ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2011, том 47, № 6, с. 647-651
ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ.
ХРОМАТОГРАФИЯ
УДК 543.544
СОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ АЗОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ В УСЛОВИЯХ ОБРАЩЕННО-ФАЗОВОЙ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
© 2011 г. Р. В. Шафигулин, А. В. Буланова, П. П. Пурыгин, А. В. Константинов, И. А. Сафронова
ГОУВПО "Самарский государственный университет", Минобрнауки РФ, 443011, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1 e-mail: shafiro@mail.ru Поступила в редакцию 20.04.2011 г.
Рассмотрены некоторые физико-химические закономерности сорбции азольных производных бензойной кислоты в условиях ОФ ВЭЖХ. Получены одно- и многопараметрические зависимости фактора удерживания от физико-химических характеристик молекул сорбатов.
ВВЕДЕНИЕ
Большое внимание исследователей к химии азотсодержащих гетероциклических соединений и их производных в течение десятилетий определяется, главным образом, высокой физиологической активностью многих соединений этого ряда. Эти соединения и их производные различного строения представляют собой весьма важный класс органических соединений, характеризующихся широким спектром биологической активности. На их основе создано большое количество лекарственных препаратов, обладающих адреноблокирующим, противо-микробным и другими видами фармакологического действия [1—3]. Для установления количественных зависимостей между хроматографическим удерживанием и параметрами молекул используют подходы регрессионного анализа (Р8ЯЯ), используя соотношения "хроматографическое удерживание — структура соединения" [4—9].
Целью настоящей работы было исследование закономерностей сорбции исследуемых азолов в условиях ОФ ВЭЖХ и влияние на их сорбцию природы и строения заместителей.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Объектами исследования являлись впервые синтезированные азотсодержащие гетероциклические производные бензойной кислоты, содержащие электрофильные и нуклеофильные заместители различного строения.
В таблице 1 представлены их структурные формулы и названия.
Хроматографическое исследование проводили в условиях обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ).
В работе использовали жидкостный хроматограф Милихром-1 со шприцевым насосом с УФ — спек-трофотометрическим детектором с диапазоном длин волн 190—360 нм. Применяли хроматографическую колонку Ultrasep ES 100RP18 (120 х 4 мм), с размером частиц 4 мкм. В качестве элюентов использовали смесь ацетонитрила с водой в различных объемных соотношениях (вода/ацетонитрил, об. % (60/40, 70/30, 75/25, 80/20, 85/15)). При переходе от одного состава подвижной фазы к другому хроматографи-ческую колонку регенерировали. Пробы исследуемых сорбатов готовили растворением кристаллических образцов в подвижной фазе. Объем вводимых проб 1—15 мкл. Скорость подвижной фазы составляла 100 мкл/мин. В качестве несорбирующегося вещества использовали нитрит калия.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
На основании данных хроматографического эксперимента определяли фактор удерживания (к) и величины изменения стандартной дифференциальной мольной энергии Гиббса адсорбции (A aGo
Для расчета физико-химических характеристик молекул сорбатов применяли программу HyperChem Professional 7 в рамках метода РМ3 с полной оптимизацией геометрии молекул. Рассчитаны значения молекулярного объема с учетом ван-дер-вааль-совых расстояний (V), поляризуемости (а), площади поверхности молекул (S), значения дипольных моментов (ц), молекулярной рефракции (RM), логарифма коэффициента распределения в системе н-
октанол-вода (lg P).
Результаты расчета представлены в таблице 2.
При увеличении объемного содержания воды в элюенте сорбция исследуемых сорбатов на октаде-
Таблица 1. Азотсодержащие гетероциклические производные бензойной кислоты
СОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ АЗОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ 649
Таблица 2. Физико-химические характеристики азольных производных бензойной кислоты
№ ц, Б 1§ Р ИВ, А3 а, А3 Иг V, А3 Б, А2
1 4.976 0.95 60.35 23.49 216.24 664.09 413.30
2 3.987 0.95 60.35 23.49 216.24 662.54 417.16
3 3.051 0.75 56.28 21.65 202.21 621.04 395.06
4 2.759 3.14 76.38 29.67 266.30 782.02 473.41
5 3.572 0.75 56.28 21.65 202.21 610.86 385.36
6 4.220 0.75 56.28 21.65 202.21 620.24 392.96
7 4.558 0.99 65.12 25.32 230.27 710.65 454.08
8 4.668 1.27 54.67 20.94 203.20 597.55 378.50
(Нумерация соединений совпадает с нумерацией, приведенной в таблице 1).
цилированном силикагеле усиливается из водно-ацетонитрильного раствора. Этот факт полностью согласуется с сольвофобной теорией жидкостной хроматографии.
Установлено, что производные имидазолов элю-ируются из колонки быстрее производных триазо-лов (табл. 3).
Очевидно, что с увеличением числа атомов азота в молекуле сорбата, приводящему к повышению электронной плотности в азольном кольце, усиливаются дисперсионные взаимодействия с неполярным сорбентом. Производные бензимидазола элю-ируются из колонки медленнее производных ими-дазолов. Это, по-видимому, связано с тем, что молекула бензимидазола содержит бя-электрон-ную систему, что обусловливает усиление дисперси-
онных взаимодействий с октадецильными группами неподвижной фазы.
