การวิเคราะห์ไครัล
การวิเคราะห์ไครัลหมายถึง การหาปริมาณของเอนันติโอเมอร์ที่ เป็นส่วนประกอบ ของ สาร ยาแบบราเซมิกหรือสารประกอบทางเภสัชกรรม คำพ้องความหมายอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่การวิเคราะห์เอนันติ โอเมอ ร์การวิเคราะห์เอนันติโอ เมอร์ และการวิเคราะห์เอนันติโอ ซีเลคทีฟ การวิเคราะห์ไครัลรวมถึงกระบวนการวิเคราะห์ทั้งหมดที่มุ่งเน้นการกำหนดลักษณะของคุณสมบัติของยาไครัล [ 1 ] การวิเคราะห์ไครัลมักดำเนินการด้วยวิธีการแยกไครัล โดยที่เอนันติโอเมอร์จะถูกแยกออกจากกันในระดับการวิเคราะห์และวิเคราะห์พร้อมกันสำหรับแต่ละเอนันติโอเมอร์[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
สารประกอบหลายชนิดที่มีความสำคัญทางชีววิทยาและเภสัชวิทยาเป็นสารไครัล คุณสมบัติทางเภสัชพลศาสตร์ เภสัชจลนศาสตร์ และความเป็นพิษของเอนันติโอเมอร์ของยาไครัลแบบราเซมิกได้ขยายตัวอย่างมากและกลายเป็นประเด็นสำคัญสำหรับทั้งอุตสาหกรรมยาและหน่วยงานกำกับดูแล[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] โดยทั่วไป เอนันติโอเมอร์ตัวหนึ่งจะมีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยามากกว่า ( ยูโทเมอร์ ) ในหลายกรณี อาจเกิดผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์หรือแม้แต่ผลกระทบที่เป็นพิษกับเอนันติโอเมอร์ที่ไม่มีฤทธิ์ ( ไดสโตเมอร์ ) [ 17 ]แม้ว่าผลข้างเคียงจะไม่ร้ายแรงนัก แต่เอนันติโอเมอร์ที่ไม่มีฤทธิ์จะต้องถูกเมตาบอไลซ์ ซึ่งเป็นการเพิ่มภาระที่ไม่จำเป็นให้กับระบบของร่างกายผู้ป่วยที่กำลังอ่อนแออยู่แล้ว ความแตกต่างอย่างมากในกิจกรรมระหว่างเอนันติโอเมอร์แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นในการประเมินความบริสุทธิ์ของเอนันติโอเมอร์ของยา สารเคมีทางการเกษตร และสารเคมีอื่นๆ เช่น น้ำหอมและกลิ่นรสอย่างแม่นยำ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่ง ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อสารบำบัดแบบราเซมิกถูกนำเข้าไปในระบบชีวภาพที่มีสภาพแวดล้อมแบบไครัล อัตราส่วนจะไม่เป็น 50:50 อีกต่อไป เนื่องจากการดูดซึม การกระจาย การเผาผลาญ และการขับออก (ADME) ที่เลือกเฉพาะไอโซเมอร์เชิงแสง ดังนั้น เพื่อติดตามรายละเอียดของไอโซเมอร์เชิงแสงแต่ละชนิด จึงจำเป็นต้องใช้เครื่องมือวิเคราะห์แบบไครัล
เทคโนโลยีไครัลเป็นหัวข้อที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมาก ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แบบไม่สมมาตร[ 18 ]และการวิเคราะห์แบบเลือกเอนันติโอเมอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านโครมาโทกราฟีไครัลผลจากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีไครัล ทำให้ยาหลายชนิดที่วางจำหน่ายในปัจจุบันในรูปแบบยาผสมราเซมิกกำลังได้รับการประเมินใหม่ในฐานะผลิตภัณฑ์ไครัลเฉพาะหรือตัวเปลี่ยนไครัล [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] แม้ว่าจะมีทางเลือกที่จะส่งเสริมยาที่มีเอนันติโอเมอร์เดี่ยวหรือยาผสมราเซมิก แต่ในสภาพแวดล้อมด้านกฎระเบียบในปัจจุบัน ก็ยังมีความจำเป็นต้องมีการตรวจสอบแบบเลือกเอนันติโอเมอร์ ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากต่อนักวิเคราะห์ยาและนักโครมาโทกราฟีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการพัฒนายา ในการวิจัยและพัฒนายา อาจจำเป็นต้องใช้วิธีการวิเคราะห์ทางสเตอริโอเคมีเพื่อทำความเข้าใจการออกฤทธิ์และการกระจายตัวของยา แบบเลือกเอนันติโอเมอร์ การประเมินความบริสุทธิ์ของไครัล การศึกษาเสถียรภาพทางสเตอริโอเคมีระหว่างการกำหนดสูตรและการผลิต การประเมินรูปแบบยา การดูดซึมยาเฉพาะเอนันติโอเมอร์ และการตรวจสอบความเท่าเทียมทางชีวภาพของยาไครัล นอกจากการประยุกต์ใช้ทางเภสัชกรรมแล้ว การวิเคราะห์ไครัล[ 23 ]ยังมีบทบาทสำคัญในการศึกษาตัวอย่างทางชีวภาพและสิ่งแวดล้อม รวมถึงในด้านนิติเวชด้วย[ 24 ]วิธีการและการประยุกต์ใช้การวิเคราะห์ไครัลในช่วงปี 2010 ถึง 2020 ได้รับการทบทวนอย่างละเอียดถี่ถ้วนเมื่อเร็ว ๆ นี้[ 25 ]มีบทความ คอลัมน์ และบทสัมภาษณ์จำนวนมากในLCGCที่เกี่ยวข้องกับแนวโน้มที่เกิดขึ้นใหม่ในการวิเคราะห์ไครัลและการประยุกต์ใช้ในกระบวนการค้นพบและพัฒนายา[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]
สำหรับการตรวจสอบไครัล จำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมไครัลที่เหมาะสม ซึ่งอาจจัดหาได้โดยใช้แสงโพลาไรซ์ระนาบ สารประกอบไครัลเพิ่มเติม หรือโดยการใช้ประโยชน์จากไครัลลิตี้ที่มีอยู่ในธรรมชาติ กลยุทธ์การวิเคราะห์ไครัลประกอบด้วยเทคนิคทางกายภาพ ชีวภาพ และวิทยาศาสตร์การแยกสาร เมื่อเร็วๆ นี้ มีการรายงานการวิเคราะห์ไครัลสัมบูรณ์โดยใช้แสง[ 32 ]เทคนิคที่ใช้บ่อยที่สุดในการวิเคราะห์แบบเลือกเอนันติโอเมอร์เกี่ยวข้องกับเทคนิควิทยาศาสตร์การแยกสาร โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีการโครมาโทกราฟีไครัลหรือโครมาโทกราฟีไครัล ปัจจุบันมี CSP หลากหลายชนิดวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์โดยอิงจากตัวเลือกไครัลต่างๆ รวมถึงพอลิแซ็กคาไรด์ ไซโคลเดกซ์ทริน ยาปฏิชีวนะไกลโคเปปไทด์ โปรตีน พิร์คเคิล คราวน์อีเทอร์ ฯลฯ เพื่อให้สามารถวิเคราะห์โมเลกุลไครัลได้[ 33 ]
