Flüssigchromatographie

Indirekte Enantiomerentrennung durch chirale Derivatisierung

Wie man Enantiomere mit einem enantiomerenreinen Reagenz in Diastereomere überführt, sie an einer gewöhnlichen achiralen Phase trennt und die Derivate detektiert.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Bei der indirekten Enantiomerentrennung werden Enantiomere mit einem enantiomerenreinen Reagenz zu Diastereomeren umgesetzt und an achiraler Phase getrennt.
  • Aus (R)-A und (S)-A entstehen mit (R)-X die Diastereomere (R,R)- und (S,R)-AX, ein Enantiomer des Derivats entsteht nicht.
  • OPA und N-Isobutyryl-L- oder -D-cystein bilden mit D- und L-Valin zwei diastereomere Isoindole, beide Thiole eignen sich zum Nachweis von D-Valin in L-Valin.
  • Die Isoindole fluoreszieren und sind bei 254 nm UV-detektierbar, aliphatische Aminosäuren selbst nicht.
  • (R)-1-(1-Naphthyl)ethylisocyanat bildet mit Alkoholen Carbamate, mit primären Aminen Harnstoffe, mit Thiolen Thiocarbamate.

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Worum es geht

Enantiomere eluieren an achiralen Phasen gemeinsam. Ein chirales Reagenz macht aus ihnen Diastereomere, die eine normale RP-Säule trennt. So prüft man etwa die Enantiomerenreinheit von Aminosäuren oder Ethambutol.

Prinzip der Derivatisierung

Enantiomere haben an achiraler Phase dieselbe Retention (Grundlagen). Anders als bei der direkten Trennung an chiralen Phasen verankert man die chirale Information hier kovalent im Analyten.

📖 Definition: Indirekte Enantiomerentrennung

Enantiomere werden mit einem enantiomerenreinen chiralen Derivatisierungsreagenz zu Diastereomeren umgesetzt. Diese trennt man an achiraler stationärer Phase mit achiraler mobiler Phase.

Das Zentrum des Reagenzes ist in beiden Produkten gleich konfiguriert. Aus (R)-A und (S)-A entstehen mit (R)-X die Produkte (R,R)-AX und (S,R)-AX. Sie unterscheiden sich in nur einem von zwei Zentren und sind daher Diastereomere. Das Spiegelbild (S,S)-AX kann nicht entstehen, denn es fehlt (S)-X. Deshalb muss das Reagenz enantiomerenrein sein.

Reaktionsschema: zwei Enantiomere eines Analyten reagieren mit demselben R-konfigurierten Reagenz zu R,R- und S,R-Produkt, darunter ein Chromatogramm mit zwei getrennten Peaks.

Ein enantiomerenreines Reagenz macht aus Enantiomeren Diastereomere, die an achiraler Phase zwei Peaks ergeben.

Für Keilstrichformeln heißt das: Ein Zentrum invertiert, das andere gleich, ergibt Diastereomere. Die Derivate von D- und L-Alanin mit demselben Reagenz sind also diastereomer.

OPA und chirale Thiole

Aminosäuren reagieren mit o-Phthalaldehyd (OPA) und einem Thiol unter Wasserabspaltung zu einem Isoindol. Ist das Thiol enantiomerenrein, etwa N-Isobutyryl-L-cystein, trägt das Isoindol zwei Stereozentren. Aus D- und L-Valin entstehen so zwei verschiedene, diastereomere Isoindole. Sie trennen sich an achiraler Phase mit achiraler mobilen Phase.

Strukturformelschema: o-Phthalaldehyd reagiert mit Valin und N-Isobutyryl-L-cystein unter Wasserabspaltung zu einem Isoindol. Die Stereozentren von Valin und Cystein sind markiert.

OPA, N-Isobutyryl-L-cystein und D- bzw. L-Valin bilden zwei diastereomere Isoindole.

N-Isobutyryl-D-cystein liefert ebenso Diastereomere. Beide Thiole eignen sich daher, um D-Valin in L-Valin nachzuweisen. Nur die Elutionsreihenfolge kehrt sich um.

Die Derivatisierung löst zugleich das Detektionsproblem. Aliphatische Aminosäuren absorbieren bei 254 nm kaum. Das aromatische Isoindol ist dagegen bei 254 nm UV-detektierbar und fluoresziert (Detektoren). Das gilt für jedes Diastereomer, auch für das Derivat aus D-Alanin und N-Isobutyryl-D-cystein.

Isocyanate und weitere Reagenzien

Isocyanate addieren Nucleophile mit austauschbarem H-Atom. (R)-1-(1-Naphthyl)ethylisocyanat liefert so je nach Analyt diastereomere Produkte:

Chiraler Analyt Produkt
Alkohol Carbamat (Urethan)
primäres Amin Harnstoff
Thiol Thiocarbamat

Tertiäre Amine bilden keine stabilen Derivate, da ihnen das H-Atom am Stickstoff fehlt. Aminreaktiv sind Reagenzien mit elektrophilem C-Atom: 1-Phenylethylisocyanat, GITC (Isothiocyanat), Menthylchloroformiat und N-Trifluoracetyl-prolylchlorid (Säurechlorid). Das chirale 1-(1-Naphthyl)ethanol trägt nur eine OH-Gruppe und derivatisiert Amine nicht direkt.

Fünf Strukturformeln chiraler Reagenzien nebeneinander, Isocyanat-, Isothiocyanat-, Chlorformiat- und Säurechloridgruppe markiert, beim Naphthylethanol die OH-Gruppe.

Aminreaktive chirale Reagenzien tragen ein elektrophiles C-Atom, der Alkohol nicht.

Ethambutol ist ohne Derivatisierung bei 215 nm nicht UV-detektierbar. Mit (R)-(+)-α-Methylbenzylisocyanat bilden Ethambutol und sein Enantiomer diastereomere Derivate, die an achiraler Umkehrphase trennbar sind.

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Aussage 1

Setzt man racemisches Alanin mit einem enantiomerenreinen chiralen Reagenz um, entstehen zwei Enantiomere des Derivats.

Das Reagenzzentrum ist in beiden Produkten gleich konfiguriert. Es entstehen Diastereomere, die an achiraler Phase trennbar sind.

Aussage 2

Zum Nachweis von D-Valin in L-Valin mit OPA eignet sich sowohl N-Isobutyryl-L-cystein als auch N-Isobutyryl-D-cystein.

Beide enantiomerenreinen Thiole liefern diastereomere Isoindole, nur die Elutionsreihenfolge kehrt sich um.

Aussage 3

1-(1-Naphthyl)ethanol eignet sich wie Menthylchloroformiat zur direkten Derivatisierung primärer Amine.

Der Alkohol hat kein elektrophiles C-Atom. Aminreaktiv sind Isocyanate, Isothiocyanate, Chlorformiate und Säurechloride.

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