不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物的制备及应用方法

摘要

本发明提供了一种无手性原子的螺旋手性全顺式聚苯乙炔衍生物材料的制备和应用方法。即将非光学活性的聚3,5‑二羟甲基‑4‑取代苯乙炔衍生物溶于手性溶剂制成溶液后，通过膜渗透方法用非手性溶剂将溶液中手性溶剂进行置换，经沉淀洗涤制备成一系列具有螺旋手性但不含手性原子的全顺式螺旋聚3,5‑二羟甲基‑4‑取代苯乙炔衍生物材料，并制备了相应的涂覆型高效液相色谱手性固定相。本发明的全顺式螺旋聚苯乙炔衍生物的制备方法，所用手性试剂可以重复使用，具有成本低廉、操作简单的特点，其手性固定相具有较好的手性拆分性能，具有十分广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种螺旋聚合物的制备及其应用方法，尤其涉及一种不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物的制备及其应用方法。

背景技术

手性是由人的左右手互为镜像对映体而不能重合的现象衍生而来的，故将分子或化合物无法与其对映体重合的现象称为手性。生物分子中的多糖、蛋白质、核酸等均是手性分子。而手性化合物由于空间排列不同而引起的同分异构现象称为对映体，对映体的化学组成和物理性质相同，但两者的旋光性却完全相反。手性是普遍存在于自然界的一种现象，研究发现很多手性对映体在生物环境中的生物活性、毒理作用及代谢过程等存在明显的差异。据统计，常用的化学合成药物为1327种，其中有528种为手性药物(陈立仁，液相色谱手性分离[M]. 北京：科学出版社，2006,1-2)。因此，对手性对映体的拆分及组分鉴定在医药领域具有重大且深远的理论和实际意义。螺旋结构亦是一种手性结构，其左旋体和右旋体互为镜像，螺旋结构分子具有光学活性。生物大分子(如蛋白质，DNA等)复杂的生物螺旋结构赋予了其各种令人惊奇的功能，如生物信息的转录与表达，分子识别及催化活性等。研究工作者们受此启迪发展了大量结构可控的螺旋高分子，并广泛应用于手性识别与分离、非线性光学材料以及手性液晶材料等(Tomoyuki Ikai,Chiyo Yamamoto,Masami Kamigaito,Yoshio Okamoto. Immobilized polysaccharide derivatives:chiral packingmaterials for efficient HPLC resolution,Chem.Rec.,2007,7:91–103)。

人工诱导合成具有光学活性的聚乙炔及其衍生物具有独特的螺旋结构，近年来随着对聚乙炔衍生物研究的不断深入，在此基础上科学家们开发了多种光学活性聚乙炔衍生物。然而，螺旋聚乙炔衍生物通常使用价格昂贵的手性单体来制备，导致其成本过高从而限制了其在各个方面的生产应用。而通过手性催化剂引发非手性单体聚合制备的螺旋手性聚乙炔衍生物，虽然不需要手性单体，但同样需要价格昂贵的手性催化剂，且所得聚合物螺旋程度不高 (Toshiki Aoki,Takashi Kaneko,Naoki Maruyama,Atsushi Sumi,MasahikoTakahashi, Takashi Sato,Masahiro Teraguchi.Helix-sense-selectivepolymerization of phenylacetylene having two hydroxy groups using a chiralcatalytic system,J.Am. Chem.Soc.,2003,125,6346-6347)。因此，通过后加工的方法，将非光学活性聚合物主链结构螺旋化，从而使其转变为螺旋手性聚合物，这可以在保证聚合物光学活性的同时大幅降低使用成本。目前，螺旋聚乙炔的研究主要集中在主链结构松弛的顺反式聚乙炔，而全顺式螺旋聚苯乙炔其螺旋结构非常紧密，具有更好的结构刚性和螺旋稳定性，但相关研究甚少，特别是在手性高效液相色谱中还未见应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、条件温和的不含手性原子的螺旋手性全顺式聚 (3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔)衍生物的制备方法。本发明的目的还在于提供一种不含手性原子的螺旋手性全顺式聚(3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔)衍生物作为手性固定相的应用方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将不含手性原子的非光学活性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物溶于手性溶剂配成0.01-1.0M溶液，之后将1-50mL该溶液置于透析袋中(上述无手性原子单体合成及聚合方法参见Lijia Liu,Takeshi Namikoshi,Yu Zang,Toshiki Aoki,ShingoHadano,Yunosuke Abe,Ikuya Wasuzu,Toyokazu Tsutsuba,Masahiro Teraguchi,TakashiKaneko,Top-down preparation of self-supporting supramolecular polymericmembranes using highly selective photocyclic aromatization of cis-cisoidhelical poly(phenylacetylene)s in the membrane state,J. Am.Chem.Soc.2013,135,602)；

