close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000103234

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
В О Р О Н К О В Андрей Викторович
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ
А М И Д О В И ГИДРАЗИДОВ Ц И Н Х О Н И Н О В Ы Х К И С Л О Т
05.11.11. - Хроматография и хроматографические приборы
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
МОСКВА - 2005
Работа выполнена в лаборатории физико-химических основ хроматографии и
хромато-масс-спектрометрии Института физической химии и электрохимии
им. А.Н. Фрумкина Р А Н
Научный руководитель:
Официальные оппоненты:
Ведущая организация:
доктор химических наук, профессор
О.Г. Ларионов
Доктор химических наук
А. А. Сердан
Доктор химических наук, профессор
Я . И. Яшин
Институт нефтехимического синтеза
им. А. В. Топчиева Р А Н
Защита диссертации состоится "6" декабря 2005 г. в I S * часов на заседании
диссертационного совета Д 002.246.03 при Институте физической химии и
электрохимии им. А.Н. Фрумкина Р А Н по адресу: 119991, г. Москва,
Ленинский проспект 31, Институт физической химии и электрохимии
им. А.Н. Фрумкина РАН.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физической
химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН.
Отзывы на автореферат (заверенные печатью) просим высылать по адресу:
119991, г. Москва, Ленинский проспект 31, Институт физической химии и
электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, ученому секретарю диссертационного
совета Д 002.246.03.
Автореферат разослан " "ноября 2005 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат химических наук
М^л
*л */*MJJP
V^UOUt.
^'^' ^^^^^"^^^
ГТТГ?
О-ИН!^^
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы.
Проблема установления взаимосвязи между структурой соединений и
проявляемыми ими химическими и физико-химическими свойствами является
одной из наиболее актуальных в теоретической химии. Большое внимание
уделяется разработке предсказательных моделей, на основании которых
возможно
прогнозирование
физико-химических
свойств соединений.
Соотношения "структура-свойство" играют ведущую роль в разработке
методов идентификации близких по структуре и проявляемым свойствам
органических соединений, что значительно облегчает проведеггае их
химического анализа.
В решении проблемы "структура-свойство" полезным является метод
высокоэффективной жидкостной хроматографии ( В Э Ж Х ) . Как известно,
хроматофафическое
удерживание
сорбата
определяется
типом
межмолекулярных взаимодействий в системе сорбат-сорбент-элюент, которые,
в свою очередь, обусловлены взаимным влиянием различных структурных
элементов, составляющих молекулу. Накопление полуколичественных данных
по корреляциям хроматографических величин с параметрами структуры,
характеристиками неподвижных фаз и элюентов способствует поиску
обобщающих моделей физико-химического поведения соединений в условиях
ВЭЖХ.
Интересными объектами при изучении проблемы "структура-свойство"
являются амиды и гидразиды замещенных цинхониновых кислот производные 4-карбоксихинолина. Эти соединения привлекают внимание
исследователей, прежде всего, как потенциальные лекарственные препараты с
анестезирующим,
противовоспалительным,
анальгетическим
и
антиканцерогенным действием. В литературе описаны свойства галоидных,
алкильных, тиенильных и некоторых других производных цинхониновых
кислот.
Известно
также,
что
многие
широко
распространенные
антибактериальные препараты (фурацилин, фуразолидон, фтивазид и др.)
содержат гидразидные группы, фармакологическим действием обладают
замещенные амиды и гидразиды дикарбоновых кислот. Таким образом,
безусловный интерес представляет исследование соединений, в состав которых
входит несколько фармакофоров, таких как хинолиновое кольцо, амидная или
гидразидная группа.
Систематического изучения физико-химических свойств, в том числе
хроматографического поведения, амидов и гидразидов цинхониновых кислот
ранее не проводилось, что значительно затрудняет их идентификацию как при
получении новых представителей данного класса соединений, так и в
аналитическом
контроле
смесей
различной
этимологии.
Сложное
полифункциональное строение цинхониновых кислот и их производных в
сочетании с низкой летучестью и высокой термолабильностью затрудняет их
f O C НАЦНОНЛДЬНАЯ
исследование методами газовой '^р'^"|1тггг'"1'""
М""-^"' -'""irin° В Э Ж Х
СИБЛИОТЕКА
1
4
позволяет моделировать хроматографическое поведение близких по
строению соединений и исследовать химию растворов производных хинолина.
Целью работы явилось исследование особенностей хроматофафического
поведения амидов и гидразидов замещенных цинхониновых кислот в условиях
высокоэффективной жидкостной хроматофафии и установление взаимосвязи
между структурой этих соединений и проявляемыми ими физико-химическими
свойствами.
В соответствии с поставленной целью основными задачами работы
явились:
1.
Исследование особенностей хроматофафического удерживания
амидов и гидразидов цинхониновых кислот в условиях нормально-фазового и
обращенно-фазового вариантов В Э Ж Х .
2.
Экспериментальное
определение
величин
удерживания
производных карбоксихинолина в условиях В Э Ж Х и теоретический расчет их
физико-химических и структурных характеристик .
3.
