高效手性篩選聯(lián)用計算機建模技術(shù)快速開發(fā)手性方法

ACDLabs CN

2022.10.24

背景和摘要

????對映體的色譜拆分是學術(shù)界和工業(yè)界的公認難題，常見使用SFC色譜進行篩選分離。相較而言使用小粒徑手性固定相在UHPLC平臺上進行手性篩選和分離還處于發(fā)展階段。因此MERCK在美國新澤西的MRL團隊在本文介紹了一個他們的開發(fā)平臺。這個平臺的的篩選部分有14根色譜柱（包括2微米直徑的全多孔色譜柱FPP以及3微米的表面多孔色譜柱）以及9種流動相供選擇，包含反相，Hilic，Polar-Organic模式，Polar-ionic 模式等多種作用模式。篩選進行自動化操作所需人工干預(yù)少，拆分成功幾率高。作者使用ACD/Labs AutoChrom軟件的LC simulator對手性篩選的結(jié)果進行多因素建模優(yōu)化，以縮短時間并提高耐用性。進行數(shù)學建模時，作者還發(fā)現(xiàn)溫度因素需要用二項式進行模擬，而不是進行線性擬合，以此函數(shù)獲得的模型預(yù)測更為精確。

????作者還舉例將以上的工作策略應(yīng)用于超快速的手性拆分以及2D-LC手性拆分研究，取得了很好的結(jié)果。國內(nèi)有條件的企業(yè)可以考慮參考此平臺的配置，構(gòu)建自己的篩選和優(yōu)化平臺。

篩選平臺介紹

儀器平臺配置

Agilent UHPLC 1290 Infinity II, 配置有四元泵G7104A, 兩套色譜柱控溫G7116B, DAD 檢測器 G7117B, 兩套G1170A閥系統(tǒng)。

Agilent Chemstation C.01.07 SR3 軟件。

圖1 UHPLC 手性篩選平臺的色譜柱和流動相配置

篩選階段使用的14根色譜柱如下

名稱

生產(chǎn)廠家

規(guī)格

方法限定

(S,S)-Whelk-O1

Regis Technologies, Inc. (Morton Grove, IL, USA)

1.8μm fully porous silica 100 × 4.6 mm

梯度，等度

ChiralPak IA-U, IB-U, IC-U, IG-U, ID-U

Chiral Technologies Inc. (West Chester, PA, USA)

1.6 μm fully porous silica particles 100 × 3.0 mm

梯度，等度

TeicoShell, VancoShell, NicoShell, TagShell, Q-Shell, CDShell, MaltoShell, ?LarihcShell?

AZYP LLC?(Arlington, TX, USA)

2.7 μm superficially porous silica particles 100 × 3.0 mm

等度

其他篩選條件

流速0.5ml/min, 柱溫35度，采集214，254，280nm 紫外信號，梯度和等度的總體運行時長都為10min。

篩選研究對象介紹

作者選擇了共18種小分子化合物作為樣本進行篩選研究，結(jié)構(gòu)如下：

18種被篩選的化合物，每個化合物篩選14個方法，花費6個小時。

篩選結(jié)果

18種化合物的手性分離的篩選打分結(jié)果，綠色代表分離度大于1.5，紅色代表分離度小于0.5，黃色代表分離度在0.5-1.5之間。帶星號者被認為是最佳的方法。顯然某些方法對多個手性化合物的分離都有效。某些色譜柱的對某個化合物的分離可以跨越流動相的種類。

此方法對色譜柱和流動相的所有可能組合進行全面評估，尤其是對于具有挑戰(zhàn)性的對映體分離。此外，UHPLC篩選平臺可以讓色譜條件的趨勢可視化，從而快速識別有效分離對映體所需的最佳分析條件，同時也為快節(jié)奏對映體純度分析的精簡發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

從以上的結(jié)果來看有部分方法可以在60秒以內(nèi)超快速的完成，部分方法在180秒內(nèi)快速完成，只有個別的分子時間在3-10分鐘內(nèi)完成。用時較長的方法可以在后期優(yōu)化過程中使用較短的色譜柱或者更高的流速進行時間縮短以實現(xiàn)超快速。

