四種擬除蟲(chóng)菊酯的超臨界色譜手性分離

高偉亮，金麗霞，傅賢偉，林春綿

（浙江工業(yè)大學(xué) 生物與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州310032）

根據(jù)天然除蟲(chóng)菊花中提取的殺蟲(chóng)組分經(jīng)結(jié)構(gòu)改造而發(fā)展起來(lái)的擬除蟲(chóng)菊酯是一類高效、安全、殺蟲(chóng)譜廣的化學(xué)農(nóng)藥，廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、園藝和家庭衛(wèi)生等方面的害蟲(chóng)防治.所有擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥都具有手性［1］，其分子結(jié)構(gòu)中含1～3個(gè)手性中心，存在多個(gè)對(duì)映異構(gòu)體和非對(duì)映異構(gòu)體，同時(shí)三碳環(huán)結(jié)構(gòu)的擬除蟲(chóng)菊酯還具有順?lè)磶缀萎悩?gòu)體［2］.但各異構(gòu)體間生物活性和毒性差異很大［3］，如聯(lián)苯菊酯，對(duì)日本青鳉魚(yú)1S－cis－BF比1R－cis－BF的毒性強(qiáng)123倍［4］，而對(duì)生物菜青蟲(chóng)1R－cis－BF比1S－cis－BF的毒性強(qiáng)300倍以上［5］.因此發(fā)展擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥的對(duì)映體分離、獲得單一光學(xué)純異構(gòu)體顯得尤為重要，使用單一高效異構(gòu)體也是未來(lái)農(nóng)藥發(fā)展的方向.塔娜等［6］以正己烷／異丙醇為流動(dòng)相在高效液相色譜上實(shí)現(xiàn)了甲氰菊酯、高效氯氰菊酯、氰戊菊酯和氯菊酯的對(duì)映體分離；LIU等［7］在氣相色譜上成功分離了氯氰菊酯和氟氯氰菊酯的順式異構(gòu)體.李朝陽(yáng)等［8］對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯的手性分離做了較為全面的綜述，未見(jiàn)超臨界流體色譜應(yīng)用于擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥手性分離的報(bào)道.超臨界流體色譜（SFC）具有快速、高效、分離時(shí)間短等顯著特點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于手性對(duì)映體的分離［9－10］.本研究以Chiralcel OD－H色譜柱為手性固定相，使用超臨界色譜法對(duì)四種擬除蟲(chóng)菊酯進(jìn)行對(duì)映體分離研究，考察不同改性劑及體積分?jǐn)?shù)對(duì)其拆分的影響，并對(duì)其分離機(jī)理進(jìn)行了分析探討.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

超臨界色譜儀：Thar SD－ASFC－2色譜系統(tǒng)（Thar Technologies，Pittsburgh，PA，USA），配有Gilson UV／VIS－151紫外檢測(cè)器和 Rheodyne 7410手動(dòng)進(jìn)樣閥.手性色譜柱：Chiralcel OD－H（250mm×4.6mm，i.d.5μm，日本大賽璐化學(xué)工業(yè)公司），化學(xué)結(jié)構(gòu)式為

1.2 材料和溶劑

氯菊酯、聯(lián)苯菊酯、高效氯氟氰菊酯、氯氰菊酯原藥純度大于95%，由河北保定市星火技術(shù)研究所生產(chǎn)，分子結(jié)構(gòu)式分別為

實(shí)驗(yàn)所用甲醇、乙醇和異丙醇均為色譜純，由天津四友精細(xì)化學(xué)品有限公司生產(chǎn).實(shí)驗(yàn)用CO2純度為99.9%，由杭州今工特種氣體有限公司生產(chǎn).

1.3 實(shí)驗(yàn)方案和色譜參數(shù)

擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥原藥溶于色譜純乙醇溶液中，濃度為500mg／L.以超臨界CO2為流動(dòng)相，添加甲醇、乙醇或異丙醇為改性劑，通過(guò)色譜系統(tǒng)自帶Supercritical Chromatography軟件調(diào)節(jié)流動(dòng)相中改性劑比例（1%，3%，5%，10%，體積比，下同）.SFC系統(tǒng)溫度36℃，系統(tǒng)背壓160bar，流動(dòng)相流速2.0mL／min，擬除蟲(chóng)菊酯紫外檢測(cè)波長(zhǎng)為220nm.

容量因子k＝（t1－t0）／t0；分離因子α＝k2／k1；分離度R＝1.18（t2－t1）／（w1＋w2）.其中：t0為系統(tǒng)死時(shí)間；t1為相鄰兩峰中前一峰的保留時(shí)間；t2為相鄰兩峰中后一峰的保留時(shí)間；w1和w2為相鄰兩峰的半高峰寬.通常認(rèn)為R＞1.5時(shí)，相鄰組分已實(shí)現(xiàn)完全分離.