Исследование взаимосвязи между структурой, физико-химическими
свойствами и хроматофафическим удерживанием замещенных цинхониновьпс
кислот с использованием сфуктурно-сорбционных корреляций и топологофафового подхода. Произведен расчет величин хроматофафического
удерживания на основе полученных корреляций.
4.
Определение условий разделения и идентификации смеси
замещенных цинхониновых кислот в условиях В Э Ж Х .
Научная новизна определяется совокупностью полученных в работе и
ранее не изучавшихся характеристик хроматофафического удерживания и
физико-химических
параметров
амидов
и
гидразидов
замещенных
цинхониновьпс кислот и их производных. Впервые исследовано их
хроматофафическое поведение, определены факторы, влияющие на
удерживание производных карбоксихинолина в условиях Н Ф и ОФ В Э Ж Х .
Рассчитаны топологические характеристики (индексы связанности шести
порядков, индексы Винера), основные электронные и структурные параметры
для 30 соединений. Изучены корреляции между величинами удерживания и
рассчитанными физико-химическими и топологическими параметрами.
Определены условия разделения и идентификации исследованных соединений
в сложных смесях.
Практическая
значимость
работы определяется совокупностью
экспериментальных данных о хроматофафическом удерживании изученных
соединений
в
различных
вариантах
жидкостной
хроматофафии.
Установленные
в
работе
физико-химические
закономерности
хроматофафического удерживания амидов и гидразидов цинхониновых кислот
использованы для разделения и идентификации исследованных соединений в
сложных смесях. Показана возможность расчета величин удерживания и
физико-химических характеристик на основе полученньге в работе сорбционноструктурных корреляций.
На защиту выносятся;
результаты
исследования
особенностей
хроматографического
удерживания впервые синтезированных амидов и гидразидов замещенных
цинхотгановых кислот в условиях Н Ф и ОФ В Э Ж Х ;
- корреляционные зависимости между величинами хроматографического
удерживания замещенных цинхониновых кислот и их физико-химическими и
топологическими параметрами. Корреляционные уравнения вида «структурахроматографическое удерживание» и «структура -свойство»;
- модель хроматографического поведения цинхониновых кислот и близких
по структуре соединений в условиях В Э Ж Х .
Публикации; По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том
числе 4 статьи и тезисы 5 докладов.
Апробация работы; Материалы диссертационной работы докладывались
на 3 Международном симпозиуме «100 лет хроматографии» (г. Москва, 2003);
X V I I Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань,2003);
Всероссийском симпозиуме «Хроматография и хроматографические приборы»
(г. Москва, 2004); Международной научно-практической конференции
"Перспективы развития химии и практического применения алициклических
соединений" (г. Самара, 2004); Международной конференции «Физикохимические основы новейших технологий X X I века» (г. Москва, 2005);
Всероссийской конференции «Теория и практика хроматографии. Применение
в нефтехимии» (г. Самара, 2005).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав,
поделенных на параграфы, выводов и списка цитируемой литературы из
наименований. Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста,
содержит 42 рисунка и 12 таблиц. Общий объем работы составляет 164
страницы.
Во введении обосновывается актуальность исследования, сформулированы
цель и задачи, отражены научная новизна и практическая значимость работы,
перечислены положения, выносимые на защиту.
Первая глава представляет собой обзор литературы и состоит из двух
частей. В первой части рассмотрены вопросы, связанные с решением проблемы
установления количественных соотношений "структура-свойство", "структураактивность" и "структура-хроматографическое удерживание". Приведены
основные подходы и методы, используемые при решении этой проблемы.
Особое внимание уделено топологическому подходу. Отражено многообразие
топологических индексов, проанализированы их достоинства и недостатки.
Показана роль хроматографических методов в решении проблемы структурасвойство, подробно рассмотрено применение сорбционно-структурных
корреляций. Вторая часть обзора литературы посвящена жидкостной
хроматографии производных амидов и гидразидов цинхониновых кислот.
Рассмотрены
виды
межмолекулярных
взаимодействий
в
ВЭЖХ
гетероциклических соединений, параметры химической структуры и
электронного сфоения, влияющие на хроматографическое поведение
6
хинолинсодержащих веществ. Проанализированы имеющиеся данные по
хроматографическому
исследованию производных хинолина, оценены
возможности В Э Ж Х в количественной оценке соотношений "структурасвойство".
Во второй главе дается описание объектов и методов исследования.
Приведены литературные данные по основным физико-химическим свойствам
исследованных соединений. Приведены алгоритмы расчета величин
удерживания, физико-химических характеристик и топологических индексов
исследованных соединений.
Третья глава посвящена обсуждению полученных результатов. В первой
части главы анализрфуются особенности структуры замещенных амидов и
гидразидов цинхониновых кислот. Дается теоретическое обоснование
использования
метода
структурных' фрагментов
для
выявления
закономерностей сорбции исследованных соединений. Во второй части главы
обсуждаются особенности хроматофафического поведения замещенных
амидов и гидразидов цинхониновых кислот в условиях нормально-фазового
варианта
ВЭЖХ.
Физико-химические
закономерности
удерживания
устанавливаются на основании полученных для данного варианта В Э Ж Х
сорбционно-структурных корреляций.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
О Б Ъ Е К Т Ы И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объекты исследования
Объектами нашего исследования явились амиды и гидразиды 2-, и 6замещенных цинхониновых кислот с общей формулой представленной на
рисунке 1.
