取代基結(jié)構(gòu)對(duì)螺旋聚乙炔高效液相色譜手性固定相對(duì)映選擇性分離性能的影響

手性物質(zhì)廣泛存在于自然界中，與生命現(xiàn)象息息相關(guān). 生命系統(tǒng)往往會(huì)對(duì)一對(duì)對(duì)映體產(chǎn)生迥乎不同的生理反應(yīng)[1]. 建立有效的對(duì)映體分離分析方法對(duì)研究不同對(duì)映體的生理活性和毒理藥性、檢測(cè)手性化合物的光學(xué)純度以及控制產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要[2~6]. 高效液相色譜(high performance liquid chromatography，HPLC)因具有柱容量大、適用范圍廣、分離分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于對(duì)映體分析測(cè)試與制備分離[7].

作為HPLC實(shí)現(xiàn)對(duì)映體識(shí)別和分離的關(guān)鍵，手性固定相(chiral stationary phases，CSPs)的研發(fā)已取得快速發(fā)展[8~13]. 淀粉和纖維素衍生物是實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)部門應(yīng)用最廣的CSPs，其主鏈螺旋構(gòu)象和圍繞主鏈規(guī)整排列的極性側(cè)基提供了獨(dú)特的手性識(shí)別環(huán)境[7]. 受多糖衍生物手性二級(jí)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，許多非天然螺旋聚合物CSPs被設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出來(lái). Okamoto等利用螺旋選擇性陰離子聚合反應(yīng)合成了單手螺旋聚甲基丙烯酸三苯甲酯類聚合物[14,15]，基于此的CSPs可實(shí)現(xiàn)二百余種外消旋底物的拆分. 王佛松等[16]通過(guò)酒石酸與不同芳香二胺縮聚，制備的光學(xué)活性聚酰胺可有效識(shí)別苯丙氨酸，發(fā)現(xiàn)其羥基、酰胺基與苯環(huán)在手性識(shí)別中至關(guān)重要. 袁黎明等利用聚(L-谷氨酸乙酯)[17]和聚(L-谷氨酸芐酯)[18]對(duì)o,m,p-碘苯胺等芳香族位置異構(gòu)體實(shí)現(xiàn)了較好的分離. 作為一類手性刺激響應(yīng)性材料，動(dòng)態(tài)螺旋聚苯乙炔(PPA)衍生物[19~28]在CSPs方面具有重要的潛在應(yīng)用前景. Okamoto等將L-苯丙氨酸乙酯和L-苯甘氨酸乙酯引入PPA側(cè)基，得到的螺旋聚合物對(duì)反-1,2-二苯環(huán)氧乙烷和1-(9-萘基)-2,2,2-三氟乙醇表現(xiàn)出很好的手性拆分能力[29]. Yashima等利用金雞納堿得到的系列螺旋PPA對(duì)手性醇、二醇、金屬?gòu)?fù)合物等具有手性拆分能力[30]. 張春紅等[31~33]制備了含不同取代基的螺旋PPA，研究了連接基團(tuán)結(jié)構(gòu)對(duì)手性識(shí)別性能的影響，并優(yōu)化了CSPs的制備條件. Maeda等設(shè)計(jì)合成了具有2,2'-聯(lián)苯酚側(cè)基的非手性PPA[8]，利用手性醇誘導(dǎo)共軛主鏈單向旋轉(zhuǎn)，使該聚合物獲得對(duì)映選擇識(shí)別能力. 改變手性醇的構(gòu)型，可調(diào)控外消旋底物的洗脫順序. 以此為基礎(chǔ)，又制備了含有(R)-α-甲氧基苯乙酸側(cè)基的聚苯乙炔CSPs[9]，基于共軛主鏈螺旋構(gòu)象的離子響應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)在同一根色譜柱中3種(P、M和無(wú)規(guī))螺旋結(jié)構(gòu)調(diào)控，進(jìn)而影響不同外消旋化合物的保留時(shí)間與拆分效果. 雖然PPA型CSPs拆分能力可調(diào)，但能識(shí)別的底物范圍較窄，且其動(dòng)態(tài)螺旋性質(zhì)與CSPs的性能穩(wěn)定性要求相違背. 特別是在一些較高極性流動(dòng)相的沖刷下，其螺旋構(gòu)象會(huì)發(fā)生不可逆的轉(zhuǎn)變，對(duì)色譜柱造成永久性損傷. 為了解決這一難題，我們從源于天然產(chǎn)物的脯氨醛出發(fā)，通過(guò)三步高效化學(xué)反應(yīng)，合成了系列基于(S)-2-乙炔基吡咯烷的單體及相應(yīng)的光學(xué)活性螺旋聚合物CSPs[34~37]. 該類聚合物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合成方便、主鏈剛性強(qiáng). 初步的研究結(jié)果表明，其中的聚((S)-N-對(duì)氯苯基氨基甲?；?2-乙炔基吡咯烷) (PI)[35]較文獻(xiàn)報(bào)道的其他PPA型CSPs拆分范圍有所拓寬，性能穩(wěn)定.

