α氨基酸在冠醚手性固定相上定量結(jié)構(gòu)對(duì)映體保留相關(guān)性的研究

1、氨基酸在冠醚手性固定相上定量結(jié)構(gòu)對(duì)映體保留相關(guān)性的研究         11-04-23 13:30:00     編輯：studa20                     作者：施介華 肖科科 呂園園【摘要】  運(yùn)用量子化學(xué)中的HartreeFock程序(631G

2、基組)方法計(jì)算質(zhì)子化氨基酸溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)，借助于多元線性回歸法建立了氨基酸對(duì)映體在冠醚手性固定相上的色譜保留與其分子結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的定量結(jié)構(gòu)對(duì)映異構(gòu)體保留(QSERR)模型。結(jié)果表明，氨基酸光學(xué)異構(gòu)體的容量因子對(duì)數(shù)(logk)與質(zhì)子化氨基酸溶質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)描述參數(shù)之間具有較好的線性相關(guān)性。在QSERR模型中，溶質(zhì)結(jié)構(gòu)描述參數(shù)EHOMO， DIP， ElcE， Ang和logP具有較為明確的物理意義，這些參數(shù)反映了固定相與溶質(zhì)分子之間的靜電作用、作用力、色散力、立體位阻和疏水作用，能較好地解釋氨基酸對(duì)映體在聯(lián)萘冠醚CSP上保留機(jī)理。建立的QSERR模型具有較好的穩(wěn)定性和預(yù)測(cè)能力。 【關(guān)鍵詞】&#

3、160; 定量結(jié)構(gòu)對(duì)映異構(gòu)體保留關(guān)系， 氨基酸， 冠醚手性固定相， 色譜保留機(jī)理， HartreeFock程序1 引 言運(yùn)用高效液相色譜(HPLC) 分離對(duì)映異構(gòu)體已成為現(xiàn)代合成化學(xué)、生物醫(yī)藥學(xué)及農(nóng)業(yè)化學(xué)等領(lǐng)域中常用的分析方法。大部分色譜手性分離很大程度上依賴于分析測(cè)試者的經(jīng)驗(yàn)。建立具有明確物理含義的定量結(jié)構(gòu)對(duì)映體保留關(guān)系(QSERR)能有效地預(yù)測(cè)色譜保留值，可以為選擇最佳分離條件提供理論依據(jù)，還有助于理解色譜保留及手性識(shí)別的機(jī)理14。近年來(lái), 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和量子化學(xué)方法的不斷發(fā)展, 量化計(jì)算已越來(lái)越受到人們的關(guān)注57。在QSRR/ QSERR研究中，獨(dú)自應(yīng)用量化參數(shù)或?qū)⒘炕瘏?shù)與其它常規(guī)參

4、數(shù)聯(lián)合已經(jīng)越來(lái)越多地被使用。文獻(xiàn)8，9應(yīng)用量化參數(shù)建立了QSERR模型，研究了氨基膦酸酯類化合物在兩種不同的衍生化環(huán)糊精固定相上手性識(shí)別機(jī)理; Suzuki等10通過(guò)2D和3D分子描述參數(shù)建立了一系列芳基醇類化合物在4種刷型固定相上的QSERR模型，指出影響容量因子(k)和分離因子()的分子描述參數(shù)不同;施介華等6,11運(yùn)用量化參數(shù)分別建立烴類和酯類化合物的色譜保留關(guān)系的QSRR模型。冠醚作為一類色譜手性固定相，常被用來(lái)識(shí)別具有NH2官能團(tuán)的對(duì)映體1216，其獨(dú)特的冠環(huán)結(jié)構(gòu)對(duì)客體分子的選擇性識(shí)別起著重要作用。但有關(guān)手性冠醚類固定相上氨基酸的色譜保留和對(duì)映異構(gòu)體結(jié)構(gòu)間的定量構(gòu)效關(guān)系的報(bào)道鮮見(jiàn)。本

