ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОМ ХИМИИ, 2009, том 83, № 4, с. 643-648
МАТЕРИАЛЫ ВСЕРОССИЙСКОГО СИМПОЗИУМА "ХРОМАТОГРАФИЯ И ХРОМАТО-МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ"
УДК 543.544.42
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ И ТЕРМОДИНАМИКА АДСОРБЦИИ ЭНАНТИОМЕРОВ ПРОФЕНОВ НА СИЛИКАГЕЛЕ С ПРИВИТЫМ АНТИБИОТИКОМ ЭРЕМОМИЦИНОМ
© 2009 г. Е. Н. Решетова, Л. Д. Аснин
Российская академия наук, Уральское отделение, Институт технической химии, Пермь
E-mail: asninld@mail.ru
Исследованы закономерности хроматографнческого удерживания и термодинамика адсорбции некоторых производных 2-арилпропановой кислоты на хиральной неподвижной фазе с привитым антибиотиком эремомицином в условиях жидкостной хроматографии с водно-этанольными подвижными фазами. Выявлены зависимости характеристик удерживания и селективности от рН элюента. Продемонстрировано отличие механизма адсорбции кислот, содержащих одно и два бензольных кольца в структуре. Обсуждаются особенности проявления компенсационного эффекта в данных системах.
Хиральные неподвижные фазы (ХНФ) с привитыми макроциклическими гликопептидными антибиотиками являются относительно новым объектом исследований в хиральной хроматографии. Впервые предложенные Армстронгом в 1994 г. [1], они привлекли значительное внимание благодаря широкому спектру применений и совместимости как с полярными, так и с неполярными подвижными фазами [2]. Структура макроциклических антибиотиков содержит функциональные группы различной природы: ионогенные основные и кислотные группы, ароматические фрагменты, неионогенные про-
тонодонорные и протоноакцепторные центры. Такие селекторы способны к одновременному образованию нескольких типов связей с селектандом, что и объясняет их высокую энантиоселектив-ность по отношению к различным классам хи-ральных соединений [1-3].
Наиболее изучены ХНФ с тейкопланином [24], ванкомицином [1, 2, 5] и ристоцитином А [2]. Недавно было предложено использовать в качестве хирального селектора макроциклический антибиотик эремомицин [6-8]
Соответствующая ХНФ, полученная кова-лентным присоединением молекулы эремомици-на к поверхности силикагеля (В1а$рИег-СЫга1$е1-Е), показала хорошую разделяющую способность по
отношению к энантиомерам аминокислот [6, 8]. Другие классы соединений подробно исследованы не были. В то же время известно, что макро-циклические антибиотики способны разделять
энантиомеры 2-арилпропановых кислот (профе-нов) [2], общей чертой которых является наличие карбоксильной группы и объемного ароматического заместителя у хирального центра. Закономерности удерживания и механизм энантиораспо-знавания в этом случае могут отличаться от тако-
вых для аминокислот. В этой связи целесообразно провести систематическое изучение хроматогра-фического поведения и термодинамики адсорбции профенов на указанной ХНФ. В качестве тестовых адсорбатов выбраны ибупрофен (I), флюрбипро-фен (II), напроксен (III) и кетопрофен (IV)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Работа выполнена на хроматографе Agilent 1100, оснащенном прецизионным насосом, диод-но-матричным детектором, автоматическим дозатором и термостатом колонок, обеспечивающем постоянство температуры в диапазоне ±0.2 К. Хро-матографическая колонка (250 х 4 мм) была заполнена адсорбентом Diaspher-Chirasel-E (ЗАО "Био-ХимМак СТ", Москва) с размером частиц 7 мкм. Расход подвижной фазы - 0.8 мл/мин. Измерения осуществляли при температуре 15, 22, 30 и 40°C. Хроматограммы кетопрофена, флюрбипрофена и напроксена записывали на длине волны 254 нм, а ибупрофена - 230 нм. Объем пробы составлял 2 мкл, концентрация ибупрофена - 0.108 мг/мл, остальных профенов - 0.042 мг/мл. Каждое измерение повторяли три раза. Мертвое время определяли по NaNO2.
Подвижной фазой служила смесь водного 0.1 М раствора ацетата аммония, рН которого доводили до требуемого значения уксусной кислотой, с этанолом в соотношении 40:60. Для приготовления подвижной фазы использовали ацетат аммония и уксусную кислоту квалификации "х.ч.", бидистил-лированную воду и ректификованный этанол (96%, "высш. оч."). После смешения водного буферного раствора с этанолом рН смеси измеряли на рН-метре 0Р-208/1 (Radelkis, Венгрия), отка-либрованном по водным стандартам. Полученное таким образом значение рН не связано прямо с активностью ионов водорода в растворе [9] и далее будет обозначаться рНа.
В работе использовали энантиомеры флюрби-профена и напроксена, рацемический кетопрофен
и ¿'-кетопрофен фирмы Sigma-Aldrich и рацемический ибупрофен фирмы "Акрихин"; ^-кетопрофен и индивидуальные энантиомеры ибупрофена получали хроматографическим разделением рацемических смесей на той же колонке. Идентификацию энантиомеров ибупрофена осуществляли с помощью поляриметра Perkin Elmer 341 (Германия).
Термодинамические характеристики адсорбции из раствора - стандартную энтальпию АИ° и энтропию AS° - определяли по уравнению Вант-Гоффа, пользуясь линейной зависимостью между логарифмом фактора удерживания k и обратной температурой, которая наблюдалась для всех исследуемых систем; коэффициент корреляции (г) в случае ибупрофена был не менее 0.995, для остальных профенов - не менее 0.999.
