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Neuartige durch Azokupplung von Chinaalkaloiden hergestellte chirale Phasen zur Enantiomerentrennung.

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C h i d e Phasen ZUT Enantiomerentrennung
Neuartige, durch Azokupplung von Chinaalkaloidenhergestellte chirale
Phasen zur Enantiomerentrennung
Carsten Coors und Rudolf Matusch’
lnstitut f i r Pharmazeutische Chemie und Lebensmittelchemie der Philipps-UniversitiiS Marbacher Weg 6, D-3550 Marburg
Eingegangen am 29. Dezember 1988
Beschrieben wird die Herstellung von vier neuen chiralen Phasen dulrh
Amkupplung von Chinin. Chinidin, Cinchonidin und Cinchonin an derivatisiertes Kieselgel. Die so hergestellte Ckhh-phase teigt gegeniiber dem
T e s a e m a t Anwltrifluorethano1 cine &utlich
~~antiosele&it&
als andersartig gebundene Chinin-Phasen
New Chirg Phases for Racemate Resolution Prepared by AZo-Coupling
of Quinine Alkaloids
In den letzten Jahren sind eine VielzaN chiraler stationhr Phasen zur
chromatographischenEnantiomerentrennunghergestellt worden’). Voraussetzung fur die erfolpiche Fixierung des chiralen Selektors an die stationhre Phase ist eine geeignete funktionelle Gruppe. Fehlt diese, gelingt eine
kovalente Bindung erst nach enupr. Derivatisierungsschtten.Oftmals sind
aber gerade die funktionellen Gruppen, die sich fUr eine kovalente Fixierung eignen, auch diejenigen. durch die eine enantioselektive Erkennung
vermittelt wird. Werden sie veriindert, so nimmt auch die Enantioselektivitiit des c h d e n Selektors ab. Einen Ausweg bietet die Azokupplung. Uberraschendenveise ist bisher kein Versuch unternommen worden, Chiralika
mit aromatischen Systemen direkt an derivatisiertes Kieselgel zu binden.
Das ist um so erstaunlicher, da eine Vielzahl derartiger Verbindungen n i t
aromatischen Substituentenexistiert, die auf diese Weise fUr die chromatographischeRacematspaltunggenutzt werden k6nnte.
nutzen3‘13).Die Bedeutung, die Chinin bei der fraktionierenden Kristallisation besitzt, konnte es dafur bislang nicht erreichen. Mit der Azokupplung eroffnet sich in dieser Hinsicht eine neue Moglichkeit.
In relativ einfacher Weise gelingt die Fixierung der vier
Chinaalkaloide Chinin, Chinidin, Cinchonin und Cinchonidin. Dabei ist eine Kupplung der Diazokomponente nicht
nur mit elektronenreichen Aromaten, wie sie aus homogener Reaktion bekannt id4), moglich, sondem auch die mit
elektronenarmen Systemen. Die durch Azokupplung hergestellte kovalente Chinin-Phase besitzt einen grokren
Trennfaktor a* als Phasen, in denen Chinin auf anderem
Wege fixiert ist.
In exemplarischer Weise beschreiben wir die Azokupplung von Chinin, Chinidin, Cinchonin und Cinchonidin an
derivatisiertes Kieselgel.
Darstellung der kovalent gebundenen Chinin-Phase (4).
chromtographische Ergebnisse
II u
Rm
H@R
Chlnln
8s. 9 R
Cinchonidin 85. 9 R
N
R I OCH3
R
H
Chinidin
8R.9S
Cinchonin 8R.95
R = OCH3
R1H
Die Chinaalkaloide gehoren mit zu den ersten basischen
chiralen Naturstoffen, die erfolgreich zur Enantiomerentrennung von chiralen Sauren durch fraktionierende Kristallisation der diastereomeren Salze eingesetzt worden sind2).
Daher existieren zahlreiche Versuche, diese Eigenschaft
fur die chromatographische Enantiomerentrennung zu
The preparation Of four E W phases by aZO-cOUphg Of quinine, quinidine.
cinchonine. and cinchonidine is describe& The chiral stationary phase
derived from quinine shows better enantioselectivity for anthryltritluomethano1 than other covalently bound quinine phases.