โครมาโทกราฟีไครัล
คำนี้ได้รับความนิยมและใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติ แต่คำที่เหมาะสมคือ "โครมาโทกราฟีแบบเลือกเอนันติโอเมอร์" [ 34 ]โครมาโทกราฟีแบบไครัลได้พัฒนาจนกลายเป็นเทคนิคที่นิยมใช้มากที่สุดสำหรับการกำหนดความบริสุทธิ์ของเอนันติโอเมอร์ รวมถึงการแยกเอนันติโอเมอร์บริสุทธิ์ทั้งในระดับการวิเคราะห์และการเตรียมการ การทดสอบโครมาโทกราฟีแบบไครัลเป็นขั้นตอนแรกในการศึกษาใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์หรือการแยกเอนันติโอเมอร์แบบเลือกเอนันติโอเมอร์ ซึ่งรวมถึงการใช้เทคนิคต่างๆ เช่น โครมาโทกราฟีแก๊ส (GC), โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง (HPLC), โครมาโทกราฟีของไหลวิกฤตยิ่งยวดแบบไครัล (SFC), อิเล็กโทรโฟเรซิสแบบแคปิลลารี (CE) [ 35 ]และโครมาโทกราฟีแบบชั้นบาง (TLC) [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]ผลจากการสำรวจวรรณกรรมพบว่าการทดสอบแบบไครัลโดยใช้ HPLC เป็นเทคโนโลยีที่โดดเด่นที่สุดที่ใช้กันอยู่[ 41 ]ตารางนี้แสดงภาพรวมของวิธีการวิเคราะห์ต่างๆ ที่ใช้ในการแยกและวิเคราะห์ไครัล[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]
| วิธี | คำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับหลักการและการประยุกต์ใช้ |
|---|---|
| โครมาโทกราฟี | |
| ไครัล HPLC | โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูงแบบไครัล (Chiral HPLC) ใช้ในการแยกเอนันติโอเมอร์ทั้งแบบโดยตรงและโดยอ้อม นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบความบริสุทธิ์ของเอนันติโอเมอร์ โดยมีเงื่อนไขว่าต้องมีสารมาตรฐานอ้างอิงของราเซเมตหรือเอนันติโอเมอร์ทั้งสองชนิด สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างเอนันติโอเมอร์และราเซเมตได้ (+) จาก (-) และ (±) |
| ไครัล จีซี | การแยกสารไครัลส่วนใหญ่โดยใช้ GC นั้นทำโดยใช้สารอนุพันธ์ของไซโคลเดกซ์ทรินเป็นตัวเลือกไครัล วิธีนี้สามารถใช้แยกแยะระหว่างเอนันติโอเมอร์และสารผสมราเซเมตได้ (+) จาก (-) และ (±) |
| โครมาโทกราฟีของไหลยิ่งยวด (SFC) | หลักการคล้ายคลึงกับ HPLC มาก แต่ SFC มักใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นเฟสเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องอัดความดันตลอดเส้นทางการไหลของโครมาโทกราฟี SFC สามารถแยกความแตกต่างระหว่างเอนันติโอเมอร์และเอนันติโอเมอร์ออกจากราเซเมตได้ รวมถึงแยก (+) ออกจาก (-) และ (±) ด้วย |
| อิเล็กโทรโฟเรซิสแบบแคปิลลารีไครัล (CE) [ 45 ] | เทคนิค Chiral CE อาศัยการแยกไอโซเมอร์แบบเอนันติโอเมอร์โดยการสร้างสารเชิงซ้อนกับไซโคลเดกซ์ทรินซึ่งใช้เป็นตัวเลือกไครัล สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างเอนันติโอเมอร์และสารผสมราเซเมตได้ เช่น (+) จาก (-) และ (±) |
| สเปกโทรสโกปี | |
| โพลาไรเมตรี | การวัดโพลาไรเซชันใช้คุณสมบัติโดยธรรมชาติของโมเลกุลไครัลในการหมุนแสงโพลาไรซ์ระนาบไปในทิศทางที่เท่ากันและตรงกันข้าม วิธีนี้สามารถใช้แยกแยะระหว่างเอนันติโอเมอร์และราเซเมตได้ (+) จาก (-) และ (±) |
| การกระจายการหมุนเชิงแสง (ORD) | ORD คือเส้นโค้งที่ได้จากการพล็อตค่ากิจกรรมทางแสงที่วัดได้ของสารประกอบไครัลเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ แยกแยะความแตกต่างระหว่างเอนันติโอเมอร์และราเซเมต (+) จาก (-) และ (±) |
| ไดโครอิซึมแบบวงกลม (CD) | CD คือการวัดการดูดกลืนแสงที่แตกต่างกันระหว่างแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมซ้ายและขวาโดยสารประกอบไครัล เทคนิคทางไครออปติคอลเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในการระบุและ/หรือหาค่าเอนันติโอเมอร์ได้ |
| การเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) | การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปี NMR โดยใช้รีเอเจนต์เปลี่ยนตำแหน่งไครัลหรือรีเอเจนต์ละลายไครัล สามารถแยกแยะเอนันติโอเมอร์รวมถึงราเซเมตได้ |
| อินฟราเรด (IR) | แยกความแตกต่างระหว่างราเซเมตและเอนันติโอเมอร์ของมัน แต่ไม่ต้องแยกความแตกต่างระหว่างคู่เอนันติโอเมอร์ (+) หรือ (-) จาก (±) |
| แคลอริเมตรี | |
| แคลอริเมตรีแบบสแกนเชิงอนุพันธ์ (DSC) | หลักการพื้นฐานคือการวัดพลังงานที่ถูกดูดซับหรือปล่อยออกมาจากตัวอย่างโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ข้อมูลสามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างไอโซเมอร์เชิงแสงและสารผสมราเซเมตได้ แต่ไม่สามารถแยกแยะไอโซเมอร์เชิงแสงหนึ่งตัวออกจากภาพสะท้อนของมันได้ |
หลักการ - การแยกเอนันติโอเมอร์
