手性药物的常用分离分析技术介绍
时间:2019-03-06
作者:联创生物医药信息部
原创： 淳允 行舟Drug
手性药物(chiral drug)是指分子立体结构和它的镜像彼此不能够重合的一类药物，将互为镜像关系而又不能重合的一对药物结构称为对映体 (enantiomer)。对映体各有不同的旋光方向：左旋、右旋、外消旋，分别用(-)、(+)、(±)符号表示。药物分子的手性标记通常采用 R/S 标记法，对于氨基酸、肽类、糖类、环多元醇及其衍生物的立体命名，也用 D、L 或俗名表示。
随着人们对手性药物认识的不断深入和不对称合成技术、拆分技术的迅猛发展，手性药物的市场逐年扩大，世界医药领域正兴起一股开发手性药物的热潮。各国*和各大医药公司、科研机构纷纷投入巨资，在手性药物制剂、手性原材料和手性中间体等领域进行研究开发，抢占世界手性药物市场，并在抗病毒药物、心血管药物、基因工程药物、抗肿瘤药物等方面的研究取得了丰硕成果。现就手性药物的常用分离分析方法作一简述。
现代分离分析技术在对映体的分离与测定方面显示出巨大的优越性。常用的手性药物测定技术有高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、超临界流体色谱(SFC)、毛细管电泳(CE)等。这些手性色谱技术集分离与测定于一体，可实现对映体的快速定性、定量分析甚至少量制备。
即以现代HPLC技术为基础，引入不对称中心来实现对映体的拆分，分为间接法和直接法。
直接法，即手性流动相添加剂法（CMPA）和手性固定相法(CSP)，前者是将手性选择剂添加到流动相中，利用手性选择剂与药物消旋体中各对映体结合的稳定常数不同，以及药物与结合物在固定相上分配的差异，实现对映体的分离；后者则是由具有光学活性的单体固定在硅胶或其它聚合物上制成的，在拆分中CSP直接与对映体相互作用，而其中一个生成具有不稳定的短暂的对映体复合物，造成在色谱柱内保留时间的不同，从而达到分离的目的。直接法的优点在于：不需对样品进行衍生化，可采用普通的色谱柱，手性添加剂可流出，也可更换，同时添加物的可变范围较宽，使用比较方便。目前常用的手性流动相添加剂有：环糊精(CD)及其衍生物、配位基手性选择剂、手性离子对添加剂、蛋白质、大分子抗生素。CMPA可以拆分多种手性药物如氨基酸及其衍生物类药、巴比妥类药物、受体阻滞药、去甲肾上腺素药等。
例如：CSP法分离盐酸普萘洛尔
propranolol
分离条件：色谱柱：Chiral-AGP（100 mm×4.0 mm）；流动相：0.5%异丙醇的20mM醋酸铵缓冲液（pH 4.1）；流速1.0 mL/min；检测波长：225 nm
间接法，即手性衍生化试剂法(CDR)，是将药物对映体先与高光学纯度衍生化试剂(CDR)反应形成非对映异构体，再进行色谱分离测定。此法主要适用于不宜直接拆分测定的化合物如手性脂肪胺类、醇类等。该法的优点是衍生化后可用通用的非手性柱分离，无需使用价格昂贵的手性柱，而且可选择衍生化试剂引入发色团提高检测灵敏度，分离效果好，分离条件简便。但对手性衍生试剂的要求较高，操作比较麻烦，多在其他方法无法实现时才采用。
气相色谱法是较早用来进行对映体分离的一种分离色谱方法。一般地说，它速度快、简单、灵敏，在分离对映体时，其分离度重复性和精度都很高，对于可挥发的热稳定手性分子，它表现出了明显的优势。
