手性是自然界中普遍存在的立体化学现象,本质上是由于分子中存在不对称中心而产生的,这些不对称中心导致了不可重叠的镜像对映体[1]。这种结构差异在生物系统中表现为严格的手性一致性(例如,蛋白质由L-氨基酸组成)。在制药领域,同一手性分子的不同对映体通常表现出显著不同的生物活性。一个典型的例子是沙利度胺:其(S)-对映体具有致畸作用,而(R)-对映体则具有镇静效果。这种药理效应的差异突显了手性分离的重要性[2,3]。因此,高效分离手性分子是药物开发和临床诊断等领域的核心要求[[4],[5],[6]]。
毛细管电色谱(CEC)作为一种新兴的分离技术,最近在手性分离领域取得了显著进展,展现了独特的优势[[7],[8],[9]]。CEC巧妙地结合了高效液相色谱(HPLC)的分配机制和毛细管电泳(CE)的电泳迁移机制。具体来说,流动相在电渗流(EOF)的驱动下通过装有固定相的毛细管柱。对于中性手性化合物,它们的分离主要依赖于固定相和流动相之间的分配差异;而对于带电物质,其分离同时受到它们自身的电泳迁移性和两相之间的分配系数的影响[10,11]。这种复合机制使其能够高效分离各种类型的手性化合物,弥补了CE在分离中性物质方面的不足。CEC可以灵活使用多种手性固定相,几乎涵盖了HPLC中使用的所有手性试剂,如环糊精[[12],[13],[14]]、分子印迹聚合物[15]以及手性金属有机框架(CMOFs)[16]、手性共价有机框架(CCOFs)[17,18]等。这些手性固定相可以与手性分析物形成特定的相互作用,包括氢键、π-π堆积、偶极-偶极相互作用和空间位阻效应,从而实现不同类型手性化合物的有效分离[[19],[20],[21]]。
MOFs是由金属离子或金属簇与有机配体自组装形成的多孔晶体材料[22,23]。它们具有高比表面积、规则且可调的孔结构,以及丰富的可修饰位点[24,25]。作为CEC的固定相,MOFs具有显著的优势:高比表面积提供了丰富的相互作用位点,可调的孔结构实现了空间匹配,而易于修饰的特性便于引入手性功能基团。它们已成功应用于手性氨基酸和药物的分离[16,[26],[27],[28]]。其中,NU-1000是一种由六锆节点和配体组成的MOF,具有超大的孔径和高稳定性[29,30]。NU-1000的开孔结构有利于传质和扩散。此外,通过后合成修饰可以引入手性位点,使其成为极具潜力的手性分离材料。在先前的研究中,NU-1000已广泛应用于光催化[31,32]、吸附[33,34]、药物递送[35]和不对称催化[36]等领域。
在本研究中,使用天然手性分子L-半胱氨酸(L-Cys)作为手性选择剂,通过协调修饰在NU-1000的金属位点上制备出手性功能材料L-Cys-NU-1000(图1)。随后,L-Cys-NU-1000被用作CEC的固定相,L-Cys-NU-1000@毛细管CEC手性分离系统成功实现了五种氨基酸的基线分离,具有良好的重复性和稳定性。这是NU-1000首次应用于手性分离领域的研究。L-Cys与NU-1000之间的协调模式具有通用性,可以扩展到含有羧基结构的各种手性分子。这不仅为NU-1000在该领域的进一步应用提供了新的见解,也有望使其成为手性分离领域中极具潜力的功能载体材料。