ในสภาพแวดล้อมไอโซโทป/อะไครัล ไอโซเมอร์เชิงแสงจะมีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่เหมือนกัน ดังนั้นจึงไม่สามารถแยกแยะได้ภายใต้สภาวะเหล่านี้ สำหรับการแยกโมเลกุลไครัล ความท้าทายคือการสร้างสภาพแวดล้อมไครัลที่เหมาะสม ในระบบโครมาโทกราฟีมีตัวแปรสามตัว ได้แก่สารวิเคราะห์ ไครัล (CA) เฟสเคลื่อนที่ และเฟสคงที่ ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้เพื่อให้ได้สภาพแวดล้อมไครัลที่สำคัญ กลยุทธ์คือการทำให้ตัวแปรเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับตัวช่วยไครัล (ตัวเลือกไครัล, CS) ซึ่งจะก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนไดแอสเตอริโอเมอร์ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีแตกต่างกัน ทำให้สามารถแยกไอโซเมอร์เชิงแสงได้ โดยพิจารณาจากลักษณะของสารเชิงซ้อนไดแอสเตอริโอเมอร์ที่เกิดขึ้นระหว่างชนิดของ CS-CA ทฤษฎีการแยกไอโซเมอร์เชิงแสงจึงแบ่งออกเป็นโหมดการแยกไอโซเมอร์เชิงแสงทางอ้อมและทางตรง
การแยกเอนันติโอเมอร์โดยอ้อม
การแยกเอนันติโอเมอร์ทางอ้อมเกี่ยวข้องกับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารวิเคราะห์ไครัล (CA) ที่สนใจกับสารตั้งต้นไครัล (CS) ที่เหมาะสม (ในกรณีนี้คือสารสร้างอนุพันธ์ไครัลบริสุทธิ์เชิงเอนันติโอเมอร์, CDA) ซึ่งนำไปสู่การเกิดสารเชิงซ้อนไดแอสเตอริโอเมอร์แบบพันธะโควาเลนต์ที่สามารถแยกได้ด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟีแบบไม่ไครัล สารบำบัดมักมีหมู่ฟังก์ชันที่ทำปฏิกิริยาได้ (เช่น หมู่เอมีโน หมู่ไฮดรอกซิล หมู่อีพอกซี หมู่คาร์บอนิล และกรดคาร์บอกซิลิกเป็นต้น) ในโครงสร้าง หมู่ฟังก์ชันเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนเป็นอนุพันธ์ไดแอสเตอริโอเมอร์แบบพันธะโควาเลนต์โดยใช้สารสร้างอนุพันธ์ไครัลบริสุทธิ์เชิงเอนันติโอเมอร์ ไดแอสเตอริโอเมอร์ที่เกิดขึ้นนั้นแตกต่างจากเอนันติโอเมอร์ โดยแสดงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อมแบบไม่ไครัล และในที่สุดจะถูกแยกออกจากกันเนื่องจากเวลาการคงตัวที่แตกต่างกันบนเฟสคงที่[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] ความสำเร็จของแนวทางนี้ขึ้นอยู่กับความพร้อมของสารอนุพันธ์ไครัลบริสุทธิ์ที่เสถียร (CDA) และการมีอยู่ของหมู่ฟังก์ชันปฏิกิริยาที่เหมาะสมในโมเลกุลยาไครัลสำหรับการสร้างอนุพันธ์ไดแอสเตอริโอเมอร์แบบพันธะโควาเลนต์ ปฏิกิริยาของยาแบบราเซมิก (R,S) กับสารอนุพันธ์ไครัลบริสุทธิ์ทั้งทางเคมีและไครัล (R')-CDA จะให้ผลิตภัณฑ์ไดแอสเตอริโอเมอร์ (R)-Drug-(R')-CDA + (S)-Drug-(R')-CDA แผนผังปฏิกิริยาการสร้างอนุพันธ์ไครัลแสดงอยู่ในกรอบด้านขวามือ
ตรงกันข้ามกับเอนันติโอเมอร์ ไดแอสเตอริโอเมอร์มีคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถแยกออกจากกันได้บนเฟสคงที่แบบอะไครัลทั่วไป ข้อดีหลักของวิธีการวิเคราะห์ทางอ้อมคือ สามารถใช้ระบบเฟสคงที่/เฟสเคลื่อนที่แบบอะไครัลทั่วไปในการแยกไดแอสเตอริโอเมอร์ที่เกิดขึ้นได้ ดังนั้นจึงมีความยืดหยุ่นอย่างมากในเงื่อนไขทางโครมาโทกราฟีเพื่อให้ได้การแยกที่ต้องการและกำจัดสิ่งรบกวนจากเมตาบอไลต์และสารภายในร่างกาย นอกจากนี้ ความไวของวิธีการยังสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเลือก CDA และระบบตรวจจับทางโครมาโทกราฟีที่เหมาะสม แต่แนวทางทางอ้อมในการวิเคราะห์เอนันติโอเมอร์นี้มีปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้บางประการ ซึ่งรวมถึงความพร้อมของหมู่ฟังก์ชันที่เหมาะสมบนเอนันติโอเมอร์สำหรับการทำอนุพันธ์ ความบริสุทธิ์ของเอนันติโอเมอร์ของ CDA การเกิดราซีไมเซชันของ CDA ระหว่างการทำอนุพันธ์ และการเกิดราซีไมเซชันของสารวิเคราะห์ระหว่างการทำอนุพันธ์ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน การประยุกต์ใช้แนวทางการวิเคราะห์ทางอ้อมกำลังลดลง
การแยกเอนันติโอเมอร์โดยตรง
การแยกเอนันติโอเมอร์โดยตรงเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสารเชิงซ้อนไดแอสเตอริโอเมอร์ชั่วคราวแทนที่จะเป็นพันธะโควาเลนต์ระหว่างตัวเลือก/ตัวแยกแยะไครัลและสารวิเคราะห์ (เอนันติโอเมอร์ของยา) ในแนวทางนี้ ความแตกต่างของพลังงานเล็กน้อยระหว่างสารเชิงซ้อนไดแอสเตอริโอเมอร์ที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นแบบย้อนกลับได้จะถูกนำมาใช้เพื่อการจำแนกไครัล การแยกเอนันติโอเมอร์โดยตรงด้วยโครมาโทกราฟีสามารถทำได้สองวิธีที่แตกต่างกัน คือ โหมดสารเติมแต่งเฟสเคลื่อนที่ไครัลและโหมดเฟสคงที่ไครัล[ 51 ]
สารเติมแต่งเฟสเคลื่อนที่แบบไครัล (CMPA)
ในแนวทางนี้ สารประกอบบริสุทธิ์เชิงเอนันติโอเมอร์ ซึ่งเป็นตัวเลือกไครัล จะถูกเติมลงในเฟสเคลื่อนที่ และการแยกจะเกิดขึ้นบนคอลัมน์อะไครัลแบบดั้งเดิม เมื่อนำส่วนผสมของเอนันติโอเมอร์เข้าสู่ระบบโครมาโทกราฟี เอนันติโอเมอร์แต่ละตัวจะสร้างสารเชิงซ้อนไดแอสเตอริโอเมอร์ชั่วคราวกับสารเติมแต่งเฟสเคลื่อนที่ไครัล ในเทคนิคสารเติมแต่งเฟสเคลื่อนที่ไครัล กลไกที่เป็นไปได้สองอย่างอาจเกิดขึ้นได้: ความเป็นไปได้หนึ่งคือ CMPA และเอนันติโอเมอร์อาจสร้างไดแอสเตอริโอเมอร์ในเฟสเคลื่อนที่ อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือเฟสคงที่อาจถูกเคลือบด้วย CMPA ซึ่งนำไปสู่ปฏิสัมพันธ์ไดแอสเตอริโอเมอร์กับคู่เอนันติโอเมอร์ในระหว่างกระบวนการแยกโครมาโทกราฟี พบว่าทั้งสองกลไกอาจเกิดขึ้นได้ขึ้นอยู่กับลักษณะของเฟสคงที่และเฟสเคลื่อนที่ที่ใช้[ 52 ]ในปัจจุบัน วิธีนี้มีการใช้งานอย่างจำกัด
