キラルカラムクロマトグラフィー

キラルカラムクロマトグラフィー^{[1] [2]は、}ラセミ化合物や関連化合物などの混合物中のキラル化合物、すなわちエナンチオマーの分離に用いられるカラムクロマトグラフィーの一種である。キラル固定相（CSP）は、通常シリカをベースとした支持体から作られ、その上にキラル試薬または多数のキラル中心を有する高分子が結合または固定化されている。^[3]

キラル固定相は、シリカゲルなどのアキラルな支持体の表面にキラル化合物を付着させることによって調製することができる。例えば、液体クロマトグラフィーと超臨界流体クロマトグラフィーの両方で最も一般的に使用されるキラル固定相の1つのクラスは、シリカゲル上に固定化されたアミロースセルロースやシクロデキストリン（特に7つの糖環分子であるβ-シクロデキストリン）などのオリゴ糖^[4]をベースにしている。

この原理は、モノリシックHPLCカラム^[5]やガスクロマトグラフィーカラム^[6]、超臨界流体クロマトグラフィーカラム^[7]の製造にも応用できる。

キラル固定相 CSP は、キラル認識と呼ばれるプロセスによって、2 つのエナンチオマーと異なる方法で相互作用します。キラル認識は、分析対象物と CSP 間の水素結合、π-π 相互作用、双極子スタッキング、包接錯体形成、立体的、疎水性および静電的相互作用、電荷移動相互作用、イオン性相互作用など、さまざまな相互作用に依存し、その場で過渡的ジア​​ステレオマー複合体を形成します。

固定相の種類のほとんどは、ピルクル型（ブラシ型）^{[8] [9]}タンパク質ベース、^[10]シクロデキストリンベース、^[11]ポリマーベース炭水化物（多糖類ベースCSP）^[12]大環状抗生物質、 [ ^13]キラルクラウンエーテル、^[14]インプリントポリマー、^[15]などに 分類できます。

ブラシ型、またはピルクル型キラル固定相^{[16] [17]} は、π-π ドナー-アクセプターカラムとも呼ばれます。いくつかの理論モデルによると、これらの CSP での分離は、固定相の表面上の結合したキラルリガンドと溶質との間の 3 点結合に基づいています。これらの相互作用は、相互の特性に応じて、本質的に引力または反発力になります。ピルクルカラムは、1 つのエナンチオマーがキラル固定相に結合することでエナンチオマーを識別し、π-π 結合、水素結合、立体相互作用、および/または双極子スタッキングを介してジアステレオマー複合体を形成します。ピルクル CSP は、3 つのクラスに分類できます。^[18]

(i) π電子受容体

(ii) π-電子供与体

(iii) π-電子ドナー-π-電子アクセプター。

タンパク質ベースのキラル固定相は、タンパク質が固定化または結合されたシリカゲルに基づいています。^[19]タンパク質は多くのキラル中心に基づいているため、タンパク質と分析物との間のキラル相互作用のメカニズムには、疎水性相互作用、静電相互作用、水素結合、電荷移動相互作用など、キラル認識に寄与する可能性のある多くの相互作用が含まれます。タンパク質と分析物との間の疎水性相互作用は、移動相中の有機物の割合によって影響を受けます。有機物含有量が増加すると、タンパク質ベースのカラムでの保持が減少します。

天然に存在する多糖類は、キラル分離用に設計された重要なカラム群の基礎を形成します。主な多糖類は、セルロース、アミロース、キトサン、デキストラン、キシラン、カードラン、イヌリンです。^[20]多糖類ベースの固定相は、高い負荷容量、多くのキラル中心、複雑な立体化学を持ち、幅広い化合物の分離に使用できます。

多糖類ベースのキラル固定相は、通常相および逆相条件下での分離効率、選択性、感度、再現性が高く、構造的に多様な化合物に幅広く適用できるため、幅広い用途に使用されています。^[21]多糖類ベースのキラル固定相におけるキラル相互作用のメカニズムはまだ解明されていません。しかし、次の相互作用が保持に役割を果たしていると考えられています。^[22]

（i）極性キラル分析物とCSP上のカルバメート基との水素結合相互作用。

(ii) CSP上のフェニル基と溶質の芳香族基との間のπ-π相互作用。

(i) 双極子間相互作用

(ii) CSPのらせん構造による立体的相互作用。

保持プロセスに対するこれらの影響は、多糖類の誘導体の機能性、その平均分子量、サイズ分布、マクロ多孔性シリカ担体上に固定化するために使用される溶媒、およびマクロ多孔性シリカ担体自体の性質からも生じます。