(2)将含有上述溶液的透析袋置于盛有500-1000mL非手性溶剂的烧杯中并加热至35-75℃后保温放置1-5小时，以进行透析袋内手性溶剂与透析袋外非手性溶剂的置换,置换终止后将透析袋取出，将透析袋内聚合物溶液倒入沉淀剂中，使聚合物析出沉淀,经过滤、真空干燥得到所述不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物。

不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物结构特征为：

其中取代基R选自辛基(ODOHPA)、十二烷基(DDOHPA)、苯甲基(PhDOHPA)、4-苯基乙炔基苯甲基(PhEDOHPA)、4-三甲基硅基-1-苄基(SiPhDOHPA)、4-(1,1,3,3,5,5,5-七甲基三硅氧烷基)-1-苄基(Si3PhDOHPA)。

本发明的一种不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物的制备方法还可以包括：

1.所述手性溶剂选自光学纯薄荷醇、光学纯α-甲基苄胺、光学纯α-甲基苄醇、光学纯 1-(1-萘基)乙胺。

2.所述非手性溶剂选自四氢呋喃、三氯甲烷、甲苯、乙酸乙酯、丙酮。

3.所述透析袋为纤维素透析袋，截留分子量5000。

4.所述沉淀剂选自甲醇、乙醇、水；溶液与沉淀剂的体积比为1：10～50。

一种不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物作为涂敷型高效液相色谱手性固定相的应用方法，称取0.2g不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔，用7mL有机溶剂溶解，然后均匀涂敷在0.8g氨丙基大孔硅胶上；采用高压匀浆法，将涂敷好的硅胶填入高效液相色谱柱。

本发明的一种不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物作为涂敷型高效液相色谱手性固定相的应用方法还可以包括：

所述涂敷溶剂选自氯仿、二氯甲烷、甲苯、四氢呋喃。

在40MPa下将硅胶填入色谱柱中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的不含手性原子的螺旋手性全顺式聚3,5-二羟甲基-4-取代苯乙炔衍生物的制备方法，所使用手性溶剂可重复使用，具有成本低廉、操作简单的特点；其手性固定相具有较好的手性拆分性能，具有十分广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的通过使用(R)-α-甲基苄胺经非手性/手性溶剂置换法制备的全顺式螺旋手性聚苯乙炔DDOHPA在四氢呋喃中的圆二色-紫外光谱；

图2为本发明的通过使用(S)-α-甲基苄醇-经非手性/手性溶剂置换法制备的全顺式螺旋手性聚苯乙炔PhEDOHPA在四氢呋喃中的圆二色-紫外光谱；

图3为以氯仿为涂敷溶剂制备的基于使用(R)-α-甲基苄胺制备的全顺式螺旋手性聚苯乙炔DDOHPA的涂敷型手性固定相对色氨酸的色谱拆分图。

图4为以氯仿为涂敷溶剂制备的基于使用(S)-α-甲基苄醇制备的全顺式螺旋手性聚苯乙炔PhEDOHPA涂敷型手性固定相对色氨酸的色谱拆分图。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细地描述，介绍实施方式和具体操作过程：