為了進(jìn)一步理解這類新型CSPs的結(jié)構(gòu)與對(duì)映選擇性分離能力間的關(guān)系，在本文中，我們?cè)O(shè)計(jì)、合成了(S)-N-對(duì)氯苯基氨基甲酰基-2-乙炔基吡咯烷(I)、(S)-N-對(duì)氯苯甲?；?2-乙炔基吡咯烷(II)、N-對(duì)氯苯基-N'-炔丙基脲(III)、N-炔丙基氨基甲酸對(duì)氯苯酯(IV)和N-對(duì)氯苯基氨基甲酸炔丙酯(V)，通過(guò)Rh(nbd)BPh4催化的配位聚合反應(yīng)制備了各單體的均聚物PI、PII、PIII、PIV和PV以及單體I分別與單體II~V構(gòu)成的光學(xué)活性螺旋共聚物——I50-ran-II50、I80-ran-II20、I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5，用HPLC評(píng)價(jià)了5種共聚物作為CSPs對(duì)9種標(biāo)準(zhǔn)底物的手性識(shí)別能力，探討了共聚物組成和側(cè)基結(jié)構(gòu)對(duì)旋光性質(zhì)和立體選擇性分離能力的影響.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

Boc-L-脯氨醛(98.0%)購(gòu)自天津希恩思奧普德科技有限公司. 炔丙胺(98.0%)、對(duì)氯苯基異氰酸酯(98.0%)購(gòu)自北京虹湖聯(lián)合化工產(chǎn)品有限公司. 三乙胺(98.0%)、無(wú)水碳酸鉀(AR)、氯化鈉(AR)、無(wú)水硫酸鈉(AR)、四氯化碳(HPLC)購(gòu)自西隴科學(xué)股份有限公司. 超干二氯甲烷(HPLC)、無(wú)水甲醇(HPLC)購(gòu)自百靈威公司. (1-重氮基-2-氧代丙基)膦酸二甲酯(95.0%)、對(duì)氯苯基氯甲酯(98.0%)、HCl二氧六環(huán)(4 mol/L)溶液購(gòu)自安耐吉化學(xué)有限公司. 大孔硅膠(平均粒徑為5 μm，平均孔徑為100 nm)為蘇州納微科技有限公司友情提供，并參照文獻(xiàn)[17]方法用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷進(jìn)行表面修飾. 參考文獻(xiàn)[35]制備中間體(S)-N-叔丁氧羰基-2-乙炔基吡咯烷(MBoc)與單體(S)-N-對(duì)氯苯基氨基甲?；?2-乙炔基吡咯烷(I). 參考文獻(xiàn)[38]制備催化劑Rh+(2,5-norbornadiene) [(?6-C6H5)B(C6H5)3-](Rh(nbd)BPh4). 色譜實(shí)驗(yàn)所用的正己烷與異丙醇均為HPLC級(jí)，外消旋底物為市售商品.

