Gepackte Kapillaren, insbesondere für die Enantiomerentrennung Die Erfindung betrifft verbesserte mit Sorbentien gepackte Kapillaren und deren Verwendung für Trennungen mittels Hochleistungsflüssigkeits-und Kapillarelektrochromatographie ; insbesondere betrifft die Erfindung mit chiralen Sorbentien gepackte Kapillaren und deren Verwendung für die Enantiomerenentrennung mittels Hochleistungsflüssigkeits-und Kapillar- elektrochromatographie.

Kapillaren fürTrennungen mittels Hochleistungsflüssigkeits-und Kapillar- elektrochromatographie sind im Stand der Technik bekannt. So offenbart EP-A-0 779 512 Kapillaren, bei denen das Sorbensbett in der Kapillare stabilisiert wird, indem die Kapillare im Bereich der Enden des Sorbens- bettes einen inneren Durchmesser aufweist, der abweicht von dem inneren Durchmesser an den übrigen Positionen der Kapillare. In EP-A-0 809 108 werden Kapillaren offenbart, bei denen die Sorbenspartikel durch Hitze- behandlung in der Kapillare fixiert werden ; die Hitzebehandlung erfolgt über die gesamte Länge des Sorbensbettes.

Das in EP-A-0 779 512 offenbarte Verfahren erfordert eine Kapillare, die an vorbestimmten Positionen Konstriktionen oder Erweiterungen aufweist.

Derartige Kapillaren müssen umständlich speziell für die vorgesehene Länge des Sorbensbettes hergestellt werden. Das Verfahren nach EP-A-0 809 108 erfordert das Erhitzen des gesamten Sorbensbettes, wobei zumindestens wärmeempfindliche Sorbentien unter Umständen zerstört werden. Es besteht also die Aufgabe, das Sorbensbett in einer Kapillar- säule zu fixieren, ohne Kapillaren mit Konstriktionen oder Erweiterungen zu benutzen, und ohne das gesamte Sorbensbett einer Hitzebehandlung auszusetzen.

Es wurde ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Kapillaren gefunden, bei denen nur ein unbedeutender kurzer Teil des Sorbensbettes erhitzt werden muß, und dennoch ein stabiles Sorbensbett erzeugt wird.

Dieses Verfahren ist insbesondere für die Anwendung bei chiralen Trenn- materialien geeignet. Die erfindungsgemäß hergestellten Trennkapillaren eignen sich besonders gut für die HPLC. Somit wird eine stabile mit Sorbens gepackte miniaturisierte Trennkapillare bereitgestellt.

Gegenstand der Erfindung sind mit partikulären Sorbentien gepackte Kapil- laren, die über die gesamte Länge einen konstanten Innendurchmesser aufweisen, wobei das Sorbensbett durch verfestigte Bereiche begrenzt ist, die durch Hitzebehandlung erzeugt werden. Gegenstand der Erfindung sind insbesondere solche Kapillaren, die mit einem chiralen Sorbens gefüllt sind.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer mit partikulären Sorbentien gepackten Kapillare umfassend folgende Arbeitsschritte : a) Verschließen eines Endes einer handelsüblichen fused-silica Kapillare mit einer Fritte : b) Befestigung eines Reservoirs am anderen Ende besagter Kapillare ; c) Bereitstellen einer homogenen Suspension eines partikulären Sorbens in einem Lösungsmittel ; d) Einfüllen der besagten Suspension in das Reservoir ; e) Folie der Kapillare mit Sorbens aus dem Reservoir durch Druckfiltration ; f) Austausch des Lösungsmittels gegen Wasser ; g) Erhitzen schmaier mit Sorbens gefüllter Zonen der Kapillare an beiden Enden des Sorbensbettes, wobei durch Hitzebehandlung des Sorbens eine Fritte entsteht.

Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Verwendung von erfindungs- gemäßen mit partikulären Sorbentien gepackte Kapillare für die Trennung mindestens zweier Substanzen, insbesondere mittels Flüssigkeitschroma- tographie.

Die Abbildungen 1 bis 6 stellen Elutionsdiagramme von Trennungen ver- schiedener Racemate dar ; experimentelle Einzelheiten sind in den Anwen- dungsbeispielen A bis F beschrieben.

