模拟移动床手性拆分盐酸舍曲林中间体()-Tetralone

章伟光, 陈贤铬, 陈 韬, 陈晓东, 王 泰, 徐俊烨, 范 军

(1. 华南师范大学化学与环境学院， 广州 510006； 2. 广东研捷医药科技有限公司， 广州 510663)



章伟光1*, 陈贤铬1, 陈 韬1, 陈晓东2, 王 泰2, 徐俊烨2, 范 军1*

(1. 华南师范大学化学与环境学院， 广州 510006； 2. 广东研捷医药科技有限公司， 广州 510663)

以正己烷-乙醇(90∶10，V/V)为流动相和Enantiopak SDMP填料为手性固定相，在4区8柱的模拟移动床(SMB)系统上对盐酸舍曲林中间体()-Tetralone进行手性拆分；以洗脱体积法初步确定了模拟移动床的操作参数，探讨了进样浓度、进样流速和柱组合方式等因素对SMB手性分离的影响；最后采用HPLC和圆二色光谱方法对提余液和提取液样品进行表征. 结果表明，在Enantiopak SDMP色谱柱上，以正己烷-乙醇(90∶10，V/V)为流动相时，4S-(+)-Tetralone在色谱柱的保留较4R-(-)-Tetralone弱，先被流动相洗脱；随进样流速和样品浓度的减小，提取液和提余液的纯度增加；SMB系统连续运行72 h，提取液和提余液的纯度保持稳定(超过95%)，()-Tetralone回收率为94.7%；提余液和提取液样品的圆二色光谱(ECD)谱在200～400 nm间呈现几乎完美的镜像对称，说明其为一对对映异构体.

模拟移动床； 环糊精手性固定相； 盐酸舍曲林中间体； 对映体拆分

模拟移动床(Simulated Moving Bed，SMB)是20世纪60年代发展起来的一种连续逆流制备技术，通过多柱串联、周期性切换物料进出口位置的方法来模拟固定相与流动相的逆流运动，增强液固两相间传质推动力，进而实现快慢组分的完全分离. 与传统的单柱制备色谱相比，SMBC分离具有连续自动运行、溶剂消耗少、固定相利用率高、生产成本低、适于规模化生产等特点，对一些难分离体系的分离(如手性药物及中间体的拆分)具有明显的优势[1-5]. 目前，多糖(如纤维素与直链淀粉)手性固定相在SMBC手性分离研究报道较多[6]. ZABKA[7]、COVAY[8]等在传统4区模拟移动床上应用Chiralpak AD柱拆分(R,S)-α-四氢萘酚、盐酸曲马多等手性药物；WEI[9]、MAO[10]和龚如金[11]等则在Chiralcel OD柱对手性止咳药、奥美拉唑、扁桃酸和愈创木酚甘油醚等手性化合物，研究SMB工作模式对分离效果的影响；本课题组[12]在Enantiopak OD柱上以正己烷-乙醇(70∶30,V/V)为流动相对甲霜灵进行拆分，在优化SMB分离工艺条件下，S-(+)-甲霜灵和R-(-)-甲霜灵的光学纯度大于99%，在样品质量浓度为15 g/L的条件下，SMB分离的样品量显著高于常规制备色谱，而流动相消耗量仅为后者的1/9. ARAFAH等[13]在Chiralpak IA手性固定相上，以甲醇(含0.1%二乙胺)为流动相，分离纳多洛尔异构体，提取液的纯度能够达到99.5%. 此外，大环抗生素(如替考拉宁)[14]和蛋白质手性固定相[15]也被用于SMB手性分离氨基酸等. 脲键型环糊精手性固定相在多种流动相体系中化学稳定性较好，对手性药物、手性中间体等表现出良好的手性分离性能[16-17]，有关环糊精手性固定相在SMB分离中的研究相对较少. WANG等[18]采用苯基氨基甲酰化β-环糊精手性固定相在五区模拟移动床对β-阻滞剂(纳多洛尔)分离进行研究.

