2022年末AutoChrom竞赛优秀答案之三

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答：黑色箭头所指的曲线代表列表中的9号物质。原因：根据黑色箭头曲线，得知其是一个典型的酸性化合物的pH-logD曲线（且其pka较低）：化合物的logD随pH的升高而减小，即在酸性条件下，化合物呈分子态，极性减小、疏水性增加，即logD较大，保留增加；当pH≥5.7时，化合物呈离子态，极性增大、疏水性减小，即logD较小。而列表中的9号物质：对甲苯磺酸，因含有对甲苯磺酸根（酸性较强），是一个典型的酸性化合物。

答：在pH 2~7的变动范围内，杂质B、H和I三个化合物的保留时间基本无变化，故可判断B、H和I为中性化合物（保留时间不受流动相pH的影响）；杂质1、2、D、API的保留均随pH的降低而增加，故这四个物质均为酸性化合物（酸性条件下呈分子态保留时间增加，碱性条件下呈离子态而保留时间减弱），其中，API和杂质1、2在pH 2和pH 3时的保留时间基本一致，杂质D在pH 2的保留强于pH 3的保留，故杂质D的酸性最强。

分离度最好的是pH 5（我最满意的一针）或pH 4，因为该区间的耐用性较好。原因：7个物质之间彼此均实现了基线分离，且在整个运行时间内的杂质分布较合理（出峰在7-35min之间），是4个pH中分离度最好的一个条件。pH 3时虽然7个物质间也都基线分离，但太集中太拥挤，明显没有pH 5及pH 4的分离和分布好。

答：在pH 9.2~11.5之间，该化合物的保留时间呈现先增加后减少的规律，同时该化合物的峰形和响应也呈现先变差再变好的规律，而在pH 1.6的高氯酸溶液中，该化合物的保留、峰形和响应均最高，出现该现象的原因主要因为：该物质的结构中含有2个羰基，其中左边的羰基的α位上连有-OH（吸电子基团，显弱酸性）（该化合物的羰基活性较强，易受到亲核进攻，易与水、甲醇等亲核试剂发生反应形成可逆的半缩醛/酮产物，反应式如下），同时，该化合物结构中还有一个叔胺（在右边羰基的对位处，碱性基团），故该化合物是一个两性化合物（预测有两个pka）。

（这是一个H质子催化的亲核加成反应）

①、在pH 9.2、9.7、11.0时存在可逆的亲核加成反应，从而主峰的峰形较差且拖尾，当pH由9.2增加到9.7时，该化合物的logD增加，故其保留增加；当pH进一步增加至11.0时，-OH部分电离，故保留减弱；当pH增加至11.5时，-OH完全电离，故保留进一步减少。

②、同时，增加流动相的pH，因活泼羰基不稳定引起的可逆的亲核反应受到抑制故峰形变好，特别是当pH为11.5时，该可逆反应被完全抑制，故主峰峰形较好（拖尾因子1.096）且响应增高。

③、当流动相为pH 1.6的高氯酸溶液时，该化合物叔胺（右边羰基的对位处）带正电荷（完全离子态），而-OH未电离，带正电荷的该化合物与高氯酸根离子形成疏水性更大的离子对，故使得该化合物的保留增强，且是5个pH中保留最强的一个（主要是由于高氯酸根的离液作用，增加了整个化合物的疏水作用）。

答：① 化合物1和2均为中性化合物，其中化合物2中的-OH的数量＞化合物1中-OH的数量，故化合物2的极性＞化合物1；且化合物2的分子量和空间体积＞化合物1。比较ACE 5 C18和ACE 5 C18-300两根色谱柱的TANAKA图，可知ACE 5 C18-300的空间选择性作用（αT/O）强于ACE 5 C18（分别为1.61和1.56），ACE 5 C18-300的氢键作用（αC/P）弱于ACE 5 C18（分别为0.35和0.38），ACE 5 C18-300的疏水作用（αCH2）和ACE 5 C18的基本相当（分别为1.47和1.48）。②右边色谱图中：上面中1和2的分离度没有下图中的好，而1和2之间的差异主要为-OH的个数、疏水作用、形状选择性；而在色谱柱上的保留是综合了这几种作用力的结果，ACE 5 C18的氢键作用强于ACE 5 C18-300、性状选择性弱于ACE 5 C18-300、疏水作用基本相当。

综合考虑，右图下边那个图是ACE 5 C18-300的结果。

答：左图中，实心菱形的中性化合物在两根色谱柱的保留呈现线性（即在两根色谱柱上的保留能力一致），主要是因为其与色谱柱之间的作用力主要为疏水作用，而两根色谱柱的疏水作用（αCH2）基本相当：分别为1.45和1.49；而空心菱形为强碱性化合物，空心方形为脂肪胺，这两个化合物均为碱性化合物，其在pH 2.8的酸性条件均带正电荷呈离子态（带正电荷）且结构式中含有N（可形成氢键），故他们与色谱柱之间的作用力除了疏水作用外，还有离子作用、氢键作用等，谁的离子作用强，他们就更偏向于谁。由右图（TANAKA 柱效测试的数据）可知，Zorbax SB-C18的离子交换作用（αB/P）明显强于Intersil ODS3（分别为0.13和0.01），故这两个碱性化合物在Zorbax SB-C18上的保留更强，所以左图中他们的点偏向于Zorbax SB-C18柱。

