取代基结构对螺旋聚乙炔高效液相色谱手性固定相对映选择性分离性能的影响

手性物质广泛存在于自然界中，与生命现象息息相关. 生命系统往往会对一对对映体产生迥乎不同的生理反应[1]. 建立有效的对映体分离分析方法对研究不同对映体的生理活性和毒理药性、检测手性化合物的光学纯度以及控制产品质量至关重要[2~6]. 高效液相色谱(high performance liquid chromatography，HPLC)因具有柱容量大、适用范围广、分离分析速度快等优点，被广泛用于对映体分析测试与制备分离[7].

作为HPLC实现对映体识别和分离的关键，手性固定相(chiral stationary phases，CSPs)的研发已取得快速发展[8~13]. 淀粉和纤维素衍生物是实验室和工业部门应用最广的CSPs，其主链螺旋构象和围绕主链规整排列的极性侧基提供了独特的手性识别环境[7]. 受多糖衍生物手性二级结构的启发，许多非天然螺旋聚合物CSPs被设计开发出来. Okamoto等利用螺旋选择性阴离子聚合反应合成了单手螺旋聚甲基丙烯酸三苯甲酯类聚合物[14,15]，基于此的CSPs可实现二百余种外消旋底物的拆分. 王佛松等[16]通过酒石酸与不同芳香二胺缩聚，制备的光学活性聚酰胺可有效识别苯丙氨酸，发现其羟基、酰胺基与苯环在手性识别中至关重要. 袁黎明等利用聚(L-谷氨酸乙酯)[17]和聚(L-谷氨酸苄酯)[18]对o,m,p-碘苯胺等芳香族位置异构体实现了较好的分离. 作为一类手性刺激响应性材料，动态螺旋聚苯乙炔(PPA)衍生物[19~28]在CSPs方面具有重要的潜在应用前景. Okamoto等将L-苯丙氨酸乙酯和L-苯甘氨酸乙酯引入PPA侧基，得到的螺旋聚合物对反-1,2-二苯环氧乙烷和1-(9-萘基)-2,2,2-三氟乙醇表现出很好的手性拆分能力[29]. Yashima等利用金鸡纳碱得到的系列螺旋PPA对手性醇、二醇、金属复合物等具有手性拆分能力[30]. 张春红等[31~33]制备了含不同取代基的螺旋PPA，研究了连接基团结构对手性识别性能的影响，并优化了CSPs的制备条件. Maeda等设计合成了具有2,2'-联苯酚侧基的非手性PPA[8]，利用手性醇诱导共轭主链单向旋转，使该聚合物获得对映选择识别能力. 改变手性醇的构型，可调控外消旋底物的洗脱顺序. 以此为基础，又制备了含有(R)-α-甲氧基苯乙酸侧基的聚苯乙炔CSPs[9]，基于共轭主链螺旋构象的离子响应性，可实现在同一根色谱柱中3种(P、M和无规)螺旋结构调控，进而影响不同外消旋化合物的保留时间与拆分效果. 虽然PPA型CSPs拆分能力可调，但能识别的底物范围较窄，且其动态螺旋性质与CSPs的性能稳定性要求相违背. 特别是在一些较高极性流动相的冲刷下，其螺旋构象会发生不可逆的转变，对色谱柱造成永久性损伤. 为了解决这一难题，我们从源于天然产物的脯氨醛出发，通过三步高效化学反应，合成了系列基于(S)-2-乙炔基吡咯烷的单体及相应的光学活性螺旋聚合物CSPs[34~37]. 该类聚合物结构简单、合成方便、主链刚性强. 初步的研究结果表明，其中的聚((S)-N-对氯苯基氨基甲酰基-2-乙炔基吡咯烷) (PI)[35]较文献报道的其他PPA型CSPs拆分范围有所拓宽，性能稳定.

为了进一步理解这类新型CSPs的结构与对映选择性分离能力间的关系，在本文中，我们设计、合成了(S)-N-对氯苯基氨基甲酰基-2-乙炔基吡咯烷(I)、(S)-N-对氯苯甲酰基-2-乙炔基吡咯烷(II)、N-对氯苯基-N'-炔丙基脲(III)、N-炔丙基氨基甲酸对氯苯酯(IV)和N-对氯苯基氨基甲酸炔丙酯(V)，通过Rh(nbd)BPh4催化的配位聚合反应制备了各单体的均聚物PI、PII、PIII、PIV和PV以及单体I分别与单体II~V构成的光学活性螺旋共聚物——I50-ran-II50、I80-ran-II20、I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5，用HPLC评价了5种共聚物作为CSPs对9种标准底物的手性识别能力，探讨了共聚物组成和侧基结构对旋光性质和立体选择性分离能力的影响.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

Boc-L-脯氨醛(98.0%)购自天津希恩思奥普德科技有限公司. 炔丙胺(98.0%)、对氯苯基异氰酸酯(98.0%)购自北京虹湖联合化工产品有限公司. 三乙胺(98.0%)、无水碳酸钾(AR)、氯化钠(AR)、无水硫酸钠(AR)、四氯化碳(HPLC)购自西陇科学股份有限公司. 超干二氯甲烷(HPLC)、无水甲醇(HPLC)购自百灵威公司. (1-重氮基-2-氧代丙基)膦酸二甲酯(95.0%)、对氯苯基氯甲酯(98.0%)、HCl二氧六环(4 mol/L)溶液购自安耐吉化学有限公司. 大孔硅胶(平均粒径为5 μm，平均孔径为100 nm)为苏州纳微科技有限公司友情提供，并参照文献[17]方法用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷进行表面修饰. 参考文献[35]制备中间体(S)-N-叔丁氧羰基-2-乙炔基吡咯烷(MBoc)与单体(S)-N-对氯苯基氨基甲酰基-2-乙炔基吡咯烷(I). 参考文献[38]制备催化剂Rh+(2,5-norbornadiene) [(ƞ6-C6H5)B(C6H5)3-](Rh(nbd)BPh4). 色谱实验所用的正己烷与异丙醇均为HPLC级，外消旋底物为市售商品.

使用德国Bruker公司的ARX/400型核磁共振波谱仪(1H-NMR，13C-NMR)表征单体和聚合物结构. 采用Waters公司的2414 GPC系统，以1.0 mL/min的四氢呋喃(THF)为流动相测量聚合物的数均分子量(Mn)和多分散性(Ð = Mw/Mn). 使用Waters公司的Vion型Quadrupole-TOF LC-MS/MS系统表征单体及中间体的准确分子量. 采用TGA Q600(TA)仪器，设置20 ℃/min加热速率，在100 mL/min氮气气氛中记录热重曲线. 采用DSC Q2000(TA)仪器，以10 ℃/min加热速率测试聚合物螺旋热稳定性. 采用Thermo Fisher公司的DXRxi型显微拉曼成像光谱仪，设置785 nm激发光源表征聚合物主链构象. 选用日本JASCO公司J810型圆二色光谱仪(CD)测量聚合物的光学活性. 采用日本JASCO PU-2089型液相色谱仪，配置JASCO AS-2055型进样系统，测试聚合物对映选择性分离性能.

1.2 单体的合成

1.2.1 N-对氯苯甲酰基-2-乙炔基吡咯烷(II)