3.6. Энантиоселективная лигандообменная хроматография

Лигандообменная хроматография была впервые описана в 1961 г. Ф. Хельферихом в журнале Nature [69]. Возможность разделения оптических изомеров этим методом показал В.А. Даванков [70-72], став основателем хиральной (энантиоселективной) лигандообменной хроматографии.

Матрицей сорбента был хлорметилированный полистирол, синтезированный В.А. Даванковым и С.В. Рогожиным в 1966 г. Аминокислоту L-пролин прививали на эту матрицу за счёт комплексообразующей аминокислотной группы, полученный сорбент обрабатывали аммиачным раствором сульфата меди. Результатом был оптически активный сорбент, имеющий показанную на рисунке структуру. С его помощью удалось полностью разделять D и L-изомеры пролина.

Рис. 3.17. Вадим Александрович Даванков (род. 20 ноября 1937 г.) разработал лигандообменную энантиоселективную хроматографию, создал универсальные сорбенты на основе сверхсшитого полистирола

Интересен рассказ самого В.А. Даванкова о его первой работе в этой области. Приводимая ниже цитата взята из его интервью, данного коллегам из Уфы [73]. В.А. Даванков говорил о поступлении в аспирантуру к академику Коршаку в Институт элементоорганических соединений АН СССР (ИНЭОС).

«Тема, предложенная Коршаком, мне сразу не понравилась. Прошло почти два года аспирантуры, а ничего толкового из попыток полимеризации дикетопиперазинов не получилось, даже вторая тема была предложена, но я решил уйти. Тогда мне позволили заниматься “чем хочешь”.

...Я целиком отдался идее разделения оптических изомеров аминокислот, тем более что в ИНЭОС активно разрабатывались методы синтеза аминокислот, а синтез всегда приводит к рацемату, т.е. смеси двух изомеров. Стране срочно нужны были L-аминокислоты для преодоления белкового дефицита кормов (позже проблема была снята микробиологическим синтезом L-аминокислот).

Я быстро получил гранулы стирол-дивинилбензольных сополимеров, ввёл в них активные хлорметильные группы и заменил атомы хлора сначала на йод, и потом на азот оптически активных природных аминокислот. На колонках с такими оптически активными ионообменными сорбентами я стал делить рацематы аминокислот, но был разочарован относительно малой эффективностью деления. Обратившись к литературе, я с удивлением обнаружил около трёх сотен сообщений о более ранних попытках хроматографического расщепления рацематов, большей частью неудачных или лишь “обещающих”. Полученных мной результатов с лихвой хватило для защиты кандидатской в 1966 г., но практической перспективы у них не было. Я понимал, что нужен принципиально новый подход, который бы обеспечил гораздо более тесный, трёхточечный контакт разделяемых изомеров с хиральным селектором, т.е. с закреплёнными на полистироле оптически активными аминокислотными группами.

Рис. 3.18. Фрагмент первого энантиоселективного сорбента и первая хиральная хроматограмма В.А. Даванкова.

Мои отчаянные поиски привели меня, наконец, к лигандообменной хроматографии, которая оказалась именно таким новым подходом к разделению изомеров, и мне первому удалось количественно разделить рацематы аминокислот на составляющие их изомеры. Новизна заключалась в том, что я ввел комплексообразующие ионы металла в хроматографическую систему. Ионы металла, в первую очередь двухвалентной меди, образовывали комплексы одновременно с хиральными группами сорбента и с разделяемыми изомерами аминокислоты. Встраиваясь в координационную сферу металла, оба компонента вступали в тесный контакт друг с другом и потому чётко распознавали пространственную структуру партнера. Сорбент с L-пролиновыми фиксированными группировками преимущественно связывал в комплекс только D-изомеры аминокислоты, тогда как L-изомеры легко вымывались из колонки водой. Связанный в комплекс L-лиганд требовалось вытеснять аммиаком. Отсюда и название лигандообменной хроматографии. Энантиоселективность такого хроматографического комплексообразовательного процесса оказалась беспрецедентно высокой».

Даванков Вадим Александрович. Род. 20.11.1937 г. Окончил Технический университет Дрездена (1962). Доктор химических наук, профессор. Заведующий лабораторией стереохимии сорбционных процессов ИНЭОС РАН. Лауреат Государственной премии РФ, был титулярным членом ИЮПАК, член Научного совета РАН по высокомолекулярным соединениям. Награжден медалью М.С. Цвета.

Область научных интересов: синтез полимеров, хроматография. Предложен новый принцип разделения энантиомеров – лигандообменная хроматография на хиральных комплексообразующих сорбентах. Предложен принцип синтеза сверхсшитых полимеров стирола, на базе которых создана серия нейтральных полимерных сорбентов. Сорбенты обладают уникально высокой сорбционной ёмкостью по отношению к органическим веществам, находящимся в водных или воздушных средах. Они нашли широкое применение для концентрирования микропримесей, а также в крупномасштабных сорбционных процессах в пищевой, химической, медицинской промышленности. Автор более 300 научных работ, в том числе 6 книг и изобретений.

Рис. 3.19. Медаль имени А. Мартина, которой награждён В.А. Даванков.

Рождение и развитие энантиоселективной лигандообменной хроматографии В.А. Даванков неоднократно освещал в своих обзорах [74-76].