5、研究運(yùn)用量子化學(xué)方法中的HartreeFock程序(631G基組)計(jì)算了20個(gè)質(zhì)子化氨基酸溶質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)描述參數(shù)，通過(guò)多元線性回歸建立了氨基酸類化合物在鍵合聯(lián)萘冠醚手性固定相(CSP)上的定量結(jié)構(gòu)與對(duì)映體保留的QSERR模型，探討了氨基酸對(duì)映體在鍵合聯(lián)萘冠醚固定相上的色譜保留機(jī)理。2 實(shí)驗(yàn)部分2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源本研究所用氨基酸化合物在新型聯(lián)萘冠醚手性柱上的色譜保留數(shù)據(jù)取自文獻(xiàn)15(見(jiàn)表1)。2.2 溶質(zhì)分子描述參數(shù)的計(jì)算及QSERR模型建立由于氨基酸的NH2基團(tuán)在酸性流動(dòng)相中將發(fā)生質(zhì)子化，形成強(qiáng)極性的銨離子(NH+4)，實(shí)際上色譜分離過(guò)程中與冠醚類手性固定相發(fā)生相互作用的是質(zhì)子化的氨基酸16(見(jiàn)

6、圖1b)。所有質(zhì)子化表1 氨基酸在聯(lián)萘冠醚手性固定相上保留值15Table 1 Retention value of amino acids on the crown chiral stationary phase15No.氨基酸 Amino acidlogk1logk2No.氨基酸 Amino acidlogk1logk21丙氨酸 Alanine -0.23660.338511甲硫氨酸 Methionine-0.11350.53912精氨酸 Arginine-0.2366-0.045812苯基丙氨酸 Phenylalanine-0.10240.37663天冬酰胺 Asparagine-0.5

7、528-0.337213苯甘氨酸 Phenylglycine0.15490.59884天冬氨酸 Aspartic acid-0.37680.008614脯氨酸 Proline-0.6383-0.63835半胱胺酸 Cysteine-0.4202-0.013215絲氨酸 Serine-0.5686-0.30107谷氨酸 Glutanic acid-0.22910.541616蘇氨酸 Threonine-0.6198-0.19386谷氨酰胺 Glutamine-0.44370.245517色氨酸 Tryptophan0.14610.60538組胺酸 Histidine-0.4815-0.30981

8、8酪胺酸 Tyrosine-0.20760.28109異亮胺酸 Isoleucine-0.5086-0.236619纈氨酸 Valine-0.5528-0.284010亮氨酸 Leucine-0.19380.4997204羥基苯甘氨酸4Hydroxyphenylglycine-0.17390.6730k1: L氨基酸容量因子(Capacity factor of LAmino acid)， k2: D氨基酸容量因子(Capacity factor of DAmino acid)。的氨基酸分子結(jié)構(gòu)首先用ChenDraw作出平面圖，然后用Chem3D中的MOPAC 8.00對(duì)分子幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步優(yōu)

9、化后，再用Gaussian 03軟件包中的HartreeFock程序(631G基組)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，振動(dòng)分析計(jì)算的結(jié)果中無(wú)虛頻，證明優(yōu)化得到的分子結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于能量極小點(diǎn)。獲取質(zhì)子化氨基酸溶質(zhì)的量子化學(xué)參數(shù)：DIP(分子總體偶極距)、 TE(分子總能量)、 ELUMO(最低分子空軌道的能量)、 EHOMO(最高分子占有軌道的能量)、 Ang(原子NC*C之間平面角)、 MR(分子折射率)、 logP(疏水性參數(shù))和ElcE等分子描述參數(shù)在Chem3D中計(jì)算得到。所有量化參數(shù)的計(jì)算和分子模擬在PD2.80PC機(jī)上運(yùn)行完成。3 結(jié)果與討論3.1 QSERR模型的建立由于分子“手性”的差別，手性分子與手性

