《Separation and Purification Technology》：Extension of dibenzoyl tartaric acid-based optical resolutions to a subpreparative scale by applying magnetic enantioseparation
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手性分离研究采用DBTA功能化磁性微珠实现纳米至低微摩尔级光学纯化，通过盐形成和非共价配位作用分离胺类、醇类及氨基酸醇类，刚性二氧化硅载体提升选择器可及性和立体选择性，最高产率达50%，与HPLC验证误差小于10%，适用于高通量96孔板并行处理，无需化合物特异性优化。
Bálint Jávor | Dorka Szegedi | Bálint árpád ádám | Orsolya Hakkel | Levente Illés | Péter Fürjes | Tünde Tóth | Szabolcs László | ádám Golcs
布达佩斯技术与经济大学化学技术与生物技术学院有机化学与技术系，M?egyetem rkp. 3., H-1111 布达佩斯，匈牙利
摘要
本研究提出了一种基于DBTA功能化磁性微粒（MMPs）的高通量对映体富集方法，用于在纳摩尔至低微摩尔范围内光学分离外消旋胺类、醇类和氨基醇类化合物。该分离方法利用盐的形成和配位型非共价相互作用来生成非对映体主客体加合物。通过对连接体结构的系统研究，发现构象刚性的硅载体系统具有更好的选择性和立体化学区分能力。使用优化的MMPs，在标准化条件下（5% DMSO–水，室温，30分钟接触时间），每次分离步骤的对映体富集程度可达到约50%，同时保持了广泛的底物适用性。该方法可并行处理多达96个样品，每个孔仅需毫克级别的微粒量，并且无需针对特定化合物进行优化。独立的手性HPLC验证表明，该方法与偏振度测定的结果高度一致（偏差在±10%以内）。这些结果表明，所提出的平台为自动化早期发现工作流程中的首次对映体富集和优先排序提供了一种快速且操作简便的替代方法，补充了传统的制备型和仪器密集型对映体分离技术。
引言
光学分离技术使化学家能够选择性地生成或分析对映体，确保产品具有所需的疗效和安全性特征 [1]、[2]。
光学分离过程可分为三大类：经典方法、酶法方法和动力学方法。在经典分离过程中，手性化合物通常与手性拆分剂形成非对映体盐，然后根据溶解度或熔点等物理性质差异进行分离。尽管这种方法经济、可扩展且应用广泛，但它仅适用于能够形成合适盐的化合物，需要手性拆分剂（原子效率较低），并且通常需要大量的劳动力 [1]、[3]、[4]。经典方法还有一个特定的变体，即基于非对映体配位复合物的光学分离方法。这种方法甚至适用于在结晶过程中无法形成稳定盐的化合物，因为配体可以从加合物中更容易地释放出来并从中回收 [5]、[6]、[7]、[8]。
据估计，大约10–20%的手性药物合成包含光学分离步骤 [9]。其原因在于，对于大规模合成过程而言，光学分离仍然是一种实用且经济的选择，优于不对称合成、生物催化或色谱法对映体分离。在经典分离过程中，最常用且商业上可获得的手性拆分剂是酒石酸衍生物，特别是O,O'-二苯甲酰-L-酒石酸（DBTA），它可以通过形成非对映体盐和配位复合物来实现对映体分离 [10]、[11]、[12]。在传统的基于非对映体盐的协议中，DBTA通常用于分离小分子生物活性胺类和氨基酸（如苯丙氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、组氨酸、甲基苯丙胺、麻黄碱等）[12]；其分子间配位能力和可逆的复合物形成主要用于分离手性醇类（如薄荷醇或各种环己醇衍生物）以及其他非碱性化合物（如手性膦氧化物等）[5]、[6]、[7]、[8]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。在过去几十年中，DBTA已被广泛应用于多种手性药物的合成过程中，例如托菲索帕姆 [15]、氯霉素 [16]、西布曲明 [17]、四咪唑 [18]、氨氯地平 [19]、[20]、[21]、[22] 等，这无疑体现了其工业重要性。