Расчет геометрии молекул осуществляли полуэмпирическим методом АМ1 для условий газовой фазы с помощью программного пакета Hy-perChem 6.03 (Hypercube Inc.).
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Общие закономерности удерживания и селективности. Удерживание оптически активных веществ на хиральных адсорбентах определяется комбинацией двух типов взаимодействий: энан-тиоселективных и неселективных. Разделение этих вкладов с помощью методов линейной хроматографии невозможно [10], однако некоторые выводы могут быть сделаны на основе сравнения хроматографических характеристик в ряду родственных соединений.
Порядок выхода из колонки ^-изомеров профе-нов, элюируемых первыми: I < II = III < IV (рис. 1а). Этот ряд нарушается для сильнее удерживаемых энантиомеров: при всех значениях рНа дольше всех выходит ^-флюрбипрофен. Следовательно, вклад селективных взаимодействий в удерживание ^-изомеров значителен. Действительно, разность (к'К - к'з), которая отражает отличия в удерживании энантиомеров за счет селективного связывания, составляет 19-34% от величины к'К и слабо зависит от рНа.
Более высокие коэффициенты селективности (а) для напроксена и флюрбипрофена по сравнению с кетопрофеном (рис. 16) обусловлены особенностями строения ароматического фрагмента. У первых двух соединений бензольные кольца находятся на одной оси (у флюрбипрофена они повернуты друг относительно друга на 21 град), а у ке-топрофена - на разных осях (угол С3-СО-С1' составляет 117 град). По-видимому, такая конфигурация менее благоприятна для проявления стереоселективных взаимодействий. Сравнивая на-проксен и флюрбипрофен, следует обратить внимание на наличие атомао Б в молекуле последнего. Длина связи С-Б (1.39 А) больше, чем у симметрично расположенной связи С2'-Н (1.08 А). Таким образом, эта связь может выполнять роль тонкого регулятора стерических взаимодействий. Метокси-группа напроксена в этой роли менее эффективна, поскольку находится дальше от хи-рального центра.
Влияние рН. Изменение кислотности подвижной фазы будет оказывать двоякое действие на удерживание профенов. Увеличение доли уксусной кислоты означает повышение элюирующей способности растворителя. С другой стороны, с понижением рНа увеличивается доля протониро-ванных аминогрупп молекулы антибиотика и, соответственно, его способность к сильным ион-ионным взаимодействиям с анионами профено-вых кислот.
Участие адсорбата в ионообменных процессах определяется его ионным состоянием. Профены -органические кислоты по силе сравнимые с уксусной кислотой (рКа = 4.76), их показатели кислотности рКа в водной среде равны 4.52 (I), 4.35 (II), 4.57 (III) и 4.36 (IV) [11]. Эти показатели изменятся в водно-органической среде. Хотя сведения о вод-но-этанольных растворах отсутствуют, на основании данных для других водно-спиртовых смесей [11, 12] можно предположить, что значения рКа увеличатся на ~1.5-2 ед. Таким образом, при наименьшей исследованной рНа 4.63, профены будут находиться преимущественно в молекулярной форме, а при рНа 5.68 доля ионизированных молекул может оказаться значительной.
к'
2.0-
1.2-
0.4-
а 1.5
1.4
1.3
1.2
(а)
■ □ I
А Л II
• О III
♦ О IV
(б)
■ I
А II
• III
♦ IV
4.8
5.2
5.6
РНа
Рис. 1. Зависимости удерживания оптических изомеров к'<, (темные символы) и к'К (светлые символы) (а)
и энантиоселективности разделения а (б) от значения рНа элюента при 22°С. Профены обозначены римскими цифрами. Обозначения см. текст.
Экспериментальные данные (рис. 1) показывают, что с понижением рНа элюента удерживание профенов монотонно уменьшается. Также наблюдается незначительное снижение селективности (кроме ибупрофена). Монотонность в изменении характеристик адсорбции с рНа нарушается, когда мы переходим к рассмотрению термодинамических величин. Как видно из данных табл. 1 зависимости теплоты адсорбции (-АН°) от кислотности подвижной фазы для и ^-изомеров напроксена и кетопрофена и 5-флюрбипрофена имеют минимум. Появление чашеобразной зависимости - явное свидетельство наличия двух противоположно действующих факторов. Когда доля СН3СООН в элюенте возрастает, увеличивается конкурирующая способность растворителя за взаимодействие с адсорбционными центрами, соответствующий вклад ведет к снижению |АН°|. Этот эффект действует одновременно с возрастанием адсорбционной активности привитых частиц в связи с прото-нированием аминогрупп, но его влияние для ад-сорбатов показывающих чашеобразную кривую превалирует при рНа > 5.25.
Таблица 1. Термодинамические характеристики адсорбции профеиов при различных значениях рНа
Соединение РНа -AH°, Дж/моль -TAS°, Дж/моль ААН°, Дж/моль TAAS°, Дж/моль
S R S R
Ибупрофен 4.63 - - - - - -
5.25 9080 9900 8680 8690 -820 10
5.68 8880 9800 6870 7020 -910 -150
Флюрбипрофен 4.63 10980 11500 9420 8970 -510 450
5.25 10230 11860 6690 7330 -1630 -640
5.68 10910 12670 6250 7000 -1760 -750
Напроксен 4.63 12030 11700 10430 9520 330 910
5.25 10800 11340 7370 7220 -540 140
5.68 11270 11930 6610 6540 -650 70
Кетопрофен 4.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.