,i»R;-№J2,-NHNH2
ZV'^'-Q^ --<\,-(у. •-Q
У^,, -О' -О-"^ • -О-^ • -0-О^ОСНз
Рис. 1. Общая формула исследованных соединений
Исследованные соединения были впервые синтезированы на кафедре
органической химии Самарского государственного технического университета
под руководством K.X.H., доцента Земцовой М.Н., их структура подтверждена
ПМР- и ЯМР-спектрами, а также элементным анализом. Систематического
исследования их физико-химических свойств не проводилось. Структурные
формулы исследованных в работе соединений приведены в таблице 1
Структурные формулы исследованных соединений
№
Название
Формула вещества
2-Гидроксн-4гидразидо-6бромхинолин
CONHNH,
N'
№
Формула вещества
CONHNH,
Начвание
6-Бром-4гидразидо-2-пбромфенилхинолин
ОН
CONH,
СС1№МН,
6-Бром-4-амидо2-(2'тиеиил)хинолин
6-Метил-4гидразидо-2-(2'тиенил)хияолин
S'
:ONHNH,
Таблица 1
Br
10
ссмн.
6-Бром-4п1дразидо-2-пхлорфенилхинолин
4-Амидо-2-пхлорфенилхинолин
И
6-Бром-4амидо-2-пхлорфенилхинолин
4-Гидразидо-2фенилхинолин
12
6-Мегил-4амидо-2фенилхинолин
6-Метил-4гидразидо-2фенилхинолин
13
6-Бром-4амидо-2фенилхинолин
4-Гидразидо-2пметоксифеиилхи
нолин
14
4-Гидразидо-2(5'-бром-2'тивиил)хинолин
CONHNHj
4-Гидразидо-2(2'тиенил)хиноли
15
16
CONHNHj
CONHNHj
6-Бром-4гидразидо-2-(2'тиенил)хинолин
23
6-Метил-4гидразидо-2-пбромфенилхино
24
Таблица 1 (продолжение)
4-АМИДО-2пбромфенилхинолин
CONHj
ЛИН
17
CONHNH,
4-Гидразидо-2пбромфенилхияо
N'
"СН,
CONH,
25
4-Амидо-2цвклопропв
л-хинолин
ЛИН
18
6-Метил-4гидразидо-2-пхлорфенилхино
26
6-Бром-4гидразидо-
27
6-Метил-4гидразидо-2-пметоксифенилх
инолин
28
CONHNH,
Н,С
ЛИН
19
CONHNH,
CONHNHJ
фенилхинолин
20
21
22
tuiJriNM,
CONH,
4-Амидо-2-(2'тиенил)хиноли
CONH,
6-Бром-4амидо-2-пбромфенилхино
CONH,
6-Метил-4гидразидо2циклопропи
л-хинолин
6-Бром-4гидразидо2-(2'фуранил)хи
нолин
6-Бром-4амидо-2-пметоксифен
илхииолив
6-Метил-4амидо-2-пметоксифен
илхинолин
29
30
4-АМИДО-2метилхинолин
CONHj
4-Амидо-2пметоксифен
илхинолин
М е т о д ы исследования
Исследования методом высокоэффективной жидкостной хроматографии
проводили на жидкостном хроматографе «милихром» А-02 «Knauer» со
спектрофотометрическим
детектором.
Условия
проведения
хроматографического эксперимента приведены в таблице 2.
Таблица 2
Условия эксперимента
Параметр
НФ-ВЭЖХ
ОФ-ВЭЖХ
Колонка
Сорбент
Элюент
Режим
хроматографирования
Детектор
Стальная насадочная 2-80 мм.
Силасорб 600
Нуклеосил С-18
d=5 мкм
d=7 мкм
Смесь дихлорметан-этанол Смесь
9:1;
ацетонитрил/водаскорость
потока
100 НзР04 7:3;1:1(рН=3)
мкл/мин
скорость потока 100
мкл/мин
Изократический
Спектрофотометрический, Х=270 нм.
Удерживание исследованных соединений характеризовали величиной
фактора удерживания (к), рассчитанного по формуле
k = (tR-tM)/tM ,
где tR - время удерживания исследуемого вещества, 1м - время
удерживания несорбирующегося вещества. В качестве несорбирующегося
вещества были выбраны KNO3 (ОФ-вариант) и CCi4 (НФ-вариант). Результаты
получали из пяти параллельных измерений, максимальная погрешность
составила ±2,5%.
Измерения проводили в условиях линейности изотермы сорбции, о чем
можно судить по независимости времени удерживания от концентрации
сорбата. Относительное удерживание г рассчитывали по формуле
r = ki/ka ,
где kj — фактор удерживания сорбата, к^ — фактор удерживания веществастандарта, в качестве которого использовали бензол. Результаты получали из
пяти параллельных измерений, максимальная погрешность составляла ±2,5%.