เฟสคงที่แบบไครัล (CSP)
ในการแยกเอนันติโอเมอร์โดยตรง วิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการใช้เฟสคงที่แบบไครัล ในกรณีนี้ ตำแหน่งของตัวเลือกไครัลจะอยู่บนเฟสคงที่ เฟสคงที่ประกอบด้วยตัวรองรับของแข็งเฉื่อย (โดยปกติคืออนุภาคไมโครซิลิกา) ซึ่งเอนันติโอเมอร์เดี่ยวของโมเลกุลไครัล (ตัวเลือก) จะถูกเคลือบ/ดูดซับหรือเชื่อมโยงทางเคมีบนพื้นผิว และก่อให้เกิดเฟสคงที่แบบไครัล ตัวเลือกไครัลที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ พอลิแซ็กคาไรด์ โปรตีน ไซโคลเดกซ์ทริน เป็นต้น บทความวิจารณ์ที่น่าสนใจเกี่ยวกับการพัฒนาเฟสคงที่แบบไครัลและการประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ไครัลปรากฏในนิตยสารLCGC ปี 2011 [ 53 ]
การจำแนกไครัล
การจำแนกไครัลหมายถึงความสามารถของเฟสคงที่ไครัลในการโต้ตอบกับโมเลกุลภาพสะท้อนที่แตกต่างกัน ซึ่งนำไปสู่การแยกออกจากกัน กลไกการแยกเอนันติโอเมอร์โดยใช้ CSP โดยทั่วไปจะอธิบายได้ด้วยแบบจำลองการโต้ตอบแบบ "สามจุด" (รูปที่ 1) ระหว่างสารวิเคราะห์และตัวเลือกไครัลในเฟสคงที่ หรือที่รู้จักกันในชื่อแบบจำลอง Dalgliesh [ 54 ] ภายใต้แบบจำลองนี้ สำหรับการจำแนกไครัล และการแยกเอนันติโอเมอร์ที่จะเกิดขึ้นบน CSP เอนันติโอเมอร์ตัวใดตัวหนึ่งของสารวิเคราะห์จะต้องมีส่วนร่วมในการโต้ตอบพร้อมกันสามครั้ง ซึ่งหมายความว่าเอนันติโอเมอร์ตัวใดตัวหนึ่งสามารถโต้ตอบได้ดีกับไซต์ที่เสริมกันบนตัวเลือกไครัลที่ติดอยู่กับ CSP ในขณะที่คู่ภาพสะท้อนของมันอาจโต้ตอบได้เพียงสองหรือหนึ่งไซต์เท่านั้น ในรูป ไอโซเมอร์เชิงแสง (a) มีการจัดเรียงตัวของลิแกนด์ (X, Y และ Z) ที่ถูกต้องสำหรับการเกิดปฏิกิริยาแบบสามจุดกับตำแหน่งที่เข้ากันได้ (X', Y' และ Z') บน CSP ในขณะที่ภาพสะท้อนของมัน (b) สามารถเกิดปฏิกิริยาได้เพียงตำแหน่งเดียวเท่านั้น เส้นประ (-----) แสดงถึงการเกิดปฏิกิริยากับตำแหน่งที่เข้ากันได้
สารประกอบไดแอสเตอริโอเมอร์ที่เกิดขึ้นจะมีพลังงานปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกัน ไอโซเมอร์ที่สร้างสารประกอบที่มีเสถียรภาพมากกว่าจะมีพลังงานน้อยกว่าและคงอยู่ในเฟสคงที่ได้นานกว่าเมื่อเทียบกับสารประกอบที่มีเสถียรภาพน้อยกว่าซึ่งมีพลังงานสูงกว่า ความสำเร็จของการแยกสารไครัลนั้นขึ้นอยู่กับการควบคุมความแตกต่างของพลังงานเล็กน้อยระหว่างสารประกอบไดแอสเตอริโอเมอร์ชั่วคราวที่ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์ซึ่งเกิดขึ้นได้แบบผันกลับได้ ความแตกต่างของพลังงานสะท้อนถึงขนาดของการเลือกไอโซเมอร์ เฟสเคลื่อนที่มีบทบาทสำคัญในการทำให้สารประกอบไดแอสเตอริโอเมอร์มีเสถียรภาพและดังนั้นจึงมีบทบาทในการแยกสารไครัล แบบจำลองปฏิสัมพันธ์แบบสองโมเลกุลที่เรียบง่ายนี้เป็นวิธีการที่เหมาะสมสำหรับวัตถุประสงค์ทางทฤษฎี เฟสเคลื่อนที่มีบทบาทสำคัญในกลไกการจดจำไครัล ส่วนประกอบของเฟสเคลื่อนที่ (เช่น ตัวทำละลายหลัก ตัวปรับแต่ง เกลือบัฟเฟอร์ สารเติมแต่ง) ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อความยืดหยุ่นของโครงสร้างของโมเลกุล CS และ CA เท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อระดับการแตกตัวเป็นไอออนด้วย ประเภทของปฏิสัมพันธ์ที่เกี่ยวข้องในปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารวิเคราะห์และตัวเลือกจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของ CSP ที่ใช้ ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้อาจรวมถึงพันธะไฮโดรเจน พันธะไดโพล-ไดโพล พันธะ π-π ไฟฟ้าสถิต ไฮโดรโฟบิก หรือปฏิสัมพันธ์เชิงสเตอริก และการก่อตัวของสารเชิงซ้อนแบบรวมตัว
ตัวเลือกไครัลแบบคลาสสิกและ CSP
การวิจัยอย่างเข้มข้นเพื่อพัฒนาตัวเลือกไครัลที่มีประสิทธิภาพส่งผลให้มีการสังเคราะห์ CSP มากกว่า 1400 รายการ และ CSP มากกว่า 200 รายการได้รับการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์และวางจำหน่ายในตลาด[ 55 ]ตัวเลือกไครัลที่ใช้กันทั่วไปจะถูกจัดหมวดหมู่และนำเสนอในตาราง
| ประเภทของ CSP | เคมี | กลไกการแยกแยะไครัล | ความจุในการบรรทุก[ 56 ] มก./กรัม (CSP) |
| โพลิเมอร์ | โพลีแซ็กคาไรด์ | พันธะไฮโดรเจน ปฏิสัมพันธ์แบบไดโพล-ไดโพล และสารประกอบไอออนแบบรวมตัวก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน | 5-150 |
| โปรตีน | ปฏิสัมพันธ์แบบไม่ชอบน้ำและไฟฟ้าสถิต | 0.1 - 0.2 | |
| มาโครไซเคิล | ชาวพื้นเมืองและ ไซโคลเดกซ์ทรินที่ถูกดัดแปลง | สารประกอบเชิงซ้อนแบบรวมตัวกัน (Inclusion complexes) เกิดจากการยึดเหนี่ยวด้วยพันธะไฮโดรเจน โดยตัวถูกละลายจะเข้าไปในช่องว่างภายใน CSP เพื่อสร้างสารประกอบเชิงซ้อนแบบรวมตัวกัน | 0.1 - 0.5 |