Кроме природы заместителей на хроматографи-ческое удерживание, а следовательно и сорбцию, сильно влияет расположение заместителей в молекуле сорбата (о-, м- и п-изомеры). Установлено, что сорбаты несимметричного строения элюируются медленнее из колонки, чем симметричные соединения (табл. 4). Очевидно, это связано с образованием внутримолекулярных водородных связей в молекулах несимметричного строения, что приводит к уменьшению специфических взаимодействий этих сорбатов с компонентами подвижной фазы, вследствие чего им энергетически выгоднее сорбироваться на неполярной поверхности сорбента.
На основании значений факторов удерживания рассчитаны величины изменения стандартной
Таблица 3. Значения факторов удерживания Таблица 4. Значения факторов удерживания структур-(п. ф. ЛС^ШО (15/85) об. %) ных изомеров
Структура к
ОН 0.409
^^ С Н2
ОН 3.427
оЛГ^У^
1Л-Ч} Н2 \=/
О [I 5.108
Сх О,ч Н2
Структура к
ОН 1 0.261
Н2
°Н Н2 0.500
О^/ОН 0.468
(ГО
Таблица 5. Изменение стандартной дифференциальной мольной энергии Гиббса адсорбции азольных производных бензойной кислоты
№
—А аО , Дж/моль
Подвижные фазы (вода/ацетонитрил)
60/40 70/30 75/25 80/20 85/15
1 1153 1309 1519 1926 3073
2 730 897 1179 1514 2129
3 498 766 999 1199 1550
4 1817 2211 3206 4001 6239
5 668 959 1214 1546 2327
6 902 1101 1451 1875 2429
7 1505 2059 2737 3037 4023
8 2222 2785 3706 4756 7161
Таблица 6. Значения параметров корреляционных уравнений азольных производных бензойной кислоты, коэффициенты корреляции (г) и стандартные отклонения^)
Н2О/ ЛС^85/15) X Y а Ь г 5
Р 0.369 —0.596 0.867 0.202
Мг 0.015 —3.461 0.941 0.137
МК к 0.048 —3.113 0.943 0.135
а 0.119 —3.019 0.942 0.137
V 0.006 —3.914 0.932 0.147
Б 0.010 —4.357 0.898 0.179
Корреляционное уравнение
1Б к = -5.106 + 0.244ц + 0.0731§Р + 0.563МК - 1.289а
1Б к = -2.892 + 0.142ц + 0.189^ + 0.032МК
элюенте содержания воды увеличивается и сорбция исследуемых соединений.
В работе проанализированы корреляционные зависимости типа у = а + Ьх (где х — физико-химические характеристики молекул сорбатов; а, Ь — коэффициенты, у — параметр удерживания). В качестве параметра удерживания использовали логарифм фактора удерживания (1§ к). Ниже приведены параметры корреляционных уравнений для подвижной фазы, содержащей 15% ацетонит-рила (этот состав подвижной фазы обеспечивает наиболее полное разделение исследуемых веществ), в которых использовали только один из физико-химических параметров молекул (поляризуемость (а), дипольный момент (ц), объем (V), молекулярная
рефракция (МК), фактор гидрофобности (1§ Р) и др.) (табл. 6)
Коэффициенты корреляции полученных зависимостей достаточно высокие, что позволяет использовать их для прогнозирования хроматографи-ческого удерживания исследуемых и близких по строению азольных производных бензойной кислоты в условиях ОФ ВЭЖХ.
Для получения зависимостей, наиболее полно описывающих взаимосвязь величин удерживания с физико-химическими параметрами, находили многопараметрические корреляционные уравнения. Рассматривали все возможные многопараметрические уравнения вида:
У = а о +
I
а,Х:
дифференциальной мольной энергии Гиббса адсорбции гетероциклических азотсодержащих производных бензойной кислоты (табл. 5).
Изменения стандартной дифференциальной мольной энергии Гиббса для всех азотсодержащих гетероциклических производных бензойной кислоты отрицательные, что говорит о смещении равновесия в сторону процесса сорбции. С увеличением в
Таблица 7. Многопараметрические уравнения для исследуемых азотсодержащих гетероциклических производных бензойной кислоты
г=1
где у — фактор удерживания, а0 — коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов, х I — физико-химические характеристики сорбатов.
В табл. 7 приведены некоторые полученные многопараметрические уравнения с коэффициентами корреляции, равными 1.
Таким образом, исследования показали, что с увеличением числа параметров в многопараметрическом уравнении коэффициент корреляции, как правило, увеличивается. Для описания хроматогра-фического удерживания с помощью многопараметрических уравнений исследуемых азотсодержащих гетероциклических производных бензойной кислоты важными физико-химическими параметрами являются поляризуемость, дипольный момент, молекулярная рефракция и фактор гидрофобности.
На основании полученных многопараметрических уравнений рассчитали значения факторов удерживания для исследуемых сорбатов и сравнили их с экспериментально полученными. На рис. 1 приведена зависимость между этими величинами. Эта зависимость иллюстрируют хорошее совпадение теоретических и экспериментальных значений фактора удерживания, что позволяет прогнозиро-
СОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ АЗОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ
651
ад
lg k 0.6 0.4 0.2
0
-5.106 + 0.244ц + 0.073lgP + 0.563MR - 1.289а r = 0.99
0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6
lg kcal
Зависи
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.