Die erfindungsgemäß verwendeten fused-silica Kapillaren sind bekannt ; ihr Innendurchmesser beträgt 5 um bis ca. 500 um, ihre Länge 3 cm bis ca 1 m. Weitere Einzelheiten sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise auch in den genannten Dokumenten zum Stand der Technik beschrieben.

Bevorzugt werden Kapillaren mit einem Innendurchmesser zwischen 50 und 150 umverwendet.

Erfindungsgemäß geeignete partikuläre Sorbentien bestehen bevorzugter- weise aus Kieselgel (Si02). Kieselgel kann ohne weiter Veränderung als Sorbens verwendet werden. Um die Variationsmöglichkeiten für die Tren- nung zu vergrößern, ist es aber üblich, den Basisträger (SiO2) zu derivati- sieren und Separationseffektoren einzuführen. Derartige Separations- effektoren bewirken die Trennung. Entsprechend dem Trennprinzip (z. B. lonenaustausch-oder reversed phase Chromatographie oder Enantio- merentrennung) werden in dem Fachmann bekannter Weise geeignete Gruppierungen (z. B. für die lonenaustauschchromatographie SO3H- oder COOH-Gruppen, für die reversed-phase Chromatographie z. B. C18-Alkyl- oder Phenylgruppen und für Enantiomerentrennungen chirale Gruppen eingeführt. Die erfindungsgemäß verwendeten partikulären Sorbentien können porös oder unporös sein ; ihre Partikelgröße beträgt bevorzugter- weise 2 bis 10 um (mittlere Partikelgröße ; Median) ; kleinere Sorbensparti- kel können grundsätzlich ebenfalls verwandt werden. In Kapillaren mit

größerem Innendurchmesser (z. B. 300 um) können auch gößere Sorbens- partiel verwandt werden (z. B. 15 µm). Die Partikelgröße hängt also in dem Fachmann einsichtlicherer Weise mit dem Innendurchmesser der ver- wendeten Kapillare zusammen.

Chirale Trennmaterialien für die Trennung von Enantiomeren sind in großer Anzahl im Stand der Technik bekannt. Diese chiralen Trennmaterialien bestehen entweder aus der chiralen Verbindung selbst (zum Beispiel Cellu- losetriacetat) oder aber ein chiraler Separationseffektor ist auf einen Basisträger aufgezogen oder chemisch an einen Basisräger gebunden.

Dabei können sowohl Kieselgele als auch organische Polymere als Basispolymer dienen ; Trennmaterialien mit Kieselgel (SiO2) als Basisträger sind erfindungsgemäß bevorzugt. Außerdem ist es möglich, chirale Separationseffektoren, die mit einer stationären Phase in Wechselwirkung treten, dem Elutionsmittel zuzusetzen (dynamische Belegung).

Chirale Separationseffektoren sind in großer Zahl bekannt ; die wichtigsten Gruppen bekannter chialer Separationseffektoren sind : a) Aminosäuren und ihre Derivate, z. B. L-Phenylalanin, oder D-Phenyl- alanin, Ester oder Amide von Aminosäuren oder acylierte Aminosäuren oder Oligopeptide ; b) natürliche und synthetische Polymere mit einer Asymmetrie oder Dis- symmetrie in der Hauptkette ; dazu gehören Proteine (z. B. saures a1- Glycoprotein, Rinderserumalbumin, Cellulase ; siehe J. Chrom. 264, Seiten 63-68 (1983), J. Chrom. 269, Seiten 71-80 (1983), WO 91/12 221), Cellulose und Cellulosederivate, sowie andere Polysaccharide und deren Derivate (z. B. Cellulosetribenzoat, Cellulosetribenzylether, Cellu- lose-trisphenylcarbamat, Cellulose-tris-3-chlorobenzoat, Amylose-tris- (3,5-dimethylphenylcarbamat), Cellulose-tris- (3, 5-dimethylbenzoat), Cellulose-tris- (3, 5-dimethylphenylcarbamat) ; siehe EP 0 147 804, EP 0 155 637, EP 0 718 625) ;

c) Cyclodextrine und Cyclodextrinderivate (z. B. J. High Resol. Chrom. & Chromat. Comm. 3, Seiten 147-148 (1984) ; EP 0 407 412 ; EP 0 445 604) ; d) Polymere mit Asymmetriezentren in der Seitenkette (z. B. EP 0 249 078 ; EP 0 282 770 ; EP 0 448 823) ; e) Polymere, die um chirale Strukturen polymerisiert werden ("inprint"- Polymere (z. B. J. Chromat. 707, Seiten 199-203 (1995) ; J. Chromat.