使用德國(guó)Bruker公司的ARX/400型核磁共振波譜儀(1H-NMR，13C-NMR)表征單體和聚合物結(jié)構(gòu). 采用Waters公司的2414 GPC系統(tǒng)，以1.0 mL/min的四氫呋喃(THF)為流動(dòng)相測(cè)量聚合物的數(shù)均分子量(Mn)和多分散性(D = Mw/Mn). 使用Waters公司的Vion型Quadrupole-TOF LC-MS/MS系統(tǒng)表征單體及中間體的準(zhǔn)確分子量. 采用TGA Q600(TA)儀器，設(shè)置20 ℃/min加熱速率，在100 mL/min氮?dú)鈿夥罩杏涗洘嶂厍€. 采用DSC Q2000(TA)儀器，以10 ℃/min加熱速率測(cè)試聚合物螺旋熱穩(wěn)定性. 采用Thermo Fisher公司的DXRxi型顯微拉曼成像光譜儀，設(shè)置785 nm激發(fā)光源表征聚合物主鏈構(gòu)象. 選用日本JASCO公司J810型圓二色光譜儀(CD)測(cè)量聚合物的光學(xué)活性. 采用日本JASCO PU-2089型液相色譜儀，配置JASCO AS-2055型進(jìn)樣系統(tǒng)，測(cè)試聚合物對(duì)映選擇性分離性能.

1.2 單體的合成

1.2.1 N-對(duì)氯苯甲?；?2-乙炔基吡咯烷(II)

將4.0 g MBoc (15.9 mmol)加入到單口圓底瓶中，用冰水浴冷卻.待溫度降至0 ℃后，向其加入60 mL 4 mol/L的氯化氫/二氧六環(huán)溶液，攪拌4 h，升至室溫. 通過(guò)減壓蒸餾除去二氧六環(huán)和多余的氯化氫. 用30 mL二氯甲烷溶解所得的黃白色固體. 向所得溶液加入12 mL三乙胺，在室溫下攪拌1 h，此時(shí)反應(yīng)液顏色明顯變淺. 用冰水浴將溶液溫度降至0 ℃，緩慢滴入5.8 mL對(duì)氯苯甲酰氯的二氯甲烷溶液(6.5 g，27.8 mmol). 攪拌過(guò)夜，向反應(yīng)液中加入柱層析硅膠. 通過(guò)減壓蒸餾除去溶劑后，用柱色譜進(jìn)行產(chǎn)物的分離提純(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯 = 2/1，V/V). 產(chǎn)物為淡黃色固體，產(chǎn)率為62%. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3, δ): 7.58 (d, J = 48.4 Hz, 2H), 7.46~7.37 (m, 2H), 4.93 (s, 1H), 3.75~3.41 (m, 2H), 2.11 (s, 4H). 13C-NMR (101 MHz, CDCl3, δ): 168.88, 168.32, 136.14, 134.96, 128.83, 128.51, 83.35, 72.44, 70.42, 51.00, 49.37, 47.97, 45.64, 34.12, 32.52, 25.32, 22.72. HRMS, m/z for [M+H]+ (M = C13H12ONCl)，計(jì)算值(實(shí)驗(yàn)值)：234.06768(234.06802).

1.2.2 N-對(duì)氯苯基-N'-炔丙基脲(III)

在100 mL單口圓底燒瓶中依次加入溶有炔丙胺(0.56 g，10 mmol)、三乙胺(1.1 mL，20 mL)的二氯甲烷溶液，30 ℃攪拌0.5 h. 冰水浴條件下，逐滴加入溶有對(duì)氯苯基異氰酸酯(2.5 g，16.3 mmol)的二氯甲烷溶液，升至室溫，攪拌24 h. 反應(yīng)過(guò)程中生成白色沉淀，過(guò)濾沉淀并用二氯甲烷洗滌沉淀，產(chǎn)物為白色固體，產(chǎn)率71%. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6, δ): 8.73 (s, 1H), 7.49~7.40 (m, 2H), 7.34~7.24 (m, 2H), 6.51 (t, J = 5.7 Hz, 1H), 3.88 (dd, J = 5.7, 2.5 Hz, 2H), 3.11 (s, 1H). 13C-NMR (101 MHz, DMSO-d6, δ): 155.09, 139.68, 129.10, 128.96, 125.26, 119.76, 82.46, 73.30, 29.23. HRMS, Calcd. for [M+H]+, C10H10ON2Cl+，計(jì)算值(實(shí)驗(yàn)值)：209.04762 (209.04822).

