手性毛细管电泳的探索文献综述

 2023-01-31 10:01

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

手性一词来源于古希腊语cheir,意即手。1848年,Pasteur用机械方法分离酒石酸钠铵晶体的两种对映异构体,指出分子的不对称是旋光物质的本质,首次提出分子手性的概念。1904年,Kelvin首次对手性进行了定义[1]。分子的构型互为实物与镜像关系叫对映异构,对映异构体好比人的左右手二者互为镜像,不能重合。实物和镜像不能重合的现象称为手性,具有手性的分子称为手性分子。手性分子在各向同性的环境中具有相同的物理化学性质,在各向异性的生物系统中却显示出不同的性质。许多环境污染物都是手性分子,它们进入环境后改变环境的正常组成、结构、状态和性质,直接或者间接危害人类的生存和发展。大约25%的农药[2-4](包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂等)具有手性,有至少2个手性异构体。常用作阻燃剂的多氯联苯和多溴联苯具有轴向手性及常用作清洁剂的烷基苯磺酸也是手性污染物。近年来,一些个人护理用品、化妆品成分的环境污染效应也引起了人们的关注,如多轮麝香等。当今世界常用的1900多种化学药物中,约500多种为手性化合物,这些药物分子及其代谢物经人体排泄进入环境也成为一种新的环境污染物。

生物体内的蛋白质、核酸、碳水化合物、激素、酶、生物受体等大多数是手性的,因而通过不同的渠道进入体内的手性污染物必然选择性地与之作用发生具有对映体选择性的代谢、转化过程,而且各个对映体的代谢降解过程等常常是不同的,显示出不同的毒性,如致死率、对酶的抑制、内分泌干扰、致癌、致畸、致突变等。以往人们研究手性污染物的环境化学行为和生态效应时,基本上都把外消旋体视为单一化合物,忽视了对映体之间的差异,由此得到的结果是不科学的,会导致半衰期、生物有效性和半致死量等数据的偏差。对于某些手性污染物,如农药,其中两个对映体中仅有一个对映异构体具有有效活性,而另一个对映体活性较小或者对非目标有机体产生毒副作用,此外,将其以外消旋体的形式施用时,两个对映体具有不同的降解速度[5],而将其以单一对映体施用时,由于暴露在环境中也可能外消旋化或者向其镜像构象转化,因此研究每一种对映异构体的性质是十分必要的。为了研究手性化合物单个对映体在环境中的化学行为和生态效应及避免由于对映体的活性差异所引起的环境负载,必须将其对映体分离开来进行分析,建立准确、灵敏、快速的手性分离方法是最关键的。

目前手性分离方法包括化学拆分法、酶或微生物法、色谱分离法,其中色谱法已成为常用的方法。色谱法包括高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱法(GC)、毛细管电泳法(CE)等。当采用气相色谱法进行手性分离时,由于有些环境污染物极性较高、蒸气压低且需要衍生化,使得GC法应用具有一定局限性,因此不适合采用GC法,而至于HPLC方法,尽管其广泛地应用手性污染物的分离,但是还具有手性柱昂贵、通用性差、实验繁琐、样品量消耗大甚至使用有毒溶剂等缺点。对于毛细管电泳(CE)这种新型的分离分析技术而言,其具有分离效率高,分析速度快,样品及试剂用量少,洁净无污染等特点,和高效液相色谱法(HPLC)成为分析化学中互补的技术。

毛细管电泳(CE)是指离子或带电粒子以毛细管为分离室,以高压直流电场为驱动力,依据样品中各组分之间迁移速度和分配行为上的差异而实现分离的液相分离分析技术。由于毛细管内径小,表面积和体积的比值大,易于散热,因此毛细管电泳可以减少焦耳热的产生,这是CE和传统电泳技术的根本区别。CE根据分离机制的不同,有多种分离模式,通过改变毛细管柱和缓冲体系的组成,便可以更换其分离模式。各种分离模式能够提供互不相关而又相互互补的信息,从而拓展了CE的应用范围。CE的分离模式有[6]:毛细管区带电泳(CZE)、胶束电动毛细管色谱(MECC)、毛细管凝胶电泳(CGE)、毛细管等电聚集电泳(CIEF)、毛细管等速聚集电泳(CITP)、毛细管电色谱(CEC)、非水毛细管电泳(NACE)及配体电动交换色谱(LE-EKC)等。

在过去的十余年时间里,CE显示出强大的分离分析能力[7],并且广泛地应用于医药卫生、生物、环保等领域。 毛细管电泳手性拆分常采用两种方法[8]:手性消除和构建手性环境,而手性环境的构建一般有三种方式:1)使用手性添加剂;2)使用手性填充毛细管;3)使用手性涂层毛细管,其中手性添加剂法是目前毛细管电泳手性拆分最常使用的方法。常用的手性选择剂有环糊精及其衍生物、大环抗生素、多糖等。其中环糊精[9]及其衍生物因其在紫外线区弱的吸收、较高的选择性、低廉的价格和较好的水溶性,成为目前使用最广泛的手性选择剂;大环类抗生素是一类相对新型的手性选择剂,它们是一类来源于微生物发酵的具有光学纯的中等分子量化合物。它们含有多个手性中心、氢键基团、芳香环及疏水篮子状结构,而且基团之间相互靠得很近,这些功能团以及环状分子中的光学异构部位的原子对于分子间相互作用和手性分子识别具有重要作用,可以提供手性识别所需要的相互作用,在CE分析中可提供手性环境;寡糖或多糖是由环状的己糖互相键合形成的线性链组成,由于己糖本身含有手性碳原子,且能与许多化合物作用,因而能够提供手性分离的环境,作为CE手性选择剂。作为自然界普遍存在的物质,多糖具有来源广泛、品种繁多、水溶性好和紫外吸收小等很多优点。

近几年,关于毛细管电泳法应用于手性化合物拆分的文献增长量迅猛,从新手性添加剂的发现及结构改造到拆分机理的探索,可用于手性拆分的选择剂种类在不断扩充,可应用的分离模式趋于多元化,得到满意拆分效果的化合物数目不断增加,使得毛细管电泳手性拆分成为手性化合物的研究热点。所以,本课题采用毛细管电泳法作为手性化合物拆分的研究手段,采用简便、快速的手性拆分方法,建立条件优化的手性拆分体系对化合物对映体进行拆分,使其更好满足分析环境样品中手性化合物及其代谢产物的需要,进而做更深入的研究。

参考文献:

[1] Berthod A. Anal Chem, 2006, 78(7): 2093.

[2] 候士聪, 王敏, 周志强. 农药学学报[J], 2002, 4(4): 71.

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