开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
如果某物体与其镜像不同,且镜像是不能与原物体重合的,就像左手和右手互为镜像而无法重叠,则其被称为手性的。手性广泛存在于自然界中,在多种学科中表示一种重要的对称特点。手性是自然界的本质属性之一。作为生命活动中重要的生物大分子,如蛋白质、多糖、核酸和酶等,几乎全为手性的,这些小分子在体内往往具有重要生理功能。目前所用的药物多为低于50个原子组成的有机小分子,很大一部分也具有手性,他们的药理作用是通过与体内大分子之间严格手性匹配与分子识别实现的。含手性因素的化学物质的对映体在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在显著差异。最为大家熟知的一个案例就是 R-反应停(thalidomide)镇静剂 ,其中S-异构体的存在会导致畸形。1992年6月,美国FDA正式公布了关于手性药物研究开发市场销售的准则性文件,这是制药工业盼望已久的,也将进一步激励手性药物的开发。
手性中间体及分离技术是许多制药及化学公司正在研究发展的重点。这就需要一种快速有效简便的分析技术。常用的手性药物测定技术是高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳、超临界流体色谱等。GC分析要求样品具有一定的挥发性和热稳定性,使其应用受到了限制。毛细管电泳是80年代以来新兴的一种分离分析技术。CE不仅可以分离有机和无机阴阳离子、手性分子、中性分子及大分子,而且具有柱效高、分析速度快、样品用量少、分析成本低、适用于脏样品分析等特点。由此CE用于手性拆分的优点可以简单地总结为以下几点:①手性选择剂主要直接加入,操作简单;②手性选择剂消耗少,运用成本低;③分离效率高;④分离模式多样。正是这些优点,使得毛细管电泳在手性拆分中的贡献极大。毛细管电泳手性分离技术的发展为极性大、热稳定性差和非挥发性手性药物的拆分提供了经济有效的手段,受到普遍重视,并得到了快速发展。它可以使用不同手性拆分剂分离同一种手性化合物,还可以针对一个给定的手性拆分剂,应用于不同的分离体系进行拆分。由于很多手性拆分剂都适用于 CE ,使得 CE 手性拆分的范围很广。下面对毛细管电泳分离手性化合物的手性拆分剂和拆分模式的研究作一评述。
1 手性拆分剂
理想的手性拆分剂应该具备以下特点:与一对手性对映体具有显著差异的选择性;在分离过程中保证良好的分离效果和分离速率;手性拆分剂必须是稳定的;能与手性物质自由地相互作用;不能干扰手性对映体的检测结果和不影响非手性成分的迁移;最后手性拆分剂还应该满足价格便宜和环境友好的要求。①环糊精(CD):环糊精是一种环状的寡聚糖 ,由 D-吡喃型葡萄糖基通过a-糖苷键形成。环糊精类物质络合能力很强 ,而且价廉易得 ,因而是 CE手性分离中应用最多的一类拆分剂。CD 的优点在于它可以提供良好的分离效率和合理的选择性 ,而且 CD 不会干扰紫外分光光度计的检测。②冠醚:冠醚是一种人工合成的大环聚醚。它们的环状结构主要是由乙烯基通过醚桥结合构成的 ,主要分离机制是冠醚上的氧原子与胺上的氢原子之间形成氢键 ,冠醚四个手性碳上的羟基向两侧交叉对映 ,形成一个手性位阻 ,使两对映体和冠醚形成不同稳定性的配合物。冠醚主要可以拆分碱金属、 碱土金属、 铵根离子和由胺衍生出的有机阳离子。③多糖:这一类分子拆分剂大部分来自天然植物 ,是一种由己糖之间相互结合而成的具有旋转构造的长链聚合体 ,这种旋转构造使得它对手性异构体具有一定的选择性。但是其中只有水溶性的才可以作为手性拆分剂。这类手性拆分剂具有很高的分离效率 ,可以拆分有空间结构差异的物质 ,并且拆分能力随着链上己糖数量的增加而增加。麦芽糖糊精作为对映体拆分剂使用率最高。除麦芽糖糊精外 ,还有一些肝素( heparin)、氨基半乳糖等在水溶液中可离子化的多糖衍生物也可有效分离 ,使得CZE同时分离离子性和非离子性手性化合物成为可能。目前使用多糖作为手性拆分剂成为新的热点。④大环抗生素:没有任何一种手性拆分剂可以同时具备以下两种对手性拆分剂的基本要求:在大量的混合物中具有很高的选择性以及在分离体系中具有很高的分离效率。在CE中 ,考虑到尽量兼顾上述两种因素 ,经常使用大环抗生素作为手性分离选择剂。大环抗生素具有手性大环状结构 ,与对映体可产生氢键、静电、疏水包合等作用从而实现手性分离。用于 CE中的大环抗生素有两种基本类型:其一由安沙霉素组成 ,包括利福霉素B 和 SV 两类 ,特别适合于阳离子外消旋化合物分离。另一种由糖肽组成 ,对阴离子外消旋化合物有高度的立体选择性。⑤其它手性拆分剂:此外 ,还有其它一些化合物用来作为手性拆分剂。蛋白质已成功用于 CE手性分离 ,还有金属离子作配体的交换选择剂 ,如 Cu(Ⅱ) ,Zn(Ⅱ) , Ni(Ⅱ)和 Co(Ⅱ)与氨基酸配位 ,可以有效地分离氨基酸、二肽及其衍生物。
2 毛细管电泳的分离模式
毛细管电泳共有6种分离模式。①毛细管区带电泳(CZE):又称毛细管自由电泳,是CE中最基本的一种模式。CZE是根据电场E中有不同的迁移速率来分离。②胶束电动毛细管色谱(MECC):在此分离系统中,存在着以胶束形式存在的准固定相和作为载体的液体流动相,溶质在两相间分配,并且由于其在准固定相和流动相之间的分配系数不同而在不同的时间流出,从而使得不同性质的溶质产生分离。③毛细管凝胶电泳(CGE):CGE综合了CE和平板凝胶电泳的优点,是分离度极高的一种电泳分离技术。CGE是在毛细管中装入凝胶作为支持物进行电泳,应用最多的介质的交联和非交联的聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶、葡聚糖、聚乙烯二醇等。④毛细管等电聚焦电泳(CIEF):其基本原理是两性电解质溶液迁移使阴极端的pH升高,阳性端的pH降低,从而造成了pH值得梯度,使得蛋白质多肽根据自己等电点的差异而在梯度上与等电点相应的pH处停下来,产生聚焦带。⑤非水毛细管电泳(NACE):主要是使用非水溶剂作为电泳介质完全替代水作电解质的溶剂。⑥毛细管电色谱(CEC):将HPLC的填充颗粒填入毛细管,以样品和固定相之间的相互作用为分离机制,以电渗流或电渗流结合压力为流动相驱动力完成分离过程。
综上分析,手性药物对映体分离分析技术的有效性、丰富多样性及其不断发展,为手性药物的生理、药理和临床应用研究奠定了基础。而毛细管电泳用于分离手性化合物有其优点,效果也十分明显,随着越来越多的投入与研究,毛细管电泳用于手性拆分将会越来越完善。同样由于手性拆分剂应用中的局限性,不同分离模式应用的影响因素较多等问题,需要对毛细管电泳各方面进行优化。本课题基于对毛细管电泳手性分离机理和方法的认识学习,选择适宜的手性拆分剂及分离方式,建立合适的体系,优化实验条件,希望改善典型物质的分离效率,进一步完善CE分离体系。
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