触角式环糊精手性吸附剂的评价#
朱卫霞，汪全义，崔艳楠，姚舜，杜开峰，宋航**
基金项目：教育部博士点基金（No. 20090181110043）
作者简介：朱卫霞，（1986-），女，硕士，新型功能材料。
通信联系人：宋航，（1957-），男，教授，手性技术及新型功能材料. E-mail: hangsong@vip.sina.com
（四川大学制药与生物工程系，成都 610065）
5 摘要：利用表面接枝技术合成一种新型触角式环糊精手性吸附剂(β-CD-PVA-SiO2)，考察了
其对手性药物分子扁桃酸（MA）的吸附性能。研究中，通过静态吸附，动态吸附与洗脱，以
及选择性吸附实验，对新型吸附剂和传统吸附剂的吸附机理，平衡吸附量及吸附选择性进行
了考察。结果表明：聚合物长链对吸附机理没有影响，却使MA 的平衡吸附量增加了3 倍且
吸附过程符合langmuir 方程；新型触角式吸附剂使外消旋溶液的e.e%从6.04 增加到18.28，
10 却拥有与传统吸附剂一样显著的洗脱性能。
关键词：触角式；吸附剂；扁桃酸；环糊精
 0 引言
1992 年美国FDA 发布手性药物指导，要求新药的研发，必须量化每一对对映异构体的
药效和毒理作用，当两种异构体作用有明显不同时，必须以光学纯的形式上市[1]。该措施极
大的促进了手性药物拆分技术的发展。其中色谱拆分法以其在容量，选择、稳定性及拆分纯
35 度等方面的优势在手性药物拆分中占据着重要的地位[2]。手性固定相也因此得到了广泛的研
究。
扁桃酸又叫α-羟基苯乙酸，是一种重要的医药原料及中间体，其单一对映异构体在药
效上存在较大的差异，如：R-MA 是合成羟苄四唑头孢菌素的侧链修饰剂，S-扁桃酸则为合
成治疗尿急，尿频药物S-奥昔布宁的原料[2,3]。迄今为止，已有大量关于扁桃酸色谱拆分的
40 研究成果[4,5,6]。尤其是近年来关于环糊精及其衍生物的一类手性固定相更是引起了人们极大
的兴趣。Armstrong 等[7]以β-CD 柱为手性固定相，研究了其对扁桃酸及其类似物的拆分情况。
阮源萍等[8]将合成的2 ,6-二- O -戊基-β-环糊精涂渍Symmetry C8 色谱柱上,利用反相高效液
相色谱对扁桃酸及其类似物进行了优化分离。但目前为止，对扁桃酸拆分中所用的固定相大
 多采用手性配基的单层修饰，往往受配基密度限制，导致柱容量及选择性不理想[9,10]。而触
45 角式固定相由于其较高的配基容量能够有效的改善传统固定相中配基密度不足的缺点[11]。
且相对于生物大分子来说，手性药物分子量小，在吸附过程中具有较小的阻力。该研究中我
们利用自制的触角式环糊精吸附剂对扁桃酸进行吸附性考察，有望得到一种对扁桃酸等手性
药物分子具有较好柱容量和选择性的潜在手性固定相。
1 实验
50 1.1 试剂与仪器
硅胶（5 μm，青岛海洋化学有限公司）；γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-缩水甘油丙基三甲
氧基硅烷（南京永超化工有限公司）；β-环糊精(β-CD)和聚乙烯醇(PVA)（成都长征化学试
剂公司）；外消旋扁桃酸（MA）和其对映异构体(R-MA 和S-MA)来自于（美国Sigma 公司）；
正己烷和无水乙醇（英国Fisher 公司），HPLC 级；其他试剂均为市售分析纯试剂。
55 本实验所用的仪器： Spectrum One 型红外光谱仪（美国PE 公司）；TG209F1 型热重
分析仪（TGA）（德国耐驰仪器公司）；TU-1810 型紫外可见分光光度仪（中国普析通用有
限公司）；LC-20AT 型高效液相色谱仪、SPD-M20A 检测器、ClassVP 色谱工作站及OD-H
（250 mm × 4.6 mm i.d.）手性柱( 日本岛津公司)。
1.2 实验方法