| ยาปฏิชีวนะกลุ่มไกลโคเปปไทด์ | พันธะไฮโดรเจน; ปฏิกิริยา π-π; การกระจุกตัวของไดโพล; สเตอริก; ช่องว่างที่ไม่ชอบน้ำ | 0.1 - 0.5 | |
| อีเทอร์มงกุฎ | 0.1 - 0.5 | ||
| น้ำหนักโมเลกุลต่ำ นั่งร้าน | ประเภทพิร์คเคิล | พันธะไฮโดรเจน; ปฏิกิริยา π-π; ไดโพลแซกกิ้ง | 1-50 |
| การแลกเปลี่ยนลิแกนด์ | สารประกอบเชิงซ้อนกับโลหะ | 0.1 - 0.5 |
โพลีแซ็กคาไรด์ CSPs
พื้นหลัง
เป็นเรื่องน่าประหลาดใจที่ในปี 1980 ยังไม่มีเฟสคงที่ไครัลใดๆ ที่วางจำหน่ายในตลาดสำหรับการทำโครมาโทกราฟีไครัล อย่างไรก็ตาม ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 หัวข้อของโครมาโทกราฟีแบบเลือกเอนันติโอเมอร์ได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้แรงผลักดันของสถาบัน Okamoto ในญี่ปุ่น ทีมของ Pirkle และ Armstrong ในสหรัฐอเมริกา Schurig และ König ในเยอรมนี Lindner ในออสเตรีย และ Francotte ในสวิตเซอร์แลนด์[ 57 ]พอ ลิแซ็กคาไรด์อะไมโลส และเซลลูโลส เป็นพอลิเมอร์ไครัลที่พบมากที่สุดในโลก พอลิแซ็กคาไรด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับตัวเลือกไครัลที่สำคัญประเภทหนึ่ง
เคมี
อะไมโลสและเซลลูโลสไม่สามารถนำมาใช้โดยตรงได้เนื่องจากความละเอียดต่ำและยากต่อการจัดการ แต่สารอนุพันธ์คาร์บาเมตและเบนโซเอตของพอลิเมอร์เหล่านี้ โดยเฉพาะอะไมโลสและเซลลูโลส แสดงคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในฐานะตัวเลือกไครัลสำหรับการแยกสารด้วยโครมาโทกราฟี มี CSP ที่ใช้พอลิแซ็กคาไรด์เป็นส่วนประกอบจำนวนมากวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์สำหรับการแยกสารไครัล CSP เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการจดจำไครัลที่ยอดเยี่ยมในการแยกสารวิเคราะห์ไครัลหลากหลายชนิด CSP เหล่านี้จำนวนมากวางจำหน่ายโดยบริษัท Daicel Chemical Industries, Ltd. และบางส่วนที่เป็นที่นิยมแสดงอยู่ในตาราง
| # | คำอธิบายสารดูดซับ / เฟสคงที่ | เฟสคงที่แบบไครัล (ชื่อทางการค้า) |
| 1. | เซลลูโลส ไตรส์-(3,5-ไดเมทิล ฟีนิล คาร์บาเมต) | ไครัลเซล โอดีอี® (ไดเซล) |
| 2. | เซลลูโลส ไตรส์-(4-เมทิลเบนโซเอต) | Chiralcel OJ ® / Lux® Cellulose-3 (Phenomenex) |
| 3. | อะไมโลส ไตรส์(3,5-ไดเมทิล ฟีนิล คาร์บาเมต) | ชิรัลแพค เอดี® (ไดเซล) |
| 4. | อะไมโลส ไตรส์(เอส)-อัลฟา-เมทิล เบนซิล คาร์บาเมต | Chiralpak AS ® (Daicel) |
| 5. | เซลลูโลส ทริส(3-คลอโร-4-เมทิลฟีนิลคาร์บาเมต) | ไครัลเซล OZ ® (ไดเซล) |
| 6. | อะไมโลส ไตรส์(5-คลอโร-2-เมทิลฟีนิลคาร์บาเมต) | ไครัลเซล เอวาย® (ไดเซล) |
| 7. | อะไมโลส ไตรส์(3-คลอโร-4-เมทิลฟีนิลคาร์บาเมต) | Chirlpak AZ ® (Daicel) |
| 8. | เซลลูโลส ทริส(4-คลอโร-3-เมทิลฟีนิลคาร์บาเมต) | ไครัลเซล อ็อกซ์® (ไดเซล) |
| 9. | ตัวเลือกเซลลูโลสคาร์บาโมอิลไตรส์ (3,5-ไดเมทิลฟีนิล) | รีจิสเซลล์® |
| 10. | ตัวเลือกไตรส์ (3,5-ไดเมทิลฟีนิล) คาร์บาโมอิล อะไมโลส | รีจิสแพ็ค® |
CSP เหล่านี้เข้ากันได้กับ NP/RP และ SFC และยังใช้สำหรับการแยกวิเคราะห์ กึ่งเตรียม และเตรียมการอีกด้วย งานวิจัยคัดกรองจำนวนมากที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการต่างๆ ชี้ให้เห็นว่า CSP ทั้งสี่ ได้แก่ Chiralcel OD, Chiralcel OJ, Chiralpak AD และ Chiralpak As สามารถแยกสารไครัลได้มากกว่า 80% เนื่องจากความสามารถในการปรับตัวและความจุในการรับน้ำหนักสูง[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]เฟสคงที่ไครัลพอลิแซ็กคาไรด์ทั้งสี่นี้เรียกว่า "สี่ทองคำ" [ 61 ]
คอลัมน์ CSP ที่ทำจากพอลิแซ็กคาไรด์นั้นเตรียมขึ้นโดยใช้ซิลิกาคุณภาพสูงเป็นตัวรองรับ โดยจะเคลือบตัวเลือกไครัลพอลิเมอร์ (อะไมโลส/เซลลูโลส dr.) ลงบนซิลิกาด้วยวิธีการทางกายภาพ (CSP เคลือบ) หรือตรึงด้วยวิธีการทางเคมี (CSP ตรึง) การแยกสารสามารถทำได้ในโหมดเฟสปกติ เฟสผกผัน และโหมดอินทรีย์แบบมีขั้ว ขณะใช้งานคอลัมน์ CSP ที่ทำจากพอลิแซ็กคาไรด์เคลือบ ควรเลือกตัวทำละลายด้วยความระมัดระวัง ไม่ควรใช้ตัวทำละลายที่รุนแรง เช่น ไดคลอโรมีเทน คลอโรฟอร์ม โทลูอีน เอทิลอะซิเตต THF 1,4-ไดออกเซน อะซิโตน DMSO เป็นต้น ตัวทำละลายที่เรียกว่า "ไม่เป็นมาตรฐาน" เหล่านี้จะละลายซิลิกาและทำลายเฟสคงที่อย่างถาวร ความต้านทานที่จำกัดของเฟสเคลือบเหล่านี้ต่อตัวทำละลายหลายชนิดนำไปสู่การพัฒนาคอลัมน์ CSP ที่ทำจากพอลิแซ็กคาไรด์ตรึง ตารางด้านล่างแสดงคอลัมน์ CSP ตรึงบางชนิดที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์และตัวเลือกอื่น ๆ ที่หาได้[ 62 ] [ 63 ]
| # | ตัวเลือกไครัล/เคมีของสารดูดซับ | เฟสคงที่แบบไครัล / ผู้จำหน่าย | ||
|---|---|---|---|---|
| ไดเซล® | ฟีโนเมเน็กซ์® | รีโปรซิล® | ||
| 1 | อะไมโลส ไตรส์(3,5-ไดเมทิลฟีนิล)คาร์บาเมต (เช่นเดียวกับใน Chiralpak® AD) | ชิรัลแพค®ไอเอ | ลักซ์® ไอ-อะไมโลส-1 | เรโปรซิล®เอ็มไอเอ |