Для количественной оценки различий в удерживании исследуемых амидов
и гидразидов определяли разности их дифференциальных мольных энергий
Гиббса сорбции по формуле:
5(ДС),.2 = -RT 1п(к, / ks.) = -RT In г ( Т = 3 0 8 К ) ,
Значения энергии гидратации (Eh), мольного объема ( V ) , коэффициента
распределения в системе н-октанол-вода (IgP), поляризуемости ( а ) и
дипольного момента (ц) были рассчитаны полуэмпирическим методом Р М З с
полной оптимизацией геометрии молекул с использованием программы
HyperChem 7.0. Результаты расчета представлены в таблице 3
10
Таблица 3
Физико-химические параметры некоторых исследованных соединений
№
Eh
кДж/моль
V
А'
IgP
MR
(см'/моль)
а
(см'/мо
ль)
Ц.
D
ДНобр
кДж/моль
1
-76,87
654.47
2,16
62,67
24,88
2,746
-15,25
2
-34,71
781.34
3,14
79,78
32,80
3,415
220,43
3
4
-50,66
810.05
2,80
81,68
33,36
2,775
257,83
-62,68
827.54
84,05
34,15
1,380
350,83
5
-53,51
782.80
3,04
71,81
31,28
2,506
258,01
6
-48,32
833,25
3,51
82,85
33,11
2,592
217,65
7
-60,37
857,01
2,79
84,27
33,75
2,988
97,22
8
9
-49.91
905,19
4,62
93,05
36,53
2,475
325,77
-49,99
885Д1
4,35
90,24
35,83
2,604
264,65
2,77
10
-33,49
774,82
3,57
78,13
31,85
1,668
129,21
11
-32,16
836,58
4,36
85,75
34,48
2,928
163,32
-30,48
785,6
3,52
78,37
31,76
2,157
116,86
-ЗЗДО
800,16
3,84
80,95
32,55
1,857
183,41
12
13
Н Ф В Э Ж Х амидов и гидразидов цинхоииновых кислот
Хроматографическое
удерживание
в
жидкостной
хроматофафии
обусловлено совокупностью различных межмолекулярных взаимодействий в
системе сорбат-сорбент-элюент, которые, в свою очередь, определяются
характером распределения электронной плотности в молекулах - участниках
процесса. Полученные в условиях Н Ф В Э Ж Х факторы удерживания (к),
относительное удерживание (г) и изменение свободной энергии Гиббса (А(ДО))
исследованных соединений представлены в таблице 4.
В НФ-ВЭЖХ в качестве неподвижной фазы бьш использован силикагель,
селективные свойства которого обусловлены наличием на поверхности
сорбента силанольных групп. В таких условиях.с использованием неполярных
растворителей, азот-содержащие соединения должны хорошо разделяться.
На рисунке 2 приведена хроматофамма смеси некоторых амидов и
гидразидов в условиях НФ-ВЭЖХ
11
№
в-ва
Таблица 4
Параметры хроматографического удерживания амидов и гидразидов
замещенных цинхониновых кислот в условиях НФ-ВЭЖХ
(дихлорметан-этанол 9:1)
к
г
№ в-ва
к
г
-3,174
16
17
0,357
8,0
Д(ДО)
кДж/
моль
-5,152
1
2
0,383
0,174
7,9
3,6
3
0,825
17,0
-7,019
18
1,67
37,4
4
-8,973
0,956
19,7
-7,385
19
0,817
18,3
-7Д02
5
1,175
24,2
-7,894
20
0,911
20,4
-7,471
6
2,466
50,8
-9,732
21
0,402
9,0
-5,444
7
3,898
80,3
-10,87
22
0,103
2,3
-2,064
8
0,563
11,6
-6.073
23
0,237
5,3
-4,132
9
0,204
4,2
-3,556
24
0,246
5,5
-4,224
10
0,388
8
-5,152
25
1,004
22,5
-7,714
11
0,262
5,4
-4,178
26
1,085
24,3
-7,905
12
1,029
21,2
-7,567
27
0,549
12,3
-6,218
13
0,349
7,2
-4,891
28
0,295
6,6
-4,675
14
1,027
23,0
-7,768
29
0,406
9,1
-5,471
15
0,795
17,8
-7,133
30
0,433
9,7
-5,629
Д(ДО)
кДж/
моль
-5,121
1,348
30,2
-8,443
4 5
1
Ь
6
1
\
Ям
2
1
4
S
(
7
1
иа
Рис. 2. Хроматограмма разделения смеси амидов и гидразидов цинхониновых кислот в
условиях Н Ф - В Э Ж Х (1 -6-бром-4-амидо-2-(2'-тиенил)хинолин; 2 - 4-амидо-2-метилхинолин;
3 - 4-амидо-2-(2'-тиепил)хинолин; 4 -6-Бром-4-гидразидо-2-п-бромфенилхинолин
5-6-бром-4-гидразидо-2-фенилхинолин; 6- 6-Метил-4-гидразидо-2-п-метоксифенилхинолин;)
12
Как видно из рис. 2 исследованные соединения хорошо разделяются
в выбранных условиях эксперимента. Поскольку поверхность силикагеля
обладает слабыми кислотными свойствами (рН 3-5), данный сорбент хорошо
удерживает соединения основного характера. Из этого также следует, что на
силу взаимодействия исследуемых веществ с неподвижной фазой будет
влиять величина основности атома азота хинолинового ядра. Таким образом,
удерживание исследованных соединений осуществляется за счет образования
водородных связей, причем сорбат является донором электронов, и донорноакцепторных взаимодействий силанольных групп с я-электронной системой
исследованньге молекул.
