中国科学院化学所高分子化学实验室,北京100080）