694, Seiten 3-13 (1995)).

Die Trennkapillare wird bevorzugterweise nach dem bekannten Suspen- sionsverfahren gepackt. Dazu wird das Sorbens in einem Lösungsmittel suspendiert. Die Suspension wird gegebenenfalls homogenisiert, z. B. durch Behandlung mit Ultraschall, und in ein Reservoir, das mit der zu füllenden Kapillare verbunden ist, gefüllt. Die Kapillare ist am anderen Ende mit einer Fritte geschlossen. Anschließend wird Lösungsmittel durch das Reservoir in die Kapillare gepumpt und somit das Sorbensbett in der Kapillare erzeugt. Als Reservoir kann beispielsweise eine in der Chromato- graphie übliche Vorsäule dienen. Für die Säulenpackung geeignete Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische, sowie die weiteren Parameter (z. B. Porendurchmesser der Fritte, Druck und Fördergeschwindigkeit beim Packen der Säule, Wahl der Pumpe) sind dem Fachmann bekannt und in Handbüchern beschrieben.

Für das Packen der Kapillare werden im allgemeinen organische Lösungsmittel benutzt ; die Hitzebehandlung zur Erzeugung der Fritten erfolgt bevorzugterweise in wäßriger Umgebung. Deswegen wird das für das Packen der Saute verwendete Lösungsmittel gegen Wasser ausgetauscht, indem man, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines mit Wasser gut mischbaren organischen Lösungsmittels, Wasser durch die gepackte Saute pumpt. Diese Vorgehensweise ist dem Fachmann vertraut.

Die Bedingungen für die Hitzebehandlung, die zur Erzeugung der Fritten führt, sind grundsätzlich bekannt : Besonders gut geeignet ist eine Draht- schlaufe aus Ni-Cr-Draht ; der Strom wird so eingestellt, daß (in Abhängig- keit vom Durchmesser der Kapillare) für ca. 30 Sekunden bis ca. 2 Minuten die für die Fritte vorgesehene Stelle der gepackten Kapillare erhitzt wird.

Dabei entstehen im Innern der Kapillare typischerweise Temperaturen zwischen 100 und 400 °C.

Das Verfahren für die Herstellung von fused-silica Kapillaren, Innendurch- messer 75-100 pLm, die mit chiralen chromatographischen Sorbentien ge- füllt sind, wird in den Beispielen im Detail beschrieben. Diese Kapillaren erlauben die"nano-scale"Enantiomerentrennung in normal-phase und reversed-phase HPLC, als auch in der Kapillarelektrochromatographie.

Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, daß ein Fach- mann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die be- vorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offen- barung aufzufassen.

Die vollständige Offenbarung aller vor-und nachstehend aufgeführten Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, sowie der korrespon- dierenden Anmeldung DE 198 07 063.2, eingereicht am 20.02.1998, sind durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeführt.

Beispiele Beispiel 1 : Herstellung einer mit einem chiralen Sorbens (chiales Polymethacrylamidderivat auf Kieselgel) gepackten Trennkapillare Eine 40 cm lange kommerziell erhältliche fused-silica Kapillare mit einem Innendurchmesser von 100 µm wird auf der einen Seite mit einer kommer- ziell erhältlichen metallischen HPLC-Fritte verbunden. Die andere Seite wird mit einer HPLC-Vorsäule (4.6x50 mm) verschraubt, die als Reservoir für die Suspension des Packungsmaterials dient. 50 mg des chiralen Sorbens (kovalent an Silicagel gebundenes chiales Polyacrylamid ; Parti- keldurchmesser 5 um ; ChiraSpher@, Fa. Merck KGaA ; Darmstadt, DE) werden in einem n-Hexan/2-Propanol-Gemisch (9/1 (V/V)) suspendiert und 15 Minuten im Ultraschallbad behandelt. Die Suspension wird in die Vor- säule gefüllt und der Druck langsam auf 400-600 bar gesteigert. Nach Er- reichen des gewünschten Drucks wird für weitere 30 Minuten gepumpt, anschließend wird die Pumpe abgestellt und der Druck langsam abgebaut.

