液相色譜手性識別機理研究進展（二）

2 、手性識別模型

目前，關于手性識別的一般機理眾說紛紜。在手性色譜學這一領域，早在1952年，Dalgliesh[12]采用紙層析研究氨基酸對映體的分離時就提出了色譜直接拆分“三點作用”分離理論。后來，Lochmüler和Dobashi提出“兩點作用”模型；Lochmüler和Wainer提出“單點作用”機理，Lochmüler進一步提出某些系統存在“環境手性”而沒有專一的作用點。對映體的拆分過程可以是熵控制的，手性識別源于形狀選擇性的識別模型(圖4)。也就是說，在沒有結合點(如氫鍵、色散力、偶極作用、p-p相互作用等)的手性環境里，熵控制下，對映體在色譜過程中是可以被拆分的。事實上，由于熵變化值較小，從而導致a 值不夠顯著，因此，能夠通過增加作用點來提高手性選擇性值，識別模型如圖5所示，對映體的拆分源于分子形狀和相互作用力的共同貢獻。

近些年來，Pirkle等[2]在深入研究手性固定相以及手性色譜立體識別機理的過程中，發展了Dalgliesh觀點，再一次闡述了“三點作用”分離理論：手性識別要求手性固定相和對映異構體之間至少有三個同時存在的作用力，這些作用力中至少有一個依賴于立體化學。也就是說，用其中的另一對映異構體(不作任何構象改變)來替代后，至少有一個作用力不復存在或明顯改變其性質。用如圖6所示的手性識別模型表達：在手性固定相上有三個作用點A、B、C，與之作用的對映異構體也同樣有三個作用點A’、B’、C’。對映體I與CSP形成A-A’、B-B’、C-C’三個作用力，對映體II則不存在C-C’作用力。如果C-C’作用力使形成的非對映分子絡合物穩定化，那么，色譜分離過程中對映體I比II滯后；反之，對映體I由于C-C’的排斥作用先流出色譜柱。如果C-C’作用力很小，則對映體I、II不能被色譜拆分。

1992年，Taylor等[13]對“三點作用”原理評述認為：對映體與CSP的三個作用力中，至少有一個力具有立體選擇性即依賴于對映異構體和CSP的立體化學，而另外兩個作用力必須是兩種不同類型的作用力，如氫鍵、偶極作用、 p-p作用等，否則如果存在兩個相同的作用力，則可能產生不利的作用，使得CSP的手性識別能力降低或消失，例如當A-A’和B-B’作用力相同時，就可能使CSP失去手性分離能力(圖7)。

事實上，手性色譜分離中有的對映體確實是靠氫鍵這一種類型的力在CSP上識別的[13，14]，這種手性識別可以認為是對映異構體和手性固定相形成非對映異構絡合物的分子構象不同，使得其平衡常數K1、K2不同。另一方面，“三點作用”原理要求CSP分子和待分離對映異構體的手性中心附近都要有一定的剛性，柔韌性過強將會使手性識別能力喪失，如圖8所示。

“三點作用”原理與Ogston [15]為解釋酶催化反應的立體專一性而提出的“三點鍵合”原理不同，二者的區別在于：“三點作用”原理沒有要求三點都是吸引力。在許多情況下，手性識別可以靠空間位阻的排斥力和兩個吸引力來實現(圖9)，對映體II由于其大基團的空間位阻，使得其另外的氫鍵和p -p 作用明顯減弱。這種作用已被NMR分子間的核極化效應[16]和分子機理計算[3，17]所證實。表現在色譜過程中，對映體II的保留時間會低于對映體I。

分子間作用力的單點性和多點性的特征由Pirkle等給出了明晰的描述[2]：兩個凸圓面相互接觸時，接觸處形成一個理想的點，于是將凸圓形電子軌道的相互作用描述成單點性的，如氫鍵、尾-尾偶極相互作用是單點性質作用力。通過線或面的基團的相互作用，如偶極堆積，p-p作用則為多點性質的。基于這些思想，可以將“三點作用”原理擴展：并不強調手性識別僅僅源于兩個手性四面體的角頂點的相互作用，也可以沿著AB和A’B’的偶極基團，通過多點性質的偶極堆積作用同樣達到兩個點作用的效果；芳環間的p-p作用亦是如此，手性識別模型如圖10所示。

色譜手性識別是個復雜的過程，模型的提出是將復雜過程簡單明晰化。Pirkle在運用和發展“三點作用”原理時，強調形成非對映異構分子絡合物的CSP和對映體二者分子構象不發生改變，在模式上易于理解，但事實上并不完全如同所描述的那樣。色譜過程是時間的函數，分子不同的排列取向、不同的構象體、以及不同的相互作用(包括手性作用和非手性作用)都將影響到手性識別過程，大多數情況下考慮的是低能量的優勢構象的貢獻；再者手性識別也可能是多種機理的競爭。

近年來，手性色譜學領域，機理的研究是一種趨勢[18]。人們試圖從理性的角度將手性色譜學導向深入。目前，用于手性識別機理研究的方法有三種[19]：

(1) 色譜學研究，這是評估一種CSP特性的最通用的實驗方法，通過拆分現象推測色譜手性分離過程的最基本信息。

(2) 光譜學研究，包括核磁共振、X射線衍射、熒光分析和紅外光譜等在CSP的性質和識別機理研究研究中的應用。這是最直接的研究手性識別機理的方法，然而在色譜手性分離系統中影響因素很多，此方法要求的條件非常嚴格。

(3) 計算機輔助分子模型和理論計算方法，這是一種基于計算機技術的方法。借助于計算機輔助技術，運用分子模型和理論計算方法設計新的手性固定相、開發已有的手性固定相的應用和研究手性識別機理已經成為近年來色譜手性分離的新領域。

參考文獻
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