При использовании неполярного элюента (гексана) оказалось, что амиды
и гидразиды либо необратимо сорбируются на поверхности силикагеля, либо
имеют слишком большие времена удерживания, осложняющие их анализ в
выбранных условиях. Поэтому для дальнейшего исследования, в качестве
подвижной фазы использовали смесь метиленхлорид - этанол в соотношении
9:1 со значением элюирующей силы е° = 3,22. Этанол имеет хорошее
сродство к поверхности силикагеля, вследствие чего, присутствие молекул
этанола в элюенте приводит к уменьшению удерживания амидов и
гидразидов в рассматриваемой системе в результате конкурирующей
адсорбции молекул сорбата и подвижной фазы и взаимодействия сорбата с
элюентом.
Основной вклад в сорбцию амидов и гидразидов замещенных
цинхониновых кислот вносит хинолиновый фрагмент с неподеленной
электронной парой атома азота, наличие которого в ароматической системе
приводит к появлению дипольного момента. Свободная электронная пара
атома азота, обусловливает способность к образованию водородной и
донорно-акцепторной связей с полярной неподвижной фазой, при этом вклад
атома азота хинолинового ядра в энергию адсорбции меняется в зависимости
от наличия и природы заместителей. Основное влияние на адсорбционную
активность вещества оказывают заместители в положении 2 хинолинового
ядра, для которых наиболее сильно
сопряжение с атомом азота). При этом
если
заместитель
стабилизирует
возникающие
вследствие
резонанса
заряды в молекуле (рис. 3), то
Рис. 3. Одна из резонансных структур удерживание такой молекулы будет
молекулы хинолина
сильнее.
Стабилизирующий эффект заместителя выражается в данном случае в
делокализации положительного заряда во втором положении, поэтому
максимальное его значение будет проявляться при наличии заместителей,
обладающих либо положительным индуктивньпи, либо положительным
мезомерным эффектом.
13
в ряду рассматриваемых соединений трудно разделить влияние
индуктивной и мезомерной составляющих электронных эффектов
заместителей. Известно, что действие мезомерного эффекта сильнее по
сравнению с действием индуктивного (если оба эффекта являются
конкурирующими, например, положительный мезомерный и отрицательный
индуктивный эффекты в случае тиснила). Однако, в литературе показано, что
в случае наличия заместителя в положении 2 хинолинового ядра, фактором,
влияющим на распределение электронной плотности в большей степени, чем
сопряжение, является индуктивное действие заместителя.
Заместители в положении 2 хинолина не только влияют на
распределение электронной плотности в молекуле, но и экранируют атом
азота, препятствуя его взаимодействию с неподвижной фазой. Таким
образом, на характер удерживания исследованных соединений оказывает
влияние как распределение электронной плотности в молекуле, так и
пространственное экранирование атома азота. Очевидно, что оценить вклад
каждого из проявляемых эффектов достаточно сложно.
Амидная и гидразидная группы, также содержащие атомы азота,
способные к взаимодействию с сорбентом, в свою очередь будут вносить
вклад' в удерживание исследованных сорбатов.
Для амидной группы характерно существенное взаимодействие между
неподеленной электронной парой атома азота и тс-злектронной системой
двойной связи С=0. Атомы амидной группировки -C(CO)N- находятся в
одной плоскости, образуя сопряженную систему связей и влияя таким
образом на характер распределения электронной плотности в связях C-N и
С=0. В результате этого способность атома азота ЫНг-фуппы к
специфическим взаимодействиям уменьшается. С другой стороны, по
сравнению с молекулами, содержащими карбоксильную группу, основность
атома азота гетероцикла увеличивается за счет меньшего электроноакцепторного действия амидной группы.
В гидразидах присутствует NH2 - группа, не сопряженная с карбонилом .
Поэтому атом азота гидразидной группы, имея свободную электронную пару,
может вступать в донорно-акцепторные взаимодействия с неподвижной
фазой, увеличивая основные свойства и, как следствие, адсорбционную
активность вещества. Таким образом, гидразиды в условиях НФ-варианта
хроматографирования должны удерживаться сильнее, чем амиды.
Отмеченные закономерности подтверждает сравнение факторов удерживания
6-метил-4-амидо-2-фенилхинолинаи 6-метил-4-гидразидо-2-фенилхинолина.
CONH,
к=2,47
к=1,03
Фактор удерживания последнего более чем в 2 раза превышает и
фактор удерживания первого. Отмеченная закономерность наблюдается также
при сравнении 6-бром-4-гидразидо-2-(2'-тиенил)хинолина и 6-бром-4-амидо-2(2'-тиенил)хинолин.