60 1.2.1 吸附剂的制备
吸附剂的制备方法前面已有详细报道[12]。简单过程如下：将活化硅胶加入到无水甲苯
和γ-氨丙基三甲氧基硅烷混合液中，回流24h，得到氨丙基硅胶；将氨丙基硅胶加入到含有
磷酸缓冲液的戊二醛溶液中，室温反应4h 后，将其和PVA 与盐酸的混合溶液在80℃反应，
制得PVA-SiO2 复合载体；最后再将复合载体加入到含有β-CD 和γ-缩水甘油丙基三甲氧基
65 硅烷的溶液中，反应后得到触角式吸附剂（β-CD-PVA-SiO2）。传统吸附剂制备方法同上。
1.2.2 HPLC 法检测MA
以MA 为模型分子，分别在静态吸附和动态吸附两种条件下，测定了两种吸附剂的吸
附行为。利用HPLC 检测不同样品中MA 对映体的含量。检测条件：波长254nm；柱温25
℃；流速0.8mL/min；流动相，含有 0.5%三氟醋酸的正己烷与无水乙醇的混合液（正己烷：
70 无水乙醇=92:8, V/V）。样品和流动相在注射前均通过0.45 μm 的滤膜过滤。
1.2.3 两种吸附剂对MA 的静态吸附
将0.2g 吸附剂分别加入到含有不同初始浓度的R-MA 或S-MA 溶液的锥形瓶中。将锥
形瓶分别放置在不同温度下的恒温箱中，磁力搅拌24h 后取样检测。吸附剂对MA 的吸附
量计算公式如下：
m
( ) 0 t Q V C C
× −
75 = (1)
式中V (mL) 和 m (g) 分别表示溶液的体积和投入的吸附剂的质量。
1.2.4 两种吸附剂对MA 的动态吸附与洗脱
将2.0g 吸附剂填充在直径为10mm 的玻璃柱中，形成体积为2.5mL 的床。把初始浓度
为0.8 mg/mL 的R-MA 或S-MA 溶液以3BV/h 的流速缓慢通过柱子。检测流出液浓度并计
 算其饱和吸80 附量。最后，用盐酸溶液(10%, V/V) 以0.5BV/h 的流速进行洗脱。收集洗涤液
被并检测计算洗脱率。
1.2.5 两种吸附剂的吸附选择性
将0.5g 的吸附剂加入到含有100mL 初始浓度为1.2mg/mL 的MA 外消旋溶液的锥形瓶
中。将锥形瓶放置在恒温箱中并磁力搅拌。每隔1h，取1mL 样品，同上处理后检测。通过
85 HPLC 检测计算MA 对映体溶液中对映体过量(e.e %)。
2 结果与讨论
2.1 两种吸附剂的动力学吸附曲线
图1 R-MA 和S-MA 的动力学吸附曲线
90 Fig.1. Kinetic adsorption curve for R-MA and S-MA
从图1 可以看出吸附100 分钟后，β-CD-PVA-SiO2 中MA 溶液的浓度降低到0.68 mg/mL
(R-MA) 和 0.77 mg/mL (S-MA)，明显要低于β-CD-SiO2。这可能是因为PVA 的接入增加了
β-CD 的量的结果。而且，动力吸附曲线显示两种β-CD 吸附剂对R-MA 均有较好的选择性。
95 这可能是因为β-CD手性微环境的影响，使它能够与R-MA形成比S-MA更稳定的复合物[13]。
这种现象也已被Armstrong 证明[14]。
两种吸附剂对MA 的吸附行为都包括两个阶段。第一个阶段中MA 迅速吸附，而第二
阶段则相对缓慢；不同的是，β-CD-PVA-SiO2 的第一个阶段要持续100 分钟，比β-CD-SiO2
所需时间更久。这可能是因为聚合物长链引起的。由于β-CD-PVA-SiO2 中PVA 长链增加了
100 扩散阻力，导致了触角链内部的吸附位点需要更多的时间才能接触到MA 分子。因此，第
一阶段的吸附β-CD-PVA-SiO2 需要比β-CD-SiO2 更长的时间。
2.2 两种吸附剂的等温平衡吸附曲线
 105 图2 不同温度下R-MA 的吸附等温线
Fig.2 Adsorption isotherms of R-MA at different temperatures.