分離方法的建模優(yōu)化以獲得耐用性強的手性UHPLC分離方法

使用色譜模擬軟件ACD/Labs AutoChrom里的LC-Simulator 模塊2021.1.2版本，來自Advanced Chemistry Development （Toronto, Ontario, Canada）進行建模優(yōu)化。

進行手性異構(gòu)體分離優(yōu)化時要注意的溫度模擬函數(shù)

色譜柱：ChiralPak OD-3R (50 X 4.6毫米)

流速:0.5 mL/min

流動相A: 0.1%甲酸溶液；

流動相B: 乙腈

檢測波長:UV 260 nm。

樣品:每1.0 μL甲醇溶液中含有2.8 mg/mL 6-OH,15.8 mg/mL 7-OH和6.3 mg/mL

柱溫及有機相等度比例兩因素：

柱溫：10、20和40°C；

等度洗脫：30、40、50 % B

通過ACD/Labs AutoChrom軟件模擬生成分離度圖

通過ACD/Labs軟件模擬生成分辨率圖可得到最佳條件可選擇為：柱溫：20℃，等度條件：40%

當應(yīng)用傳統(tǒng)上對非手性小分子進行保留系數(shù)與1/T之間的一級多項式擬合，實驗和模擬保留時間之間的差異較大 (ΔtR > 9%)。考慮分析不與CSP之間的額外作用點，進行保留系數(shù)與1/T之間的二階多項式擬合，手性分離模擬和實驗之間具有極好的擬合 (ΔtR < 0.1%)。因此進行有機相比例和溫度兩因素DoE時，實驗設(shè)計應(yīng)為三乘三。

對化合物8和化合物12進行優(yōu)化

色譜柱：TeicoShell (50 × 4.6 mm I.D. 2.7μm superficially porous silica particles.

流動相A: 20 mM AmF, pH 4.0

流動相B：MeOH.

檢測波長：220nm

等度洗脫：5?45% B

柱溫條件：25, 35, and 45 ℃

使用AutoChrom 進行2因素建模獲得分離度圖。

ACD/Labs軟件模擬可得到分離化合物8和化合物12及其對映異構(gòu)體的最佳色譜條件：溫度：10℃。梯度：25%B（0 min）、50%B（15 min）和25%B（15.1?18 min）；并且可得該色譜條件的耐用性范圍-橙色區(qū)域，并且實驗和模擬之間ΔtR < 0.5%，擬合度良好。

進行非手性手性2D-LC篩選和建模

近年來2D-LC在進行超快速手性分離的應(yīng)用發(fā)展的很快。數(shù)學建模輔助進行可視化的2D-LC分離已經(jīng)在工業(yè)界嶄露頭角。以下例子是用多心切割非手性-手性2D-LC方法分離華法林和羥化代謝物。

UHPLC 篩選一維RPLC色譜條件，進行非手性分離的最優(yōu)化，ACD/Labs軟件做梯度斜率和柱溫兩因素三水平的實驗設(shè)計以及色譜模擬可得到第一維最佳色譜條件

流動相：A：0.1%磷酸溶液，B：乙腈

色譜柱：Ascentis Express C18 (100 × 4.6 mm I.D.,2.7 μm)

柱溫：36℃，

梯度變化：35 %B (0?1 min), 55 %B (4min), 80 % B (4.4?5.2 min).

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使用ACD/Labs軟件做梯度斜率和柱溫兩因素三水平的實驗設(shè)計以及色譜模擬可得到第二維最佳色譜條件

流動相：A：0.1%磷酸溶液，B：乙腈

色譜柱：VancoShell (50× 4.6 mm I.D., 2.7 μm).

柱溫：40 ℃

梯度變化：10?40 %B (0?5 min).

結(jié) 論

手性液相色譜方法發(fā)展的瓶頸是篩選最佳的手性固定相和流動相組合，繁瑣且費時。在此介紹的一種自動化的對映選擇性UHPLC篩選工作流程，能大大減少了所花費的時間。引入新策略平臺后確保在效率方面有實質(zhì)性的改進，這樣可以更好地協(xié)助實驗室進行工藝合成的快速變化和優(yōu)化。此外，使用軟件建模來獲得耐用的手性LC方法，能夠從提高篩選過程的總體結(jié)果的質(zhì)量。相比傳統(tǒng)的手性高效液相色譜方法，該UHPLC篩選方法可以轉(zhuǎn)化為更高效的高通量手性分析。

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