根据美国食品药品监督管理局（FDA）2020年至今的新药批准情况，大多数（约59%）手性分子仅包含一个手性中心，而欧洲药品管理局（EMA）自2016年以来未批准任何外消旋小分子 [23]。此外，大多数药物（约60%）至少含有一个氨基，而醇类也是生物活性分子中最常见的功能基团之一（约14%）[24]。这些事实清楚地表明了基于酒石酸的光学分离技术在现代药物发现研究中的重要地位。有关经典酒石酸/DBTA光学分离方法及其操作特性的详细比较总结，请参见支持信息中的表S1。
由于当今实验室自动化的普及以及早期发现合成工作的显著加速，对亚制备级对映体分离方法的需求不断增长。先进的高通量生物测试使得早期化合物筛选过程中所需的样品量减少到微摩尔或纳摩尔级别，这通常通过微孔板合成来实现 [25]。在这种尺度下，传统的光学分离方法（尤其是在自动化过程中）已不再适用。此外，高通量实验中常用的DMSO-水溶剂混合物以及化合物库的多样性使得在通用条件下无法进行结晶，而这对于光学分离是必需的。因此，为了支持这些现代亚制备级高通量合成平台，需要更复杂的分子级识别方法来并行区分化合物库中的对映体。
亚制备级对映体分离可以涉及多种技术，这些技术需要在通量、分离效果和成本之间取得平衡。除了传统的仪器分析技术（HPLC、SFC、CE）和生物/动力学分离方法外，可行的方法还包括模拟移动床色谱（SMB）[26]、手性萃取和配体交换 [27]、膜分离 [28] 以及基于纳米颗粒的分离方法 [29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]。主要方法包括手性纳米颗粒（涂层型、聚合物型或共价功能化型）以及手性金属或共价有机框架（MOFs或COFs）[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]。本研究基于这些考虑，旨在开发一种DBTA功能化的磁性微粒，能够在相同的标准化条件下实现大量结构不同化合物的纳摩尔级对映体分离，并通过利用磁场实现成本效益高且易于回收的特点。关于相关替代方法的简要总结，请参见表S2。
文献调查显示，之前报道的所有基于小分子选择剂的纳米颗粒都使用氨基酸衍生物作为固定的手性拆分剂。这极大地限制了该方法对氨基酸外消旋体的适用性，因为对映体识别主要依赖于H键和羧酸-氨基基团之间的静电相互作用（取决于pH值）。此外，仅有少数情况下使用羧酸通过分子间结合力与拆分剂的自由氨基进行分离。
本文提出的方法具有创新性，因为它首次使用羧酸型拆分剂来分离小分子生物活性胺类。此外，基于配位复合物的微粒光学分离也是分离科学中的一个新概念，目前尚未有相关报道，甚至可以实现中性外消旋体的分离。本文首次研究了不同固定方法对基于微粒的对映体分离效果，并介绍了一种新的共价固定方法，用于广泛使用的硅涂层磁性核心系统。
材料与通用方法
所有试剂和起始材料均为试剂级，按收到时的状态使用。基于磁性微粒的分离实验在平底96孔微孔板上进行，必要时使用标准实验室设备和自动化液体处理平台。有关材料、仪器和通用实验条件的详细信息，请参见支持信息中的第S3节。
连接体接枝磁性微粒的制备
磁性微粒的制备方法遵循相关文献
连接体接枝MMPs的制备与表征
最初制备了四种不同类型的共价功能化磁性微粒（见方案1）。
在前三种情况（方案1中的MMP 1–3）中，磁性微粒核心均匀涂覆有一层二氧化硅；而在MMP-4中，氨基连接体通过其三烷氧基硅基团的缩合直接在核心表面形成单分子层（详细合成步骤见支持信息中的第S4–S6节）。
结论
我们开发了一种标准化且广泛适用的方法，使用DBTA功能化磁性微粒对胺类、醇类和氨基醇类进行对映体富集。该方法的表现优于传统的基于结晶的光学分离方法和最常见的仪器技术（手性HPLC和CE；详细比较评估见支持信息中的第S24和S25节），且无需针对特定化合物进行优化。
资助
本研究得到了匈牙利文化与创新部下属的EK?P-24-4-II-BME-63、EK?P-25-4-II-BME-136和DK?P-25-1-BME-3大学研究奖学金计划的支持，资金来自国家研究、开发与创新基金。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢Gy?rgy Tibor Balogh教授提供关键仪器和测量设施的使用权限。同时感谢Sára Spátay进行光谱测量和相关数据分析。特别感谢Szabolcs Márk Orosz和Bálint Kis-Tót在原子吸收光谱（AAS）分析方面的协助。作者还感谢Bence Tóth在实验工作中的宝贵帮助。此外，作者还要感谢Panna Vezse在数据可视化及编辑工作方面的支持。
