научная статья по теме СОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ ИЗАТИНОВ НА РАЗЛИЧНЫХ СОРБЕНТАХ В УСЛОВИЯХ ОФ ВЭЖХ Химия

Текст научной статьи на тему «СОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ ИЗАТИНОВ НА РАЗЛИЧНЫХ СОРБЕНТАХ В УСЛОВИЯХ ОФ ВЭЖХ»

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2013, том 87, № 6, с. 1049-1052

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ. ХРОМАТОГРАФИЯ

УДК 541.183

СОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ ИЗАТИНОВ НА РАЗЛИЧНЫХ СОРБЕНТАХ В УСЛОВИЯХ ОФ ВЭЖХ

© 2013 г. А. В. Константинов*, Р. В. Шафигулин*, М. М. Ильин**, В. А. Даванков**,

А. В. Буланова*, П.П. Пурыгин*

*Самарский государственный университет **Российская академия наук, Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова, Москва

E-mail: shafiro@mail.ru Поступила в редакцию 06.04.2012 г.

Представлены результаты хроматографического анализа биологически активных производных изатина на сверхсшитом полистироле (ССПС) и силикагеле, модифицированном октадецильными группами (SilCi8). Рассчитаны константы распределения сорбатов между подвижной фазой и исследуемыми сорбентами (Kx) и изменения стандартных дифференциальных мольных энергий Гибб-

са адсорбции (AaG°), а также проведен анализ зависимостей "хроматографическое удерживание — физико-химическое свойство сорбата". Отмечено, что уравнения, описывающие эти зависимости, обладают высокой прогнозирующей способностью значений факторов удерживания исследуемых сорбатов.

Ключевые слова: Сверхсшитый полистирол, изатины, сорбция из жидких растворов, корреляционные зависимости "хроматографическое удерживание — физико-химическое свойство сорбата".

Б01: 10.7868/80044453713060150

Хроматография вообще и жидкостная, в частности, широко используется для изучения свойств, межмолекулярных взаимодействий в поверхностных слоях сорбентов, установления связи между параметрами хроматографического удерживания и физико-химическими характеристиками сорбатов [1—4].

Сверхсшитый полистирол (ССПС) впервые синтезирован в 1969 году [5]. В литературе имеются сведения об исследовании его сорбционных свойств [6—8]. В настоящее время ССПС сорбенты широко используются как во многих промышленных адсорбционных процессах, так и в аналитической химии и в хроматографии.

Целью настоящего исследования являлось сравнение сорбционных свойств ССПС и сили-кагеля, модифицированного октадецильными группами (8ИС18), методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ).

Выбор сорбатов для исследования обусловлен тем, что азотсодержащие гетероциклические соединения и их производные обладают высокой физиологической активностью. На их основе создано большое количество лекарственных препаратов, обладающих гипотензивными, адренобло-кирующими, противомикробными и другими видами фармакологического действия.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В настоящей работе объектами исследования являлись производные изатина, структурные формулы которых представлены в табл. 1. Структура и чистота соединений подтверждены ИК- и ЯМР-методами.

Хроматографичесий эксперимент выполнен на жидкостном хроматографе "ЦветЯуза" (НПО-Химавтоматика, Россия), укомплектованном насосом "Аквилон-Стайер", УФ-спектрофотомет-рическим детектором ЯУЗА-4Ф с диапазоном длин волн 220-284 нм. Хроматографирование проводили в изократическом режиме с регистрацией при длине волны 254 нм. Использовали две хроматографические колонки: с ССПС ("РигоШе", 15 см х 4.6 мм) и с ВПС18 ("2огЪах", 15 см х 4.6 мм). Для обработки результатов эксперимента применяли программу "^1аЪ". В качестве подвижных фаз применяли водно-ацетонитрильные смеси в различных соотношениях. Скорость подвижной фазы составляла 500 мкл/мин. Пробы исследуемых сорбатов готовили растворением кристаллических образцов в ацетонитриле.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

На основании результатов хроматографиче-ского эксперимента рассчитывали факторы удер-

1050

КОНСТАНТИНОВ и др.