1.2.3 N-炔丙基氨基甲酸對(duì)氯苯酯(IV)

將炔丙胺(1.0 g, 18.2 mmol)和三乙胺(2.8 mL, 20 mmol)溶解在THF(35 mL)中，氮?dú)夥諊吕鋮s至0 ℃. 將對(duì)氯苯基氯甲酯(3.5 g, 18.2 mmol)溶解在THF (10 mL)中，滴加到上述制得的溶液中，恢復(fù)至室溫?cái)嚢?4 h. 依次使用去離子水及飽和食鹽水洗滌有機(jī)相3次，收集有機(jī)相，用無(wú)水硫酸鈉干燥有機(jī)相.過(guò)濾除去干燥劑后，向反應(yīng)液中加入柱層析硅膠. 通過(guò)減壓蒸餾除去溶劑后，用柱色譜進(jìn)行產(chǎn)物的分離(洗脫劑：石油醚/乙酸乙酯 = 8/1，V/V)，產(chǎn)物為白色固體，產(chǎn)率70%. 1H-NMR (400 MHz, CDCl3, δ): 7.37~7.29 (m, 2H), 7.13~7.04 (m, 2H), 5.23 (s, 1H), 4.08 (dd, J = 5.6, 2.6 Hz, 2H), 2.31 (t, J = 2.5 Hz, 1H). 13C-NMR (101 MHz, CDCl3, δ): 153.75, 149.33, 130.87, 129.37, 122.89, 79.00, 72.21, 31.08. HRMS, Calcd. for [M+H]+, C10H9O2NCl+，計(jì)算值(實(shí)驗(yàn)值)：210.03163 (210.03101).

1.2.4 N-對(duì)氯苯基氨基甲酸炔丙酯(V)

將對(duì)氯苯基異氰酸酯(6.0 g, 39 mmol)和三乙胺(1.5 mL, 11 mmol)溶于7 mL超干四氯化碳中，放置冰水浴中冷卻，用恒壓滴液漏斗將其滴加到含炔丙醇(1.77 mL，13 mmol)的26 mL超干四氯化碳中，放置冰水浴中攪拌10 min，升至室溫?cái)嚢?4 h. 反應(yīng)過(guò)程中生成白色沉淀，減壓過(guò)濾沉淀并用四氯化碳洗滌沉淀. 產(chǎn)物為淡黃色固體，產(chǎn)率20%. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6, δ): 10.01 (s, 1H), 7.49~7.46 (m, 2H), 7.37~7.33 (m, 2H), 4.76 (d, J = 2.4 Hz, 2H), 3.58 (t, J = 2.4 Hz, 1H). 13C-NMR (101 MHz, DMSO-d6, δ): 153.01, 139.04, 138.27, 129.20, 129.10, 126.80, 125.94, 120.29, 120.21, 79.28, 78.19, 52.58. HRMS, Calcd. for [M+H]+, C10H9O2NCl+，計(jì)算值(實(shí)驗(yàn)值)：210.03163 (210.03101).

1.3 聚合物的合成

均聚物和共聚物的合成步驟類似，現(xiàn)以I50-ran-II50的合成說(shuō)明如下：在100 mL的Schlenk管中，依次加入單體I與II (1.0 g，5 mmol，摩爾比為1:1)與15 mL無(wú)水THF，常溫?cái)嚢柚列纬赏该魅芤?，液氮凍?次. 隨后在N2氛圍下，加入Rh(nbd)BPh4 (25.7 mg，0.05 mmol)的THF溶液. 在30 ℃下攪拌反應(yīng)24 h后，加入10 mL THF稀釋反應(yīng)液. 隨后，將上述溶液逐滴滴加至400 mL甲醇中，攪拌0.5 h，減壓過(guò)濾，并用甲醇洗滌沉淀物. 將沉淀置于35 ℃下真空干燥24 h，得到淡黃色目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為90%.