实施例1：

(1)不含手性原子的螺旋手性全顺式聚乙炔DDOHPA的制备：

量取50mL(R)-α-甲基苄胺，使用氦气鼓泡5分钟。称取0.50g非光学活性全顺式聚苯乙炔DDOHPA，将其在常温常压下溶解于上述氦气鼓泡后的50ml(R)-α-甲基苄胺中制成溶液。将该溶液倒入透析袋(纤维素透析袋，截留分子量5000)中。透析袋密封后，将该盛有溶液的透析袋置于盛有500ml四氢呋喃的烧杯中，将烧杯加热至35摄氏度，每隔1小时更换一次四氢呋喃。更换3次后，取出透析袋并打开后，使用滴管将透析袋中溶液取出并滴入500ml甲醇中进行沉淀并析出橘红色沉淀物，经离心分离后，将所得沉淀物真空干燥4小时得到深红色固体0.48g。之后进行圆二色-紫外光谱测试，经非手性/手性溶剂置换法制备的全顺式聚苯乙炔DDOHPA在308nm处显示极强的圆二色信号(图1)，而溶剂置换处理之前的全顺式聚苯乙炔DDOHPA没有任何圆二色信号，这表明经过非手性/手性溶剂置换处理后，全顺式聚苯乙炔DDOHPA的主链形成了螺旋手性结构。

(2)外消旋色氨酸的手性拆分

以二氯甲烷为涂敷溶剂制备手性固定相，具体涂敷方法为：称取0.2g非手性/手性溶剂置换处理后的全顺式螺旋手性聚苯乙炔DDOHPA，将其用7mL二氯甲烷溶解，然后均匀涂敷在 0.8g氨丙基大孔硅胶上。采用高压匀浆法，将涂敷好的硅胶填入高效液相色谱柱。具体步骤为：在50ml烧杯中，加入0.8g涂覆好的硅胶、15毫升水，形成悬浮液。在40MPa下将硅胶填入色谱柱中。

将制备好的色谱柱连接至高效液相色谱。选择检测波长254nm，流速0.05ml/min，室温，进样量10μl,流动相：MeOH/H₂O(体积比80:20)，其中甲酸浓度50mM，二乙胺浓度25mM。进样浓度：0.1mg/ml，测得DDOHPA手性固定相对色氨酸拆分的分离因子为1.43，图3为该手性固定相分离外消旋色氨酸的高效液相色谱图。

实施例2：

(1)不含手性原子的螺旋手性全顺式聚苯乙炔PhEDOHPA制备方法：量取50mL(S)-α-甲基苄醇，使用氦气鼓泡5分钟。称取0.50g非光学活性全顺式聚苯乙炔PhEDOHPA，将其在常温常压下溶解于上述氦气鼓泡后的50ml(S)-α-甲基苄醇中制成溶液。将该溶液倒入透析袋(纤维素透析袋，截留分子量5000)中。透析袋密封后，将该盛有溶液的透析袋置于盛有300ml甲苯的烧杯中，将烧杯加热至45摄氏度，每隔45分钟更换一次甲苯。更换3次后，取出透析袋并打开后，使用滴管将透析袋中溶液取出并滴入500ml甲醇中进行沉淀并析出橘红色沉淀物，经离心分离后，将所得沉淀物真空干燥4小时得到深红色固体0.46g。之后进行圆二色-紫外光谱测试，经非手性/手性溶剂置换法制备的全顺式聚苯乙炔PhEDOHPA在 308nm处显示极强的圆二色信号(图2)，而溶剂置换处理之前的全顺式聚苯乙炔PhEDOHPA 没有任何圆二色信号，这表明经过非手性/手性溶剂置换处理后，全顺式聚苯乙炔PhEDOHPA 的主链形成了螺旋结构。

(2)外消旋色氨酸的手性拆分

以二氯甲烷为涂敷溶剂制备手性固定相，具体涂敷方法为：称取0.2g非手性/手性溶剂置换处理后的全顺式螺旋手性聚苯乙炔PhEDOHPA，将其用7mL二氯甲烷溶解，然后均匀涂敷在0.8g氨丙基大孔硅胶上。采用高压匀浆法，将涂敷好的硅胶填入高效液相色谱柱。具体步骤为：在50ml烧杯中，加入0.8g涂覆好的硅胶、15毫升水，形成悬浮液。在40MPa 下将硅胶填入色谱柱中。

将制备好的色谱柱连接至高效液相色谱。选择检测波长254nm，流速0.05ml/min，室温，进样量10μl,流动相：MeOH/H₂O(体积比80:20)，其中甲酸浓度50mM，二乙胺浓度25mM。进样浓度：0.1mg/ml，测得PhEDOHPA手性固定相对色氨酸拆分的分离因子为2.02，图4为该手性固定相分离外消旋色氨酸的高效液相色谱图。