Таблица 1. Структурные формулы исследованных соединений

Сорбат

Формула

F

N O H

CH3O^ ^ ^O

H3C

NO H

O

NO H

Cl

N Ю H

Таблица 2. Электронные и структурные параметры исследуемых сорбатов

Сорбат lg P а, А3 D S, А2 V, А3

1 0.44 14.76 3.76 247.00 450.91

2 0.30 14.85 4.62 240.03 443.32

3 0.05 17.33 4.75 291.33 513.09

4 0.77 16.69 4.81 282.48 495.21

5 1.68 20.45 4.92 328.35 576.53

6 1.68 20.45 3.97 335.35 580.12

Сорбат SilCX8

MeCN/H2O, об. % MeCN/H2O, об. %

60/40 50/50 40/60 60/40 50/50 40/60

1 2.20 2.54 3.65 1.41 1.71 2.07

2 2.77 3.51 4.71 1.45 1.76 2.09

3 3.22 4.19 6.70 1.47 1.81 2.36

4 3.57 4.96 8.13 1.68 2.08 2.55

5 7.50 12.06 24.08 2.12 3.12 5.34

6 9.96 15.49 34.58 2.43 3.61 6.76

живания (к). В качестве несорбируемого вещества использовали нитрит натрия. Константу распределения сорбатов между объемным раствором и поверхностным слоем (Кх) рассчитывали по формуле:

Kx = 1 + kVM, x V

' л

(2)

где к — фактор удерживания сорбата, Ум и Уа — объемы, занимаемые подвижной фазой и сорбентом в колонке соответственно.

Величину изменения стандартной дифференциальной мольной энергии Гиббса рассчитывали по формуле

А a G° = -RT ln Kx.

(3)

Примечание. Здесь и далее номера сорбатов соответствуют номерам соединений в табл. 1.

Таблица 3. Константы распределения (Kx) изатинов на исследуемых сорбентах

Квантово-химические расчеты осуществляли с использованием программы HyperChem 7 Professional в рамках метода PM3 с полной оптимизацией геометрии молекул. Результаты расчета логарифма константы распределения в системе окта-

нол/вода (lg P), поляризуемости (а), дипольного момента (ц), площади поверхности (S) и объема молекулы (V) представлены в табл. 2. Значения констант распределения (Kx) изатинов на исследованных сорбентах представлены в табл. 3.

Анализируя табл. 3, можно видеть, что для сорбентов SilC18 и ССПС с увеличением объемной доли воды в элюенте увеличиваются значения факторов удерживания изучаемых сорбатов, что согласуется с сольвофобной теорией в ОФ жидкостной хроматографии. Установлено, что при сорбции на ССПС значения Kx больше, чем на SilC18. Это связано, по-видимому, с дополнительным вкладом в хроматографическое удерживание я—я-взаимодействий ароматических и других фрагментов изатинов, содержащих неспаренные электроны с электронной системой ароматической трехмерной сетки ССПС.

На рис. 1 представлена корреляционная зависимость между константами распределения Kx исследуемых изатинов на ССПС и SilC18. Полученная линейная зависимость характеризуется высоким коэффициентом детерминированности (Л2), что указывает на близость механизмов хромато-графического удерживания изатинов на ССПС и на SilC18, которое определяется преобладанием неспецифических (дисперсионных) взаимодействий сорбатов с неполярными поверхностями изучаемых сорбентов в данной высокополярной подвижной фазе.

На основании значений констант распределения рассчитаны величины изменения стандартных дифференциальных мольных энергий Гиббса адсорбции, значения которых представлены в табл. 4.

1

3

4

5

6

СОРБЦИЯ НЕКОТОРЫХ ИЗАТИНОВ

1051

Значения стандартных дифференциальных мольных энергий Гиббса при переходе сорбата из объемного раствора в поверхностный слой для всех исследуемых изатинов меньше нуля, что свидетельствует о смещении межфазного равновесия в сторону процесса сорбции. Абсолютные значения А а0 ° на ССПС, выше, чем на ВИС18, что, по-видимому, связано с существенно большей величиной гидрофобной поверхности полимерного сорбента.