| 2 | เซลลูโลส ไตรส์(3,5-ไดเมทิลฟีนิล)คาร์บาเมต (เช่นเดียวกับใน Chiralcel® OD) | ไครัลเซล®ไอบี | ----- | รีโปรซิล® MIB |
| 3 | เซลลูโลส ไตรส์(3,5-ไดคลอโรฟีนิล)คาร์บาเมต | ไครัลเซล®ไอซี | ลักซ์® ไอ-เซลลูโลส-5 | รีโปรซิล® MIC |
| 4 | อะไมโลส ไตรส์(3-คลอโรฟีนิล)คาร์บาเมต | ชิรัลแพค®ไอดี | ----- | ----- |
| 5 | อะไมโลส ไตรส์(3,5-ไดคลอโรฟีนิล)คาร์บาเมต | ชิรัลแพค® IE | ----- | ----- |
| 6 | อะไมโลส ไตรส์(3-คลอโร,4-เมทิลฟีนิล)คาร์บาเมต | ชิรัลแพค®ไอเอฟ | ----- | ----- |
| 7 | อะไมโลส ไตรส์(3-คลอโร,5-เมทิลฟีนิล)คาร์บาเมต | ชิรัลแพค®อิก | ----- | ----- |
CSP ที่ตรึงอยู่กับที่เหล่านี้มีความทนทานมากกว่ามาก และสามารถใช้ตัวทำละลาย "ที่ไม่เป็นมาตรฐาน" ได้ จึงขยายทางเลือกของตัวทำละลายร่วม จุดแข็งที่สำคัญของ CSP ที่ตรึงอยู่กับที่ ได้แก่ ความสามารถในการเลือกใช้ตัวทำละลายที่หลากหลายในองค์ประกอบของเฟสเคลื่อนที่ ความสามารถในการละลายของตัวอย่างที่เพิ่มขึ้น ความเลือกสรรสูง ความแข็งแรงทนทาน และอายุการใช้งานที่ยาวนาน ประสิทธิภาพของคอลัมน์ที่ดีเยี่ยม และขอบเขตการใช้งานที่กว้างขวางในการแยกไอโซเมอร์แบบไครัล ตัวทำละลายเป็นปัจจัยสำคัญใน HPLC MD การมีตัวทำละลายให้เลือกใช้มากขึ้นหมายถึงความสามารถในการละลายของตัวอย่างที่ดีขึ้น ปรับปรุงความละเอียด และช่วยให้การพัฒนาวิธีการไครัลมีประสิทธิภาพมากขึ้น
กลไก
ภายในพอลิเมอร์จะมีการสร้างสภาพแวดล้อมแบบไครัลจำนวนมาก โดยจะมีการสร้างโพรงระหว่างหน่วยกลูโคสที่อยู่ติดกัน และช่องว่าง/ช่องทางระหว่างโซ่พอลิแซ็กคาไรด์ โพรงหรือช่องทางไครัลเหล่านี้ทำให้พอลิแซ็กคาไรด์ CSP มีความสามารถในการจำแนกไครัลได้ กลไกการจำแนกไครัลยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่เชื่อว่าเกี่ยวข้องกับการพันธะไฮโดรเจนและการปฏิสัมพันธ์แบบไดโพล-ไดโพลระหว่างโมเลกุลของสารวิเคราะห์กับพันธะเอสเทอร์หรือคาร์บาเมตของ CSP
แอปพลิเคชัน
การประยุกต์ใช้ CSP เหล่านี้บางส่วนได้แก่ การวิเคราะห์ไครัลโดยตรงของตัวบล็อก β-adrenergic เช่น เมโทรโพรลอล[ 64 ]และเซลิโพรลอล[ 65 ]ตัวบล็อกช่องแคลเซียม เฟโลดิพีน[ 66 ]และสารต้านอาการชัก เอโทโทอิน[ 67 ]
CSP แบบมาโครไซคลิก
วิธีที่น่าสนใจในการทำให้เกิดความแตกต่างแบบไครัลบน CSP คือการใช้ตัวเลือกที่มีโพรงไครัล ตัวเลือกไครัลเหล่านี้ติดอยู่กับวัสดุรองรับเฟสคงที่ ในหมวดหมู่นี้ โดยพื้นฐานแล้วมีตัวเลือกไครัลแบบโพรงสามประเภท ได้แก่ ไซโคลเดกซ์ทริน[ 68 ]คราวน์อีเทอร์[ 69 ]และยาปฏิชีวนะไกลโคเปปไทด์แบบมาโครไซคลิก[ 70 ]ในบรรดาตัวเลือกเหล่านี้ CSP ที่ใช้ไซโคลเดกซ์ทรินเป็นที่นิยม ใน CSP ประเภทนี้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแขกและเจ้าบ้านแบบเอนันติโอซีเลคทีฟจะควบคุมความแตกต่างแบบไครัล
CSP ชนิดไซโคลเดกซ์ทริน
ไซโคลเดกซ์ทริน (CDs) เป็นโอลิโกแซ็กคาไรด์แบบวงแหวนที่มีหน่วยกลูโคส 6, 7 หรือ 8 หน่วย ซึ่งเรียกว่า α, β และ γ ไซโคลเดกซ์ทริน ตามลำดับ ดังแสดงในแผนภาพด้านล่าง แดเนียล อาร์มสตรอง ถือเป็นผู้บุกเบิกการแยกสารโดยใช้ไมเซลล์และไซโคลเดกซ์ทริน ไซโคลเดกซ์ทรินจะยึดติดกับซิลิกาด้วยพันธะโควาเลนต์โดยกระบวนการอาร์มสตรองและให้ CSP ที่เสถียร[ 71 ]หมู่ไฮดรอกซิลหลักใช้ในการยึดโมเลกุล CD กับพื้นผิวซิลิกาที่ดัดแปลง CD มีไครัลเนื่องจากไครัลลิตี้โดยกำเนิดของหน่วยโครงสร้าง คือ หน่วยกลูโคส ในไซโคลเดกซ์ทริน หน่วยกลูโคสจะเชื่อมต่อกันแบบ α-(1,4) รูปร่างของ CD มีลักษณะคล้ายกรวยที่สั้นลง (ดูภาพร่าง) พื้นผิวด้านในของกรวยก่อตัวเป็นช่องที่ไม่ชอบน้ำปานกลาง ความกว้างของช่อง CD จะถูกระบุด้วยปริมาณของหน่วยกลูโคสที่มีอยู่ ในไซโคลเดกซ์ทริน หมู่ไฮดรอกซิลรอง (OH-2 และ -3) เรียงตัวอยู่ตามขอบด้านบนของโพรง และหมู่ไฮดรอกซิล 6 ที่สำคัญจะอยู่บริเวณขอบด้านล่าง หมู่ไฮดรอกซิลเหล่านี้เป็นจุดยึดจับแบบไครัล ซึ่งดูเหมือนจะเป็นพื้นฐานสำหรับการเลือกเอนันติโอเมอร์ ออกซิเจนไกลโอไซด์ที่ไม่มีขั้วทำให้โพรงมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำและรับประกันการเกิดสารเชิงซ้อนแบบรวมตัวของส่วนที่ไม่ชอบน้ำของสารวิเคราะห์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างบริเวณที่มีขั้วของสารวิเคราะห์และหมู่ไฮดรอกซิลรองที่ปากโพรง รวมกับพันธะที่ไม่ชอบน้ำภายในโพรง ทำให้เกิดการจับคู่แบบสองจุดที่ไม่เหมือนใครและนำไปสู่การเลือกเอนันติโอเมอร์
ความสามารถในการเลือกของเฟสไซโคลเดกซ์ทรินขึ้นอยู่กับปัจจัยสำคัญสองประการ ได้แก่ ขนาดและโครงสร้างของสารวิเคราะห์ เนื่องจากขึ้นอยู่กับเกณฑ์ทางเรขาคณิตแบบพอดีหรือไม่พอดีอย่างง่าย วงแหวนอะโรมาติกหรือวงแหวนไซโคลอัลคิลควรติดอยู่ใกล้กับศูนย์สเตอริโอเจนิกของสารวิเคราะห์ สารทดแทนที่หรือใกล้กับศูนย์ไครัลของสารวิเคราะห์จะต้องสามารถโต้ตอบกับหมู่ไฮดรอกซิลที่ทางเข้าของโพรง CD ผ่านพันธะไฮโดรเจน[ 72 ] α-ไซโคลเดกซ์ทรินยึดโมเลกุลอะโรมาติกขนาดเล็ก ในขณะที่ β-ไซโคลเดกซ์ทรินประกอบด้วยทั้งหมู่แนฟทิลและหมู่ฟีนิลที่ถูกแทนที่ ความเข้ากันได้กับน้ำของ CD และโครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้เฟสที่ยึดด้วย CD เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้ในการวิเคราะห์ยาด้วย HPLC แบบไครัล ประโยชน์อีกประการหนึ่งของ CD คือโดยทั่วไปแล้วจะมีราคาถูกกว่า CSP อื่นๆ ข้อจำกัดที่สำคัญบางประการของ CD CSP คือ มีข้อจำกัดในการใช้กับสารประกอบที่สามารถเข้าไปในโพรงของ CD ได้ การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเล็กน้อยในสารวิเคราะห์ส่งผลให้เกิดผลกระทบที่ไม่สามารถคาดเดาได้ต่อความละเอียด ประสิทธิภาพมักต่ำ และไม่สามารถกลับลำดับการชะล้างได้
