Généralités

L’essor de la chromatographie chirale lié à l’évolution des phases stationnaires chirales repose sur « les travaux de recherche de grands groupes tels que ceux de Davankov,

Pirkle, Okamoto, Blaschke, Allenmark, Hermansson, Amstrong, Gasparrini, Francotte et Lindner » [86]. Le premier exemple de séparation chirale en pSFC (pour packed column SFC ou SFC sur colonne remplie) a été réalisé en 1985 par l’équipe de Caude et Rosset sur une

phase stationnaire chirale (PSC) de type Pirkle. Aujourd’hui, environ 1780 phases

stationnaires chirales sont décrites dans la littérature (http://chirbase.u-

3mrs.fr/ChirBase_overview.html), dont environ 200 sont commercialisées.

Les PSC peuvent être regroupées en deux catégories en fonction de la structure du sélecteur chiral et de la manière dont le complexe diastéréomérique est formé entre l’énantiomère et le sélecteur chiral :

x PSC indépendantes, i.e. type Pirkle, acide aminé, échange de ligands, cyclodextrines,

éthers couronnes correspondent à de petites molécules optiquement actives greffées

sur un support de silice ou un gel de polymère. Par exemple, la quinine et la quinidine sont des alcaloïdes naturels présents dans l’écorce de la cinchona, arbuste d’Amérique du Sud. La quinine est utilisée principalement dans le cadre du traitement du paludisme. Ces entités peuvent être immobilisées sur un gel de silice via un groupement carbamate. Les PSC Chiralpak® QN-AX et Chiralpak® QD-AX (figure 1.15), développés par l’équipe de Lindner, sont des échangeurs d’anions faibles, spécialement conçus pour la séparation de composés chiraux acides [87].

Figure 1.15 : Structure du sélecteur O-9-tert-butylcarbamate de quinine et quinidine Chiralpak QN-AX (8S, 9R) et Chiralpak QD-AX (8R, 9S), commercialisés par Daicel.

x PSC coopératives i.e. polymères (naturels et dérivés synthétiques) et les

macromolécules d’origine naturelles sont hétérogènes et permettent généralement

de résoudre une plus grande diversité de racémiques.

Cependant, la problématique réside dans le choix de LA colonne pour une molécule donnée. Usuellement, l’identification du sélecteur chiral approprié pour une paire d’énantiomères donnée requiert un nombre considérable d’expériences. Chaque couple de PSC et phase mobile (PM) sont testées individuellement. Ce screening correspond à un filtre permettant de déterminer rapidement la combinaison PSC/PM qui procure un point de départ satisfaisant, permettant de futures optimisations. Bien que ce soit une démarche simple, elle n’est scientifiquement et intellectuellement pas satisfaisante. Implémenter de nouvelles technologies dans le processus de sélection du système chromatographique permet de le décharger et de l’accélérer.

L’équipe de Christian Roussel a réalisé un travail de fourmis en collectant des informations structurales, chromatographiques et bibliographiques sur plus de 190 000 séparations chirales (dont 12 000 en 2013) en HPLC, SFC, GC, SMB…sous la forme d’une base de données CHIRBASE (http://chirbase.u-3mrs.fr/ChirBase_overview.html).

Certaines compagnies, telles que Phenomenex et Chiral Technologies

(http://www.chiral.fr/products_method_development_service.asp), offrent à leurs clients des prestations de développement de méthodes chirales et mettent à leur disposition des notes d’applications.

Wang et ses collaborateurs ont proposé le couplage de trois PSC différentes de type macrocyclique glycopeptide connectées en série. Elles sont testées comme une seule et même colonne en utilisant des phases mobiles différentes. Bien que rapide, cette approche ne permet pas d’identifier la PSC responsable de la discrimination chirale. Un processus de déconvolution doit être réalisé avec une phase mobile donnée, ce qui rend l’approche difficile à automatiser [88].

Le screening de plusieurs colonnes en parallèle a été reporté dans la littérature. Le système Multiplex LC/UV/MS (MUX) de Waters permet l’analyse en parallèle sur 4 PSC

[89] et le système SFC Sepmatix de Sepiatec GmbH

(http://www.sepiatec.com/products/sfc/sepmatix-8x-screening-sfc/) permet un screening en parallèle sur 8 PSC. Une stratégie pour le screening de cinq PSC en parallèle avec une double détection UV et dichroïsme circulaire a été développée par l’équipe de Zhang. Elle permet un

gain de temps considérable : alors que le screening de 5 colonnes et 5 phases mobiles nécessitait 10h, le screening de colonnes en parallèle est réalisé en seulement 2h. De plus, le dichroïsme circulaire permet de suivre le signe de la chiralité et l’ordre d’élution des énantiomères [89].

La même équipe a proposé une variante de la démarche SMB avec la SMC (Simulated Moving Column). La SMC permet d’améliorer la séparation d’une paire d’énantiomères en allongeant virtuellement la longueur de la PSC. Coupler cette démarche avec les caractéristiques intrinsèques de la SFC (diffusivité et viscosité) permet de multiplier la longueur effective de la colonne d’un facteur 20 et améliorer la résolution chirale d’un facteur 5 tout en minimisant les phénomènes de diffusion [90].

La plupart des PSC développées initialement en LC sont employées en SFC. De nouvelles PSC sont en plus développées pour une utilisation spécifique en SFC. Face à l’introduction en continu de nouvelles PSC et de la complexité du mécanisme de reconnaissance chiral, de nombreuses équipes ont travaillé sur le développement d’un screening optimisé, basé sur des librairies de racémiques, pour évaluer l’énantiosélectivité des PSC [91,92].

Bien que les auteurs se basent sur des sets de composés représentatifs du marché pharmaceutique actuel (majorité de composés basiques [93]), le jeu de PSC est très librairie- dépendant. Par exemple, les PSC Chiralcel et Chiralpak de Daicel ont été comparées sur un set de 500 composés en SFC. Il en résulte un taux de succès de plus de 95% avec le classement suivant Chiralpak AD 60% > Chiralcel OD 31% > Chiralcel OJ 8% > Chiralpak AS 2% [94]. Ce n’est pas en accord avec un autre classement basé sur un autre jeu de composés AD > AS > OJ > OD [95].

De plus, de petites modifications structurales de l’analyte [89] et/ou le mode chromatographique peuvent avoir une influence significative sur les capacités énantiosélectives des PSC. Pour augmenter la probabilité de séparation énantiosélective, différents modes chromatographiques peuvent être testés. Wang et al. ont exploré la séparation du Nutlin-3 en SFC, en NPLC, RPLC et PO. La méthode développée sur Chiralcel OD en SFC a montré de meilleures performances en termes de sélectivité et d’efficacité [96].

La suite de la présentation portera sur la description des PSC les plus utilisées dans les développements de méthode chirale en SFC, à savoir les PSC de type Pirkle, Polysaccharide et macrocycles.