Zur chromatographischen Racemattrennung wurden bisher die Chinaalkaloide - hauptsLhlich Chinin - als chirale Additiva der mobilen Phase zugesetzt. Vornehmlich lieBen sich damit Trennungen von anorganischen
Komplexsal~en~~~)
und Carbon- und Sulfonsli~ren~”)
erzielen. Die ersten
Phasen mit kovalent gebundenem Chinin wurden yon Grubhofer und
Schleirh hergestell?’. P enersson und Salvadori et al. fixierten Chinin Uber
die Vinylgruppe durch Hydrosilylierung9”o’ bzw. durch radikalische Reaktionen mit 3-Sulfhydrylpropyl-Kieselge11
Schomburg et al. stellten
eine polymer gebundene Chinin-Phase herI3). Die Azokupplung wurde
zwar schon von Weerall”), Hill’@ und Jezorek”) zur Enzymimmobilisierung und Fixierung von Chelatbildnernan Kieselgel und verwandten Mate.rialien erprobt. Entsprechendeszur kovalenten Bindung c h d e r Selektoren
an Kieselgel ist aber bisher nicht bekannt.
‘”3.
Entscheidend bei der Azokupplung mit derivatisiertem
HF’LC-Kieselgel ist die Wahl geeigneter Reaktionsbedingungen. Da die Kieselgelmatrix nur bis pH=l stabil ist, darf
dieser Wert nicht unterschritten werden. Andererseits
a ist ein MaB fur die Enaitioselektivitiit und ist durch das VerhBtnis k’fi’l definiert, wobei k’l der Kapazitiitsfaktor des zuerst eluierten Peaks ist:
k’=(tR-b)/b.
Arch. Pharm. (Weinheim) 322,817-820 (1989)
QVCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1989
0365-6233/89/1111-0817 $02.50/0
818
Coon und Matusch
Phase ( 1 )
-'
Phase ( 2 )
I
Phase ( 3 )
Phase ( 4 )
erfordert die Diazotierung stark saure Bedingungen, um
eine optimale Umsetzungsrate zu erzielen.
Zur Fixierung der Chinaalkaloide gingen wir von aminopropylsilanisiertem Kieselgel aus. AnschlieSend setzten wir
mit p-Nitrobenzoylchlorid um und reduzierten mit Natriumdithionit. Nach der Diazotierung (pH=l) wird rnit dem Alkaloid gekuppelt (Abb. 2).
Als Indikator fur die Umsetzungsrate diente neben der
Elementaranalyse (C-Gehalt) die IR-Spektroskopie und der
a-Wert der Anthryl-tnfluorethanoltrennung.Bei der Azokupplung werden laut Elementaranalyse nur 18% der kupplungsfhigen Gruppen umgesetzt, was wegen der sterisch
anspruchsvollen Struktur des Chininmolekiils nicht iiberrascht. Die Substitution im Chinolinsystem erfolgt am methoxysubstituierten annelierten Phenylring. Da die paraStellung zur Methoxygruppe blockiert ist, kommt nur die
sterisch weniger abgeschirmte ortho-Position (C-7') in
Frage.
Zur chromatographischen Testung der neuen Phasen
wurde racemisches Anthryltrifluorethanol herangezogen,
das bei Sulvudori et al."' die hiichsten Enantioselektivitaten
aller dort erprobten Racemate zeigte.
Racemattrennungen mit Hexan/Isopropanol-Gemischen
fuhrten nur zu maigen Enantioselektivitaten ( e l .06).
Geht man davon aus, daB die Carbinolfunktion im Chininmolekul wesentlich fur die chirale Erkennung ist, so sollte
ihr EinfluB durch Ersatz von Isopropanol durch t.-Butylmethylether, Chloroform oder Dichlormethan im FlieSmittel
stiirker zum Tragen kommen.
Dies Ii%t sich in der Tat nachweisen. Die hochste Enantioselektivitat bewirkt HexanDichlormethan (6/4) mit ce1.20,
wobei jeweils das (-)-Enantiomer zuerst eluien wird
(Abb.3).
Y-)
rn
r.
H-$-OH
CF,
Abb. 3 Chromatographie von Anthryltrifluorethanol an der Chinin-Phase 4.
Bedingungen: HexadDichlomethan (60140). Flus 0.5 ml/min, Saule
125x4 mm i.D., Detektion bei 254 nm,Aufgabemenge lOpg/lC&l.
Die Stabilitat der so hergestellten Phasen kann als auBerordentlich hoch bezeichnet werden. da im zweimonatigen
Dauereinsatz mit verschiedenen mobilen Phasen keine Verhderung der a-Werte feststellbar war.
Diese mit einer nur 125 m m langen Saule erhaltenen Ergebnisse demonstrieren deutlich die hohe Enantioselektivitat dieser neuen Chinin-Phase, da die "Salvadori-Phase" bei
einer Saulenlahge von 250 mm lediglich einen Trennfaktor
von e l . 11 fur Anthryltrifluorethanolzeigte.