ไอโซเมอร์ของโพรพราโนลอล เมโทโพรลอล คลอร์เฟนิรามีน เวราปามิล เฮกโซบาร์บิทาล เมทาโดน และยาอื่นๆ อีกมากมายได้รับการแยกโดยใช้เบต้าไซโคลเดกซ์ทรินที่ตรึงอยู่กับที่[ 73 ]
ในขั้นต้น ไซโคลเดกซ์ทรินธรรมชาติถูกใช้เป็นตัวเลือกไครัล ต่อมาได้มีการเตรียมโครงสร้างไซโคลเดกซ์ทรินที่ดัดแปลงโดยการดัดแปลงหมู่ไฮดรอกซิลรองที่มีอยู่ในโมเลกุลของไซโคลเดกซ์ทริน[ 74 ] [ 75 ]การรวมกลุ่มฟังก์ชันเพิ่มเติมเหล่านี้อาจช่วยปรับปรุงความสามารถในการจดจำไครัลได้ โดยอาจดัดแปลงช่องไครัลและสร้างไซต์ปฏิสัมพันธ์เสริมเพิ่มเติม วิธีนี้ทำให้สามารถขยายขอบเขตของสารวิเคราะห์ไครัลเป้าหมายที่สามารถแยกได้ ยาไครัลจำนวนหนึ่งได้รับการแยกโดยใช้ไซโคลเดกซ์ทรินที่ดัดแปลงแล้ว รวมถึงไอบูโพรเฟน ซูโพรเฟน ฟลูร์บิโพรเฟนจากกลุ่มยาต้านการอักเสบที่ไม่ใช่สเตียรอยด์ (NSAID) และยาปิดกั้นเบต้า เช่น เมโทรโพรลอลและอะเทโนลอล[ 76 ]ตารางด้านล่างแสดงรายการเฟสคงที่ไครัลที่ใช้ไซโคลเดกซ์ทรินที่มีจำหน่ายในตลาดโดยสังเขป[ 77 ]
| เฟสคงที่แบบไครัล (ชื่อแบรนด์) | ตัวเลือกไครัล/คำอธิบายทางเคมี | โหมด# | บริษัท/ผู้จัดจำหน่ายรายใหญ่ |
| ไซโคลบอนด์® I 2000 | เบต้า-ไซโคลเดกซ์ทรินธรรมชาติ | อาร์พี, พีโอ | บริษัท เทคโนโลยีการแยกขั้นสูง (Astec), วิปเพนีย์, นิวเจอร์ซีย์ |
| ไซโคลบอนด์® II | แกมมาไซโคลเดกซ์ทรินธรรมชาติ | อาร์พี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® III | อัลฟา-ไซโคลเดกซ์ทรินธรรมชาติ | อาร์พี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® I 2000 เอซี | อะเซทิลเลตเบตาไซโคลเดกซ์ทริน | อาร์พี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® I 2000 SP | (S)-ไฮดรอกซีโพรพิล β-ไซโคลเด็กซ์ตริน | อาร์พี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® I 2000 SN | (S)-1(1-แนฟทิล)เอทิลคาร์บาโมอิล-β-ไซโคลเดกซ์ทริน | อาร์พี, เอ็นพี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® I 2000 RN | (R)-1(1-แนฟทิล)เอทิลคาร์บาโมอิล-β-ไซโคลเดกซ์ทริน | อาร์พี, เอ็นพี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® I 2000 ดีเอ็มพี | 3,5-ไดเมทิลฟีนิลคาร์บาโมอิล-เบตา-ไซโคลเดกซ์ทริน | อาร์พี, เอ็นพี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® II เอซี | อะเซทิลเลตแกมมาไซโคลเดกซ์ทริน | อาร์พี, พีโอ | แอสเทค |
| ไซโคลบอนด์® III เอซี | อะเซทิลเลต α-ไซโคลเดกซ์ทริน | อาร์พี, พีโอ | แอสเทค |
| ชิราเด็กซ์® | α-ไซโคลเดกซ์ทรินธรรมชาติ | อาร์พี, พีโอ | เมอร์ค ประเทศเยอรมนี |
| ชิราเด็กซ์®แกมมา | แกมมาไซโคลเดกซ์ทรินธรรมชาติ | อาร์พี, พีโอ | เมอร์ค |
| หมายเหตุ: # RP, เฟสผกผัน; PO, สารอินทรีย์มีขั้ว; NP, เฟสปกติ | |||
CSP ชนิดไกลโคเปปไทด์
ในปี 1994 Armstrong ได้แนะนำ macrocyclic glycopeptides (หรือที่รู้จักกันในชื่อglycopeptide antibiotics ) เป็นตัวเลือกไครัลชนิดใหม่สำหรับโครมาโทกราฟีของเหลว[ 78 ]ปัจจุบันvancomycin , teicoplaninและristocetinมีจำหน่ายภายใต้ชื่อทางการค้า Chirobiotic V, Chirobiotic T และ Chirobiotic R ตามลำดับ cyclic glycopeptides เหล่านี้มีศูนย์ไครัลหลายแห่งและบริเวณการรวมตัวแบบถ้วยซึ่งมีฝาปิดน้ำตาลลอยอยู่ คล้ายกับตัวเลือกไครัลโปรตีน cyclic glycopeptides ที่มีคุณสมบัติแอมโฟเทอริกประกอบด้วยตำแหน่งการจับของเปปไทด์และคาร์โบไฮเดรต ทำให้เกิดความเป็นไปได้สำหรับโหมดการโต้ตอบที่แตกต่างกันนอกเหนือจากการสร้างคอมเพล็กซ์แบบรวมตัว ในตัวเลือกไครัลนี้ โพรงจะตื้นกว่าของ CD ดังนั้นการโต้ตอบจึงอ่อนกว่า ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนสารละลายระหว่างเฟสได้เร็วขึ้น ประสิทธิภาพของคอลัมน์สูงขึ้น ทำงานในเฟสปกติ เฟสผกผัน และเฟสอินทรีย์ขั้ว
โครงสร้างที่ซับซ้อนของยาปฏิชีวนะกลุ่มไกลโคเปปไทด์ในเฟสคงที่แบบ CSP ทำให้การทำความเข้าใจกลไกการจดจำไครัลในระดับโมเลกุลเป็นเรื่องยาก ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของแวนโคไมซินมีศูนย์สเตอริโอเจนิก 18 แห่งในโมเลกุล และมีสภาพแวดล้อมไครัลที่ซับซ้อนคล้ายไซโคลเดกซ์ทริน เมื่อเปรียบเทียบกับตะกร้าไซโคลเดกซ์ทรินเดี่ยว แวนโคไมซินประกอบด้วยตะกร้าสามใบ ส่งผลให้การรวมตัวของโมเลกุลแขกที่เหมาะสมมีความซับซ้อนมากขึ้น แรงดึงดูดประกอบด้วยปฏิกิริยา π-π พันธะไฮโดรเจน ปฏิกิริยาไอออนิก และการเรียงซ้อนของไดโพล กรดคาร์บอกซิลิกและหมู่เอมีนรองที่อยู่บนขอบของถ้วยสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาไอออนิกได้ เฟสคงที่ของแวนโคไมซินทำงานในโหมดเฟสอินทรีย์แบบกลับด้าน แบบปกติ และแบบมีขั้ว
