专利名称：用于手性拆分外消旋体的羧甲基－β－环糊精插层水滑石及其制备方法
所属领域本发明属于外消旋体的手性拆分领域，特别是提供了一种用于手性拆分外消旋体的羧甲基-β-环糊精插层水滑石及其制备方法。
背景技术：
化学组成、分子式完全相同，但组成化合物的原子或原子团在空间的取向不同的镜像化合物叫对映体。由于它们像人的两只手一样彼此不能重合，又称为手性化合物。对映体在生物过程中，特别是在药物领域的不同作用越来越被人们所认识。在生物体内，生物大分子均处于高度复杂的手性环境之中，对映体药物进入生物体内会在药理活性、代谢过程和代谢产物、引起的毒副作用等方面产生显著的差异。在通常情况下，只有一个对映体具有药理作用，而另一个对映体则无作用，甚至还会产生很强的毒性或副作用。因此，手性中间体及拆分技术是许多制药及化学公司正在研究开发的重点。对映体的理化性质极为相近，手性拆分难度大。色谱技术是目前手性拆分的主要方法，其中包括薄层色谱、气相色谱、高效液相色谱等。手性固定相高效液相色谱是用得最多的一种，其主要缺点是柱子价格昂贵，性能往往比普通液相柱低；应用范围较窄，通常需要几类不同的手性液相色谱柱来满足某一特定的分析要求。
环糊精(cyclodextrin，CD)是由α-D-吡喃型葡萄糖单元通过α-1，4-糖苷键组成的环状寡聚糖，由于环糊精及其衍生物具有特殊的手性环状空腔，可以提供良好的手性环境，它们不仅广泛用于分离光学异构体，还用于分离各种几何异构体，如芳烃的邻，间，对位异构体，萜类和多环芳烃的位置异构体等。文献T.Kossielski，D.Sybilska，J.Jurczak，J Chromatogr.，1983，280，131就采用在α-CD和甲酰胺组成的固定相填充柱上实现了气相色谱对映体分离，拆分了α-，β-蒎烯对映异构体，1987年(Z.Juvancz，H.-P.Nowotny，J.Szejtli，HRC，1987，10，105)匈牙利的Szejtli研究组首次制备了全甲基-β-CD涂层毛细管，把毛细管的高柱效和环糊精的高选择性相结合，使气相色谱法分离对映体获得了更广泛的应用和发展。
双金属复合氢氧化物又称为水滑石(Layered Double Hydroxides，简写为LDHs)是一种新型的多功能层状材料，其化学稳定性良好，具有强的抗热性能，且LDHs层板金属离子可调变，层间阴离子具有可交换性，多种功能性阴离子都可通过离子交换进入层间，得到各种功能性复合材料，因此可将其作为模板，根据需要同时调控层板金属和层间阴离子，得到功能性复合材料。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于手性拆分外消旋体的羧甲基-β-环糊精插层水滑石及其制备方法。以羧甲基-β-环糊精插层水滑石为吸附剂，手性拆分外消旋体的方法。利用LDHs的层间离子可交换性、层板可控和层板结构定位效应，将羧甲基-β-环糊精以阴离子的形式引入层间，制得无机-有机复合材料。然后用制得的插层产物进行外消旋苯基乙二醇和苯乙醇的手性拆分。该材料可优先吸附(R)型苯基乙二醇和苯乙醇，从而实现外消旋苯基乙二醇和苯乙醇的手性拆分。
本发明的用于手性拆分外消旋体羧甲基-β-环糊精插层水滑石的组成为层间阴离子为NO3-或者Cl-的水滑石前体，将羧甲基-β-环糊精经离子交换取代NO3-或者Cl-进入水滑石层间，构成羧甲基-β-环糊精阴离子占层间阴离子摩尔总数20～100％的阴离子型超分子层状材料。
本发明所制备的用于手性拆分外消旋体羧甲基-β-环糊精插层水滑石的化学式为[(M2+)1-x(M3+)x(OH)2]x+(CMCDn-)x/n·mH2O，CMCD为羧甲基-β-环糊精；其中0.2≤x≤0.33，n＝0.5-4，m＝3-6为层间结晶水分子数，M2+代表二价金属离子，可以是Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+的任何一种，M2+优选Zn2+；M3+代表三价金属离子，可以是Al3+、Cr3+的任何一种，M3+优选Al3+。