Danach wird für mindestens 60 Minuten Wasser durch die Kapillare ge- pumpt. Anschließend werden die beiden Fritten hergestellt : Dazu erhitzt man eine möglichst kleine Zone des chiralen Sorbens mit einer Ose aus Ni- Cr-Draht für 40 Sekunden. Anschließend kann die Kapillare mit dem organischen oder wäßrigen Fließmittel, das in der chiralen Trennung zum Einsatz kommen soll, umgespült werden. Bei Verwendung eines leiffähigen Fließmittels können elektrochromatographische Trennungen durchgeführt werden.

Beispiel 2 : Herstellung einer mit einem chiralen Sorbens (Cellulose- derivat auf Kieselgel) gepackten Trennkapillare Entsprechend wie in Beispiel 1 beschrieben wird eine Kapillare mit einem chiralen Sorbens gefüllt, das Kieselgel als Basisträger und Cellulose-tris- (3,5-dimethylphenylcarbamat) als Separationseffektor aufweist. Dazu wird das Handelsprodukt CHIRACELs OD (Fa. DAICEL, JP) verwendet.

Anwendungsbeispiel A : Enantiomerentrennung von Lopirazepam Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D, Hewlett-Packard, Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem n- Hexan/1,4-Dioxan/2-Propanol-Gemisch (60/39/1, v/v) umgespült. Danach wurde das chirale Arzneimittel Lopirazepam (Racemat ; 1 mg/ml) mit einem Druck von 12 bar für 6 Sekunden injiziert, und die nano-chromatographi- sche Enantiomerentrennung mit relativ geringem Druck (12 bar) durchge- führt. Die Basislinientrennung der Enantiomeren wurde erreicht : t2k1k2αN1N2RSt0t1 (min) (min) (m-1)(m-1) 28.753.105.9124.22 3.86 1.25 175003.11000 Das Elutionsdiagramm ist in Abbildung 1 dargestellt (UV-Absorption bei X = 254 nm).

Anwendungsbeispiel B : Enantiomerentrennung von Bendro- flumethiazid Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D Hewlett-Packard,

Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem Methanol/Wasser-Gemisch 60/40, v/v) umgespült. Danach wurde das chirale diuretische Arzneimittel Bendroflumethiazid (Racemat ; 3 mg/ml) mit einem Druck von 12 bar für 6 Sekunden injiziert und die nano- chromatographische Enantiomerentrennung mit relativ geringem Druck (12 bar/2.5 bar Gegendruck) durchgeführt. Die Basislinientrennung der Enantiomeren wurde erreicht : t2k1k2αN1N2RSt0t1 (min)(m-1)(m-1)min)(min) 1.44 1.23 16000174001. 93 Das Elutionsdiagramm ist in Abbildung 2 dargestellt (UV-Absorption bei X = 214 nm).

Anwendungsbeispie ! C : Enantiomerentrennung von Bendro- flumethiazid Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D Hewlett-Packard, Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem Methanol/50 mM NaH2PO4-Gemisch (60/40, v/v) umgespült. Danach wurde das chirale diuretische Arzneimittel Bendroflumethiazid (Racemat ; 3 mg/ml) mit einem Druck von 12 bar für 6 Sekunden injiziert, und die nano-chroma- tographische Enantiomerentrennung mit relativ geringem Druck (12 bar/4 bar Gegendruck) durchgeführt.

Die Basislinientrennung der Enantiomeren wurde erreicht : t2k1k2αN1N2RSt0t1 (min) (min) (min) (m-1) 95.000.7948.2186.43 0.96 1.22 211002.23900 Das Elutionsdiagramm ist in Abbildung 3 dargestellt (UV-Absorption bei = 214 nm).