10、固定相相互作用的過(guò)程中存在著一定差異，即手性分子的結(jié)構(gòu)參數(shù)與色譜參數(shù)之間存在一定相關(guān)性這一假設(shè)是完全合理的6。在QSERR模型建立過(guò)程中，最大的困難是如何找到能夠區(qū)分不同對(duì)映體的手性分子結(jié)構(gòu)參數(shù)，因?yàn)閷?duì)映體分子諸多性質(zhì)參數(shù)(如分子尺寸、形狀、電性參數(shù)和疏水性參數(shù)等)有時(shí)很接近，甚至完全相同。與許多手性分子一樣，氨基酸對(duì)映體分子結(jié)構(gòu)參數(shù)大部分相同。本研究通過(guò)Gaussian 03和Chem3D軟件計(jì)算，提取了質(zhì)子化后的L型和D型氨基酸的分子結(jié)構(gòu)描述參數(shù)(見(jiàn)表2和表3)。為保證所選取的結(jié)構(gòu)參數(shù)與容量因子對(duì)數(shù)(logk)之間有較好的相關(guān)性，盡量選擇與容量因子相關(guān)性較大，彼此之間相關(guān)性較小的參數(shù)。本研

11、究首先對(duì)各參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)MR與ElcE和TE之間有明顯相關(guān)性，因此分別選取MR， ElcE和TE與其它結(jié)構(gòu)描述參數(shù)進(jìn)行多元線性回歸，得到氨基酸對(duì)映體在鍵合聯(lián)萘冠醚CSP上的色譜保留參數(shù)的QSERR模型為：logk1=-13.400-0.402EHOMO-0.047DIP+0.115Ang-5.90×10-5ElcE(n=20, r=0.959, SD=0.067)(1)表2 質(zhì)子化L基酸分子參數(shù)Table 2 Molecular descriptors of Lamino acid cationsNo.DIPElcEEHOMOELUMOTElogPMRAng 13.8840

12、-4882.0-1.42461.8078-1340.9-1.4091.9489108.4722.1710-12247.4-1.32411.5128-2447.1-2.7254.2690105.3133.0044-8496.3-1.08701.4144-2009.9-2.9232.8171107.3042.4240-8797.0-1.38020.9798-2110.0-2.2812.6015106.8252.0069-5938.5-1.60210.7928-1534.8-1.3062.7552106.2273.7806-12972.2-1.49831.1399-2266.0-1.8253.065

13、3105.4065.1110-9873.5-0.76881.2623-2165.3-2.4673.2809106.6284.0373-10590.2-0.70971.1597-2164.1-2.2353.6785106.3592.4120-12247.4-1.32411.5128-2447.1-2.7254.2690105.31104.2044-8616.1-1.25371.6917-1808.1-0.2933.3403105.32113.1407-11670.7-1.46750.6253-1846.4-0.8603.9776105.20122.8048-11314.1-1.45410.586

14、0-2163.30.0664.4601105.48133.8687-9734.0-1.89341.0413-2007.8-0.3903.9963105.15142.1267-6106.1-0.70761.5282-1624.3-0.7332.7878106.30152.2410-6260.0-1.10271.5618-1661.3-2.5742.1020107.88162.2684-7661.3-1.07131.5946-1816.9-2.3162.5658107.80172.0277-16153.7-1.56800.2930-2658.50.0125.5776105.32182.1460-1

15、1972.2-1.43460.5580-2483.80.0125.5776105.47192.7089-7398.3-1.35201.7728-1652.2-0.7492.8765104.00204.8453-11317.9-1.67890.8915-2328.3-0.7794.1494104.95氨基酸編號(hào)同表1(The number of aminoacids are the same as in Table 1)。 DIP: Dipole moment (debye); ElcE: Electronic energy (eV); EHOMO: Highest occupied molecular orbital (eV); ELUMO: Lowest unoccupied molecular orbital(eV); TE: Total energy(eV); logP: Hydro