《Journal of Chromatography Open》：On the effect of aqueous organic mobile phases on the enantioseparation of halogenated 4,4’-bipyridines using polysaccharide carbamate-based chiral columns
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本研究旨在探究流動相中引入水相對鹵鍵（HaB）驅動的對映體分離過程的影響，這是此前文獻中尚未涉及的領域。研究人員通過使用基于直鏈淀粉和纖維素三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)的手性色譜柱，系統研究了水相甲醇/乙腈流動相對四種六鹵代4,4'-聯吡啶對映體分離的影響。研究發現，色譜行為取決于分析物的鹵素種類，并證實了在含水有機流動相中，碘依賴性和疏水性非共價相互作用共同驅動了碘化聯吡啶的對映體分離，這對于理解復雜介質中的手性識別機制具有重要意義。
在化學、醫藥和材料科學的諸多領域，手性分子的分離與純化至關重要。高效液相色譜（HPLC）是完成這一任務的利器，而其中，基于多糖衍生物（如纖維素和直鏈淀粉的苯基氨基甲酸酯）的手性固定相（CSP）扮演著核心角色。近年來，一種特殊的分子間作用力——鹵鍵（Halogen Bond, HaB），因其高度的方向性和可調控性，在手性識別領域嶄露頭角。想象一下，一個碘原子像一塊帶有正電“空洞”（σ-hole）的磁鐵，可以精準地“吸附”到手性固定相上富含電子的位點（如羰基氧），從而實現對手性分子的區分。此前的研究已經證明，在使用正己烷等非極性流動相時，鹵鍵是驅動多鹵代4,4'-聯吡啶對映體分離的關鍵力量。
然而，現實世界，尤其是生物和藥物體系，往往是“濕漉漉”的。當我們將目光轉向更接近真實環境的極性有機溶劑（如甲醇、乙醇）甚至含水體系時，情況變得復雜。已知的挑戰是：極性有機溶劑會削弱甚至完全抑制鹵鍵的貢獻，使疏水作用成為主導。這就引出了一個懸而未決的核心問題：在水相有機流動相中，鹵鍵這種精巧的“分子之手”，是否還能發揮作用？它對對映體分離的貢獻是增強了，減弱了，還是被徹底“淹沒了”？ 回答這個問題，對于拓展鹵鍵在含水環境（如生物相容性介質、綠色化學）中的應用，以及深化對手性識別機理的理解，具有重要的理論和實踐意義。
為了解開這個謎題，由Barbara Sechi、Giorgi Jibuti、Roberto Dallocchio、Sergio Cossu、Bezhan Chankvetadze、Victor Mamane和Paola Peluso組成的研究團隊，在《Journal of Chromatography Open》上發表了一項深入的研究。他們以四種結構精巧的六鹵代4,4'-聯吡啶（1-4）為“分子探針”，其鹵素取代基從氯、溴到碘，鹵鍵供體能力依次增強。研究使用了兩把“利器”：基于纖維素三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)的Lux Cellulose-1柱和基于直鏈淀粉同類衍生物的Lux Amylose-1柱。通過系統改變流動相（純甲醇、純乙腈及其與水的90:10、80:20 v/v混合物），并結合變溫熱力學分析，他們深入揭示了水分子加入后，對映體分離背后作用力的“權力更迭”與微妙平衡。
本研究主要采用了以下關鍵技術方法：1. 高效液相色譜（HPLC）分析：使用Agilent 1100系列HPLC系統，在等度模式下，以Lux Amylose-1和Lux Cellulose-1手性柱，系統評價了不同水相有機流動相（甲醇/水、乙腈/水）對四種鹵代聯吡啶對映體的分離效果，獲取保留因子（k）和分離因子（α）等關鍵色譜參數。2. 變溫熱力學（van't Hoff）分析：在寬溫度范圍（如5-50°C）內進行色譜實驗，通過繪制ln k、ln α對1/T的曲線，計算焓變（ΔH°）、熵變（ΔS°）及其差值（ΔΔH°, ΔΔS°），用以區分對映體分離過程是焓驅動（極性作用主導）還是熵驅動（疏水作用主導），并探尋等對映體選擇性溫度（Tiso）。3. 密度泛函理論（DFT）計算：使用Gaussian 16W軟件，在B3LYP/LANL2DZ水平上優化了分析物1-4的幾何構型，并通過Multiwfn代碼計算分子表面靜電勢（VS）的極值，定量評估不同鹵原子（氯、溴、碘）的σ-hole（鹵鍵供體）強度和氮原子（氫鍵/鹵鍵受體）的負電性，為色譜行為的差異提供理論解釋。