Anwendungsbeispiel D : Enantiomerentrennung von Bendro-<BR> <BR> flumethiazid Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D, Hewlett-Packard, Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem Methanol/50 mM NaH2PO4-Gemisch (60/40, v/v) umgespült. Danach wurde das chirale diuretische Arzneimittel Bendroflumethiazid (Racemat ; 3 mg/ml) mit einem Druck von 12 bar für 6Sekunden injiziert, und die kombi- nierte nano-chromatographische/elektrochromatographische Enantio- merentrennung mit relativ geringem Druck (12 bar/4 bar Gegendruck), und einer angelegten Spannung von 10 kV durchgeführt. Die Basislinien- trennung der Enantiomeren wurde erreicht : to t1 t2 k1 k2 a N1 N Rs (min) (min) min m m 42.431.7613.9838.57 2.04 1.16 264002.18000 Das Elutionsdiagramm ist in Abbildung 4 dargestellt (UV-Absorption bei X = 214 nm).

Anwendungsbeispiel E : Enantiomerentrennung von Stibenoxid Nach der Vorschrift aus Beispiel 2 wurde eine Kapillare mit OD-Material gefü ! ! t und in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D, Hewlett-Packard, Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem n-Hexan/i-Propanol-Gemisch umgespült. Danach wurde Stilbenoxid (Racemat ; 1 mg/ml) mit einem Druck von 10 bar für 30 Sekunden injiziert und die nano-chromatographische Trennung bei einem Druck von 10 bar durchgeführt.

Es wurde eine Basislinientrennung der beiden Enantiomeren erreicht :

t0 t1 t2 k1 k2 α N1 N2 RS (min)(m-1)(m-1)(min)(min) 22.340.671.151.7114800134003.7210.4017.38 Das Elutionsdiagramm ist in Abbildung 5 dargestelit (UV-Absorption bei x = 214 nm).

Anwendungsbeispiel F : Enantiomerentrennung von Glutethimid Nach der Vorschrift aus Beispiel 2 wurde eine Kapillare mit OD-Material gefüllt und in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D, Hewlett-Packard, Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit Methanol gespült. Danach wurde Glutethimid (Racemat ; 1 mg/ml) mit einem Druck von10 bar für 30 Sekunden injiziert und die nano-chromato- graphische Trennung bei einem Druck von 10 bar durchgeführt. Es wurde fast eine Basislinientrennung der beiden Enantiomeren erreicht : t2k1k2αN1N2RSt0t1 (min) (min) (m-1)(m-1) 20.201.01.21.21370067000.929.218.40 Das Elutionsdiagramm ist in Abbildung 6 dargestellt (UV-Absorption bei X = 214 nm).

Die besonderen Eigenschaften dieser Kapillaren umfassen folgendes : 1) Die Enantiomerentrennung kann in mindestens drei unterschiedlichen Modi (normal-phase HPLC, reversed-phase HPLC und Elektrochromato- graphie) in ein und derselben Kapillare durchgeführt werden. Höchstwahr- scheinlich ist die gleiche Kapillare auch für die Enantiomerentrennung in der SFC (supercritical fluid chromatography) geeignet.

2) Es ist möglich, hocheffiziente HPLC-Trennungen bei sehr geringem Druck durchzuführen. Das erlaubt die Nutzung von kommerziell erhältlichen Kapillarelektrophorese-Systemen (z. B. HP 3D, Hewlett- Packard, Waidbronn, Deutschland oder MDQ, Beckmann Instruments, Fullerton, CA, USA) zur Durchführung von hocheffizienten chiralen HPLC- Trennungen.

3) Die Herstellung der Fritten in der Trennkapillare erlaubt"on-capillary"- Detektion, wodurch zusätzliche Übergänge von der Trennkapillare zum Detektor nicht notwendig sind. Gleichzeitig besteht keine Notwendigkeit mehr für spezielle nano-Injektoren und nano-Detektorzellen, wie sie für die Anwendung von konventionellen narrow-und micro-bore HPLC-Kapillaren erforderlich sind.

4) Die Herstellung der Kapillaren wird insbesondere dadurch vereinfacht, daß die chiralen Adsorbentien einmalig mit einem Druck von 400-600 bar gepackt werden, und dann beide Fritten (inlet und outlet) in der mit chiralem Adsorbens gefüllten Zone durch kurzfristige lokale Erhitzung hergestellt werden. Dadurch enffällt das mehrmalige Füllen und Entleeren der Kapillare.