盐酸舍曲林，又名zoloft(左洛复)，是美国辉瑞制药有限公司在20世纪90年代初开发的抗抑郁症的药物，化学名为(1S, 4S)-4-(3, 4-二氯苯基)-1, 2, 3, 4-四氢-N-甲基-1-萘啶胺盐酸盐(图1A)，具有长效和副作用少的优点，1998年进入我国市场，2013年国内销售额超过1.5亿元. 美国辉瑞制药有限公司主要采用化学合成-拆分工艺来制备盐酸舍曲林，但在合成中未对手性中心进行控制，最终拆分得到的目标产物产率较低(约19.2%)[19]. 在新设计合成路线中，若先将拆分中间体 ()-Tetralone(图1B、C)得到光谱纯4S-(+)-Tetralone再进行后续反应，有望直接得到光谱纯的盐酸舍曲林产品，大幅提高收率. 因此，筛选一种能高效分离(±)-Tetralone的手性固定相，开发能连续运行、低成本的色谱分离工艺成为工业生产盐酸舍曲林的关键问题之一. 本文采用Enantiopak SDMP手性填料，以正己烷-乙醇为流动相，在4区模拟移动床上对盐酸舍曲林中间体()-Tetralone的手性拆分开展研究，探讨了进样浓度、流速和色谱柱组合方式等因素对手性分离的影响.

图1 盐酸舍曲林和中间体的结构示意图

Figure 1 Molecular structures of (1S, 4S)-sertraline hydrochloride and ()-Tetralone

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

岛津LC-15C型高效液相色谱仪，配有Rheo-dyne7725型手动进样器(20 μL定量环)和SPD-20A型紫外可见光检测器(日本岛津公司)；模拟移动床色谱配备4台NP7000C型溶剂输送泵(江苏汉邦科技有限公司)，以VICI八通旋转阀(美国VALCO公司)控制色谱柱的切换；日本JASCO J-815型圆二色光谱仪(日本JASCO公司). Enantiopak SDMP分析型色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)和8根Enantiopak SDMP半制备手性柱(150 mm×10 mm，10 μm)由广州研创生物技术发展有限公司提供，色谱柱内填充3,5-二甲基苯基氨基甲酰化β-环糊精手性固定相材料.

1.2 实验方法

1.2.2 色谱柱的孔隙率研究 以1, 3, 5-三叔丁基苯来获得SDMP半制备柱的孔隙率数据[7]. 在25 ℃下，将20 μL 1, 3, 5-三叔丁基苯溶液(1 g/L)注入连有Enantiopak SDMP半制备柱(150 mm×10 mm, 10 μm)的液相色谱系统，以正己烷-乙醇(90∶10,V/V)为流动相、流速3 mL/min、检测波长为214 nm的条件下进行洗脱，重复3次，记录出峰时间. 再根据式(1)计算得到空隙率[7, 10]：

ε=[(t0-tD)×Q]/Vcol,

(1)

其中,Q为流动相流速(mL/min)，Vcol为色谱柱的体积(mL)，t0为1,3,5-三叔丁基苯在接上色谱柱的保留时间(min)，tD为1,3,5-三叔丁基苯在不接色谱柱时在系统里的保留时间(min).

1.2.3 温度对手性拆分的影响 以正已烷-乙醇(90∶10,V/V)为流动相，在Enantiopak SDMP半制备手性柱(150 mm×10 mm,10 μm)对()-Tetralone进行色谱分离，此时流动相的流速为3 mL/min，()-Tetralone样品质量浓度为10 g/L，进样体积为10 μL，紫外检测波长为214 nm. 分别在柱温为20、25、30和35 ℃的条件下进样，研究温度对手性分离的影响.

图2 模拟移动床工作示意图

[10,20-21]的方法，以洗脱体积法确定SMB分离的操作参数，应满足以下关系：

Q1>QA/t*,

(2)

QB/t*

(3)

Q4

(4)

其中,Q1、Q2、Q3和Q4为各区流速(mL/min)；QA和QB分别为在色谱柱上的强、弱保留组分的洗脱体积(mL)；t*为多通阀的切换时间(min)，受SMB系统和色谱柱压力的控制.

