与大家分享一篇最近发表在J. Mol. Liq.的一篇关于双水相体系对映选择性萃取的文章，标题为 “Enantioselective liquid-liquid extraction of valine enantiomers in the aqueous two-phase system formed by the cholinium amino acid ionic liquid copper complexes and salt” 本文的通讯作者为中南大学的李芬芳教授和中国农业科学院的谭志坚研究员。

对映选择性液-液萃取（ELLE）是一种能耗低、可用于大规模生产的对映异构体拆分方法。一般的ELLE过程采用含有萃取剂的有机溶剂将某一构型的手性化合物从其外消旋的水溶液中分离出来，过程中需要用到大量有毒有害的有机溶剂，同时也存在着一些乳化的问题。为避免这些缺点，基于双水相体系（ATPS）的ELLE近年来备受关注。在这些工作中，大部分是利用高分子/无机盐的体系来形成ATPS，再通过外加手性选择剂来实现对映体的拆分。由于这类体系的粘度过高、成分过于复杂限制了其应用。为此手性离子液体被引入到这一体系中，简化了体系的同时也提高了体系的对映选择性。本文中作者发展了一类可以形成双水相体系的氨基酸胆碱盐离子液体（ChAAILs）的铜配合物，成功实现了外消旋缬氨酸的手性拆分。

作者通过简单的酸碱反应合成了不同氨基酸胆碱盐，向其溶液种加入无机盐，通过浊度测试绘制出了其水溶液的相图。如图1所示，不同氨基酸形成的离子液体的相分离能力是不同的，具体而言，形成双水相的能力：脯氨酸>半胱氨酸>丙氨酸>组氨酸>甲硫氨酸。通过辛醇-水分配系数（POW）以及氢键提供和接受能力（α，β）的测试作者认为相分离能力的差异是由氨基酸阴离子的亲疏水性及其形成氢键能力的差异所引起的。

图1、不同离子液体水溶液在无机盐存在时的相图

在后续的手性拆分实验中，作者通过简单的配位化学反应制备了不同种类ChAAILs的铜配合物，之后将配合物、无机盐、外消旋缬氨酸一同加入水中，充分震荡一段时间后离心，便可以通过简单的分液获得离子液体富集相和无机盐富集相。通过手性HPLC表征便可得知两相中缬氨酸的ee值。不同种类ChAAILs铜配合物的手性拆分能力排序如下：脯氨酸>丙氨酸>半胱氨酸>甲硫氨酸>组氨酸，作者认为这是由于不同离子液体形成的配合物存在着稳定性的差异。因此在之后的研究中作者均选用脯氨酸胆碱（[Cho][Pro]）的铜配合物作为拆分剂。

首先，作者研究了[Cho][Pro]与铜离子的化学计量比对拆分结果的影响，结果发现在[Cho][Pro] / Cu2+ = 2 / 1即刚好形成配合物Cu([Cho][Pro])2的时候拆分效果最好。作者认为缬氨酸分子会替换配合物的其中一个配体，形成Cu([Cho][Pro])([Val])，由于配合物在两相中的分配比例不同并且两种构型缬氨酸形成的配合物稳定性也存在差异，因此可以通过选择性萃取实现手性分离。当铜离子的计量比较小的时候，所形成的配合物浓度较低，拆分效果不佳；而当铜离子浓度过高时，由于盐析效应体系会发生沉淀，导致拆分效果不佳。

之后作者研究了形成双水相体系所必需的无机盐种类及其浓度对于拆分效果的影响。结果发现在形成铜配合物之后离子液体的相分离能力有所下降，在原本能够使其形成双水相体系的11种无机盐中，仅有K3PO4和K2HPO4能够使配合物形成双水相体系，其中K3PO4体系的手性选择性更好。作者认为原因可能是K3PO4溶液的碱性更强，使得Val在溶液中更多的以离子的形式存在，增强了其配位能力，因此可以获得更好的拆分结果。通过测试不同K3PO4浓度时的拆分结果，作者发现盐浓度在25 wt%时的拆分效果最好（如图2所示）。原因在于在盐浓度较低时，随着盐浓度的提高更多的水分子进入了无机盐富集相，因此离子液体富集相极性和氢键相互作用的降低可能有利于手性拆分。而当盐浓度过高时，过多的水分子的进入影响了无机盐富集相中配合物的稳定性，进而降低了手性拆分能力。

图2、不同无机盐浓度时两相中缬氨酸的ee值变化

作者还优化了外消旋缬氨酸的浓度，发现其浓度在5-35 mg/mL时，拆分效果同样呈现出了先提高后降低的现象，在浓度为15 mg/mL时拆分效果最佳（如图3所示），这时缬氨酸的浓度恰好与铜配合物的浓度相同。作者认为原因在于当缬氨酸浓度过低时，其浓度的增加会推动配体交换反应（Cu([Cho][Pro])2 + Val → Cu([Cho][Pro])([Val]) + [Cho][Pro]）的进行，因而手性拆分能会有所提高。而当氨基酸浓度过高时，进一步的配体交换（Cu([Cho][Pro])([L-Val]) + L-Val → Cu([L-Val])2 + [Cho][Pro], Cu([Cho][Pro])([D-Val]) + D-Val → Cu([D-Val])2 + [Cho][Pro]）会发生，而这一反应产物的稳定性不再有差异，因而手性拆分能力有所下降。

图3、不同缬氨酸浓度时两相中缬氨酸的ee值变化

此外，温度也会对体系的手性拆分能力产生影响，在温度较低时温度的提高会加快配合物的形成有利于手性拆分，但温度过高时配合物会发生分解使拆分效果下降，研究发现在25℃时体系的拆分效果最佳。综合考虑上述的各种影响因素，作者最终能够获得最佳拆分结果为55.6 %（离子液体富集相）和35.3 %（无机盐富集相）。

总的来说，本文设计合成了一种以手性氨基酸胆碱盐离子液体为配体的铜配合物，其水溶液在无机盐的存在下可以形成双水相体系，可以实现缬氨酸的对映选择性液-液萃取。作者详细的优化了多种影响手性拆分能力的实验条件，得到了较好的结果。但文章对于拆分过程的描述是较为模糊的，多种实验条件对拆分结果产生影响的原因也仅停留在推测阶段。值得提及的是，本文中的拆分实验所用到的试剂均是环境友好的，充分体现了绿色化学的理念。此外，本文也为双水相中的对映选择性液-液萃取提供了新思路，为该领域的发展起到了积极的作用。

文字 李博文

审核 叶曦翀

原文：

DOI: 10.1016/j.molliq.2019.111599

https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111599