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Synthesis and evaluation of arylcarbamoylated cinchona-based chiral anion exchangers for HPLC
Hubert Hettegger
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Wolfgang Lindner
DOI
10.25365/thesis.21225
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29908.54514.996365-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der Schwerpunkt der vorliegenden Masterarbeit war die Synthese und Evaluierung neuartiger Chinin-basierter chiraler Anionenaustauschermaterialien für die Trennung chiraler organischer Säuren mittels Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie. Kommerziell erhältliches Dihydrochinin und das entsprechende pseudoenantiomere Dihydrochinidin wurden als chirale Grundbausteine mit zwei verschiedenen Isocyanaten carbamoyliert. Insgesamt konnten vier verschiedene Selektoren erfolgreich synthetisiert werden, wobei jeweils zwei davon als pseudoenantiomere Paare angesehen werden können. Durch Protonierung des Chinuclidinrings der Selektoren unter leicht sauren Bedingungen ist in weiterer Folge Anionenaustausch möglich. Aufgrund von zwei unterschiedlich substituierten Isocyanaten als Linker (allyliert und propargyliert) war es möglich, zwei verschiedene Strategien für die Immobilisierung der Selektoren zu verwenden - radikale Thiol-En Addition oder Cu(I) und basenkatalysierte Huisgen Alkin-Azid Klick-Chemie. Die radikalische Immobilisierung auf Mercaptopropyl-modifiziertem Kieselgel ergab einerseits eine niedrige Immobilisierungseffizienz, andererseits war es möglich, die Menge an immobilisiertem Selektor über Alkin-Azid Klick-Chemie zu steuern. Zusammenfassend konnten zehn CSP mit unterschiedlicher Selektorbeladung synthetisiert werden. Alle CSP wurden bezüglich ihrer Fähigkeit zur Trennung von Enantiomeren mit einem Set von 67 Analyten untersucht, wobei die meisten davon chirale saure Verbindungen waren. Zu Vergleichszwecken wurden zwei kommerziell erhältliche CSP (QN-AX und QD-AX) verwendet. Als Trend wurde beobachtet, dass die Immobilisierung über radikalische Thiol-En-Addition bei gleicher Selektordichte höhere Auflösungen ergibt, was allerdings auch auf Packungsphänomene zurückzuführen sein könnte. Freie Azidogruppen auf modifiziertem Kieselgel liefern keinen Beitrag zur Retention der Analyten. Endcapping der freien Azidogruppen führt einerseits zu höherer Selektivität, andererseits zu geringerer Auflösung. Eine 1:1 physikalische Mischung hergestellt aus einer hoch belegten CSP und Azidopropyl-modifiziertem Kieselgel verhält sich ähnlich wie eine Säule, welche mit hoch belegtem Material gepackt wurde und nur die halbe Länge aufweist. Eine Umkehr der Elutionsreihenfolge von DHQN zu DHQD Typ CSP konnte bei allen Analyten beobachtet werden, wobei die DHQD Typ CSP generell eine höhere Selektivität und Auflösung zeigten. Je höher die Selektordichte, desto größer war die Retention, jedoch begleitet von einer Abnahme der Selektivität. Das Maximum an Auflösung und Selektivität wurde bei einer Selektordichte von zirka 310 µmol/g beobachtet. Die synthetisierten chiralen stationären Phasen waren sehr gut für die Trennung von N-geschützten Aminophosphonaten geeignet, was ein Vorteil im Vergleich zu den im Handel erhältlichen QN-AX und QD-AX Anionenaustauschermaterialien ist. Eine Beladungsstudie bestätigte einen Ionenaustausch-Mechanismus für die Retention von sauren Analyten. Die Gültigkeit des stöchiometrischen Verdrängungs-Modells konnte ebenfalls erwiesen werden. Zusammenfassend konnte die Synthese neuer Anionenaustauscherphasen für Hochleistungsflüssigkeitschromatographie auf der Basis von arylcarbamoylierten Chinin-Derivaten erfolgreich durchgeführt werden. Neue Erkenntnisse konnten durch den Einsatz unterschiedlicher Immobilisierungs-Strategien und Selektordichten auf der Kieselgeloberfläche gewonnen werden. Durch diese Erkenntnisse und die Verwendung der vorliegenden Syntheseprotokolle und Immobilisierungsstrategien in Kombination mit einer Derivatisierung des substituierten Linkers ist es möglich, weitere Untersuchungen auf dem Gebiet der Enantiomerentrennung durchzuführen.
