色谱手性拆分及其手性识别机理的量子化学研究

摘要

本论文应用色谱法和分子模型法相结合研究手性固定相的识别机理，即采用熵焓补偿原理、分子模拟计算和QSERR方法，从分子水平上阐述手性识别的本质，了解手性识别作用在固定相上的部位及其作用力等。 采用气相色谱法在Cyclodex B手性柱上拆分扁桃酸甲酯、α-氯代丙酰替苯胺和α-氯丙酸酯对映异构体，考察了柱温对分离效果影响；通过对映异构体分离过程中的热力学参数的计算，探讨光学异构体分离过程的驱动力和手性识别机理。结果表明所分析的对映异构体在Cyclodex B柱上的分离过程是一个焓驱动过程并存在着焓熵补偿关系。 首次采用运用量子力学PM3方法，成功的模拟研究了天然的β-环糊精和α-氯丙酸乙酯（（R/S）-ECPA）主客相互作用，探讨（R/S）-ECPA在β-CD上的手性识别机理。结果表明，（R/S）-ECPA对映体与β-CD形成稳定结合物的结合方式完全不同，（R）-ECPA位于β-CD空腔宽口端，形成缔合物；（S）-ECPA插入β-CD空腔内形成包结物。而且，（S）-ECPA-β-CD的结合稳定能低于（R）-ECPA-β-CD。在（R/S）-ECPA-β-CD结合物中，（R/S）-ECPA中的手性碳接近葡萄糖单元的C（2）和C（3）。则ECPA与β-CD之间的手性识别与葡萄糖单元的C（2）和C（3）所提供的手性环境和ECPA与β-CD结合的紧密程度密切相关。 首次采用运用量子力学PM3方法，模拟研究了运用量子力学PM3方法模拟α-氯丙酸甲酯（（R/S）-ECPA）与全甲基-β-环糊（PMBCD）的手性识别过程。结果表明，（R/S）-MCPA对映体与β-CD形成稳定结合物的结合方式完全不同。在（R/S）-MCPA-β-CD结合物中，（R/S）-MCPA中的手性碳接近葡萄糖单元的C（2）和C（3）。则MCPA与PMBCD之间的手性识别与葡萄糖单元的C（2）和C（3）所提供的手性环境和MCPA与PMBCD结合形成的氢键作用模式相关。而且，通过比较作用能之差（△E）以预示手性分离色谱流出顺序，其结果与气相色谱实验结果一致。 运用量子化学中的Hartree-Fock程序（6-31G基组）方法计算质子化α-氨基酸溶质的分子结构参数，借助于逐步多元线性回归法建立了α-氨基酸光学异构体在冠醚手性固定相上的色谱保留与其分子结构参数之间的定量结构-对映异构体保留（QSERR）模型。结果表明，α-氨基酸光学异构体的保留因子与溶质的分子结构描述参数之间具有较好的线性相关性。在QSERR模型中，采用的结构参数物理意义明确。所建立的QSERR模型具有较好的稳定性和预测能力。同时，通过QSERR模型探讨了这种冠醚固定相可能的色谱保留和手性识别机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1 前言

1.2色谱法拆分对映体的原理及特点

1.3色谱手性固定相的发展概况

1.4环糊精及衍生物固定相研究现状

1.4.1环糊精的结构与特征

1.4.2环糊精衍生物在手性色谱固定相中的应用

1.5环糊精固定相的分离机理研究现状

1.5.1 影响环糊精衍生物固定相对映体分离的各种因素

1.5.2环糊精固定相拆分机理的研究现状

1.6手性冠醚固定相

1.7分子模型在手性识别机理研究上的应用

1.7.1统计拟合(QSERRs)方法

1.7.2应用理论方法

1.7.3分子模型法在环糊精类手性固定相识别机理研究中的应用

1.8手性识别过程中的超热力学关系及其研究方法

1.9本论文主要研究的内容及意义

第二章 扁桃酸甲酯及α-氯代丙酰替苯胺对映体的分离研究

2.1 前言

2.2实验部分

2.2.1试剂和仪器

2.2.2样品的配制

2.2.3色谱分离条件

2.3结果与讨论

2.3.1 柱温对色谱行为的影响

2.3.2对映体拆分过程中的热力学参数

2.3.3手性识别机理探讨

2.4本章小结

第三章α-氯丙酸酯对映异构体的分离研究

3.1 前言

3.2实验部分

3.2.1试剂和仪器

3.2.2α-氯代丙酸酯的制备

3.2.3色谱分离条件

3.3结果与讨论

3.3.1 α-氯丙酸酯的结构对光学异构体分离的影响

3.3.2柱温对光学异构体分离的影响

3.3.3对映体拆分过程中的热力学参数

3.3.4手性识别机理的探讨

3.4本章小结

第四章α-氯丙酸乙酯对映体与β-环糊精的主客体相互作用

4.1 前言

4.2计算模型和方法

4.2.1模型的建立

4.2.2结合能的定义

4.3结果与讨论

4.3.1 PM3方法模拟ECPA与β-CD包结过程

4.3.2主客体之间的包合稳定能和包合作用能

4.4本章小结

第五章α-氯丙酸甲酯与全甲基-β-环糊精的手性识别的研究

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1模型的建立

5.2.2结合能的定义

5.3结果与讨论

5.3.1 PM3方法模拟MCPA与PMBCD包结过程

5.3.2主客体之间的包合稳定能和包合作用能

5.4本章小结

第六章α-氨基酸在冠醚手性固定相上色谱保留模型的研究

6.1前言

6.2实验部分

6.2.1数据来源

6.2.2溶质分子描述参数的计算及QSERR模型建立

6.3结果与讨论

6.3.1 QSERR模型的建立

6.3.2手性识别机理的探讨

6.3.3保留值的预测

6.4本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间已发表的论文

致 谢