液相和气相色谱分离通用手性固定相的关键——高稳定性共价有机框架

01.研究背景

对映体的分离在制药和农药工业中至关重要，因为纯对映体在生物相互作用、药理学和毒性方面作用不尽相同。在不同类型的手性拆分技术中，手性固定相色谱法（CSP）已被证明是分离和获得纯对映体最具吸引力和最适用的方法。大量的CSP已被广泛研究，但目前没有一种通用的CSP可同时用于高效液相色谱（HPLC）和气相色谱（GC）的手性柱。

在过去的几十年中，各种手性选择剂，如抗生素、大环化合物、聚合物、离子液体等CSPs已被开发用于解决色谱分离的难题，但没有一种全能材料被报道能分解所有类型的对映体。因此，高对映选择性材料的研究一直处于分离科学的前沿。

共价有机框架（COF）由于其永久孔隙率和可调结构，在许多领域显示出各种潜在的应用。然而，到目前为止，只有少数手性COF（CCOF）被用作气相色谱和液相色谱的CSP。这些CSPs通常表现出不理想的分离因素和分辨率，这是由于缺乏与分析物相互作用的强手性识别位点。此外，由于其有限的化学稳定性，亚胺基COF-CSPs只能在正常相和极性有机条件下使用，而不能在流动相为水、酸性或碱性洗脱液的HPLC的反相条件下使用。

值得注意的是，RP-HPLC色谱柱是最常用的色谱方式，占所有HPLC分辨率的90%以上。此外，根据传统的方法获得的COF，往往形状不规则、粒径分布广，导致COF填充柱的柱效率和选择性低，柱背压高。这是高效液相色谱中使用COFs的最大挑战。为了克服这一缺点，已经探索了在二氧化硅微球上原位生长COF以制备固定相，但这需要严格的合成条件和显著增加的单体消耗。

 02.全文概括

目前还没有同时用于液相色谱和气相色谱的CSPs。作者证明了两个具有手性冠醚基团的烯烃连接共价有机框架（COF）不仅可以在GC中广泛分离，而且可以在正相和反相HPLC中广泛分离。两种COF具有相同的2D层状多孔结构，但通道大小不同，在不同的化学环境（包括水、有机溶剂、酸和碱）下表现出高稳定性。

手性冠醚在COF通道内周期性排列，允许通过分子间相互作用对客体分子进行对映选择性识别。COF填充的HPLC和GC柱显示出良好的互补性，每种柱都具有高分辨率、选择性和耐久性，可用于分离多种外消旋化合物，包括氨基酸、酯、内酯、酰胺、醇、醛、酮和药物。

其拆分性能可与最广泛使用的商用手性柱相媲美，且通用性优于这些手性柱，显示出实际应用前景。因此，这项工作提高了COF的稳定性，使其成为通用CSP。

 03.文章亮点

1.首次报道了一种通过界面聚合制备基于CCOF的HPLC-CSP的“网包式”方法。这种方法只需要少量的COF，并且是环保和经济的，而得到的CSP显示出均匀的粒径，显示出较低的柱背压和较高的分辨率性能。

2.通过将众所周知的冠醚网状化为烯烃连接的多孔CCOF，其在水、强酸和碱中具有高化学稳定性；这是第一次报道一种手性材料足够稳定，能够抵抗高温、溶剂、酸和碱。

3.实现了在温和和苛刻条件下使用COF填充HPLC或GC柱高效和选择性的分离多种外消旋体，包括氨基酸、酯类、内酯类、酰胺类、醇类、醛类、酮类和药物。

4.该材料不仅可以用作气相色谱的固定相，还可以用作正相和反相液相色谱的固定相。

 04.图文速读

图1.CCOF 17和18的结构。

图2.“网包式”CCOF CSPs的制造工艺

图3.(a)合成的CCOFs的PXRD谱图(蓝线)和对应的模拟AA滑移叠加结构(绿线)。(b) CSP-1和(c)CSP-2的SEM图像。(d) CCOF 17和(e)CCOF 18涂层毛细管柱边缘扫描电镜图。

图4.CSP-1和CSP-2填充柱的高效液相色谱图用于外消旋物的分离。

图5.用CCOFs填充柱对美托洛尔和华法林外消旋药物进行了具有代表性的高效液相色谱分析。

图6.在CCOF 17和CCOF 18涂层柱上分离外消旋体的GC色谱图。

图7.（a）华法林对映体在CSP-2填充柱上27– 39 °C 的HPLC色谱图。(b)华法林对映体的Van'tHoff图。（c）2-甲基戊酸甲酯对映体在CCOF17涂层柱上70℃−90°C的GC色谱图。（d）2-甲基戊酸甲酯对映体的Van'tHoff图。

05.总结

作者首次研究了两种具有不同孔径的同结构COF作为多功能CSP在色谱分离中的应用。烯烃连接的CCOF在苛刻条件下表现出高温和化学稳定性，不仅适用于GC，而且适用于正相和反相HPLC。特别是开发了网包法来制备HPLC-CSP，并显示出优异的分离性能，超越了制备CCOF传统方法。

得益于丰富的手性冠醚识别位点和强大框架的孔隙限制，基于CCOF的HPLC和GC柱显示出良好的互补性，并且在温和和苛刻的拆分条件下，每种柱都能够分离大量外消旋分子和药物。其选择性和耐久性与相关的商用手性柱相当，通用性优于相关的商用手性柱，具有作为新型手性柱的巨大潜力。因此，这项工作使COF成为液相色谱和气相色谱手性拆分的多功能CSP，并可能在新型色谱手性选择剂的开发中开启一个崭新的篇章。

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.1c11051