3.1. 分離體系的一般特征
研究首先明確了體系的設計邏輯：利用不同鹵素原子（Cl, Br, I）作為強度遞增的鹵鍵供體，選擇已知對鹵鍵響應不同的兩種多糖CSP，在可能增強、削弱或抑制鹵鍵的含水有機流動相中，系統考察其對映體分離行為。計算證實，碘原子的σ-hole靜電勢（VS,max）最大，鹵鍵供體能力最強，且分子面積和體積也按Cl < Br < I的順序增加。
3.2. 使用Lux Cellulose-1對多鹵代4,4'-聯吡啶的對比對映體分離
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3.2.1. 乙腈基與甲醇基流動相對比
研究發現，對于化合物1-3，保留因子均按3（Cl）< 2（Br）< 1（I）的順序增加，符合其疏水性遞增的趨勢。在純甲醇中保留更強，表明疏水作用占主導。分離因子（α）則表現出鹵素依賴性：氯化物3在多數條件下無法分離，而碘化物1和溴化物2在純乙腈中分離更好。一個關鍵發現是：當使用甲醇/水（80:20）時，碘化物1和氯碘化物4出現了對映體洗脫順序（EEO）反轉，從純甲醇下的(M)-(P)變為(P)-(M)。而溴化物2無此反轉。這表明，在富水甲醇中，碘化物經歷了從純甲醇中可能的殘留極性（鹵鍵）作用主導，到被強疏水作用主導的識別機制切換。
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3.2.2. 溫度的影響
對化合物4的變溫分析為機制切換提供了熱力學證據。在正己烷/異丙醇（90:10，鹵鍵主導條件）下，對映體分離是強焓驅動（ΔΔH° = -1625.17 cal·mol-1）。在甲醇/水（80:20）下，雖然也是焓驅動，但ΔΔH°的絕對值（-597.29 cal·mol-1）小得多，表明此條件下作用的強度較弱，但仍以極性貢獻為主。有趣的是，在低溫（10-15°C）下，甲醇/水（80:20）的分離因子反而高于純甲醇，提示在低溫下，即使在水存在下，極性相互作用也可能因溶劑簇結構變化而得以部分保留。
3.3. 使用Lux Amylose-1對多鹵代4,4'-聯吡啶的對比對映體分離
使用直鏈淀粉柱和乙腈基流動相時，情況有所不同。碘化物1在純乙腈和乙腈/水（80:20）中獲得了相同的、較高的分離因子（α = 1.36）。變溫熱力學分析顯示，在這兩種流動相下，對映體分離的熱力學參數（ΔΔH°, ΔΔS°）極為相似，且焓貢獻占主導的比率（Q值）都較高（>1.5）。這強有力地表明，在乙腈/水混合物中，碘依賴性的極性相互作用（鹵鍵）依然持續存在并主導對映體識別，其“抗水性”明顯強于在甲醇/水體系中。這歸因于乙腈本身是比甲醇更弱的氫鍵競爭者和更好的極性作用促進劑。
本研究得出結論，在水相有機流動相中，鹵代4,4'-聯吡啶的對映體分離行為高度依賴于鹵素種類、多糖CSP類型以及有機溶劑的本質。研究首次證實，在含水介質中，碘依賴性的非共價相互作用（鹵鍵）可以與疏水作用協同甚至競爭，共同影響對映體分離結果。 具體而言：
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機制的可切換性：在使用纖維素柱和甲醇基流動相時，增加水含量可增強疏水作用，導致對碘化物產生洗脫順序反轉，體現了從極性作用到疏水作用主導的識別機制切換。
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鹵鍵的“抗水性”：在使用直鏈淀粉柱和乙腈基流動相時，即使添加20%的水，碘化物的對映體分離效率和熱力學特征也變化甚微，表明鹵鍵在該體系中展現出顯著的“抗水性”，能夠在水存在下持續貢獻于手性識別。
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溶劑微環境的調控作用：分離結果受到水-有機溶劑簇特殊微觀結構的影響，溫度可以通過改變溶劑簇和CSP構象來精細調節極性作用與疏水作用之間的平衡。
這項研究的意義重大。它打破了“鹵鍵在極性/水環境中無效”的簡單認知，首次系統揭示了鹵鍵在復雜含水色譜條件下與疏水作用的復雜博弈關系。這不僅深化了對多糖CSP上手性識別機理的基礎理解，也為在更接近生理或綠色條件的含水介質中，理性設計基于鹵鍵的手性分離方法、催化體系和分子識別探針提供了直接的理論依據和實踐指導。它啟示我們，通過巧妙選擇手性載體、鹵素種類和有機共溶劑，可以“駕馭”鹵鍵，使其即使在“潮濕”的化學世界里，也能發揮精準的分子識別功能。