Tab. 1: Systematische Variation der Hiellmittelzusammenstzungzur Racemamennung von Anthryltrifluorethanol an der Chinin-Phase 4. Bedingungen:
FluB 0.5 mumin, Saule 125x4mm i.D., Detektion bei 254nm. Aufgabemenge 10 pg/lOpl.
Hiellmittel
HexarVIsopropanol
Hexan/t.-Butylmethylether
Hexan/Chloroform*
9732.5
70130
80/20
60140
HexaniDichlormethan
Hexan/CH2C12/Isopropanol
Hexan/CH2C12/CHC13*
60/40
951411
6013515
11.78
11.35
12.71
6.81
10.57
45.24
9.17
12.44
12.6 1
14.80
7.53
12.68
46.56
10.97
1.06
1.11
1.16
1.11
1.20
I .03
1.20
Chloroform enthalt etwa 1% Ethanol als Stabilisator
Arch. Pharm. (Weinheim)322.817-820 (1989)
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Chide Phasen zur Enantiomerentrennung
(8S,9R)
(-)-Enantiomer zuerst : a=1.20
zoylamid nicht k~ppeln'~).
Um so interessanter ist, did
gerade dies bei Cinchonidin und in abgeschwachtem Mak
bei Cinchonin noch moglich war! Offensichtlich sind auch
elektronenarme Aromaten zu einer Azokupplung beffiigt,
wenn sie durch Kieselgeloberflachen aktiviert sind.
SchluBfolgerung: Die Azokupplung stellt eine neue vielversprechende Methode zur Fixierung von chiralen Selektoren an Kieselgel dar. Die bei den 'iiblichen' Reaktionen
dazu notwendigen funktionellen Gruppen sind nicht erforderlich. Die Kupplung gelingt auch mit elektronenarmen
Aromaten. Die Enantioselektivitiit einer so hergestellten
Chinin-Phase ist deutlich hoher als die Phasen, bei denen
Chinin andersartig gebunden vorliegt.
iiber die Anwendungsbreite werden wir zu gegebener
in einem a n d e r e n Z u s m e h a n g berichten.
(8R,9S)
(+)-Enantiomer zuerst : -1.05
ExperimentellerTeil
(8S,9R)
(-)-Enantiomer zuerst : a=1.04
Darstellung der kovalent gebundenen
Chinaalkaloid-Phasen (5,6,7), chromatographische
Ergebnisse
Analog zur Chinin-Phase wurden die anderen Chinaalkaloide (Abb. 1) kovalent gebunden. Das gelang sowohl mit
Chinidin als auch mit den nicht methoxysubstituierten Alkaloiden Cinchonidin und Cinchonin. Fur diese beiden im
Chinolinring elektronenarmeren Chinaalkaloide ist eine
Azokupplung in homogener Phase nicht beschrieben. Beim
Vergleich der vier neuen Phasen brachte die Chinin-Phase
unter identischen chromatographkchen Bedingungen die
besten Ergebnisse fur die Anthryltrifluorethanoltrennung:
ChininPhase (4)
ChinidinPhase (5)
CinchonidinPhase (6)
CinchoninPhase (7)
(8R,9S)
: aFl
p-Nitrobenzoylamid-Kieselgel (1)
20 g LiChrosorb NH2.5 pm werden bei 105OC getrocknet Zum Kiese.1gel werden unter N2 300 ml frisch destilliertesChloroform, 8.36 g p-Nitrobenzoylchlorid und 8.32ml Triethylamin (frisch destillien und getrocknet)
gegeben. Bei 50°C liiet man fiir c a 100 h unter schwachem N2-Smm
riihren. Das Kieselgel wird s o r w t i g mit Chloroform, Aceton, Methanol
und Ether gewaschen und i. Vak. getrocknet- Analyse: C 8.25 H 1.54 N
.67,entspr. o.49 mMol p-Nitrobenzoylamid/gAdsorbens.
Da der Wechsel in der Elutionsreihenfolge mit einem
Wechsel der absoluten Konfiguration an C-8 und C-9 korreliert, entscheiden auch diese beiden Chiralitiitszentren iiber
die Enantiomerenreihenfolge. Die restlichen Chiralitiitszentren C-3 und C-4 sind nicht erkennbar beteiligt. Dies unter- p-Aminobenzoylamid-Kieselgel(2)
streicht die Bedeutung der Carbinolfunktion bei der Bildung
Zu 350 ml wariger 5%iger Natriumdithionitlosungwerden 20.55 g Nider diastereomerenAssoziate.