2 結(jié)果與討論

2.1 擬除蟲(chóng)菊酯的對(duì)映體分離

氯菊酯和聯(lián)苯菊酯兩個(gè)手性中心均位于它們的三碳環(huán)上，共有四個(gè)手性對(duì)映體.氯菊酯在3%異丙醇改性條件下取得最優(yōu)分離，得到4個(gè)色譜峰中的3個(gè)，此時(shí)它們的分離度分別為：R1－2＝1.62，R2－3＝1.01，如圖1（a）所示.而聯(lián)苯菊酯在實(shí)驗(yàn)條件下始終未能得到有效分離，只有一個(gè)色譜峰，圖1（b）所示為聯(lián)苯菊酯在純CO2條件下的色譜分離圖.其他色譜條件：T＝36℃，P＝160bar，v＝2mL／min.

高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯均有三個(gè)手性中心.高效氯氟氰菊酯是氯氟氰菊酯的高效體，包括1S－3R－αR，1R－3S－αS，1S－3R－αS，1R－3S－αR四 個(gè) 對(duì)映體，其在3種醇作為改性劑時(shí)都實(shí)現(xiàn)了分離，在1%甲醇改性時(shí)取得完全分離，此時(shí)其分離度分別為R1－2＝2.74，R2－3＝1.56，R3－4＝4.74，如圖2（a）所示.氯氰菊酯在1%乙醇改性條件下，得到8個(gè)對(duì)映體中的5個(gè)色譜峰，此時(shí)的分離度分別為：R1－2＝3.30，R2－3＝1.84，R3－4＝2.57，R4－5＝0.93，如 圖 2（b）所示.其他色譜條件：T＝36℃，P＝160bar，v＝2mL／min.

2.2 改性劑對(duì)手性分離的影響

在超臨界色譜條件下，保持系統(tǒng)溫度和壓力不變，添加不同的改性劑及改變它們?cè)诹鲃?dòng)相中的的體積分?jǐn)?shù)，考察不同改性劑及體積分?jǐn)?shù)對(duì)手性分離的影響，以高效氯氟氰菊酯為例進(jìn)行說(shuō)明，結(jié)果如表1所示，色譜條件：T＝36 ℃，P＝160bar，v＝2mL／min.

由表1可知：隨著改性劑體積分?jǐn)?shù)的增加，擬除蟲(chóng)菊酯的容量因子逐漸減小，但是分離度卻顯示出比較復(fù)雜的變化.異丙醇和甲醇作為改性劑時(shí)，R1－2和R3－4隨著改性劑體積分?jǐn)?shù)的增加也逐漸減小；而R2－3先增大后減小，在3%或5%時(shí)取得較大值.乙醇作為改性劑時(shí)，R1－2在1%和5%時(shí)取得較大值，R2－3依然是先增大后減小，而R3－4逐漸減小.當(dāng)三種改性劑體積分?jǐn)?shù)同為1%時(shí)，隨著異丙醇—乙醇—甲醇的變化，R1－2逐漸減小，R2－3逐漸增大，而R3－4先增大后減??；當(dāng)三種改性劑體積分?jǐn)?shù)同為3%時(shí)，R1－2先減小后增大，R2－3逐漸增大，而R3－4逐漸減小.可見(jiàn)，隨著改性劑及其體積分?jǐn)?shù)的變化，分離度變化較為復(fù)雜，在1%甲醇改性時(shí)，取得4個(gè)對(duì)映體的完全分離.

表1 高效氯氟氰菊酯在超臨界流體色譜的分離Table 1 Separation of Lambda－cyhalothrin by SFC

2.3 擬除蟲(chóng)菊酯對(duì)映體分離機(jī)理

手性化合物在手性固定相上的拆分機(jī)理尚未被完全解釋清楚，“三點(diǎn)作用”原理［11］常被用來(lái)解釋推理對(duì)映體的分離行為.手性對(duì)映體與手性固定相之間存在著諸如偶極－偶極、氫鍵－氫鍵、π－π作用和非手性作用（如空間位阻作用）等作用力.這些作用力相互作用，導(dǎo)致對(duì)映體與手性固定相之間形成的非對(duì)映體絡(luò)合物的穩(wěn)定相有差異而得到分離.

