簡介

手性分子是一種有機化合物，它具有一種特殊的性質，即互為不可重疊的鏡像。這意味著它們以兩種形式存在，稱為對映體，除了原子的三維排列外，它們在各方面都是相同的。雖然這些對映體具有相同的化學性質，但它們可能具有不同的生物活性和藥理作用[1,2]。因此，手性分子在制藥工業中變得越來越重要，它們被用于開發藥物和其他治療方法，因此分離對映體十分重要。

超臨界流體色譜法(SFC)在手性分子的分離純化中，具有其他分離技術不可比的優點。SFC 使用超臨界二氧化碳作為流動相，這是一種清潔和綠色的溶劑，很容易從最終產品中去除。此外，SFC 提供了高分辨率和快速的分離。

預測哪種固定相能夠有效分離 SFC 中特定的一組對映異構體，即使在現在看來也是十分困難，這使得我們需要選擇合適的手性固定相來不斷試錯[2]。

手性 SFC 多采用與手性高效液相色譜(HPLC)相同的色譜柱，其中常用的是多糖手性固定相(CSPs)，由于可以選擇不同改性的多糖，因此具有很強的通用性[3]。多糖 CSPs 具有高負載能力，這使得它們在制備規模應用中非常有用。許多商業多糖手性固定相是可用的，主要是基于直鏈淀粉或纖維素和改性的鹵化或非鹵化芳香基團。改性后的多糖可以包被或固定在二氧化硅載體上，以增強其對強溶劑的抵抗力[3]。還有其他 CSPs 通常用于手性 SFC 應用，例如，Pirkle 型手性固定相[3]。

本文介紹了使用 Sepmatix 8x SFC 對反式二苯乙烯氧化物(TSO)進行平行柱篩選，隨后通過方法優化轉移到制備的 Sepiatec SFC-50。

設備

• Sepiatec SFC-50

• Sepmatix 8x SFC

• PrepPure cCDMPC, 5um, 250 x 4.6mm

• PrepPure cADMPC, 5um, 250 x 4.6mm

• PrepPure iADMPC, 5um, 250 x 4.6mm

• PrepPure iCDMPC, 5um, 250 x 4.6mm

• PrepPure iCDCPC, 5um, 250 x 4.6mm

• PrepPure iBT, 8um, 250 x 4.6mm

• PrepPure iBT, 8um, 250 x 10mm

試劑和耗材

• 二氧化碳(99.9%)

• 甲醇(≥99%)

• 乙醇(99%)

• 異丙醇(99%)

• 乙腈(99%)

• 反式二苯乙烯氧化物(99%)

（為了安全操作，請注意所有相應的MSDS）

實驗過程

樣品制備：

在篩選和方法優化時，將 0.075g 反式二苯乙烯氧化物溶解在 5.0mL 甲醇中；在堆疊注射時，將 0.1909g 反式二苯乙烯氧化物溶解于 6.0mL 甲醇中。

使用 Sepmatix 8x SFC 進行篩選：

篩選是全自動運行，采用流量控制單元，將每通道內的流量設置為 3mL/min，并將流量平衡。樣品自動進樣（每根色譜柱 5μL），啟動平行篩選（運行時長=10分鐘）。背壓調節器設置為 150bar，柱溫箱設置為32℃。

使用 Sepiatec SFC-50 進行制備：

PrepPure iBT 色譜柱在設定的流速下預熱 4 分鐘，樣品通過定量環自動進樣并運行。背壓調節器設置為 150bar，柱溫箱設置為 40℃。

實驗結果

色譜柱篩選：

為了確定手性化合物 TSO 的最佳分離條件，進行了不同手性色譜柱的篩選，使用 Sepmatix 8x SFC 允許同時進行 8 根不同色譜柱的平行篩選。本實驗一共使用了 6 根不同色譜柱：Chiral iADMPC, Chiral iCDMPC, Chiral iCDCPC, Chiral iBT, Chiral cADMPC 和 Chiral cCDMPC。圖1 為色譜柱篩選結果，其中 Chiral iADMPC 色譜柱不能很好地分離對應異構體 TSO（可見表1），而 Chiral iCDMPC，Chiral iCDCPC，Chiral iBT，Chiral cADMPC 和 Chiral cCDMPC 色譜柱可以分離 TSO。

在處理復雜的混合物時，分辨率 R 是一個特別重要的參數，因為它衡量了每一次分離的程度，并且可以被準確識別和量化。例如分辨率 R=1 表明了不理想的分離效果，兩個峰本質上并沒有分離，更高的分辨率數值代表了更好的分離效果。在實際運行過程中，分辨率 R 至少達到 1.5 才會被認為是分離的。表1 顯示了不同色譜柱分離 TSO 時的分辨率 R。在轉移至 SFC-50 制備時，選擇 iBT 色譜柱，因為它有最佳的分離效果，最容易實現轉移，進樣量可大大提高。

