научная статья по теме ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МОДИФИКАТОРА ВОДНО-ЭТАНОЛЬНОЙ ПОДВИЖНОЙ ФАЗЫ НА ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ УДЕРЖИВАНИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЦИИ ЭНАНТИОМЕРОВ -ФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ НА СИЛИКАГЕЛЕ С ПРИВИТЫМ АНТИБИОТИКОМ ЭРЕМОМИЦИНОМ Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МОДИФИКАТОРА ВОДНО-ЭТАНОЛЬНОЙ ПОДВИЖНОЙ ФАЗЫ НА ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ УДЕРЖИВАНИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЦИИ ЭНАНТИОМЕРОВ -ФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ НА СИЛИКАГЕЛЕ С ПРИВИТЫМ АНТИБИОТИКОМ ЭРЕМОМИЦИНОМ»

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2014, том 88, № 10, с. 1593-1599

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ. ХРОМАТОГРАФИЯ

УДК 543.544

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МОДИФИКАТОРА ВОДНО-ЭТАНОЛЬНОЙ ПОДВИЖНОЙ ФАЗЫ НА ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ УДЕРЖИВАНИЕ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЦИИ ЭНАНТИОМЕРОВ а-ФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ НА СИЛИКАГЕЛЕ С ПРИВИТЫМ АНТИБИОТИКОМ ЭРЕМОМИЦИНОМ

© 2014 г. А. С. Блинов, Е. Н. Решетова

Российская академия наук, Уральское отделение, Институт технической химии, Пермь

E-mail: lenire@yandex.ru Поступила в редакцию 08.11.2013 г.

Исследованы закономерности хроматографического удерживания и термодинамика адсорбции энантиомеров а-фенилкарбоновых кислот на хиральной неподвижной фазе с привитым макроцик-лическим антибиотиком эремомицином в условиях обращенно-фазной жидкостной хроматографии с водно-этанольными подвижными фазами. Выявлены зависимости характеристик удерживания кислот и энантиоселективности их разделения от концентрации органического модификатора в подвижной фазе. Показано, что пространственное строение заместителей у хирального атома кислот влияет на механизм удерживания. Обсуждается явление компенсационного эффекта в изучаемых системах.

Ключевые слова: хиральная хроматография, энантиомеры, а-фенилкарбоновые кислоты, эремоми-цин.

DOI: 10.7868/S0044453714100069

По мере развития экспериментальной и клинической фармакологии накоплены данные о различной роли Я- и 8-энантиомеров многих используемых в практике соединений-рацематов в реализации их полезных и нежелательных эффектов. Например, противовоспалительная активность производных 2-арилпропионовой кислоты (про-фенов) связана с 8-конфигурацией хирального центра; Я-энантиомеры в некоторых случаях оказывают побочные эффекты [1, 2]. (Я)-миндальная кислота является основным промежуточным соединением для получения полусинтетических пе-нициллинов и цефалоспоринов, используется в качестве хирального синтона для синтеза противоопухолевых и снижающих вес препаратов, также других фармацевтических соединений [3—8]. Энантиомеры миндальной кислоты используются для разделения рацемических спиртов и аминов [9—12]. Получение энантиомерно чистой миндальной кислоты проводилось методами диастереомерной кристаллизации [13], асимметрического синтеза, кинетического [3, 14] и ферментативного разделения [15]. Однако такие методы либо не дают высокой производительности и нужной степени чистоты энантиомерного продукта, либо не эффективны, по причине необхо-

димости использования в асимметрическом синтезе дорогостоящих металлов [3].

Другой способ получения энантиомеров — разделение рацемических смесей на хиральных неподвижных фазах (ХНФ) методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). В одной из работ [16] предпринята попытка разделения энантиомеров производных миндальной кислоты методом обращенно-фазной ВЭЖХ с использованием а- и Р-циклодекстринов в качестве хиральных селекторов. Высокие значения селективности достигнуты лишь при разделении хлорзамещенных производных миндальной кислоты в элюенте с добавкой Р-циклодекстринов и рН 2.1. Авторам [17] удалось успешно разделить энантиомеры миндальной кислоты на ХНФ, содержащей молекулярно импринтированные полимеры. Существенным недостатком предложенных условий разделения являются высокие значения факторов удерживания энантиомеров (время выхода Я-миндальной кислоты из хроматографи-ческой колонки составляет 35 мин). Разделение энантиомеров миндальной кислоты и ее производных было достигнуто на анионообменных ХНФ, полученных иммобилизацией хинин-трет-бутилкарбамата и хинидин-трет-бутилкарбама-

1593

та на поверхности силикагеля [18]. Авторами [18] изучено влияние структуры селектора на энан-тиоселективность и показана ее взаимосвязь с термодинамическими характеристиками адсорбции.

Высокие значения селективности и фактора разрешения получены только на ХНФ, основанной на хинин-трет-бутилкарбамате [18]. Энан-тиомеры миндальной кислоты и ее производных разделены впервые с высокими значениями фактора разрешения на новой ХНФ с иммобилизованной целлюлозой, однако не были достигнуты высокая селективность и низкие факторы удерживания [19].

Одними из наиболее перспективных хиральных селекторов, используемых в жидкостной хроматографии и капиллярном электрофорезе (КЭ) для разделения энантиомеров биологически активных соединений, являются макроциклические глико-пептидные антибиотики. Их молекулы содержат множество функциональных групп и хиральных центров, обеспечивающих успешное разделение энантиомеров различных классов соединений, в особенности, содержащих карбоксильные группы [20].