Abstract
(Englisch)
The focus of the present master thesis was the synthesis and evaluation of novel arylcarbamoylated cinchona-based weak anion exchange type chiral stationary phases for liquid chromatography. Commercially available dihydroquinine and corresponding pseudoenantiomeric dihydroquinidine as the building blocks were carbamoylated with two different linkers. In total four different selectors were successfully synthesized, wherein each two of them are pseudoenantiomers. Due to the protonation of the quinuclidine ring of the building blocksunder weakly acidic mobile phase conditions anion exchange takes place. On the basis of two differently substituted linkers (one allylated and one propargylated) it was possible to use two different immobilization strategies – radical mediated thiol-ene addition or Cu(I) and base catalyzed Huisgen alkyne-azide click chemistry. The radical addition onto mercaptopropyl-modified silica yielded low immobilization efficiencies; on the other hand, it was possible to control the amount of immobilized selector via alkyne-azide click chemistry, which yielded saturated selector densities in case the selector was offered in excess. Altogether ten CSPs with different selector loadings were synthesized through immobilization of the four selectors. All CSPs were then evaluated in terms of their capability for enantioseparation with a set of 67 analytes; most of them were chiral acidic compounds. For comparative purposes two commercially available CSPs (QN-AX and QD-AX) were used as well. As a trend it was observed that the immobilization via radical thiol-ene addition results in higher resolution-values (taking into account that the selector densities are equal), but this behavior could also be caused by packing phenomena. Free azido groups on modified silica show no contribution to retention. Endcapping of the free azido groups results in higher selectivity and lower resolution. A 1:1 physical mixture prepared from a high loaded CSP and pure azidopropyl-modified silica behaves similarly to a half-length column containing the high loaded material. The elution order changes from DHQN to DHQD type CSPs, whereas DHQD type CSPs exhibit higher selectivity and resolution. The higher the selector loading, the higher the retention. The maximum resolution and selectivity were observed at a selector density of app. 310 µmol/g. All CSPs are well suitable for the separation of N-protected aminophosphonates, which is an advantage in comparison to the commercially available QN-AX and QD-AX anion exchangers. A loading study confirmed an ion exchange mechanism for the retention of acidic analytes under polar organic mode mobile phase conditions. The stoichiometric displacement model was proved to be valid as well. In summary the synthesis of novel weak anion exchange type CSPs based on carbamoylated cinchona alkaloids was carried out successfully. New findings were achieved employing different immobilization strategies and selector densities. By the usage of the present synthesis protocols and immobilization strategies in combination with a derivatization of the substituted linker it is possible to perform further investigations in the field of enantioseparation in the future.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
enantioseparation HPLC anion-exchange carbamate quinine loadingstudy click-chemistry
Schlagwörter
(Deutsch)
Enantiomerentrennung HPLC Anionenaustausch Carbamat Chinin Beladungsstudie Klick-Chemie
Autor*innen
Hubert Hettegger
Haupttitel (Englisch)
Synthesis and evaluation of arylcarbamoylated cinchona-based chiral anion exchangers for HPLC
Paralleltitel (Deutsch)
Synthese und Evaluierung von Arylcarbamoylierten Cinchona-Alkaloid-basierten chiralen Anionenaustauscherphasen für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
125 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Wolfgang Lindner ,
Michal Kohout
AC Nummer
AC10502584
Utheses ID
18986
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |