硼酸修饰β-环糊精聚合物（BA-β-CDP）高效分离含O/N手性物质的高效液相色谱新策略

　　本文创新性地提出了一种结合高效液相色谱（HPLC）与硼酸修饰β-环糊精聚合物（BA-β-CDP）的策略，实现了对含手性碳或邻碳O/N原子手性物质的高效、低成本分离。该材料合成简便、重现性好，对24种外消旋体实现基线分离，其中10种分辨率（Rs）值超10，为手性药物分析与质量控制提供了新方案。

　　

亮点

背景

环糊精（CDs）及其衍生物已被广泛用作高效液相色谱（HPLC）中的手性选择剂。然而，许多衍生化环糊精对特定药物缺乏特异性，且通常表现出有限的分辨率。此外，它们的合成通常涉及复杂的多步骤程序，阻碍了规模化和成本效益。为了克服这些局限性，本研究旨在开发一种简单且可扩展的硼酸修饰β-环糊精聚合物（BA-β-CDP），靶向在手性碳和/或相邻碳上含有O/N原子的手性物质。

结果

BA-β-CDP 使用廉价试剂和随机取代策略大规模合成，避免了繁琐的保护-纯化步骤。通过九种表征技术确认了其结构和色谱兼容性。在使用手性移动相添加剂（CMPA）方法的HPLC中，BA-β-CDP 实现了25种外消旋体的高效分离。其中24种实现了完全或基线分离，10种表现出分辨率（Rs）值 >10。典型案例包括比索洛尔（Rs = 48.19）、普萘洛尔（Rs = 45.50）、氯苯那敏（Rs = 38.36）和美托洛尔（Rs = 20.26）。此外，该材料表现出优异的批间重现性、可回收性和可重复使用性。

意义与创新性

这项工作提出了一种实用且经济高效的手性选择剂。其协同机制对手性碳和/或相邻碳上含有O/N原子的手性物质提供了强大而特异性的识别。这种方法代表了一种新颖的策略，利用广泛可得的材料和方法，实现高效且经济的基于HPLC的对映体分离。

引言

手性药物是指分子结构中具有手性中心的一对对映体，它们彼此互为物理镜像和镜像[1]。相当一部分手性药物对映体在生化活性、效力、毒性、转运机制和代谢途径上表现出显著差异[2]。例如，S-氯氮平具有治疗活性，而R-氯氮平则引起血液学毒性[3]。L-苯丙氨酸是神经递质前体，而D-苯丙氨酸具有镇痛作用[4]。S-普萘洛尔显示出比其R-形式高50-500倍的β-受体亲和力和更快的代谢[5], [6]。这些差异凸显了在药物开发和质量控制中进行精确手性分析的必要性[7]。

HPLC是最常用的手性分离技术之一，因其高灵敏度、良好的选择性、广泛的适用性以及与各种检测方法的兼容性而备受青睐[8]。特别是，手性移动相添加剂（CMPA）方法因其能够在不依赖专用手性固定相的情况下促进对映体分离，同时提供经济高效的操作和操作灵活性而引起了广泛关注。该方法通过直接将可溶性手性选择剂添加到使用常规C18或C8色谱柱的移动相中来实现高效的对映体分离[9]。

环糊精（CDs）是由α-1,4-连接的D-吡喃葡萄糖单元组成的环状低聚糖。其中，β-CD因其空腔尺寸适中、可修饰的水溶性和商业可用性而被最广泛使用。独特的疏水性内腔与亲水性外表面相结合，促进了多种疏水性或两亲性客体分子的包合，而β-CD空腔的固有手性赋予其对映选择性识别特性[10]。早在1970年代，Breslow及其同事首次利用环糊精在合成化学中的包合效应促进立体选择性反应，从而为环糊精在手性识别中的应用奠定了理论基础[11], [12]。自Armstrong及其同事于1986年开创性工作以来，他们首次将β-CD作为HPLC中的手性移动相添加剂用于对映体分离，CDs及其衍生物已成为基于CMPA分离技术中的重要手性选择剂[13]。然而，天然β-CD存在固有的局限性，如水溶性低、对某些分析物的结合亲和力有限以及在严格色谱条件下的稳定性不足[14]。通过引入多种官能团进行化学修饰已被证明是增强其对映选择性和实际应用性的有效策略。β-环糊精每个葡萄糖单元中的所有2-、3-和6-羟基都是可取代的，从而实现各种取代模式，如单取代、选择性取代、完全取代和随机取代[15]。取代基类型包括非离子型、阴离子型和阳离子型。非离子衍生物（如6-甲基-β-CD、6-乙基-β-CD和6-苯基-β-CD）用疏水基团修饰，可通过增强的疏水相互作用分离芳香族化合物和疏水性药物[16], [17]。阴离子衍生物（如6-羧基-β-CD和6-磷酸-β-CD）含有带负电荷的基团，使其能够通过静电吸引与碱性物质（例如胺类）形成复合物[18]。阳离子衍生物（如6-氨基-β-CD和6-(N,N-二甲基氨基)-β-CD）含有带正电荷的基团，可通过静电相互作用与酸性物质（例如羧酸）分离酸性手性化合物[19]。这些衍生物与手性分析物发生多种分子间相互作用，包括疏水包合、静电吸引、氢键和π-π堆积，从而改善手性识别性能[20]。