本文改变进样浓度、进样流速和色谱柱组合等条件研究其对SMB分离()-Tetralone对映异构体的影响，优化操作参数以期得到最佳的分离效果.

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的均一性结果

在SMB分离中，性能相近的手性柱才能保证系统稳定. 以1,3,5-三叔丁基苯为测试样品(表1)，其在SDMP半制备手性柱上的平均保留时间为2.348min，计算得到平均孔隙率为0.58，相对标准偏差RSD(n=8)为1.44%. 以正己烷-乙醇(90∶10,V/V)为流动相的条件下，()-Tetralone对映异构体在EnantiopakSDMP半制备手性柱的平均保留时间分别为6.736和7.439min，RSD(n=8)分别为1.05%和1.03%. 这说明色谱柱具有良好的均一性. 在后续工作中，以2种手性异构体在色谱柱的保留时间平均值来设定SMB运行参数.

表1 SDMP手性柱的均一性结果

注：(a) 1,3,5-三叔丁基苯，流动相为正己烷-乙醇(90∶10，V/V)，样品质量浓度为1.0 g/L，进样体积为20 μL，流速为3.0 mL/min，检测波长为214 nm，柱温25 ℃；(b) ()-Tetralone对映异构体，流动相为正己烷-乙醇(90∶10，V/V)，样品质量浓度为10.0 g/L，进样体积为10 μL，流速为3.0 mL/min，检测波长为214 nm，柱温25 ℃.

2.2 温度对手性分离的影响

柱温的变化会影响流动相的粘度、被分离样品与手性固定相间的作用力，进而对色谱柱拆分能力和效果产生影响. 不同温度下，SDMP手性柱拆分()-Tetralone对映异构体的结果见表2.

表2 温度对SDMP分离()-Tetralone的影响

Table 2 Effect of temperature on enantionseparation of ()-Tetralone

表2 温度对SDMP分离()-Tetralone的影响

T/℃t1/mint2/minN1N2k1k2RSα207．1187．876335730582．032．351．431．16256．7287．362373634861．872．141．351．14306．3426．868427138521．701．931．271．13356．0226．468464042101．561．751．181．12

在以正己烷-乙醇(90∶10，V/V)的混合溶液为流动相的条件下，温度每升高5 ℃，弱保留组分的出峰时间(t1)提前0.3～0.4 min，分离度显著下降，从1.43(20 ℃)降低到1.18(35 ℃)，选择因子也随之下降. 很显然，温度变化会极大影响SMB分离系统的稳定性. 后续研究在25 ℃下进行.

Q1>20.208/t*,

20.208/t*

Q4>22.317/t*.

图3 ()-Tetralone在Enantiopak SDMP柱上的HPLC色谱图

Figure 3 HPLC chromatogram of ()-Tetralone on a Enantiopak SDMP column

设多通阀的切换时间为5.37 min，则Q13.76 mL/min, 3.76 mL/minQ2Q34.16 mL/min，Q44.16 mL/min. 在系统实际运行中，传质阻力和轴向弥散等因素都会对手性分离产生影响，因此，需根据实验结果优化工艺条件.

2.3.2 进样流速的影响 增大进样流速可有效提高SMB处理的样品量和处理效率. 在切换时间为5.37 min、()-Tetralone质量浓度为0.50 g/L的条件下，研究进样流速对SMB分离()-Tetralone的影响(表3). 在A1到A3的操作中，将Qfeed从0.09 mL/min缓慢降低至0.05 mL/min，提取液纯度从75.91%上升到93.49%，提余液纯度从94.16%升高到95.33%，即减小进样流速，收集的样品纯度增加，这可归因于进样流速减小，单位时间内色谱柱上需分离的样品量减小，因而提取液和提余液的纯度均升高.

表3 进样流速对SMB手性拆分()-Tetralone的影响

Table 3 Effect of feed flow rate on separation of ()-Tetralone by SMB

表3 进样流速对SMB手性拆分()-Tetralone的影响

操作点Cfeed/(g·L-1)Qfeed/(mL·min-1)流速/(mL·min-1)Q1Q2Q3Q4t∗/min提取液纯度/%提余液纯度/%A10．500．094．803．773．863．115．3775．9194．16A20．500．074．803．793．863．115．3792．1794．47A30．500．054．803．773．843．115．3793．4995．33

注：流动相条件为正己烷-乙醇(90∶10,V/V)， 柱组合2-2-2-2， 温度25 ℃.