1.4 手性固定相的制備與HPLC測(cè)試

將200 mg共聚物溶解在5 mL的THF中，每次用微量注射器取50 μL樣品液均勻滴加到800 mg氨基化硅膠中，拍打硅膠5 min直至混合均勻，隨后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑，重復(fù)上述操作，直至聚合物完全涂敷在硅膠上. TGA分析(見(jiàn)電子支持信息圖S22)表明I50-ran-II50、I80-ran-II20、I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5的涂敷率分別為17.3%，17.7%，17.3%，22.9%和17.1%. 采用濕法裝柱，將填料與20 mL正己烷/異丙醇(9/1，V/V)和1 mL液體石蠟混合均勻，在40 MPa壓力下用正己烷/異丙醇(9/1，V/V)為頂替液，制備手性色譜柱[39].

以正己烷/異丙醇(9/1，V/V)為流動(dòng)相(流速：0.1 mL/min)，用苯測(cè)試5種聚合物所制得的色譜柱理論塔板數(shù)在1600~2700之間.以1,3,5-三叔丁基苯的保留時(shí)間作為死時(shí)間(t0)，一對(duì)對(duì)映體的保留時(shí)間分別記為t1和t2，保留因子定義為k1 = (t1 - t0)/t0，分離因子定義為α = (t2 - t0)/(t1 - t0).

2 結(jié)果與討論

2.1 合成與結(jié)構(gòu)表征

以前的研究表明，PI具有較好的手性識(shí)別和分離能力[35]. 在該工作中，我們?cè)O(shè)計(jì)、合成了4種新的單體II-V (見(jiàn)電子支持信息圖S1~S6). 手性單體II的結(jié)構(gòu)與I相似，不同的僅是對(duì)氯苯基與吡咯烷的連接基團(tuán). 前者是酰胺鍵，后者是脲鍵. 其與I共聚有助于了解聚合物與待拆底物的相互作用對(duì)CSPs性能的影響. 非手性單體III的炔丙基與對(duì)氯苯基通過(guò)脲鍵相連，而非手性單體IV和V的炔丙基與對(duì)氯苯基都通過(guò)胺基甲酰氧鍵相連，只是方向相反. (S)-N-叔丁氧羰基脯氨醛與Bestmann-Ohira試劑在堿性條件下反應(yīng)生成MBoc[34]，脫去叔丁氧羰基保護(hù)基后，與對(duì)氯苯基酰氯反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物II. 炔丙胺分別與對(duì)氯苯基異氰酸酯和對(duì)氯苯基氯甲酸酯反應(yīng)得到由脲鍵連接的非手性單體Ⅲ和氨基甲酸酯鍵連接的Ⅳ. 非手性單體Ⅴ通過(guò)炔丙醇與對(duì)氯苯基異氰酸酯的縮合反應(yīng)制得. 通過(guò)核磁共振波譜(電子支持信息圖S7~S14)與高分辨質(zhì)譜(電子支持信息圖S15~S18)表征目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，所有數(shù)據(jù)與預(yù)期結(jié)構(gòu)符合.

共聚物的合成如圖1所示，單體Ⅰ與單體Ⅱ在Rh(nbd)BPh4催化下共聚合得到2種組成不同的共聚物——I50-ran-II50和I80-ran-II20 (下標(biāo)為相應(yīng)單體的投料摩爾百分?jǐn)?shù)). 在類似的條件下，手性單體I分別與非手性單體III、IV和V共聚，獲得共聚物I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5. 考慮到非手性單體的引入會(huì)顯著降低共聚物的光學(xué)活性，因而選擇較少非手性單體參與共聚合. 聚合結(jié)果列于表1中. 5種共聚物均具有較好熱穩(wěn)定性，在氮?dú)鈿夥障率е? wt%的溫度(Td)高于235 ℃ (電子支持信息圖S24). 在低于Td溫度，共聚物的DSC曲線上沒(méi)有明顯的相變峰(電子支持信息圖S25)，表明其具有較高的鏈剛性.

Fig. 1  Synthetic route of copolymers.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

Table 1  Polymerization results and properties of polymers a.