本发明的羧甲基-β-环糊精插层水滑石的制备步骤如下a.制备层间阴离子为NO3-或者Cl-，层板二价、三价阳离子摩尔比M2+/M3+＝2～3的水滑石前体；b.将羧甲基-β-环糊精的钠盐溶于除CO2的去离子水中，制得饱和溶液；c.将a中所述水滑石前体加入到溶液b中，在N2保护并搅拌下，50～70℃下反应12～48h，产物用去CO2水洗涤、离心6次，40～70℃下干燥后即可得到羧甲基-β-环糊精插层水滑石[(M2+)1-x(M3+)x(OH)2]x+(CMCDn-)x/n·mH2O。
本发明所述的水滑石主体层板选择二价金属阳离子Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+中的任何一种与三价金属阳离子Al3+、Cr3+中的任何一种组合。
将制得的插层产物进行XRD、IR、元素分析表征，并研究其手性选择性吸附性能。由X射线衍射图可知，层间距明显变大，表明羧甲基-β-环糊精经离子交换进入LDHs层间后；IR谱图显示，制备得到的CMCD-LDHs在1606cm-1、1420cm-1处出现了COO-的特征峰，也证明羧甲基-β-环糊精插层成功。而插层产物吸附苯基乙二醇后，UV-vis分析表明在265，256，251nm附近出现强的苯环三重特征紫外吸收峰，用手性高效液相色谱分析滤液表明滤液中(S)型苯基乙二醇的量大于(R)型苯基乙二醇的量，说明羧甲基-β-环糊精插层的水滑石优先吸附(R)型苯基乙二醇，以上表明CMCD-LDHs对外消旋苯基乙二醇有手性拆分的效果。
本发明的优点是1、首次将插层环糊精的水滑石应用于手性拆分领域；利用水滑石层状材料的可插层组装性、层板可控和层板结构定位效应，把具有优异手性拆分性能的环糊精组装进入水滑石层间，实现环糊精分子的固定化及其在层间的高度分散，得到一种可手性拆分外消旋苯基乙二醇的有机-无机复合材料。
2、所采用的制备方法工艺简单，成本低，反应易于进行；3、通过控制水滑石中阴离子的种类和摩尔比，可调控水滑石的手性拆分性能。
图1为实施例1制备的羧甲基-β-环糊精插层水滑石的X射线粉末衍射图。其中，a为水滑石前体；b为羧甲基-β-环糊精插层水滑石。
图2为实施例1羧甲基-β-环糊精插层水滑石吸附外消旋苯基乙二醇前后的紫外谱图。其中，c为苯基乙二醇；d为吸附苯基乙二醇前水滑石紫外谱图；e为吸附苯基乙二醇后水滑石紫外谱图。
图3为实施例1羧甲基-β-环糊精插层水滑石吸附外消旋苯基乙二醇后滤液的高效液相色谱图。其中，r为(R)型苯基乙二醇；s为(S)型苯基乙二醇
具体实施例方式实施例1步骤A称取35.6g Zn(NO3)2·6H2O，22.6g Al(NO3)3·9H2O和9.06gNaNO3溶于200ml去CO2水配制混合盐溶液，另取11.2g NaOH溶于100ml去CO2水中配制碱溶液，室温下N2保护采用双滴法将盐溶液和碱溶液缓慢加入四口瓶中，强烈搅拌。用0.1mol/LNaOH溶液调节pH值为7。所得浆液于70℃晶化24h，产物离心洗涤至中性；取出样品70℃下干燥20h后进行表征，得到Zn2Al-NO3LDHs，其Zn2+/Al3+＝2。
步骤B将20.6g羧甲基-β-环糊精的钠盐[C42H70-nO35·(C2H2O2Na)n]固体加入盛有水滑石前体的四口瓶中，N2保护加热至70℃，搅拌下反应48h，液体变成浅黄色。产物离心洗涤至中性，70℃下干燥20h，即可得到羧甲基-β-环糊精插层水滑石Zn2Al-CMCD LDHs。
步骤C准确称量一定量的羧甲基-β-环糊精插层水滑石(Zn2Al-CMCD LDHs)和外消旋苯基乙二醇，加入20ml除CO2的去离子水中，制成样品。以此为基准，按照相同比例逐步缩小苯基乙二醇的使用量，制成另外系列样品。将其于氮气保护下置于振荡器中，30℃下振荡24h，过滤，取滤液做紫外和高效液相色谱分析，用公式(C0-C)V/m，计算吸附量。