然而，无论是单取代还是选择性取代都需要复杂的“保护-纯化-取代-纯化-去保护-纯化”过程，这通常涉及更精细和严格的合成条件[21]。这些过程导致更高的生产成本和更低的产率。相比之下，随机取代通常通过化学反应以随机方式将取代基引入多个位置，使得合成过程更方便且成本效益更高[22]。尽管随机接枝方法具有简单和低成本的优点，但它在结构均匀性、可控性和性能重现性方面存在显著缺点。此外，水溶性差的问题仍然存在，极大地限制了其作为手性添加剂的应用。聚合已成为解决这些挑战的有效策略。聚合物网络的协同多价相互作用和结构稳定性显著增强了分子识别并提高了手性分离效率。此外，聚合实现了随机取代产物之间的统计均匀性，从而在保持优异的手性分离性能的同时极大地增强了批间重现性和稳定性[23]。

硼酸在手性分离中的重要作用已得到广泛认可。它可以与1,2-或1,3-二醇以及某些氨基醇形成可逆的共价键，提供了一种与基于包合的相互作用互补的动态识别模式。早在1990年代，Abe等人就证明L-酒石酸-硼酸复合物可以实现β-阻滞剂的手性分离，并通过双流逆流萃取实现普萘洛尔的克级拆分[24], [25]。随后，Tong等人将该系统与逆流色谱相结合，实现了普萘洛尔和普拉酮的制备分离[26], [27]，而Yang等人将这些复合物作为HPLC移动相中的手性添加剂，快速分析了五种β-阻滞剂，从而完成了从分析到制备的工作流程[28]。与基于酒石酸盐的系统相比，环糊精作为天然手性支架，固有地具有优异的分子识别能力。当与含硼酸盐的背景电解质结合时，Schmid等人发现环糊精可以在毛细管电泳中形成高效的手性识别系统，揭示了环糊精-硼酸协同作用的潜力[29]。这些开创性研究从而为开发硼酸功能化环糊精材料奠定了坚实的概念基础。

基于上述背景和未解决的问题，本研究大规模合成了硼酸修饰的β-环糊精聚合物（BA-β-CDP），并首次创新性地将其作为移动相添加剂用于HPLC中对手性碳和/或相邻碳上含有O/N原子的物质的手性分离。通过核磁共振（NMR）、间接紫外法、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）和X射线光电子能谱（XPS）系统地表征了BA-β-CDP的性质。同时，还监测了其环糊精含量、取代均匀性、溶解度、粘度和柱压。对其在HPLC手性分离中的可行性、分离效率和机制、稳定性、适用性和可重复使用性进行了全面评估。

章节片段

化学品和试剂

硼酸（H₃BO₃, 99.5%）来自大茂化学试剂厂（天津，中国）。氢氧化钠（NaOH, 96%）、β-环糊精（98%）、磷酸（H₃PO₄, 85%）、三乙醇胺（TEA, 85.0%）和对甲苯磺酸（99.5%）来自天津江天化学技术有限公司（天津，中国）。溴化钾（KBr, 99%）来自天津希恩思生化技术有限公司（天津，中国）。美托洛尔（97%）、乙腈（99.99%）、氘代二甲基亚砜（DMSO-d6, 99.9%）和

溶解度

BA-β-CDP的水溶性通过残留法测定。总共10.0克BA-β-CDP在搅拌下逐渐加入5.0毫升去离子水中形成过饱和溶液。在25°C静置48小时后，将所得过饱和溶液以3000 rpm离心3分钟。分离沉淀，冷冻干燥并称重。未溶解的BA-β-CDP的质量为0.861克。计算得出的25°C时的溶解度为182.8克/100毫升。使用相同方法，BA-β-CD显示的

结论

本文介绍了以廉价原材料通过简单工艺制备硼酸修饰β-环糊精聚合物（BA-β-CDP）。通过残留法、二硝基水杨酸法、HPLC间接紫外法、粘度和压力、FT-IR、TGA、XPS和NMR对BA-β-CDP进行了全面表征。结果表明，BA-β-CDP在水中的溶解度为182.8克/100毫升，每克BA-β-CDP含有162.47微摩尔的β-CD单元。硼酸取代度