シクロデキストリン(CD) キラル固定相は、酵素シクロデキストリングリコシルトランスフェラーゼによるデンプンの部分分解、続いてグルコース単位の酵素カップリングによって生成され、トロイダル構造を形成します。CD は、6 個 (α CD)、7 個 (β CD)、および 8 個 (γ CD) のグルコピラノース単位からなる環状オリゴ糖です。キラル認識メカニズムは、一種の包接錯体形成に基づいています。錯体形成では、分析対象エナンチオマーの疎水性部分がキャビティの非極性内部と相互作用し、極性官能基は極性ヒドロキシルキラルキャビティ空間と水素結合を形成できます。分析対象分子がシクロデキストリンキャビティに適合するかどうかを決定する最も重要な要素は、そのサイズです。α-CD は 30 個の立体選択中心から構成され、β-CD は 35 個の立体選択中心から構成され、γ-CD は 40 個の立体選択中心から構成されます。分析対象物の疎水性部分がトロイドの空洞サイズより大きいか小さい場合、封入は発生しません。

大環状キラル固定相はシリカ担体から成り、その上に大環状抗生物質分子が結合している。^[13]一般的に使用される大環状抗生物質には、リファマイシン、糖ペプチド（例えば、アボパルシン、テイコプラニン、リストセチンA、バンコマイシン、およびその類似体）、ポリペプチド抗生物質チオストレプトン、およびアミノグリコシド（例えば、フラジオマイシン、カナマイシン、およびストレプトマイシン）がある。大環状抗生物質は、水素結合、分析物の極性基との双極子-双極子相互作用、イオン相互作用およびπ-π相互作用を介して分析物と相互作用する。

キラルクラウン固定相は、支持粒子に固定または結合したクラウンエーテルで構成され、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムカチオンとのホスト-ゲスト錯体を形成できる大環状構造を持つポリエーテルです。環状構造の骨格は、交互に配置された酸素とメチレン基で構成されています。電子供与性エーテル酸素はクラウンキャビティの内壁内に位置し、襟のような配置でメチレン基に囲まれています。キラル認識は、生成可能な 2 つの異なるジアステレオマー包接錯体に基づいています。錯体形成を促進する主な相互作用には、3 つのアミン水素と大環状エーテルの酸素との間に形成される水素結合が含まれ、三脚構成に配置されています。さらに、イオン相互作用、双極子間相互作用、または水素結合が、分析物の炭素環式基と極性基の間で発生する可能性があり、錯体をさらにサポートします。

キラルクロマトグラフィーの方法開発は、現在でも様々なクラスのキラルカラムからカラムをスクリーニングすることによって行われています。^[23]キラル分離のメカニズムは特定のシナリオでは理解可能であり、クロマトグラフィーカラム内の分析物の保持特性は時折解明されますが、特定のエナンチオマーペアを効果的に分離するために必要なキラル固定相（CSP）と移動相組成の正確な組み合わせは、しばしば不明のままです。

CSP リガンドの化学は、固定相表面でのその場ジアステレオマー複合体の生成に大きく影響します。しかし、移動相溶媒、その組成、移動相添加剤、カラム温度などの他の方法の条件も同様に重要な役割を果たす可能性があります。エナンチオマーの最終的な分離は分子間力の組み合わせの結果であり、それらのわずかな変化でさえ分離の成功または失敗を決定する可能性があります。この複雑さにより、さまざまなエナンチオマーに普遍的に適用できる日常的な方法開発プロトコルを確立することが妨げられています。実際、以前の失敗した実験の結果が、その後のステップの手がかりを提供しない場合があります。したがって、実際には、キラル法開発の実験室設定は、高度なカラムスイッチングデバイスによってさまざまな CSP の体系的なスクリーニングを実施し、さまざまな移動相の組み合わせを自動的かつ体系的に試し、試行錯誤戦略を効果的に採用するハイスループットスクリーニングプロトコルのように機能します。^{[23 ]}

キラル固定相の保持メカニズムはキラル認識による非常に複雑であり^[17] 、その原理はまだ解明されていないため、メソッド開発の一環として、手元のエナンチオマーにうまく適用できる手順を事前に予測することは、不可能ではないにしても困難であることが多い。そのため、メソッド開発における標準的なアプローチは、さまざまな移動相の組み合わせを使用して一連の固定相を評価または検査し、適切な分離条件を見つける可能性を高めるハイスループットスクリーニングである。^[23]

• キラル薄層クロマトグラフィー

 この記事には、CC BY 4.0 ライセンスの下で利用可能な Celina Nazareth と Sanelly Pereira によるテキストが組み込まれています。