GC手性固定相按照拆分机制可分为三类：第一类是基于氢键作用的手性固定相，主要是氨基酸衍生物固定相，这类手性固定相中含有酰胺基或羧酸酯基，可以与手性药物分子中的活泼基团通过氢键作用缔合，形成非对映异构体缔合物，由于立体因素和氢键作用的不同，所形成的非对映异构体缔合物的稳定性也不同，导致对映体通过色谱柱所需时间不同而将它们分离开。第二类是基于配位作用的手性金属配合物固定相。一般要求被分析物有π电子或孤对电子，分离机制主要基于π键的相互作用，可以用来拆分低沸点手性化合物如烯、醇、醚、酮、酯以及昆虫信息素和香精油等。第三类是基于包含作用的环糊精衍生物固定相，这类固定相在GC手性分离研究中发展最快，其选择性高，应用也广。一般认为环糊精固定相的拆分机制是由于环糊精特殊的笼状结构，可与对映体形成非对映的包含物而达到拆分的目的。尽管气相色谱是开发得较早的一种分离对映体的色谱手段，但它存在着一些固有的局限性，如要求分析样品具有一定的挥发性和热稳定性。另外，气相色谱要实现制备比较困难。
以GC法分离麝香酮为例[3]，见下图：
色谱柱：Agilent CYCLODEX-B手性气相毛细管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）；载气：H2（99.999％）；柱流量：0.3 mL·min-1；进样口温度：200 ℃；检测器：FID；检测器温度：230 ℃；分流比：25∶1；进样量：0.2 μL。
采用CO2等超临界流体为流动相的超临界或次临界流体色谱兼备HPLC和GC的优点，可以使用HPLC和GC的各种检测器进行分析和测定。在手性分离甚至制备方面有其独特的应用。
SFC在手性药物拆分中的优越性主要是由于超临界流体的低黏度性质，与HPLC和GC相比，在相同的保留时间内，SFC的分离度更大、理论塔板数更高；在相同的分离度下，SFC的分离时间更短（见下图）；有机溶剂的消耗量降低。
其中，SFC技术中所涉及的色谱柱类型与GC类似，毛细管柱的规格一般为内径50 ~ 100 μm，柱长2.5 ~ 20 m，膜厚度在0.15 ~ 1.0 μm范围。填充柱：一般则直接使用商品手性液相色谱柱，内径为4.6 mm，柱长为150 ~ 250 mm。
SFC的手性固定相类型
常用的手性固定相有环糊精聚硅氧烷键合相、金属配合物固定相、酰胺和氨基酸固定相、多糖类固定相等。
毛细管电泳手性分离是20世纪80年代以来新兴的一种分离技术，这项技术为极性大、热稳定性差和挥发性手性药物的拆分提供了经济有效的手段，因它操作简单、运行成本低、分离效率高而被广泛应用于药物、生物、大分子、临床医学等领域。常用的手性选择剂有环糊精、冠醚、手性混合胶束、手性纤维素、蛋白质、糖类、大环抗生素等。其中β-CD以其分子大小适中、价格便宜被广泛应用，尤以衍生化的β-CD为最。目前，毛细管电泳分离方法的讨论主要集中在各种手性添加剂与对映体药物的匹配以及具体实验中条件最优化选择上。随着各种具体方法的成熟，CE在现实中的应用也会更广泛。
以CE同时分离2对三唑类药物为例，分离度可以达到10以上，柱效高达70万理论塔板数/米，见下图：
分离条件：毛细管柱：未涂层石英毛细管(50 cm × 50 μm i.d.)；背景电解质：20 mM硼砂+ 40 mMCM-γ-CD+20 mM SDS，pH 9.0；进样方式：重力进样5s；分离电压：20 kV；温度：室温；检测波长：254 nm。
参考文献
[1] 罗维早, 李章万, 张志荣, 手性药物的色谱分离进展, 华西药学杂志, 15 (2000) 295-298.
[2] 陆亚男, 刘大有, 孙永旭, 刘淑华, 手性药物的高效液相色谱拆分方法, 长春中医药大学学报, 20(2004) 34-35.
[3] 张芳, 张霞, 刘春美, 吴薛明, 手性GC法测定麝香中麝香酮的含量, 中国药房, (2011) 4089-4091.
[4] 任其龙, 苏宝根, 黄梅, 吴平东, 超临界流体色谱法分离手性化合物的进展, 分析化学, 28(2000) 772-776.
[5] 李伟东, 蔡宝昌, 毛细管电泳法在手性药物分离中的应用, 世界科学技术:中医药现代化, 7 (2005) 47-51.
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