2.3.3 进样质量浓度的影响 增大样品质量浓度使单柱的负载增加，样品在色谱柱柱内扩散明显，进而影响整个SMB系统对样品的分离. 保持各区流速、进样流速和切换时间不变，改变进样质量浓度(见操作点B1、B2和B3)进行研究(表4).结果表明，随着进样质量浓度从0.50 g/L降低到0.10 g/L时，提取液纯度从93.46%增加到95.09%，提余液纯度从96.17%增加到97.51%，即减小进样质量浓度，提取液和提余液纯度均增加.

表4 样品质量浓度对SMB手性拆分()-Tetralone的影响

Table 4 Effect of feed mass concentration on separation of ()-Tetralone by SMB

表4 样品质量浓度对SMB手性拆分()-Tetralone的影响

操作点Cfeed/(g·L-1)Qfeed/(mL·min-1)流速/(mL·min-1)Q1Q2Q3Q4t∗/min提取液纯度/%提余液纯度/%B10．500．054．803．793．843．115．3793．4696．17B20．250．054．803．793．843．115．3795．2296．38B30．100．054．803．793．843．115．3795．0997．51

注：流动相条件为正己烷-乙醇(90∶10,V/V)，柱组合为2-2-2-2，温度为25 ℃.

2.3.4 色谱柱组合方式的影响 传统SMB分离系统采用各区色谱柱数目相同的模式，如每区2-2-2-2组合. 近年来，有文献[22-23]报道增加分离区域的色谱柱数目，可提高产率而不影响分离效果. 本文将分离区域(即二区和三区)的色谱柱数目增加到3根，同时将一区和四区的色谱柱数目减少为1根，此时色谱柱的组合方式变为1-3-3-1，然后研究()-Tetralone对映异构体在其中的分离(即表5中操作点C). 结果表明，在1-3-3-1柱组合模式下，提取液和提余液的纯度都下降. 这可能是由于一区的色谱柱数目减少，但一区流速不变，色谱柱柱再生时间缩短，部分强保留组分依然存在于色谱柱中，并随之进入四区，流动相冲洗进入提余液，故其纯度降低；同时四区色谱柱减少，但四区流速4不变，体系中流动相没有重生完全，部分弱保留组分混合在其中，随流动相再次进入体系，污染提取液.

表5 色谱柱组合方式对SMB手性拆分()-Tetralone的影响

Table 5 Effect of column combination method on separation of ()-Tetralone by SMB

表5 色谱柱组合方式对SMB手性拆分()-Tetralone的影响

操作点Cfeed/(g·L-1)Qfeed/(mL·min-1)流速/(mL·min-1)Q1Q2Q3Q4t∗/min提取液纯度/%提余液纯度/%B20．250．054．803．793．843．115．3795．2296．38C0．250．054．803．793．843．115．3793．3695．20

注：流动相条件为正己烷-乙醇(90∶10,V/V)， 柱组合2-2-2-2， 温度25 ℃.

2.3.5 SMB系统运行稳定性研究 以操作点B2的SMB操作参数，连续运行SMB系统72 h，分别在24、48和72 h收集提取液和提余液，对其纯度进行研究，以考察SMB系统运行的稳定性. 在24、48和72 h收集的提取液和提余液的纯度基本保持不变(表6)，这说明模拟移动床运行较为稳定. 计算可知，在该操作条件下，4S-(+)-Tetralone产率为0.24 mg/(g·d)，4R-(-)-Tetralone产率为0.23 mg/(g·d)，溶剂消耗为143.8 L/g，()-Tetralone回收率为94.7%.

表6 SMB连续运行结果

注：操作参数如表5中B2，温度为25 ℃.