由X射线衍射图可知，羧甲基-β-环糊精经离子交换进入LDHs层间后，其层板间距由前体的0.887nm增大到1.644nm；在2θ为61°附近两种LDHs都有明显的衍射峰，对应的晶胞参数a都近似为0.305nm，说明羧甲基-β-环糊精插层前后LDHs层板电荷密度没有发生变化，LDHs层板得到较完整的保持。IR谱图显示，制备得到的CMCD-LDHs在1606cm-1、1420cm-1处出现了COO-的特征峰，在643cm-1处出现了Zn-O的伸缩振动峰，证明羧甲基-β-环糊精插层成功。而插层产物吸附苯基乙二醇后，UV-vis分析表明在265，256，251nm附近出现强的苯环三重特征紫外吸收峰，用手性高效液相色谱分析滤液表明滤液中(S)型苯基乙二醇的量大于(R)型苯基乙二醇的量，说明羧甲基-β-环糊精插层的水滑石优先吸附(R)型苯基乙二醇，以上表明CMCD-LDHs对外消旋苯基乙二醇有手性拆分的效果。
实施例2步骤A称取30.7g Mg(NO3)2·6H2O和22.6g Al(NO3)3·9H2O溶于200ml去CO2水配制混合盐溶液，另取11.2g NaOH溶于100ml去CO2水中配制碱溶液，室温下N2保护采用双滴法将盐溶液和碱溶液慢慢加入四口瓶中，滴完后用0.1mol/LNaOH溶液调pH值为10，所得浆液下70℃晶化24h，产物离心洗涤至中性；取出少量样品70℃下干燥20h后进行表征，得到Mg2Al-NO3LDHs，其Mg2+/Al3+＝2。
步骤B按类似实施例1中步骤B的方法，将20.6g羧甲基-β-环糊精的钠盐[C42H70-nO35·(C2H2O2Na)n]固体加入盛有样品的四口瓶中，N2保护加热至70℃反应48h，液体变成浅黄色。产物离心洗涤至中性，70℃下干燥20h，即可得到羧甲基-β-环糊精插层水滑石Mg2Al-CMCD LDHs。
步骤C采取类似实施例1中步骤C方法，准确称量一定量的羧甲基-β-环糊精插层水滑石(Mg2Al-CMCD LDHs)和外消旋苯基乙二醇，加入20ml除CO2的去离子水中，制成样品。以此为基准，按照相同比例逐步缩小苯基乙二醇的使用量，制成另外系列样品。将其在氮气的保护下置于振荡器中，30℃下振荡24h，过滤，取滤液做紫外和高效液相色谱分析，用公式(C0-C)V/m，计算吸附量。
由X射线衍射图可知，Mg2Al-CMCD LDHs层板间距由前体的0.874nm增大到1.632nm，在2θ为61°附近两种LDHs的特征吸收峰对应的晶胞参数a都近似为0.304mn，说明CMCD插层前后LDHs层板电荷密度没有发生变化，LDHs层板得到较完整的保持。IR谱图显示，插层产物在1610cm-1、1400cm-1处出现了COO-的特征峰，证明配合物CMCD插层成功。而插层产物吸附苯基乙二醇后，UV-vis分析表明在265，256，251nm附近出现强的苯环三重特征紫外吸收峰，用手性高效液相色谱分析滤液表明滤液中(S)型苯基乙二醇的量大于(R)型苯基乙二醇的量，说明羧甲基-β-环糊精插层的水滑石优先吸附(R)型苯基乙二醇，以上表明CMCD-LDHs对外消旋苯基乙二醇有手性拆分的效果。
实施例3步骤A称取16.4g ZnCl2和14.5g AlCl3·6H2O溶于200ml去CO2水配制混合盐溶液，另取11.2g NaOH溶于100ml去CO2水中配制碱溶液，室温下N2保护采用双滴法将盐溶液和碱溶液慢慢加入四口瓶中，滴完后用0.1mol/LNaOH溶液调pH值为6，所得浆液下70℃晶化24h，产物离心洗涤至中性；取出少量样品70℃下干燥20h后进行表征，得到Zn2Al-Cl LDHs，其Zn2+/Al3+＝2。