การวิเคราะห์ไครัลที่หลากหลายได้ดำเนินการโดยใช้ CSP ไครโอไบโอ ติก [ 79 ]ยาต้านความดันโลหิตสูง เช่น ออกซ์เพรโนลอล พินโดลอล และโพรพราโนลอล ได้รับการแยกโดยใช้ CSPS ไครโอไบโอติกแวนโคไมซินและทีโคพลาซิน ยา NSAID เช่น คีโตโพรเฟนและไอบูโพรเฟน ได้รับการแยกโดยใช้ CSP ริสโตเซติน
CSP ชนิดคราวน์อีเทอร์
อีเทอร์แบบคราวน์เช่น CSP ชนิดไซโคลเดกซ์ทริน มีโพรงไครัล อีเทอร์แบบคราวน์ถูกตรึงอยู่บนพื้นผิวซิลิกาเพื่อสร้างเฟสคงที่ไครัล อีเทอร์แบบคราวน์มีอะตอมออกซิเจนอยู่ภายในโพรง โครงสร้างแบบวงแหวนที่มีกลุ่มเอทิลีนที่ไม่มีขั้วอยู่ระหว่างออกซิเจนจะสร้างโพรงภายในที่ไม่ชอบน้ำ Cram และคณะได้แนะนำ CSP ที่ใช้พื้นฐานจากอีเทอร์แบบคราวน์ไครัลและประสบความสำเร็จในการแยกกรดอะมิโน[ 80 ]หลักการสำคัญในการจำแนกไครัลที่อยู่เบื้องหลังการแยกเอนันติโอเมอร์โดยใช้อีเทอร์แบบคราวน์นั้นขึ้นอยู่กับการสร้างพันธะไฮโดรเจนจำนวนมากระหว่างกลุ่มอะมิโนปฐมภูมิที่ถูกโปรตอนของสารวิเคราะห์และออกซิเจนอีเทอร์ของโครงสร้างคราวน์[ 81 ]ข้อกำหนดเชิงโครงสร้างนี้จำกัดการใช้งานของ CSP ชนิดอีเทอร์แบบคราวน์เฉพาะสารประกอบไครัลที่มีกลุ่มอะมิโนปฐมภูมิอยู่ติดกับศูนย์ไครัล เช่น กรดอะมิโนและอนุพันธ์ของกรดอะมิโน ความก้าวหน้าในด้าน CSP ชนิดอีเทอร์แบบคราวน์ได้รับการทบทวนแล้ว[ 82 ]
CSP ชนิดโปรตีน
โปรตีนเป็นไบโอพอลิเมอร์ที่ซับซ้อนและมีน้ำหนักโมเลกุลสูง โดยธรรมชาติแล้วโปรตีนจะมีลักษณะไครัลเนื่องจากประกอบด้วยกรดอะมิโน L และมีโครงสร้างสามมิติที่เป็นระเบียบ เป็นที่ทราบกันดีว่าโปรตีนสามารถจับ/โต้ตอบกับโมเลกุลขนาดเล็กได้อย่างเลือกสรรสเตอริโอแบบย้อนกลับได้ ทำให้โปรตีนเป็น CSP ที่มีความหลากหลายอย่างมากสำหรับการแยกโมเลกุลยาแบบไครัล เฮอร์มันส์สันได้ใช้คุณสมบัตินี้ในการพัฒนา CSP จำนวนมากโดยการตรึงโปรตีนไว้บนพื้นผิวซิลิกา[ 83 ]โดยทำงานในโหมดเฟสย้อนกลับ (บัฟเฟอร์ฟอสเฟตและตัวปรับแต่งอินทรีย์)
พอลิเมอร์โปรตีนยังคงอยู่ในรูปทรงบิดเบี้ยวเนื่องจากพันธะภายในโมเลกุลที่แตกต่างกัน พันธะเหล่านี้สร้างลูป/ร่องไครัลชนิดต่างๆ ที่มีอยู่ในโมเลกุลโปรตีน กลไกการแยกโปรตีนขึ้นอยู่กับการรวมกันเฉพาะของปฏิกิริยาไฮโดรโฟบิกและโพลาร์ ซึ่งทำให้สารวิเคราะห์ถูกจัดเรียงไปยังพื้นผิวไครัล พันธะไฮโดรเจนและการถ่ายโอนประจุอาจมีส่วนช่วยในการเลือกเอนันติโอเมอร์ กลไกการแยกแยะไครัลโดยโปรตีนส่วนใหญ่ยังไม่ได้รับการกำหนดอย่างดีเนื่องจากธรรมชาติที่ซับซ้อนของพวกมัน มีการใช้ CSP ที่ใช้โปรตีนหลายชนิดสำหรับการวิเคราะห์ยาไครัล ได้แก่ α-กรดไกลโคโปรตีน (เอนันติโอแพค; ไครัล-AGP), โปรตีนโอโวมูคอยด์ (Ultron ES DVM), อัลบูมินในซีรั่มของมนุษย์ (HSA) [ 84 ] α-AGP CSP (ไครัล AGP) ถูกนำมาใช้สำหรับการหาปริมาณเอนันติโอเมอร์ของอะเทโนลอลในเมทริกซ์ทางชีวภาพ[ 85 ]สำหรับการตรวจสอบเภสัชจลนศาสตร์ของเมโทรโพรลอลแบบราเซมิก[ 86 ]จุดอ่อนสำคัญของ CSP ที่ใช้โปรตีน ได้แก่ ความจุในการโหลดต่ำ เฟสโปรตีนมีราคาแพง เปราะบางมาก จัดการยาก ประสิทธิภาพของคอลัมน์ต่ำมาก และไม่สามารถกลับลำดับการชะล้างได้
CSP ชนิดพิร์คเคิล
Pirkle และเพื่อนร่วมงานเป็นผู้บุกเบิกการพัฒนา CSP หลากหลายชนิดโดยอาศัยการสร้างสารเชิงซ้อนจากการถ่ายโอนประจุและพันธะไฮโดรเจนพร้อมกัน[ 87 ] [ 88 ] [ 89 ] เฟสเหล่านี้ยังถูกเรียกว่า CSP ชนิดแปรง (Brush-type CSPs) เฟสของ Pirkle มีพื้นฐานมาจากอนุพันธ์ของกรด π อะโรมาติก (วงแหวน 3,5-ไดไนโตรเบนโซอิล) และเบส π (แนฟทาลีน) นอกจากไซต์ปฏิสัมพันธ์ π-π แล้ว ยังมีไซต์ปฏิสัมพันธ์พันธะไฮโดรเจนและไดโพล-ไดโพลที่เกิดจากฟังก์ชันอะไมด์ ยูเรีย หรือเอสเทอร์ ปฏิสัมพันธ์สามจุดที่แข็งแกร่ง ตามแบบจำลองของ Dalgleish ช่วยให้สามารถแยกเอนันติโอเมอร์ได้ เฟสเหล่านี้ถูกจัดประเภทเป็นเฟสตัวรับอิเล็กตรอน π เฟสตัวให้อิเล็กตรอน π หรือเฟสตัวรับ-ตัวให้อิเล็กตรอน π
CSP ชนิด Pirkle จำนวนมากมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ โดยส่วนใหญ่มักใช้ในโหมดเฟสปกติ CSP ชนิดไอออนิก DNPBG (3,5-dinitrobenzoyl-phenylglycine) ได้ถูกนำมาใช้ในการแยกโพรพราโนลอลแบบราเซมิกในของเหลวทางชีวภาพได้สำเร็จ สารประกอบที่น่าสนใจทางเภสัชกรรมหลายชนิด รวมถึงเอนันติโอเมอร์ของแนพรอกเซนและเมโทโพรลอล ได้รับการแยกโดยใช้ CSP ชนิด Pirkle [ 90 ] [ 91 ]
ตัวเลือกไครัลและ CSP แบบใหม่
ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา มีการพัฒนา CSP ที่ใช้ตัวเลือกไครัลแบบใหม่ เช่น อนุพันธ์ไคโตซาน อนุพันธ์ไซโคลฟรุกแทน[ 92 ]และวัสดุพรุนไครัลสำหรับการแยกไครัลด้วย HPLC [ 93 ]
อนุพันธ์ไคโตซานที่ใช้ CSP
อนุพันธ์ไซโคลฟรุกแทนที่ใช้ CSP
วัสดุพรุนไครัลที่ใช้ CSP
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- แอลซีจีซี
- โครมาโทกราฟีในปัจจุบัน