纖維素衍生物手性Chiralcel OD－H柱，其結(jié)構(gòu)包含C ==O，—NH和苯甲基.文中四種擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥分子都含有C ==O，它們可與手性固定相的C ==O產(chǎn)生偶極－偶極作用；同時(shí)菊酯酸組成結(jié)構(gòu)上的鹵素取代基可與手性固定相的—NH產(chǎn)生氫鍵作用；而菊酯醇組成結(jié)構(gòu)上的二苯醚或聯(lián)苯基團(tuán)可與手性固定相的二甲基苯產(chǎn)生π－π作用.高效氯氟氰菊酯和氯氰菊酯的醇組成結(jié)構(gòu)上含有—CN，可與固定相的—CH3產(chǎn)生π－π作用，但是兩者的分離效果差別較大，高效氯氟氰菊酯取得良好的分離而氯氰菊酯只能分離得到5個(gè)色譜峰.聯(lián)苯菊酯的酸組成結(jié)構(gòu)含有3－（2－氯－3，3，3－三氟丙烯基）－2，2－二甲基環(huán)丙烷羧酸，基團(tuán)較大，在手性識(shí)別過(guò)程中可能產(chǎn)生空間位阻作用而導(dǎo)致其不能得到分離，而擁有同樣大基團(tuán)的高效氯氟氰菊酯似乎不受其影響依然得到較好的分離.如上所述，擬除蟲(chóng)菊酯擁有較多的官能團(tuán)，在手性識(shí)別過(guò)程中可與手性固定相產(chǎn)生多種多樣的作用力，在拆分過(guò)程中的各種作用力的作用機(jī)理有待于進(jìn)一步研究.

3 結(jié) 論

使用超臨界流體色譜，以Chiralcel OD－H柱為手性固定相，對(duì)4種擬除蟲(chóng)菊酯進(jìn)行手性分離.高效氯氟氰菊酯在1%甲醇改性條件下實(shí)現(xiàn)了四個(gè)對(duì)映體的完全分離（R1－2＝2.74，R2－3＝1.56，R3－4＝4.74），氯菊酯在3%異丙醇改性條件下分離得到了3個(gè)色譜出峰（R1－2＝1.62，R2－3＝1.01），聯(lián)苯菊酯未能實(shí)現(xiàn)對(duì)映體分離，氯氰菊酯在1%乙醇改性條件下分離得到5個(gè)色譜出峰（R1－2＝3.30，R2－3＝1.84，R3－4＝2.57，R4－5＝0.93）.改性劑種類和體積分?jǐn)?shù)對(duì)擬除蟲(chóng)菊酯的對(duì)映體分離有較為重要的影響.擬除蟲(chóng)菊酯類農(nóng)藥官能團(tuán)較多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在手性拆分過(guò)程中與手性固定相可產(chǎn)生較多的氫鍵、偶極－偶極、π－π作用和空間位阻作用等，不同程度的影響手性分離.

［1］WONG C S.Environmental fate processes and biochemical transformations of chiral emerging organic pollutants［J］.A－nal Bioanal Chem，2006，386（3）：544－558.

［2］任露露，顏冬云，徐紹輝.擬除蟲(chóng)菊酯異構(gòu)體差異降解與轉(zhuǎn)化［J］.農(nóng)藥，2009，48（8）：555－558.

［3］LIU Wei－ping，GAN Jian－ying，QIN Su－jie.Seperation and aquatic toxicity of enantiomers of synthetic pyrethroid insecticides［J］.Chirality，2005，17：127－133.

［4］WANG Lu－mei，LIU Wei－ping，YANG Cai－xia，et al.Enantioselectivity in estrogenic potential and uptake of bifenthrin［J］.Environ Sci Technol，2007，41（17）：6124－6128.

［5］張聰，劉慧剛，章曉風(fēng).聯(lián)苯菊酯對(duì)靶標(biāo)生物及非靶標(biāo)生物毒性的對(duì)映體差異［J］.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37（4）：366－371.

［6］塔娜，李想，馮建芳，等.擬除蟲(chóng)菊之類農(nóng)藥的非對(duì)映和對(duì)映異構(gòu)體分離［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2006，26（1）：87－90.

［7］LIU Wei－ping，GAN jian－ying.Separation and analysis of diastereomers and enantiomers of cypermethrin and cyfluthrin by gas chromatography［J］.J Agric Food Chem，2004，52：755－761.

［8］李朝陽(yáng)，張智超，張玲，等.擬除蟲(chóng)菊酯農(nóng)藥手性分離的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代農(nóng)藥，2006，5（5）：1－5.

［9］DEBBY M，YVAN V H.Chiral separation in sub－and supercritical fluid chromatography［J］.Journal of Separation Science，2008，31：1252－1273.

［10］SU Bao－gen，BAO Zong－bi，XING Hua－bin，et al.Enantioseparation of paroxetine intermediate on an amylase－derived chiral stationary phase by supercritical fluid chromatography［J］.Journal of Chromatography A，2009，1216：5140－5146.

［11］DALGLIESH C E.The optical resolution of aromatic aminoacids on paper chromatograms［J］.Journal of Chemical Society，1952，137：3940－3942.