ENANCJOSELEKTYWNOŚĆ, NADMIAR ENANCJOMERYCZNY

Rozdział enancjomerów może następować jedynie wtedy, gdy mieszanina enan- cjomerów poddana jest działaniu czynnika dyskryminującego chiralnie, czyli chi- ralnego selektora. Obecność takiej chiralnej substancji powoduje, że powstaje para diastereoizomerycznych kompleksów różniących się właściwościami. Powstanie tych kompleksów jest koniecznym, ale niewystarczającym warunkiem dla zaobserwo­ wania rozdziału. Tworzenie takich kompleksów może być przedstawione schema­ tycznie następującymi równaniami [4]:

E^ + C ^ ErC, Es + C <-» ESC

W tym przypadku ER i Es oznaczają odpowiednio enancjomer R i S, natomiast C oznacza dowolny czynnik dyskryminujący. Reakcje te charakteryzują się odpo­ wiednio stałymi tworzenia się kompleksu: = [ESC]/[EJ[C] dla enancjomeru R, oraz Ks = [ESC]/[EJ[C] dla enancjomeru S. W przypadku gdy * Ky kompleksy te posiadają inną wartość wolnej energii tworzenia wyrażoną poprzez różnicę wol­ nej energii Gibbsa (AAG). Miarą wielkości rozdziału jest enancjoselektywność (cc), która jest związana z wartością AAG kompleksów poprzez wyrażenie:

In a = ln(K /K s) = - (AAG/RT)

Oznacza to, że wielkość rozdziału jest tym większa im większa jest wartość

AAG. Z przedstawionego równania wynika, że jeśli mają miejsce jakiekolwiek od­

działywania o charakterze dyskryminującym, to musi występować różnica wolnej energii i aby można było zaobserwować rozdział, różnica ta musi być wystarczają­ co wysoka. W przypadku ekstrakcji enancjoselektywność (dyskryminacja chiralna) wyrażana jest jako stosunek stężeń enancjomerów w jednej z faz przed i po zakoń­ czeniu procesu ekstrakcji. Natomiast dla technik membranowych współczynnik a wyznaczany jest jako stosunek wielkości strumienia przepływu poszczególnych enancjomerów. Inną, ilościową miarą wydajności rozdziału jest wartość nadmiaru enancjomerycznego (ee), który jest zdefiniowany jako nadmiar dominującego izo­ meru w mieszaninie. Zazwyczaj wyrażony jest on w procentach (ee%) i może być obliczony ze wzoru:

ee% = ([E J - [E J/ [Er] + [E j)* 100

gdzie [E J oznacza stężenie enancjomeru dominującego (w tym przypadku R), a [E J stężenie drugiego enancjomeru (tutaj S) obecnego w mniejszej ilości w mie­ szaninie. W przypadku, gdy wyjściowa mieszanina była racematem, nadmiar enan- cjomeryczny można bezpośrednio obliczyć korzystając z wartości a. Zależaość ta wyrażona jest wzorem:

948 P. DŻYGIEL, P.P. WIECZOREK

2. EKSTRAKCJA

Ekstrakcja, czyli zastosowanie zjawiska podziału substancji pomiędzy dwie fazy, jest ^naną od dawna metodą wydzielania pożądanej substancji z mieszanin. Jednakże, dopiero odjakiegoś czasu znalazła również zastosowanie do izolacji związ­ ków optycznie aktywnych [4-6]. Do rozdziału enancjomerów aminokwasów i ich pochodnych w przypadku ekstrakcji typu ciecz-ciecz (ang. liquid-liquid extrac­

tion, LLE) stosuje się ekstrakcję równowagową, ekstrakcję frakcyjną oraz ekstrak­

cję membranową. Dotyczy to przede wszystkim układów, w których jedną faząjest roztwór wodny, n a to m ia s t drugą rozpuszczalnik organiczny. Możliwe jest również zastosowanie układów, w których rozdział związku następuje pomiędzy dwa roz­ twory wodne, różniące się znacznie właściwościami. W tym przypadku opisywane w literaturze przykłady dotyczą głównie procesów równowagowych. Ponadto, jed­ nym z rodzajów ekstrakcji stosowanym do rozdziału enancjomerów jest ekstrakcja typu ciecz-faza stała.

2.1. EKSTRAKCJA RÓWNOWAGOWA

W Tabeli 1 zestawiono przykłady separacji związków optycznie czynnych w procesach równowagowych ekstrakcji typu ciecz-ciecz, w których jedną fazą jest roztwór wodny, natomiast drugą rozpuszczalnik organiczny.

Jak można zauważyć z Tabeli 1 różnorodność struktur stosowanych ekstrak- tantów jest duża, i w większości przypadków związki te mają podobne struktury do związków używanych w krystalizacji preferencyjnej. Z przedstawionych przykła­ dów wynika, że enancjoselektywność ekstrakcji równowagowej nie jest zbyt wyso­ ka, i w większości przypadków zawiera się granicach 1,5 do 5,0.