CONHNH,
CXINH,
1с=0,795
к =0,174
Следует
отметить,
что
при
изучении
закономерностей
хроматографического удерживания таких сложных полифункциональных
соединений, как амиды и гидразиды замещенных цинхониновых кислот,
необходимо учитывать влияние заместителей и в других положениях
хинолинового кольца. Так, для положения 6, несмотря на то, что заместитель
расположен во втором ароматическом кольце по отношению к реакционному
центру и, таким образом, не задействован в сопряжении, влияние его природы
на хроматофафическое удерживание оказывается существенным. Как следует
из данных, представленных в таблице 4, введение метила, обладающего
положительным индукционным эффектом, в положение 6 хинолинового кольца
приводит к возрастанию фактора удерживания 6-метил-4-гидразидо-2фенилхинолина по сравнению с 4-гидразидо-2-фенилхинолином
CONHNH,
CONHNH,
н,с^
к=2,47
к=1,17
по-видимому, за счет увеличения основности атома азота. Введение же
электроноакцепторного атома брома в это положение приводит к уменьшению
удерживания по сравнению с незамещенными производными как для амидов,
так и для гидразидов цинхониновых кислот.
Таким образом, на характер удерживания исследованных соединений в Н Ф
варианте оказывает влияние как распределение электронной плотности в
молекуле (индуктивный и мезомерный эффекты), так и стерический фактор.
Очевидно, что оценить конкретный вклад каждого из проявляемых эффектов
достаточно сложно. Однако, из сопоставления величин удерживания
исследованных соединений и их электронных характеристик (таблица 3)
следует, что преобладающую роль играют электронные факторы. Повидимому, существенное влияние будет оказывать также ориентация молекул
производных цинхониновых кислот относительно поверхности сорбента.
ОФ В Э Ж Х АМИДОВ и ГИДРАЗИДОВ ЗАМЕЩЕННЫХ
15
цинхониновых кислот
в обращенно-фазовом варианте В Э Ж Х молекулы сорбатов удерживаются
на неполярной гидрофобной поверхности за счет разности сил дисперсионного
межмолекулярного взаимодействия с адсорбентом и межмолекулярного
взаимодействия с элюентом. Наличие полярных групп в молекуле сорбата
уменьшает ее удерживание из-за специфического межмолекулярного
взаимодействия
с
элюентом.
Полученные
нами характеристики
хроматографического удерживания исследованных сорбатов для ОФ варианта
В Э Ж Х приведены в табл.
Таблица 5
Параметры хроматографического удерживания исследованных соединений
№
в-ва
1
2
3
4
5
б
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Фактор
удерживания.к
7:3
11
АЦНАЦНвода
вода
0,261
0,913
0,587
2,233
0,215
0,668
0,477
1,494
0,145
0,384
0,180
0,471
0,093
0,262
0,855
3,221
0,767
2,826
0,512
1,785
0,977
4.721
0,261
0,767
0,657
2,273
0,633
1,720
0,620
1,820
0,773
2,253
0,640
1,740
0,707
1,980
0,680
1,813
0,693
1,853
0,440
1,127
1,460
6,233
0,813
2,527
0,060
0,107
0,082
0,193
0,100
0,133
0,380
0,813
0,100
0,087
0,413
0,893
0,227
0,380
Относит,
удерживание, г
1:1
7:3
АЦНАЦНвода
вода
0,344
0,404
0,771
0,987
0,282
0,296
0,661
0,626
0,191
0,170
0,237
0,208
0,122
0,116
1,424
1,122
1,008
1Д49
0,789
0,672
1,282
2,087
0,344
0,339
0,863
1,005
0,663
0,725
0,725
0,710
0,869
0,885
0,671
0,733
0,763
0,809
0,699
0,779
0,707
0,794
0,434
2,415
1,491
2,403
2,283
0,974
5,604
0,041
0,036
1,434
0,051
2,321
0,314
2,189
1,396
0,039
0,344
2,189
0,147
2,415
Л(ЛО)
кДж/моль
1:1
7:3
АЦНАЦНвода
вода
2,733
2,321
0,666
0,034
3,241
3,117
1,060
1,199
4,239
4,537
3,687
4,021
5,387
5,516
-0,905
-0,295
-0,569
-0,002
0,607
1,018
-0,636
-1,884
2,770
2,733
0,377
-0,013
0,823
1,052
0,877
0,823
0,313
0,360
0,795
1,022
0,543
0,693
0,639
0,917
0,591
0,888
1,755
2,137
-1,316
2,327
0,183
0,067
6,846
8,179
4,807
8,512
5,561
7,620
2,132
2,966
5,922
8,307
1,917
2,733
3,459
4,910
Зависимость удерживания от состава подвижной фазы.
В качестве модификатора подвижной фазы был выбран ацетонитрил,
имеющий высокое сродство к исследуемым соединениям.
Неподеленная электронная пара атома азота хинолинового ядра наряду со
специфическими взаимодействиями с полярными молекулами воды, способна
вступать в донорно- акцепторные взаимодействия с нитрильной группой
подвижной фазы. Взаимодействие, по-видимому, осуществляется по атому
углерода нитрильной группы, имеющему частичный положительный заряд
вследствие резонанса. Ацетонитрил в жидкой фазе образует цепочечные
ассоциаты с энергией связи C...N 4-6 кДж/моль и является уникальной
молекулой, в которой атом углерода способен к образованию водородной
связи.
