Entwicklung von robusten kapillarelektrophoretischen Methoden für die Enantiomerentrennung mittels sulfatierter Cyclodextrine

Die Analytik chiraler Verbindungen in der pharmazeutischen Chemie hat in den letzten Jahren
gross an Bedeutung gewonnen. Die Anwendung der Kapillarelektrophorese (CE) als
Hochleistungstrenntechnik hat sich in diesem Zusammenhang stark etabliert und als effektives
und schnelles Werkzeug zur Ermittlung von Enantiomerenverhältnissen bei minimalem
Materialverbrauch gezeigt.
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Anwendung der CE zur Enantiomerenbestimmung von
26 optisch aktiven Zwischenprodukten in der Entwicklung von homogenen Ligand-
Katalysatoren zur asymmetrischen Hydrierung. Diese optisch aktiven Zwischenprodukte werden
als Modellsubstanzen für die Bestimmung von Umsatz und Enantionmerenreinheit eingesetzt und wurden bislang mit Gaschromatographie und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie enalysiert. Dabei waren aufwändige Probenvorbereitungen und Derivatisierungen
notwendig respektive konnte teilweise bislang gar keine Trennung in die Enantiomere erreicht
werden. Mit dem Einsatz der CE und der selektiven Anwendung von hochsulfatierten Cyclodextrinen
(HSCDs) konnten die wasserlöslichen Modellsubstanzen in die beiden Enantiomere
des Racemates und dem dazugehörigen Edukt aufgetrennt werden.
Schwierigkeiten traten bei grösseren Mengen an organischen Lösungsmitteln auf, welche zur Löslichkeitsverbesserung
in den Substanzproben zugegeben wurden, auf. Dabei splitteten sich die
beiden Enantiomerensignale auf und bildeten je ein ursprüngliches Signal und ein Artefaktsignal aus.
Dieser Aufteilungseffekt wurde in der Arbeit anhand folgender elektrophoretischer Faktoren
detailliert untersucht und anschliessend auf Plausibilität geprüft.
- Injektionsmenge
- Lösungsmittelgehalt der Probelösung
- Art des Lösungsmittels
- pH-Wert der Probelösung
- Kapillaroberflächen
- Kapillartemperatur
- Art der HSCDs (Aldrich, Antek, Beckman Coulter)
- Basizität und Löslichkeit der Modellsubstanzen
Die Injektionsmenge wie auch die Konzentration an organischem Lösungsmittel in der Probelösung wirken sich dabei sehr stark auf die Signalteilung aus. Die Basizität wie auch die Löslichkeit der zu trennenden Verbindungen zeigen ebenfalls einen Einfluss auf die beobachtete Signalteilung. Hingegen bewirkt eine Änderung der Art der HSCDs, der Kapillaroberfläche und der Kapillartemperatur keine messbare Verstärkung oder Abschwächung der Signalteilung.
Ebenso eine starke Veränderung des pH-Werts der Probelösung zeigt wenig Einfluss.
Mit den Ergebnissen konnte der Aufteilungseffekt anhand des Komplexierungskonstantenmodells
modelliert werden. Mit dem Modell wurden daraus folgende geeignete Massnahmen
zur Unterdrückung der Signalteilung ermittelt.
- Konzentrierte Probenlösungen mit minimalem organischen Lösungsmittelgehalt
- Minimale Injektionsmenge
- Dimethylsulfoxid (DMSO) als Lösungsmittel
Dadurch wurde es möglich, ein Standard CE-System zu entwickeln, welches auch die sehr
schlecht in Wasser löslichen Modellsubstanzen mit DMSO zu lösen und öhne Signalteilung zu trennen. Dieses Standard CE-System gestattet es, die geforderten 26 Modellsubstanzen
ohne Probenvorbereitung in ihre Enantiomere zu trennen und auch eine Abtrennung
des Eduktes zu erzielen. Dies ermöglicht neben der Enantimerenüberschuss-Bestimmung (ee)
auch eine Umsatzbestimmung der Hydrierung des Ligand-Katalysators.
Das Standard CE-System wurde für die beiden Hochdurchsatzmethoden "Short End" und "Multirun"-Technik erweitert und erfolgreich angewendet. Zugleich konnte gezeigt werden,
dass mit HSCDs von Beckman Coulter im Vergleich zu denen von Aldrich und Antek Trennungen
mit oft höheren Auflösungen und weniger Basislinienrauschen möglich sind.
Mit dem Wissen des Aufteilungseffektes wurden Messungen zur Bestimmung der Komplexierungskonstanten
bei hohen organischen Lösungsmittelkonzentrationen und ohne Zusatz vorgenommen. Für das Enantiomerenpaar (RS)-2,6-Dimethylphenyl-(1-phenylethyl)-amin
konnten ohne Lösungsmittel Werte von E1=13337 M-1 und E2= 315 M-1, und mit 60% (v/v)
Methanolgehalt Werte von E1 =119 M-1und E2=33 M-1 ermittelt werden.