Tabela 1. Przykłady enancjoselektywnej ekstrakcji równowagowej typu ciecz-ciecz

Związek Selektor/rozpuszczalnik Enancjoselektywność Piśm. kwas migdałowy optycznie aktywne rozpuszczalniki 1,055 [7] aminokwasy Af-n-alkilo-L-Pro-CuilĘ/n-alkohol 1,5-1,9 m

aminokwasy ^{kompleksy /J-diketonowe lub}

kamforanowe lantanowców/CHjCli ^{2 -1 0} [ 9 ,10]

aminokwasy pochodne chininy 2 -1 0 [ U ]

aminokwasy chiralne eteiy koronowe/CHClj 2 -1 2 [12] aminoalkohole ^{dialkilowe estry kwasu}

L-winowego/alkohol ^{1,6-2,9 [13]} benzyioaminy ^{dialkilowe estry kwasu}

L-winowego/alkohol ^{1-1,7 [13]} kwasy organiczne chlorowodorek oktadecylo)-a-metylobenzyloaminy/CHClj 1,1-1,3 [14]

aminy ^{1,2,4-triazolowe podandy}

2.2. EKSTRAKCJA W UKŁADACH TYPU WODA-WODA

Powyższe przykłady dotyczą sytuacji, w których ekstrakcja przebiegała w ukła­ dzie faza wodna-roztwór organiczny. Możliwe jest także zastosowanie układu dwu­ fazowego typu woda-woda. System taki powstaje w wyniku niekompatybilności pomiędzy roztworami dwóch polimerów (np. glikol polietylenowy i dekstran) lub pomiędzy roztworem polimeru i roztworem soli. Wprowadzenie do jednego z roz­ tworów chiralnego czynnika dyskryminującego, albo dołączenie do jednego z poli­ merów chiralnego ligandu, pozwala na uzyskanie środowiska zdolnego do enancjo- selektywnego podziału mieszaniny racemicznej. Najczęściej stosowanymi dodat­ kami są białka, węglowodany (cyklodekstryny, celuloza), aminokwasy oraz ich po­ chodne [4], Ilustracją takiej ekstrakcji jest zastosowanie roztworów wodnych dek­ stranu i glikolu polietylenowego do rozdziału mieszaniny racemicznej tiyptofanu. Po wprowadzeniu do takiego układu albuminy wołowej (ang. bovine serum albu­

min, BSA) jako czynnika dyskryminującego chiralnie, następuje jej dystrybucja

pomiędzy dwa roztwory w taki sposób, że 95% albuminy przechodzi do fazy deks­ tranowej i osiągnięta enancjoselektywność wynosi 3,7 w stosunku do enancjomeru L [16]. Pewną modyfikacją ekstrakcji woda-woda jest ekstrakcja, która może za­ chodzić w roztworze zawierającym surfaktant o stężeniu wyższym od krytycznego stężenia micelizacji, czyli zawierającego micele. Znajdujące się w roztworze micele tworzą odrębną fazę, do której mogą przechodzić związki rozpuszczone w roztwo­ rze. Jeśli micele są utworzone z chiralnego środka powierzchniowo czynnego lub zawierająchiralny kosurfaktant, możliwy jest rozdział mieszaniny racemiczQej. Przy­ kładem takiego rozdziału jest układ dwóch surfaktantów tworzących tzw. micele mieszane (ang. comicellar surfactant system), składający się z chiralnego komplek­ su glutaminianu L-5-cholesterolu-Cu(II) rozpuszczonego w środowisku achiralne- go surfaktantu o nazwie Serdox NNP®. Układ ten wykazywał większe powinowac­ two w stosunku do D-fenyloalaniny [17].

2.3. EKSTRAKCJA DO FAZY STAŁEJ

W ostatnich latach nastąpił bardzo gwałtowny rozwój innej techniki wykorzy­ stującej zjawisko ekstrakcji, a mianowicie ekstrakcji do fazy stałej (ang. solid phase

extraction, SPE). Podejmowane były również próby zastosowania tej techniki do

rozdziału enancjomerów. Wykorzystywane są do tego celu różne złoża o właściwo­ ściach chiralnych, takie jak polimery z odciśniętym śladem cząsteczki, czy immu- nosorbenty. Ciekawą ilustracją tego procesu jest ekstrakcja zasady Trógera (Rysu­ nek 1), za pomocą polimeru z odciśniętym śladem cząsteczki enancjomeru (+) tego związku. Z prezentowanych rezultatów wynika, że ekstrakcja tej formy zasady Troge- ra do fazy stałej z użyciem polimeru jako czynnika dyskryminującego chiralnie, jest większa niż formy (—), a enancjoselektywność wynosi ok. 2 [18]. Inną fazą stałą, którą stosowano w ekstrakcji SPE do rozdziału enancjomerów jest złoże zawierają­

950 P. DŻYGIEL, P.P. WIECZOREK

ce przeciwciała. Przykładem takiej separacji może być enancjoselektywny rozdział pochodnych ibuprofenu, znanego leku przeciwbólowego. W procesie ekstrakcyj­ nym wykorzystano złoże składające się z żelu zawierającego przeciwciała zdolne do rozpoznawania formy ¿'-ibuprofenu. Taką immunoproteinę uzyskano poprzez wprowadzenie do organizmu królika antygenu, którym był koniugat ¿'-ibuprofenu i albuminy wołowej. Złoże takie wykazało bardzo wysokie powinowactwo do pep- tydów modyfikowanych enancjomerem ¿-ibuprofenu, natomiast drugi enancjomer

R nie był zatrzymywany na złożu [19]. Opisane przykłady zastosowań ekstrakcji do

fazy stałej są bardzo interesującą alternatywą dla innych metod rozdziału enancjo- merów. Jednakże, ich zastosowanie nie jest jeszcze zbytnio rozpowszechnione, przede wszystkim ze względu na ograniczenia w dostępie do odpowiednich złóż oraz pro­ blemów związanych z ich stabilnością.

Rysunek 1. Zasada Trogera