Установлено, что при увеличении содержания воды в подвижной фазе
возрастает
удерживание
всех
сорбатов, что
вполне
согласуется
с
вытеснительньл! механизмом сорбции в ОФ-варианте В Э Ж Х : повышение
полярности элюента способствует увеличению силы притяжения полярных
молекул растворителя одна к другой, как бы "прижимающее" растворенные,
менее полярные молекулы к неполярной поверхности неподвижной фазы.
На рисунках 4 и 5 приведены хроматограммы разделения смеси
некоторых производных 4-карбоксихинолина в условиях О Ф - В Э Ж Х при
составах элюента ацетонитрил-вода 7:3 и 1:1.
Рис. 4. Хроматограмма разделения смеси амидов и гидразидов ципхониновых кислот в
условиях ОФ-ВЭЖХ при составе элюента ацетонитрил-вода 7:3 (1 - 6-метил-4-гидразидо-2п-хлорфенилхинолин; 2 - 4-амидо-2-(2'-тиенил)хинолин; 3 - 6-бром-4-гидразидо-2фенилхинолин; 4 - 6-Бром-4-гидразидо-2-п-бромфенил-хинолин; 5 - 6-Бром-4-амидо-2-пхлорфенил-хинолин; 6 - 6-Бром-4-амидо-2-п-бромфенилхинолин;)
17
1 2
(Им
ill
Рис. 5. Хроматограмма разделения смеси амидов и гидразидов цинхониновых кислот в
условиях ОФ-ВЭЖХ при составе элюента ацетопитрил-вода 1:1 (1 - 4-амидо-2-(2'тиенил)хинолин; 2 - 6-бром-4-гидразидо-2-фенилхинолин; 3 - 6-метил-4-гидразидо-2-пхлорфенилхинолин; 4 - 6-Бром-4-гидразидо-2-п-бромфенилхинолин; 5 - 6-Бром-4-амидо-2-пхлорфенил-хинолин; 6 - 6-Бром-4-амидо-2-п-бромфенилхинолин;)
К а к видно из представленных хроматограмм при изменении содержания
воды в смеси ацетонитрил-вода от соотношения 7:3 до 1:1 селективность
колонки к исследуемым соединениям возрастает.
В литературе показано, что зависимость удерживания различных классов
органических соединений от концентрации органического модификатора
подвижной фазы может быть выражена соотношением:
lgk=b-p*lgc(l),
где с - концентрация органического модификатора; b - логарифм фактора
удерживания при концентрации органического модификатора 1 моль/л; р число молекул органического модификатора, вытесняемое с поверхности
сорбента одной молекулой сорбата
Нами установлено, что для большинства исследованных веществ
зависимость
фактора
удерживания
от
концентрации
органического
модификатора может быть описана уравнением вида (1).
18
Рис. 6.
Зависимость фактора удерживания некоторых замещенных амидов и
гидразидов цинхониновых кислот от концентрации ацетонитрила в подвижной фазе
(1
4-гидразидо-2-(5'-бром-2'-ткенил)хинолин;
2
6-бром-4-гидразидо-2-пбромфенилхинолин; 3 - 4-амидо-2-метилхинолин; 4 - 4-амидо-2-п-хлорфепилхююлин)
В
качестве
фактора
примера
удерживания
на рисунке
некоторых
6 представлен
замещенньпс
фафик
амидов
и
зависимости
гидразидов
ц и н х о н и н о в ы х к и с л о т о т к о н ц е н т р а ц и и ацетонитрила в п о д в и ж н о й фазе, а в
таблице 6 п а р а м е т р ы у р а в н е н и я д л я н е к о т о р ы х и с с л е д о в а н н ы х с о р б а т о в .
Таблица 6
П а р а м е т р ы у р а в н е н и я I g k==b - p * l g c д л я н е к о т о р ы х п р ю и з в о д н ы х 4карбоксихинолина
X» в-ва
b
Р
1
3,69
3,72
7
0,38
1.23
13
4,06
3,69
2
4,33
3,97
8
4.46
3.95
14
3,22
2,98
№вва
b
Р
№ в-ва
b
Р
3
3,21
3,38
9
4,34
3,88
15
3,47
3.21
4
3.57
3.39
10
3,98
3,72
16
3,54
3,18
5
2,49
2,90
И
5,37
4,68
17
3,23
2,98
2,86
12
3,10
зл
18
3,37
3,07
6
2,54
19
Исследование
корреляций
между
хроматографическим
удерживанием,
физико-химическими
и
топологическими
характеристиками
Нами были проанализированы корреляции параметров удерживания с
физико-химическими
свойствами
и
топологическими
индексами
исследованных соединений.
Рис 7. Зависимость фактора удерживания в условиях ОФ-ВЭЖХ с
поляризуемостью молекул исследованных соединений.
На рисунке 7 представлена зависимость фактора удерживания в условиях
ОФ-ВЭЖХ от поляризуемости некоторых амидов и гидразидов цинхониновых
кислот. В целом фактор удерживания исследованных соединений изменяется
симбатно изменению поляризуемости, при этом можно выделить несколько
фупп корреляций для сорбатов близкой структуры. Параметры полученных в
работе корреляционных зависимостей "удерживание-свойство" для фупп
структурных аналогов представлены в таблице 7.