Polymer Yied(%) Mn b(kDa) ? b Cis c(%) Td d(℃)

PI 92 147 1.54 97 245

PII 90 ? e ? e ? e 326

PIII 91 141 1.25 ? 241

PIV 87 13.5 1.35 ? 211

PV 80 5.55 1.27 ? 189

I50-ran-II50 90 54.4 1.19 93 257

I80-ran-II20 91 142 1.29 98 258

I95-ran-III5 89 53.3 1.70 94 244

I95-ran-IV5 90 56.8 1.93 94 235

I95-ran-V5 85 22.3 1.78 96 244

下載: 導(dǎo)出CSV

a Carried out at 30 ℃ in THF under nitrogen atmosphere for 24 h. b Estimated by GPC in THF on the basis of a polystyrene calibration. c Determined by 1H-NMR analysis. d 5% weight loss temperature under nitrogen atmosphere at a heating rate of 20 oC/min. e Insoluble in THF.

5種共聚物的Raman光譜相似(圖2)，1626、1296和916 cm-1處出現(xiàn)的3個(gè)特征振動(dòng)峰分別屬于主鏈順式(cis) C＝C雙鍵、反式(trans) C－C鍵單鍵以及順式C－H單鍵的振動(dòng)吸收[40]，1593 cm-1處肩峰為苯環(huán)C＝C的特征吸收峰，表明5種聚合物均采取cis-transoid構(gòu)象.

Fig. 2  Raman spectra of different copolymers.

下載: 原圖 | 高精圖 | 低精圖

圖3是均聚物PⅠ、PⅣ和其共聚物Ⅰ95-ran-Ⅳ5的1H-NMR譜圖. 單體Ⅳ在δ=2.31處歸屬于乙炔基氫信號(hào)消失，隨之出現(xiàn)歸屬于PⅣ共軛主鏈的乙烯基氫(a)信號(hào)，表明聚合反應(yīng)成功進(jìn)行；PⅠ與PⅣ核磁共振氫譜變化相似，主鏈中乙烯基cis-H(a)的出現(xiàn)，表明聚合順利進(jìn)行且共軛主鏈為順式構(gòu)型[34]. 據(jù)Percec等[41]提出的計(jì)算方法，對(duì)比cis-H與苯環(huán)峰(i和j)面積，計(jì)算出聚合物的cis結(jié)構(gòu)含量均在90%以上，表明Rh(nbd)BPh4催化劑對(duì)聚合物的立體結(jié)構(gòu)有很好的控制作用. 共聚物的核磁共振氫譜中，δ=5.98處信號(hào)表明共軛主鏈的形成；同時(shí)存在吡咯烷中次甲基氫(e)與側(cè)基中亞基氫(h)表明兩單體實(shí)現(xiàn)共聚合. 通過(guò)計(jì)算芳香氫與δ=8.27歸屬于脲基氫(f)的積分面積比可得知聚合物實(shí)際共聚比與投料比一致. 其他共聚物的1H-NMR譜圖參見(jiàn)電子支持信息圖S19~S21.

Fig. 3  1H-NMR spectra of SP-Cl, PcarCl and I95-ran-IV5 in DMSO-d6.

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采用UV-Vis吸收和CD光譜分析了5種共聚物的旋光活性. 2種手性單體I和II的THF溶液在300 nm以上無(wú)明顯的UV-Vis吸收及CD信號(hào)，230~250 nm間的吸收峰分別歸屬于芳香脲基和芳香酰胺基. 共聚物I50-ran-II50和I80-ran-II20在340 nm處表現(xiàn)出明顯的正科頓效應(yīng)(圖4)，說(shuō)明聚合物形成某一旋向占優(yōu)的螺旋主鏈. 兩共聚物在340 nm的摩爾橢圓率相近(gabs分別為2.6×10-3和3.1×10-3)，表明主鏈構(gòu)象受五元環(huán)吡咯結(jié)構(gòu)影響較大，結(jié)構(gòu)相似的手性單體共聚合可保持聚合物螺旋結(jié)構(gòu)的光學(xué)活性，兩共聚物具有相似的手性二級(jí)結(jié)構(gòu). 此外，230~270 nm處CD表現(xiàn)出較明顯的激子耦合效應(yīng)，表明主鏈附近芳香側(cè)基的規(guī)整排列. 隨著I共聚含量下降，激子耦合信號(hào)也明顯減弱，說(shuō)明缺少脲基中氫鍵相互作用的維系，側(cè)基間排列規(guī)整性下降.