对SMB分离得到的提取液和提余液进行HPLC分析，分别采用紫外检测器和旋光检测器进行检测(图4)，结果表明，提取液和提余液的纯度较好；同时发现，在Enantiopak SDMP分析柱上，以正己烷-乙醇(90∶10，V/V)为流动相时，4S-(+)-Tetralone在色谱柱的保留较4R-(-)-Tetralone弱，先被流动相洗脱.

图4 操作点B2条件下提余液和提取液的HPLC谱

Figure 4 HPLC chromatograms of the extract and the raffinate products under B2operation conditions

将收集到的提取液和提余液样品旋转蒸发溶剂后干燥，分别得到4S-(+)-Tetralone和4R-(-)-Tetralone样品. 在氮气流速为15 mL/min、狭缝宽度2.0 nm、扫描速度为500 nm/min的条件下，记录了4S-(+)-Tetralone和4R-(-)-Tetralone的乙醇溶液在260～500 nm范围内的CD光谱信息(图5). 结果表明，2种样品的圆二色光谱(ECD)谱在200 nm至400 nm间呈现几乎完美的镜像对称，说明两者为一对对映异构体.

图5 4S-(+)-Tetralone和4R-()-Tetralone的ECD谱

Figure 5 ECD spectra of 4S-(+)-Tetralone and 4R-()-Tetralone

3 结论

本文采用Enantiopak SDMP手性柱、以V(正己烷)∶V(乙醇)=90∶10为流动相，在四区八柱的模拟移动床(SMB)上手性分离了盐酸舍曲林中间体()-Tetralone；以洗脱体积法初步确定了模拟移动床手性分离的操作参数，研究了样品质量浓度、进样流速和柱组合方式等因素的影响，通过优化SMB操作参数得到纯度较高的手性异构体样品，即4S-(+)-Tetralone和4R-(-)-Tetralone. 本研究对发展开发工业规模手性色谱分离工艺具有积极意义.

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【中文责编：成文 英文责编：李海航】

Enantioseparation of ()-Tetralone by Simulated Moving Bed Chromatography

ZHANG Weiguang1*, CHEN Xiange1, CHEN Tao1, CHEN Xiaodong2, WANG Tai2, XU Junye2, FAN Jun1*

(1. School of Chemistry and Environment, South China Normal University, Guangzhou 510006, China; 2. Guangdong YanJie Pharmatech Co. Ltd., Guangzhou 510663, China)

Enantioseparation of racemic tetralone on the Enantiopak SDMP columns has been carried out by four-zone-eight-column simulated moving bed (SMB) with the mixture of hexane-ethanol (90∶10,V/V) and the SMB running parameters were set by using elution volume method. The effects of sample concentration, flow rate, and column combination on the resolution of tetralone racemate were investigated in detail. In addition, the extract and raffinate were characterized by chiral HPLC and solution circular dichroism spectroscopy. The retention of 4S-(+)-Tetralone was weaker than 4R-(-)-Tetralone on the Enantiopak SDMP column with hexane-ethanol (90∶10,V/V) as the mobile phase. The purity of the extract and raffinate, that is the enantiomer product, increased gradually with the reduction of sample concentration or flow rate. More importantly, the purity of the enantiomer product kept almost unchanged when the SMB system was run over 72 h, and the recovery of ()-Tetralone was 94.7%. The CD curves of the extract and the raffinate looked like the mirror images of each other in the range from 200 nm to 400 nm, which indicated that the corresponding compounds were a pair of enantiomers.

simulated moving bed; cyclodextrin chiral stationary phase; sertraline intermediate; enantioseparation

2016-06-15 《华南师范大学学报(自然科学版)》网址：http://journal.scnu.edu.cn/n

国家自然科学基金项目(21171059，21571070)；科技部中小型企业技术创新基金项目(13C26214404534)；广东省科技计划项目(2014A010101145,2012B010900043,2016B090921005)；广州市科技计划项目(2013J4400027,201508020093)

O658

A

1000-5463(2016)05-0037-07

*通讯作者:章伟光，教授，Email:wgzhang@scnu.edu.cn；范军，教授，Email:fanj@scnu.edu.cn.