Aminohappojen enantiomeerien kromatografinen erottaminen

Abstract

Enantiomeerit ovat yhdisteitä, jotka ovat toistensa peilikuvamuotoja. Enantiomeerien erotusmenetelmiä ovat neste-nesteuutto, kalvotekniikka, kiteytys, kromatografia ja kapillaarielektroforeesi. Nestekromatografinen erotus perustuu joko suoraan erotukseen tai epäsuoraan erotukseen. Kiraaliset stationaarifaasit erottavat yhdisteet kolonnissa suoralla erotuksella. Derivoimattomia aminohappojen enantiomeerejä on erotettu käyttäen ligandinvaihto-, kruunueetteri-, antibiootti- ja polysakkaridistationaarifaaseja. Epäsuora erotus vaatii erotettavan enantiomeeriparin esikäsittelyn ennen kolonnia. Markkinoilta löytyy niukasti preparatiiviseen mittakaavaan soveltuvia enantiomeerien erotusmateriaaleja.

Työn kokeellisessa osassa enantiomeerien erotuksia tehtiin sekä analyyttisessä mittakaavassa että preparatiivisessa mittakaavassa. Tutkittavina pääkomponentteina aminohapoista olivat metioniinin, proliinin ja seriinin enantiomeeriparit. Analyyttisessä mittakaavassa kuparimuotoisella ligandinvaihtokolonnilla tehty erotus onnistui erittäin hyvin. Piikkien resoluutioiden arvot vaihtelivat tyypillisesti välillä 2,0-35 ja erotustekijöiden arvot välillä 1,5-30. Parhaiten onnistuttiin erottamaan metioniinin enantiomeerit toisistaan.

Prepatatiivisen mittakaavan erotusmateriaalin tutkimus keskittyi materiaalin kokeiluun ja kehitykseen aminohappojen enantiomeerien erotukseen soveltuvaksi. Erotusmateriaalilla onnistuttiin erottamaan aminohappoja toisistaan, mutta aminohappojen enantiomeerien erottumista ei onnistuttu selkeästi havaitsemaan. Erotusmateriaali toimi parhaiten muunnettuna alkaalisissa olosuhteissa kuparimuotoiseksi. Kuparin pysymättömyys erotusmateriaalissa aiheutti kuitenkin ongelmia kokeiden toistettavuuteen.

Enantiomers are molecules, which are mirror images to each other. Methods of enantioseparations are liquid–liquid extraction, membranefiltration, crystallization, chromatography, and capillary electrophoresis. Liquid chromatography is based on direct or indirect separation. Chiral stationary phases are used in the direct separation. The enantioseparation of native amino acids has been accomplished by using ligand exchange, crown ether, antibiotic, and polysaccharide stationary phases. The indirect separation requires pre-derivation of amino acids before the chromatographic separation. Only a limited number of commercial chiral stationary phases are available for preparative separations of enantiomers.

In the experimental part of the work, enantioseparations were studied in analytical and preparative scale. In this study, the main target molecules were the enantiomers of methionine, serine and proline. Enantioseparation was successfully done with a analytical ligand-exchance column in copper form. The peak resolution values were typically 2,0-35 and the separation factor values 1,5-30. The best resolution was achieved with enantiomers of methionine.

The preparative scale part of the work was focused in testing and developing of the separation material suitable for the separation of amino acid enantiomers. Different amino acids were successfully fractioned by the separation material, but clear enantioseparation of the amino acids was not observed in this study. The best separations were achieved with a separation material modified to copper form in alkalic contidions. However, the immobilized copper was not stable, which caused some uncertainly in the results.