Fig. 4  UV-Vis absorption and CD spectra of Ⅰ, Ⅱ, PI, I50-ran-II50 and I80-ran-II20 in THF at room temperature with a polymer concentration of 1.0×10-5 mol/L.

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與I50-ran-II50和I80-ran-II20相比，引入非手性單體所制得的I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5主鏈科頓效應(yīng)均有所降低，說(shuō)明聚合物主鏈規(guī)整性下降(圖5). 隨著氫鍵供體脲基或氨基甲酸酯基的引入，分子內(nèi)氫鍵相互作用更強(qiáng)，共聚物的螺旋結(jié)構(gòu)以更為緊縮的形式存在，其共軛主鏈吸收峰藍(lán)移至332 nm處. 3種共聚物歸屬于主鏈與芳香側(cè)基的CD信號(hào)相似，表明其螺旋構(gòu)象的相似性.

Fig. 5  UV?Vis absorption and CD spectra of PI, I95-ran-III5, I95-ran-IV5 and I95-ran-V5 in THF at room temperature with a polymer concentration of 1.0×10-5 mol/L.

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2.2 對(duì)映選擇性分離

將5種螺旋聚乙炔衍生物制備成涂敷型手性固定相，采用HPLC評(píng)價(jià)了其對(duì)9種代表性手性化合物(圖6)的對(duì)映選擇性分離性能，結(jié)果列于表2中.

Fig. 6  Chemical structures of racemates 1?9.

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Table 2  Resolution of racemates 1?9 on different CSPs a.

Racemate I50-ran-II50 I80-ran-II20 I95-ran-III5 I95-ran-IV5 I95-ran-V5 OD-H b AD-H c

k1 α k1 α k1 α k1 α k1 α k1 α k1 α

1 1.31(+) 1.21 1.04(+) 1.40 2.09(+) 1.27 1.77(+) 1.28 0.75(+) 1.32 4.16 1.58 8.06 1.38

2 4.60(+) 1.10 1.77(+) 1.08 2.75 1.00 2.63 1.00 2.09 1.00 4.40 3.52 4.17 1.40

3 0.36 1.00 0.21 1.00 0.22 1.00 0.22 1.00 0.29 1.00 1.54 1.77 2.16 1.00

4 18.69(-) 1.07 9.30(-) 1.08 20.3 1.00 11.45 ~1 7.70 1.00 3.82 1.13 9.58 1.06

5 2.77(+) 1.77 2.18(+) 1.88 4.56(+) 1.37 4.37(+) 1.58 4.05(+) 1.20 ? d ? ? ?

6 0.39 1.00 0.38 1.00 0.41 1.00 0.34 1.00 0.88 1.00 2.09 1.24 1.53 2.03

7 0.41 1.00 0.49 1.00 0.42 1.00 0.38 1.00 0.11 1.00 ? ? ? ?

8 0.89 1.00 0.68 1.00 1.40 1.00 1.39 1.00 1.03 1.00 ? ? ? ?

9 0.80 1.00 0.82 1.00 0.99 1.00 1.08 1.00 0.45 1.00 ? ? ? ?

下載: 導(dǎo)出CSV

a Column: 25 cm × 0.21 cm (i.d.), flow rate: 0.1 mL/min; the signs in parentheses represent the circular dichroism detection at 254 nm of the first?eluted enantiomer; eluent: hexane/2-propanol (90/10, V/V). b Flow rate: 0.5 mL/min. c Data taken from Ref.[39]. d Could not be obtained.

組成不同的I50-ran-II50和I80-ran-II20拆分范圍相同，均可拆分1，2，4和5，但拆分效果略有差異(圖7). 聯(lián)萘酚(4)在2種固定相上可實(shí)現(xiàn)接近商用柱的分離效果，但兩者保留因子不同，I50-ran-II50具有更大的保留因子，說(shuō)明CSPs與底物間的相互作用更強(qiáng)；當(dāng)拆分底物變?yōu)橐阴１?5)時(shí)，2種CSPs對(duì)其可實(shí)現(xiàn)較好的基線分離，I80-ran-II20-CSP的拆分因子(α=1.88)高于I50-ran-II50-CSP的拆分因子(α=1.77)，這可能由于含更多仲胺基的I80-ran-II20，更有利通過(guò)氫鍵相互作用于底物進(jìn)行手性識(shí)別. 2種CSPs對(duì)2與4底物分離因子相近，但保留因子差別較大，說(shuō)明仲胺基影響CSPs與底物手性識(shí)別中相互作用強(qiáng)度，但不影響拆分范圍.