表1. 使用 Sepmatix 8x SFC 篩選時不同色譜柱的分辨率

使用 SFC-50 進行結果優化

為了確定改性劑對 TSO 的影響，下列每一種改性劑都在等度條件下使用：PrepPure iBT, 8um, 250 x 10mm 色譜柱；甲醇，乙醇，異丙醇，乙腈 (見圖2)。

甲醇(偶極矩參數= 5[4])在對映體有足夠的峰距的情況下，僅在 3 分鐘內分離 TSO。乙醇(偶極矩參數= 4[4])作為極性稍小的改性劑，分離所需時間略大于 3 min。異丙醇(偶極矩參數= 2.5[4])在不到 3.5 分鐘的時間內分離 TSO，這是由于異丙醇的極性較小。乙腈(偶極矩參數= 8[4])在 2.25 分鐘內有效地分離 TSO。然而，甲醇被用作進一步實驗的改性劑，因為它的窄峰寬和對稱峰有望帶來高進樣量。此外，它比乙腈毒性更小，價格也更便宜。

由于流動相中改性劑的含量會因極性變化而對分離產生影響，所以采用了不同的甲醇含量(見圖3)。

流動相甲醇含量由 20% 連續增加到 35%，運行時間逐漸縮短。當改性劑含量為 35% 時，運行時間可以從大約 3.5 分鐘縮短至約 2.5 分鐘。不過分辨率有所降低，對映體的峰寬也降低了。因此，在進一步的實驗中，改性劑的濃度被設定為 35%。

每根色譜柱都有可達到最大效率或理論塔板數的固有最佳流速。如果流量減小或增大，則用非最佳分離塔板數進行分離。與液相色譜法相比，SFC 可以使用更高的流速，而分離塔板數不會大幅減少[5]。因此，圖4顯示了流速對分離效率的影響。

隨著流量的增加，運行時間和峰寬進一步減小。運行時間從大約 2.5 分鐘縮短至 2 分鐘以內。根據樣品的不同，溫度和壓力對組分的分離和保留的選擇性有影響。因此，在 100 bar 和 150 bar 以及 40℃ 和 50℃ 范圍內進行了 4 次實驗（見圖5）。可以看出，溫度和壓力的變化對各自的分離沒有明顯的影響。因此，疊層進樣時，溫度控制在 40℃，背壓調節器控制在 150 bar。

為了提高分離效率，增加 TSO 的濃度和進樣量(150μL ~ 250 μL)（見圖6左上）。在這些條件下，基線分離仍然是可行的。圖6（右上和下）顯示了在與單次進樣圖 6 左上相同的實驗條件下，疊層進樣時間為 0.97min，即每 0.97 分鐘進樣一次。在這種情況下，每次額外注入都節省了平衡時間，提高了產能。最終采用基于時間的方法收集餾分。每次進樣的紫外信號都表明了該方法具有良好的再現性（圖6右上）。垂直線表示收集相應餾分的時間窗口。

結論

在文中，使用 Sepmatix 8x SFC 儀器進行以 TSO 為分析物的手性柱篩選，將最合適的手性色譜柱，轉移到 Sepiatec SFC-50 儀器進行制備。每根手性柱對手性物質的反應都不同，這就是為什么在純化過程之前必須進行篩選的原因，作為標準物質的 TSO 可以在許多不同的手性柱上分離。

隨后在 SFC-50 上放大，并利用制備柱對等度純化的方法進行優化。結果表明，改性劑的選擇、改性劑在流動相中的比例和流量對分離效果有較大影響。在這些特定條件下，溫度和壓力的變化對分離效果的影響不大。在一般情況下，這兩個參數也可以改變以優化分離條件。

參考文獻

1. doi.org/10.1038/s41570-023-00476-z

2. SUPERCRITICAL FLUID CHROMATOGRAPHY, Terry A. Berger, Agilent Technologies, Inc., 2015

3. PRACTICAL APPLICATION OF SUPERCRITICAL FLUID CHROMATOGRAPHY FOR PHARMACEUTICAL RESEARCH AND DEVELOPMENT, Vol. 14, M. Hicks and P. Ferguson, 2022 Elsevier Inc.

4. Laboratory Chromatography Guide, ISBN 3-033-00339-7, by Büchi Labortechnik AG (Switzerland)

5. dx.doi.org/10.1016/j.chroma.2012.10.005