trophenylamid-Phase l gegeben. Man kocht l h unter RiicMu6. Danach
Der zweite Wechselwirkungsort ist das Chinolinsystem, wird sofon hei6 filtriert, um Schwefelabscheidungzu verhindem. Das Kieweil beim Wechsel von der Chinin- zur Cinchonidin-Phase selgel wird sofort mit grokn Mengen Wasser, Methanol und Ether sorgfalein drastischer Abfall der Enantioselektivitat von ~ 1 . 2 0 tig gewaschen und getrocknet- Analyse: C 7.39 H 1.65 N 1.65, entspr.
auf a=l.04 trotz gleicher Umsetzungsrate resultiert. Da 0.47 mMol p-Aminobenzoylamid/gAdsorbens (bezogen auf C).
beide Phasen sich nur durch eine Methoxygruppe am AroIR(KBr): Die Absorptionen der Nitrogruppe (bei 1525 und 1345 cm-')
maten unterscheiden, erfolgt dort eine Wechselwirkung.
der Nitrobenmylamid-Phase sind bei der Aminobenzoylamid-PhasevollFur die Chinidin-Phase zeigt die Elementaranalyse, daD stindig venchwunden.
nur ein Viertel Chinidin bezogen auf Chinin kovalent gebunden wurde. Deshalb betragt - trotz vorhandener Me- Kovalenr gebundene Chinaulkaloid-Phasen (4,5,6)
thoxygruppe - die Enantioselektivitat fur Anthryltrifluoret1.2 g p-Aminobenzoylamid-Kieselgel2 werden diazotien und nach
hanol nur ein Viertel (a=1.05) der Chinin-Phase. Entspre- zweimaligem Waschen mit Wasser sofon weiterverarbeitet. Eine Wsung
chend erhiilt man fur die Cinchonin-Phase ein Viertel der von 0.84 g NaHC03 und 0.6 g Chinin (Chinidin. Cinchonidin) in einer MiBelegung der Cinchonidin-Phase. Unter Beriicksichtigung schung von 100 ml H2O (37ml bei Phase S), 10 mlO.1 N HCl und 80 ml
der fehlenden Methoxygruppe sollte theoretisch ein Trenn- MeOH werden zum dimtierten Kieselgel gegeben. Bei 8-104C l l t man
faktor von ~ 1 . 0 resultieren,
1
der sich praktisch nicht mehr fur 30 min reagieren. Anschlieknd wird sorgfiltig mil MethanoWasser
(1:l) (Ethanol bei Phase S), Wasser, Methanol und Ether gewaschen und i.
nachweisen 1Ut.
Das uberraschendste Ergebnis war zweifellos die pro- Vak. getrocknet Ca. 0.8 g getrocknetes Material werden in eine Stahlsaule
(125x4mmi.D.) gefiillt.
blemlose Azokupplung der nicht methoxysubstituierten AlAnalysen:
kaloide Cinchonidin und Cinchonin. Bei Cinchonidin
Phase 4:
C 9.39 H 1.79 N 1.47,entspr. 0.08mMol C W g
konnte unter gleichen Reaktionsbedingungen fast die
Adsorbens (bezogen auf C).
gleiche Menge an Alkaloid gebunden werden (0.08 mMol
Phase 5:
C 7.76 H 1.48 N 1.32,entspr. 0.02mMol Chinididg
Adsorbens (bezogen auf C).
Cinchonidin/g Adsorbens) wie bei der Chinin-Phase. Ein
C 9.22 H 1.75 N 1.39,entspr. 0.08mMol Cinchonidin/g
Phase 6:
sicherer Nachweis, daB eine kovalente Bindung und nicht
Adsorbens (bezogen auf C).
etwa eine Adsorption der Alkaloide stattgefunden hat,
liefert die chromatographischeStabilititt und die Orangefar- Kovalent gebundene Cinchonin-Phase (7)
bung der trockenen Kieselgele.
1.2 g p-Aminobenzoylamid-Kieselgelwerden wie beschrieben diazotiert.
Nach gangiger Literatumeinung sollte ein deaktivierter
Nach kurzem Waschen mit Wasser werden 1.68 g NaHC03 und 0.4 g CinAromat rnit einer Diazonium-Verbindung wie p-Diazoben- chonin Base, geltist in 200 ml H20.20 mlO.1 N HCI und 160 ml Methanol,
Arch. Pharrn. (Weinheimj 322,817-820 (1989)
820
zugesetzt. Bei 8-10°C IUt man 30 min reagieren. AnschlieEend wird mit
H20/Methanol (1: I-Mischung), HzO. Methanol, Aceton und Ether s o r m tig gewaschen und i. Vak. getrocknet.- Analyse: C 7.77 H 1.56 N 1.35.
entspr. 0.02 mMol Cinchonin/&Adsorbens (bezogenauf C).
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[Ph607]
Arch. Pharm. (Weinheim) 322,817-820 (1989)
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