步骤B按类似实施例1中步骤B的方法，将20.6g羧甲基-β-环糊精的钠盐[C42H70-nO35·(C2H2O2Na)n]固体加入盛有样品的四口瓶中，N2保护加热至70℃反应48h，液体变成浅黄色。产物离心洗涤至中性，70℃下干燥20h，即可得到羧甲基-β-环糊精插层水滑石Zn2Al-CMCD LDHs。
步骤C采取类似实施例1中步骤C方法，准确称量一定量的羧甲基-β-环糊精插层水滑石(CMCD-LDHs)和外消旋苯乙醇，加入20ml除CO2的去离子水中，制成样品。以此为基准，按照相同比例逐步缩小苯乙醇的使用量，制成另外系列样品。将其在氮气的保护下置于振荡器中，30℃下振荡24h，过滤，取滤液做紫外和高效液相色谱分析，用公式(C0-C)V/m，计算吸附量。
由X射线衍射图可知，Zn2Al-CMCD LDHs层板间距由前体的0.884nm增大到1.643nm，在2θ为61°附近两种LDHs的特征吸收峰对应的晶胞参数a都近似为0.304nm，说明CMCD插层前后LDHs层板电荷密度没有发生变化，LDHs层板得到较完整的保持。IR谱图显示，插层产物在1610cm-1、1420cm-1处出现了COO-的特征峰，证明配合物CMCD插层成功。而插层产物吸附苯乙醇后，UV-vis分析表明在265，256，251nm附近出现强的苯环三重特征紫外吸收峰，用手性高效液相色谱分析滤液表明滤液中(S)型苯乙醇的量大于(R)型苯乙醇的量，说明羧甲基-β-环糊精插层的水滑石优先吸附(R)型苯乙醇，以上表明CMCD-LDHs对外消旋苯乙醇有手性拆分的效果。
权利要求
1.一种用于手性拆分外消旋体的羧甲基-β-环糊精插层水滑石，其特征在于化学式为[(M2+)1-x(M3+)x(OH)2]x+(CMCDn-)x/n·mH2O，CMCD为羧甲基-β-环糊精，其中0.2≤x≤0.33，n＝0.5-4，m＝3-6为层间结晶水分子数，M2+代表二价金属离子Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+的任何一种，M3+代表三价金属离子Al3+、Cr3+的任何一种；层间阴离子为NO3-或者Cl-的水滑石前体，将羧甲基-β-环糊精经离子交换取代NO3-或者Cl-进入水滑石层间，构成羧甲基-β-环糊精阴离子占层间阴离子摩尔总数20～100％的阴离子型超分子层状材料。
2.按照权利要求1所述的插层水滑石，其特征在于M2+选择Zn2+，M3+优选Al3+。
3.一种制备权利要求1所述的用于手性拆分外消旋体的羧甲基-β-环糊精插层水滑石及的方法，其特征在于a.制备层间阴离子为NO3-或者Cl-，层板二价、三价阳离子摩尔比M2+/M3+＝2～3的水滑石前体；b.羧甲基-β-环糊精的钠盐溶于除CO2的去离子水中，制得饱和溶液；c.将a中所述水滑石前体加入到溶液b中，在N2保护并搅拌下，50～70℃下反应12～48h，产物用去CO2水洗涤、离心，40～70℃下干燥后得到羧甲基-β-环糊精插层水滑石[(M2+)1-x(M3+)x(OH)2]x+(CMCDn-)x/n·mH2O。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的水滑石主体层板选择二价金属阳离子Mg2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+中的任何一种与三价金属阳离子Al3+、Cr3+中的任何一种组合。
全文摘要
本发明提供了一种用于手性拆分外消旋体的羧甲基－β－环糊精插层水滑石及其制备方法，属于外消旋体的手性拆分领域。插层水滑石的化学式为[(M
文档编号C07B57/00GK1830799SQ20061001138
公开日2006年9月13日 申请日期2006年2月28日 优先权日2006年2月28日
发明者段雪, 卫敏, 刘晓磊, 路艳罗, 何静 申请人:北京化工大学