答：根据上图中的结构可知，在考察的酸性流动相体系下：化合物1~7均带了正电荷，化合物8和9带了负电荷，同时，根据右侧的pH-logD曲线可知：化合物8和9为典型的酸性化合物（在pH 1~7范围内，随着pH的增加，logD逐渐减小）。7的碱性强于5和6；1、3和4上即有酸性又有碱性基团，是两性化合物；2是碱性化合物。

①、故当采用Proroshell CS-C18（表面带正电荷）色谱柱时，8和9与色谱柱之间除了疏水作用外，还有较强的离子相互作用，故8和9在该柱的保留明显强于其他化合物；化合物7的疏水作用强于1~6，但因表面带正电荷，与CS-C18之间没有离子作用，故化合物7的保留弱于8和9，但强于1~6。化合物1~6在该柱上的保留主要基本疏水作用的大小进行排布，故保留顺序为：1＜2＜3＜4＜5＜6。

②、当采用Poroshell HPH-C18（有机杂化）柱时，该色谱柱的主要作用力为疏水作用，其次是空间位阻、氢键作用和离子交换作用，化合物在该柱上的保留相比于Proroshell CS-C18，就更加复杂一些。但整理而言，还是疏水作用越强的化合物，在该柱上的保留就越强。故8和9的保留最强，7虽然疏水作用弱于8和9，但结构式中有较多的-OH和羰基，还可与色谱柱发生离子交换作用，故7的保留弱于8和9，但强于1~6。

答：① 当采用G1梯度，柱温从25℃增加至45℃时，主峰及大部分杂质的保留增加、峰形变好，但主峰及相邻杂质13、杂质对2和3、8和9、11和12的分离度均变差；当采用G2梯度，柱温从25℃增加至45℃时，主峰及大部分杂质的保留增加、峰形变好，但主峰及相邻杂质13、杂质对2和3、杂质对7/8/9的分离度变差；

② 当柱温均为25℃，由梯度G1变到梯度G2时，主峰的峰形变差，且杂质对2/3、杂质对6/7的分离度变差；当柱温为45℃，由梯度G1变到梯度G2时，主峰的峰形变差，杂质对7/8/9的分离度变差，但杂质对11/12的分离度变好，主峰与杂质13的分离度变好。

③ 所以结果中杂质1在死体积附近出峰，峰形较差；

④ 鉴于升高温度可以改善主峰的峰形、增加方法的灵敏度；减缓剃度可以改善主峰与杂质的分离度，下一步的优化方向：继续升高柱温，比如到50℃或60℃、降低初始有机相比例、减缓剃度，考察各化合物的出峰情况。

答：当应用传统上对非手性小分子进行保留系数与1/T之间的一级多项式拟合，实验和模拟保留时间之间的差异较大 (ΔtR > 9%)，从而导致实测和预测误差大。此时，可考虑：分析不与CSP之间的额外作用点，进行保留系数与1/T之间的二阶多项式拟合因此可进行有机相比例和温度两因素DoE时，实验设计应为三乘三。此时的手性分离模拟和实验之间具有极好的拟合 (ΔtR < 0.1%)，结果如下图：

答：克服Dwell差异的策略有：①假如第二台HPLC的Dwell Volume比较小，可以在第二个系统的方法前加入梯度延时tdelay来补偿，这样做相当于增加了滞留体积。这个梯度延时的差异（单位：分钟）应等于两个系统间滞留时间的差异。（tD=VD/F）② 假如第二个梯度系统的滞留体积比较大，可在方法中加入一个总的梯度延时（这个梯度延时能有效地增加梯度时间值tD直到它的最大值，超过目标实验室仪器的tD）。③ 增加梯度的起始比例耐用性。利用ACD软件进行模拟（目标仪器比方法开发仪器的Dwell Volumn大，可以用起始比例降低来进行模拟，在目标仪器上保留时间会增大。目标仪器比方法开发仪器的Dwell Volumn小，可以用起始比例增高来模拟，目标仪器上保留时间会减小）。选起始比例，应该选耐用性好的平台顶端，而不是选择悬崖一边。④ 找到最佳的一阶梯度后，主动增加等度，并了解此等度的最长可达的时间。然后再到第二台仪器上进行时间的裁剪。⑤ 在仪器中人为增加一小节管线（不推荐）来抵消两边仪器Dwell Volume的差异。⑥ 比较两边仪器Dwell Volume差异的来源，在仪器进样器的参数设置中修改参数设置，使两边的Dwell Volume相当。

答：上图中的Plackett -Burman实验设计方法，主要是利用筛选因子实验设计模型，选择11个因子12次实验的设计表格，如下表。由于本方法考察7个因子，故实验设计表中有4列是虚拟的因子，我们可以随机选择4列作为虚拟考察因子（如C、E、G、K列）。通过上表的实验设计，开展12次实验，即可达到试验的目的，找到最佳的组合。

而如果采用传统的耐用性实验方法，同样是考察7个因素2水平，则需要运行7*2=14次实验才能达到要求。无疑采用Plackett -Burman实验设计更高效更快捷，且得到的结果经过统计学评估，更科学。而不是传统上的评直觉去判断。