Fig. 7  Chromatogram for resolution of 1, 2, 4 and 5 on I50-ran-II50 and I80-ran-II20CSPs.

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對(duì)比螺旋結(jié)構(gòu)相似，連接基分別為脲基的I95-ran-III5、不同方向氨基甲酸酯基的I95-ran-IV5 (定義方向由主鏈到側(cè)基為：－NHCOO－)和I95-ran-V5 (方向?yàn)?COONH-)僅對(duì)氫鍵給受體分子1與金屬配合物5均具有較好的識(shí)別能力(圖8). 靠近主鏈為氨基連接基的I95-ran-III5和I95-ran-IV5表現(xiàn)出相似的拆分性質(zhì)，兩者CSPs拆分范圍相同，k1相近，說(shuō)明靠近主鏈的胺基對(duì)手性識(shí)別結(jié)果影響較大. 底物進(jìn)入螺旋內(nèi)部與靠近主鏈的氨基通過(guò)氫鍵、偶極-偶極相互作用等進(jìn)行手性識(shí)別. 當(dāng)靠近主鏈基團(tuán)替換為烷氧基，即連接方向是－COONH－的I95-ran-V5時(shí)，其手性識(shí)別能力稍差. 缺少氫鍵供體的CSPs與消旋底物的氫鍵相互作用減弱，反映在k1均低于前兩者CSPs，結(jié)果表明氫鍵對(duì)CSPs的手性識(shí)別能力有一定影響.

Fig. 8  Chromatogram for resolution of 1 and 5 on I95-ran-III5, I95-ran-IV5 and I95-ran-V5 CSPs.

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另一方面，從拆分結(jié)果可以看出2與4可在I50-ran-II50和I80-ran-II20上可以進(jìn)行較好的分離，卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)在光學(xué)活性更低的I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5上分離，這可能由于共聚物中非手性單體的引入破壞了主鏈螺旋規(guī)整性，空間匹配效應(yīng)下降，從而拆分效果降低.此結(jié)果說(shuō)明螺旋聚合物的光學(xué)活性與CSPs手性拆分效果密切相關(guān).

3 結(jié)論

基于(S)-乙炔基吡咯烷、炔丙胺和炔丙醇合成了5種單取代乙炔基單體，通過(guò)Rh(nbd)BPh4催化的配位共聚合反應(yīng)制備出5種光學(xué)活性螺旋共聚物——I50-ran-II50、I80-ran-II20、I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5. 該5種共聚物均形成某一旋向占優(yōu)的螺旋構(gòu)象，手性共聚單體II的引入對(duì)其與I共聚物主鏈螺旋手性的影響較小，但會(huì)降低側(cè)基圍繞主鏈不對(duì)稱排列的有序性. 隨著單體II含量的增加，共聚物側(cè)基吸收處科頓效應(yīng)強(qiáng)度減少. 少量非手性單體的引入不僅顯著降低共聚物側(cè)基的光學(xué)活性，而且明顯降低主鏈光學(xué)活性. I50-ran-II50和I80-ran-II20能立體選擇性地識(shí)別和分離外消旋化合物1、2、4和5，單體II的仲酰胺不利于共聚物與氫鍵給體分子的相互作用，含量增加，保留因子和分離因子都降低. I95-ran-III5、I95-ran-IV5和I95-ran-V5僅對(duì)外消旋化合物1和5表現(xiàn)出一定的對(duì)映分離能力，說(shuō)明非手性共聚單體的引入對(duì)PI的對(duì)映分離能力有不利影響. 這一結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)拆分范圍廣、穩(wěn)定性高的聚乙炔型CSPs有一定的參考價(jià)值.