从图1 中可以看出两种吸附剂对R-MA 的吸附能力均优于S-MA，因此吸附等温线仅仅
考察了β-CD-SiO2 和β-CD-PVA-SiO2 对R-MA 的吸附。从图2 可以看出，随着温度的增加
110 平衡吸附量逐渐减少。这说明该吸附过程是一个放热过程，且随着温度的增加，配基容量较
大的β-CD-PVA-SiO2 的平衡吸附量比β-CD-SiO2 下降的更明显。利用Langmuir 方程对吸附
数据进行拟合，Langmuir 方程如下：
d e
m e
K C
Q Q C e +
= （2）
根据Eq. (2)得出静态吸附量和解析常数(Kd) (Tab.1)。
115
表1 吸附剂对R-MA 的吸附性能
Tab. 1. Adsorption properties of the adsorbents for R-MA
样品 m Q (mg·g-1) d K (mg·mL-1)
20℃ 19.92 ± 0.81 0.014± 0.002
β-CD-SiO2 30℃ 17.54± 073 0.017± 0.003
40℃ 14.93± 0.62 0.025± 0.003
20℃ 68.97± 2.13 0.014± 0.003
β-CD-PVA-SiO2 30℃ 57.47± 2.01 0.017± 0.002
40℃ 52.36± 1.95 0.026± 0.005
从表1 中可以看出在相同实验条件下，两种吸附剂有相似的解离常数。这也说明聚合物
120 的引入没有影响吸附机理。且在实验条件下β-CD-PVA-SiO2 对R-MA 吸附能力比β-CD-SiO2
要高。正如预期的那样，触角式结构能够有效的增加配基容量，具有更好的静态吸附能力。
2.3 动态吸附和洗脱曲线
 125 图3 R-MA 和S-MA 的穿透曲线
Fig.3 Breakthrough curves of R-MA and S-MA on the column
(a)S-MA on β-CD-SiO2, (b) S-MA on β-CD-PVA-SiO2,
(c)R-MA on β-CD-SiO2, (d)R-MA on β-CD-PVA-SiO2
130 为了进一步揭示吸附剂在实际条件下的吸附和洗脱行为，该研究在20℃下对吸附剂进
行装柱分析，结果分别显示在图3 和表2 中。从表2 中可以看出：R-MA 在β-CD-PVA-SiO2
上的动态吸附能力达到了46.51 mg/g，大约比β-CD-SiO2 (15.04 mg/g)高出了三倍。这是因为
触角式聚合物长链大量增加了MA 吸附位点的结果。另外，两种吸附剂对R-MA 和S-MA
的动态吸附能力比静态吸附都有所降低。这是因为静态吸附过程中，吸附剂有足够的时间接
135 触目标分子；而动态吸附实验中，由于吸附时间有限，导致吸附位点不能够充分与目标分子
结合[15]。洗脱实验数据被列在了表格2 中。结果显示β-CD-PVA-SiO2 与β-CD-SiO2 有同样
显著的洗脱性能。结果表明，新型触角式吸附剂拥有较好的保留和洗脱能力，是一种具有理
想拆分能力的潜在手性固定相。
140 表2 动态评价效果
Tab. The results of the dynamic tests
β-CD-SiO2 β-CD-PVA-SiO2 样品
R-MA S-MA R-MA S-MA
穿透能力 (mg·g-1) 15.04 ± 0.65 4.52 ± 0.34 46.51 ± 1.65 13.53 ± 0.60
洗脱率 (%) 97.36 ± 0.81 98.14 ± 0.78 96.17 ± 0.85 96.68 ± 0.65
2.4 吸附选择性
145 图4 两种吸附剂吸附外消旋MA后e.e. %的变化曲线
Fig.4 The change of e.e. % of racemic MA solution resolution
on the presence of the adsorbents.
 从图4 中可以看出，随着吸附时间的增加，β-CD-PVA-SiO2 的e.e%改变明显高于
β-CD-SiO2。吸附平衡后，β-CD-PVA-SiO2 150 的e.e%达到18.28，比β-CD-SiO2 (6.04)高出了3.02
倍。这说明触角式吸附剂对外消旋体比传统吸附剂拥有有更好的吸附选择性和手性分辨率。
3 结论
采用两种不同的方法将β-CD 修饰在硅胶上，得到两种不同的功能材料----新型触角式吸
附剂（β-CD-PVA-SiO2）和传统吸附剂（β-CD-SiO2）。通过一系列的吸附洗脱实验考查了
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