Ανάπτυξη νέων μεθόδων χειρόμορφου διαχωρισμού στην ηλεκτροφόρηση τριχοειδούς με χρήση ιοντικών υγρών

Abstract

Η ανάπτυξη νέων μεθόδων χειρόμορφων διαχωρισμών στην ηλεκτροφόρηση τριχοειδούς (Capillary Electrophoresis, CE) με χρήση ιοντικών υγρών (Ionic Liquids, ILs) αποτελεί το ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Αρχικά, μελετήθηκε η εναντιοεκλεκτική ικανότητα κάποιων CILs που έχουν σαν βάση τους εστέρες αμινοξέων (Amino Acid Ester-based Ionic Liquids, AAILs ως προς το διαχωρισμό του χειρόμορφου διναφθολικού παραγώγου 1,1΄-Binaphthyl-2,2΄-diylhydrogenphosphate (BNP). Στα πλαίσια της αξιολόγησης των AAIL ως CSs μελετήθηκαν οι παράγοντες που μπορεί να επηρεάζουν την εναντιοεκλεκτικότητα, όπως για παράδειγμα το μήκος και ο όγκος της εστερομάδας του κατιόντος του AAIL, η διαμόρφωση του κατιόντος, το ανιόν του AAIL, η συγκέντρωση του AAIL και το pH του BGE. Επιτεύχθηκε πλήρης διαχωρισμός των εναντιομερών του BNP χρησιμοποιώντας 60 mM λακτικού τερτ βουτυλεστέρα της L- ή D-αλανίνης (L-, D-alanine tert butyl ester lactate, L-, D-AlaC4Lac) σε BGE με τιμή pH ίση με 8. Επίσης, οι επαναληψιμότητες run-to-run και batch-to-batch της βέλτιστης μεθόδου αξιολογήθηκε υπολογίζοντας. Και στις δύο περιπτώσεις, η επαναληψιμότητα αποδείχθηκε εξαιρετική αφού όλες οι τιμές της σχετικής τυπικής απόκλισης ήταν κάτω από 1%. Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι, για πρώτη φορά μελετήθηκε η εναντιοεκλεκτική ικανότητα των AAILs σε ηλεκτροφορητική ή χρωματογραφική τεχνική. Στη συνέχεια, το AAIL D-AlaC4Lac προστέθηκε στον BGE μαζί με άλλους CSs, όπως είναι τα επιφανειοδραστικά πολυμερή και οι κυκλοφρουκτάνες (Cyclofructans, CFs), και πραγματοποιήθηκε μελέτη της επίδρασης του AAIL στο χειρόμορφο διαχωρισμό, καθώς και μελέτη της πιθανής συνεργειακής τους δράσης. Ο συνδυασμός του AAIL με το επιφανειοδραστικό πολυμερές πολυ-[N-ενδέκυλο γλυκινικό νάτριο] (poly-[sodium undecyl-glycinate], poly-SUG) διαχώρισε ελαφρώς τα εναντιομερή του διναφθολικού παραγώγου 1,1'-Bi-2-naphthol (BOH). Όταν χρησιμοποιήθηκε το πολυ ((L-λευκινικός - L-βανιλικός Ν-ενδεκυλεστέρας νατρίου) (poly (sodium N-undecyl (L-L) valine-leucine), poly-(L-L)-SULV) με το AAIL, βελτιώθηκε ο διαχωρισμός των διναφθολικών παραγώγων BOH και 1,1΄-binaphthyl-2,2΄-diamine (BNA). Ο διαχωρισμός των εναντιομερών του BOH βελτιώθηκε και η διαχωριστική ικανότητα (Resolution, RS) αυξήθηκε από 1.1 σε 1.8 μετά από προσθήκη 10 mM D-AlaC4Lac. Αναλόγως, ο πλήρης διαχωρισμός του BNA (RS = 1.6) επιτεύχθηκε μετά από προσθήκη 20 mM D-AlaC4Lac. Μια άλλη μελέτη επικεντρώθηκε στη συνεργειακή δράση του πιο πάνω AAIL με τις CFs. Στη συγκεκριμένη μελέτη εξετάστηκαν έξι συνολικά CFs ως CSs για το διαχωρισμό διάφορων χειρόμορφων ουσιών φαρμακευτικού ενδιαφέροντος (huperzine Α, warfarin και coumachlor) στην CE. Παρόλο που οι περισσότερες υπό μελέτη CFs έδειξαν μικρή εναντιοεκλεκτικότητα ως προς τις τρεις αυτές ουσίες, η προσθήκη του AAIL μέσα στον BGE βελτίωσε το χειρόμορφο διαχωρισμό και την αποδοτικότητα. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής, εξετάστηκε η διαλυτοποίηση των πολυσακχαριτών σε ILs. Τα διαλύματα που προέκυψαν εφαρμόστηκαν ως υλικά επικάλυψης πάνω σε τοιχώματα στήλης και μελετήθηκε η ικανότητα επίτευξης χειρόμορφων διαχωρισμών στην Ηλεκτροχρωματογραφία Τριχοειδούς Ανοικτού Σωλήνα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα παράγωγα της κυτταρίνης μπόρεσαν να λειτουργήσουν επιτυχώς ως CSPs διαχωρίζοντας πλήρως τα εναντιομερή της θειοπεντάλης και μερικώς τα εναντιομερή της σοταλόλης (RS ≤ 1). Αντίθετα, η χιτίνη και τα παράγωγα της, δεν ήταν δυνατόν να διαχωρίσουν κανέναν από τους αναλύτες που εξετάστηκαν. Αυτό υποδηλώνει ότι η χιτίνη, ως υλικό επικάλυψης, αλλά και ως CSP, δε μπορεί να λειτουργήσει επιτυχώς στη συγκεκριμένη τεχνική.