Использование в качестве хирального селектора одного из таких антибиотиков, эремомици-на, было предложено российскими учеными [21]. Эффективность применения эремомицина доказана при разделении энантиомеров профеновых кислот методом КЭ, однако, более высокие значения селективности наблюдались при энантио-разделении методом ВЭЖХ [22]. ХНФ, представляющая собой силикагель c привитой молекулой эремомицина, успешно применялась при хрома-тографическом разделении энантиомеров аминокислот [23] и профенов [24, 25]. Авторами [24, 25] исследованы закономерности хроматографиче-ского удерживания и термодинамика адсорбции некоторых производных 2-арилпропионовой кислоты. Информация, касающаяся разделения энантиомеров миндальной кислоты и ее аналогов на ХНФ с привитым антибиотиком эремомици-ном, в доступной литературе не обнаружена.

Немногочисленность работ, посвященных энантиоселективной адсорбции хиральных соединений на описанном адсорбенте, свидетельствует о том, что он по-прежнему остается малоизученным объектом, и дальнейшее изучение его свойств и потенциалов является актуальным.

В данной работе изучено влияние экспериментальных условий на хроматографическое поведение и термодинамику адсорбции а-фенилкарбо-новых кислот на ХНФ с привитым антибиотиком эремомицином. В качестве тестовых адсорбатов выбраны: а-гидроксифенилуксусная (миндальная) кислота (I), а-метоксифенилуксусная кислота (II), 2-фенилпропионовая кислота (III), 2-фенилбутановая кислота (IV).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Хроматографический анализ проводили методом обращенно-фазной ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Agilent 1100 Series (Agilent Technologies, США), оснащенном прецизионным насосом, диодно-матричным детектором, автоматическим дозатором и термостатом колонок, обеспечивающим постоянство температуры в диапазоне ±0.2°C. Хроматографическая колонка (250 х 4 мм) производства ЗАО "БиоХимМак СТ" заполнена сили-кагелем с ковалентно присоединенной молекулой эремомицина к его поверхности. Диаметр частиц сорбента 5 мкм. Температурный диапазон исследований составил 22—50°С. Скорость потока элюента 0.8 мл/мин. Концентрация исследуемых энантиомеров 0.5 мг/мл. Объем вводимой пробы составлял 2 мкл. Детектирование осуществляли при длине волны 254 нм. Для регистрации хрома-тограмм и обработки результатов использовалась программа ChemStation Rev.A.08.03Rus.

В исследовании использовались энантиомеры а-фенилкарбоновых кислот фирмы Alfa Aesar и R-энантиомер 2-фенилбутановой кислоты фирмы Sigma-Aldrich. Чистота 2-фенилбутановой, а-гидроксифенилуксусной и а-метоксифенил-уксусной кислот составила 99%, 2-фенилпропио-новой кислоты — 97%.

В качестве подвижных фаз использовали смеси, полученные разбавлением ацетата аммония и уксусной кислоты в водно-этанольном растворе с различным соотношением этанол:вода (30:70, 40:60, 50:50, 60:40 и 70:30). Концентрация ацетата аммония для всех элюентов составляла 0.1 M, концентрация уксусной кислоты — 1 об. %. Для приготовления подвижных фаз использовались компоненты квалификации "х.ч.", бидистилли-рованная вода и ректификованный этанол (96%, "высш. оч.").

Оценку удерживания проводили на основе значений фактора удерживания к'. Мертвое время определяли по нитриту натрия. Термодинамические характеристики адсорбции (стандартную энтальпию ДН°, энтропию AS°) вычисляли, пользуясь линейной зависимостью между величиной фактора удерживания кк и обратной температурой 1/T.

Расчет геометрии молекул проводился в программном пакете HyperChem 6.03 (Hypercube Inc.) с использованием полуэмпирического метода AM 1.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Общие закономерности удерживания и селективности. Успешное энантиоразделение карбо-новых кислот с использованием эремомицина в качестве адсорбента связано с наличием в их молекулах карбоксильной группы, причем энантио-распознавание усиливается, если разделяемое соединение содержит карбонильную группу или

ароматическое кольцо в непосредственной близости к стереоцентру (т.е. в a-, ß-, или у-положе-нии) [26]. Дополнительный вклад в энантиосе-лективность разделения ароматических кислот вносят п—п-взаимодействия с ароматическими кольцами хирального селектора [23]. Все исследуемые соединения обладают схожим строением. Хиральный атом углерода каждой молекулы связан с атомом водорода, фенильной и карбоксильной группами, а также с заместителем (А), различным для каждого соединения:

А = OH (I), OCH3 (II), CH3 (III), C2H5 (IV)

A

COOH

H

Можно предположить, что удерживание и селективность разделения оптических изомеров определяются природой заместителя в боковой цепи а-фенилкарбоновых кислот.

Сравнение хроматографических характеристик в ряду родственных соединений (рис. 1, табл. 1) позволило выявить определенные закономерности удерживания. Время выхода из колонки ^-энантиомеров а-фенилкарбоновых кислот, элюируемых первыми: III « IV < II < I. Более сильное удерживание I и II можно объяснить наличием в их структуре полярных гидрокси- и метокси-групп, способных к взаимодействию с активными центрами хирального селектора.

Анализ полученных данных (рис. 1) показывает, что R-энантиомеры во всех случаях удерживаются сильнее и время их элюирования растет с увеличением длины цепи (на группу CH2) заместителей у хирального центра аналитов-гомоло-гов: III < IV и I < II. (Я)-а-метоксифенилуксусная кислота имеет самое высокое значение фактора удерживания. Для нее разность (к R - к S ), отражающая отличия в удерживании энантиомеров за счет селективного связывания

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