Для сравнения сорбционных свойств исследуемых сорбентов целесообразно рассмотреть модели удерживания на основе корреляционных зависимостей "хроматографическое удерживание — физико-химическое свойство сорбата" [1—4]. Анализ таких моделей позволяет дать качественную оценку влияния природы сорбента на хрома-тографическое удерживание сорбатов. На рис. 2 представлены зависимости логарифмов факторов удерживания от значений поляризуемости большинства изученных молекул изатинов.

Уравнения, описывающие зависимости 1§ к — /(а), характеризуются высокими коэффициентами детерминированности. Значительно хуже ложатся на эти прямые данные для метоксиизатина. Очевидно, присутствие в структуре молекулы изатина метоксигруппы уменьшает гидрофоб-ность соединения в целом и увеличивает его взаимодействие с компонентами полярной ПФ, при этом дисперсионное взаимодействие с гидрофобной поверхностью сорбентов уменьшается. Таким образом, хорошая корреляционная зависимость наблюдается для сорбатов с фактором гид-

рофобности 1§Р > 0.3.

Таблица 4. Изменения стандартных дифференциальных мольных энергий Гиббса (-Да0°, кДж/моль) на ССПС и 8ПС18

(MeCN/H2O, ССПС (МеС^Н2О,

Сорбат об. %) об. %)

60/40 50/50 40/40 60/40 50/50 40/60

1 0.9 1.3 1.8 1.9 2.3 3.2

2 0.9 1.4 1.8 2.5 3.1 3.8

3 1.0 1.5 2.1 2.9 3.5 4.7

4 1.3 1.8 2.3 3.2 4.0 5.2

5 1.9 2.8 4.1 5.0 6.2 7.9

6 2.2 3.2 4.7 5.7 6.8 8.8

Таблица 5. Регрессионные уравнения зависимостей фактора удерживания некоторых изатинов на ССПС и 8ПС18 и их физико-химических свойств (Vи

Уравнение

К2

811С18 1Б к = 0.0038 V - 1.7379 1Б к = 0.0057^ - 1.4185

ССПС 1Б к = 0.0061 V - 203311 ^ к = 0.0091^ - 1.8234

0.981 0.976

0.946 0.940

Высокими коэффициентами детерминированности характеризуются также зависимости между факторами удерживания исследуемых изатинов и объемами и площадями поверхности их молекул. В табл. 5 приведены регрессионные уравнения этих зависимостей для следующих ис-

К

X, ССПС

30

20

10

4

1

2

Кх

X, 8ИС18

Рис. 1. Зависимость констант распределения изатинов между сорбентом и объемной фазой в системах ССПС-ацетонитрил-вода и 811С18-ацетонитрил-во-да (состав подвижной фазы МеС^ЩО: 40/60 об. %);

К2

0.9959; 1-6 - сорбаты 1-6 соответственно.

^15

17

ССПС•6 • 5

19

а, А3

Рис. 2. Зависимости логарифма фактора удерживания от величины поляризуемости молекул изатинов

(МеС^Н2О 40 : 60, об. %); ^к = 0.1673а-1.8679, К2 = 0.975 (ССПС); ^к = 0.1194я-1.6322, К2 = 0.977 (8!1С18>.

5

0

4

6

1052

КОНСТАНТИНОВ и др.

Рис. 3. Зависимости между расчетными и экспериментальными значениями факторов удерживания (МеС^Н20 40 : 60, об. %); R2 = 0.9832 (8ИС18), 0.9605 (ССПС).

следуемых сорбатов: изатина, 7-фторизатина, 5-метилизатина, 5-этил-4-хлоризатина и 5-этил-6-хлоризатина.

На рис. 3 представлены зависимости между экспериментально полученными значениями факторов удерживания и рассчитанными по уравнениям, связывающим факторы удерживания с поляризуе

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.

Показать целиком