The research goal of the present PhD thesis is the development of new methods for chiral separations in capillary electrophoresis (CE) by use of ionic liquids (ILs). Initially, the enantioselectivity of several amino acid ester based CILs (AAILs) in CE was examined. Briefly, five different AAILs were synthesized and added into the BGE, in order to study their enantioselective ability for the chiral separation of 1,1΄-Binaphthyl-2,2΄-diylhydrogenphosphate (BNP). Enatioselectivity was evaluated by using several AAILs, which differ in the length and bulkiness of the AAIL ester group, the configuration of the cation, the type of the anion, the concentration and the pH of the BGE. Baseline separation of BNP was achieved by adding 60 mM L- or D-alanine tert butyl ester lactate (L- or D-AlaC4Lac) in the BGE (pH 8). Both cases demonstrated excellent reproducibility since all the relative standard deviation values were below 1%. It is worth here to mention that this is the first time that the enantioselective ability of AAILs is studied in any electrophoretic or chromatographic technique. In another study, the AAIL D-AlaC4Lac was added into the BGE along with other CSs, such as polymeric surfactants and cyclofructans (CFs), and the effect of the AAIL on the chiral separation and the possible synergistic effect were examined. In micellar electrokinetic chromatography (MEKC), the combination of AAIL with the polymeric surfactant poly-(sodium N-undecyl-glycinate) (poly-SUG) demonstrated a slight enantioseparation of 1,1΄-Bi-2-naphthol (BOH). When the AAIL was used along with poly-(sodium N-undecyl-(L-L)-valine-leucine (poly-(L-L)-SULV), the chiral separations of both BOH and 1,1΄-binaphthyl-2,2΄-diamine (BNA) were improved. Briefly, the resolution value (RS) for the chiral separation of BOH increased from 1.1 to 1.8 after the addition of 10 mM D-AlaC4Lac. Similarly, a baseline separation of BNA was achieved (RS = 1.6), when a concentration of 20 mM D-AlaC4Lac was added into the BGE. In another study, the synergistic effect of the above-mentioned AAIL with CFs was evaluated. Even though most of the examined CFs demonstrated low enantioselectivity for the three pharmaceutical compounds (huperzine A, warfarin, coumachlor), the addition of the AAIL into the BGE improved both resolution and efficiency, in all cases. The second part of the present thesis involved the evaluation of ILs as solvents for polysaccharides. The resulted solutions were applied as coating materials onto capillary walls of fused-silica capillaries. In addition, their utility as possible CSPs for the achievement of chiral separations was investigated in Open-Tubular Capillary Electrochromatography. The capillary coating, along with the enantioselective ability of polysaccharides, were evaluated by examining the chiral separation of different analytes, such as thiopental and sotalol. It was concluded that cellulose derivatives functioned effectively as CSPs since they baseline separated thiopental enantiomers, and they partially separated sotalol enantiomers (RS ≤ 1). In contrast to cellulose derivatives, chitin and the examined derivatives were not able to resolve any of the analytes under study. This observation suggests that chitin cannot successfully be used in OT-CEC as CSPs.