20
Таблица 7
Параметры корреляционной зависимости у = ах + b между величинами
удерживания и некоторьп^га структурными дескрипторами в ОФ-варианте
(ацетонитрил - вода 1:1)
Корреляционный
У
X
ряд
6-Бром-4-амидохинолины
а
6-Бром-4-амидохинолины
IgP
6-Бром-4-амидохинолины
V
6-Бром-4-амидохинолины
М
6-Бром-4-гидразидохинолины
V
6-Бром-4-гидразидохинолины
LgP
6-Бром-4-гидразидохинолины
MR
6-Бром-4-гидразидохинолины
а
6-Бром-4-гидразидохинолины
V
6-Метил-4гадразидохинолины
а
6-Метил-4гидразидохинолины
М
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
к
а
в
R
1,519
-47,391
0,992
5,609
-19.706
0,993
0,049
-36,555
0,982
0,519
-39,723
1,000
0,020
-14,938
0,974
1,311
-2,940
0,986
0,161
-11,758
0,995
0,411
-11.975
0,979
0,016
-11,614
0,985
0,640
-20,675
0,978
0,026
-6,173
1,000
Примечание. Ig Р - логарифм коэффициента распределения в системе н-октанол-вода
(параметр, хара1сгеризующий его гидрофобность); V - объем молекулы; MR - молекулярная
рефрамщя; о - молекулярная поляризуемость; р - дипольный момент; М - молекулярная
масса.
На рис. 8 в качестве примера представлен график корреляционной
зависимости логарифма фактора удерживания от поляризуемости молекул для
6-бромзамещенных гидразидов. Таким образом, как следует из представленных
данных при построении такого рода корреляций решается
задача
интерпретации и прогнозирования относительных величин удерживания в
рамках определенных групп структурных аналогов.
21
Рис. 8. Зависимость логарифма фактора удерживания
молекул для 6-бром-4-гидразидохинолинов
от поляризуемости
В таблице 8 представлены факторы удерживания некоторых производных
4-карбоксихинолина рассчитанные на основе полученных зависимостей, а
также дано их сопоставление с экспериментально полученными значениями
фактора удерживания.
Таблица 8
Экспериментально полученные и рассчитанные факторы удерживания
некоторых производных 4-карбоксихинолина
Название
6-Бром-4-гидразидо-2п-бромфенилхинолин
6-Бром-4-гидразидо-2п-хлорфенилхинолин
6-Бром-4-гидразидо-2(2'-тие1Шл)хинолин
6-Бром-4-гидразидо-2(2'-фуранил)хинолин
6-Метил-4-гидразидо2-(2'-тиенил)хинолин
6-метил-4-гидразидо-2фенилхинолин
Фактор
удерживания
(эксперим.)
0,855
Фактор
удерживания
(расч.)
0,851
Ошибка
определения
Коррелируемый
параметр
0,4
IgP
0.767
0.785
2.3
IgP
0.620
0.577
6.9
MR
0.380
0.384
1.0
MR
0.668
0.675.
1.0
a
0,471
0,515
9,3
a
(%)
Примечание. Ig P - логарифм коэффициента распределения в системе н-октанол-вода
(параметр, характеризующий его гидрофобность); MR - молекулярная рефракция; а молекулярная поляризуемость.
22
Полученные зависимости между удерживанием и поляризуемостью,
а также, молекулярной рефракцией позволяют с достаточно большой
точностью прогнозировать удерживание производш.1х амидов и гидразидов
замещенньге цинхониновых кислот в условиях О Ф - В Э Ж Х в рамках класса
структурных аналогов.
Так, экспериментально полученный фактор удерживания для 6-бром-4гидразидо-2-фенилхинолина равен 1,813. Фактор удерживания данного
соединения, рассчитанный на основе корреляции с поляризуемостью молекул
6-бром-4-гидразидохинолинов, равен 1,749. Ошибка определения составляет
3,5%.
Анализ корреляций "удерживание - топологический индекс"
В настоящее время топологический подход при решении ряда задач
является перспективным, быстрым и удобным, так как обладает высокой
информативностью и широкими аналитическими и
прогностическими
возможностями. Существенным преимуществом ТИ является то, что они
быстро и просто определяются непосредственно из структурной формулы
вещества, что особенно существенно при оценке свойств гипотетических
структур, для которых отсутствуют экспериментальные данные. Для амидов и
гидразидов цинхониновых кислот нами рассчитаны индексы Винера и индексы
связанности шести порядков (от нулевого до пятого).
Указанные индексы, впервые рассчитанные для данного класса
соединений, приведены в таблице 9
Таблица 9
Топологические характеристики некоторых исследованных соединений
№
W
\
'х
1
2
3
4
5
6
278,27
435,68
8,067
9,760
4,418
5,589
3,143
4,057
2,135
2,869
1,253
1,777
1,003
1,380
526,85
508,59
553,01
635,08
10,882
10,260
10,706
6,150
5,852
6,255
11,629
6,666
4,650
4,149
4,410
4,914
3,115
2,919
3,161
3,410
2,146
2,019
2,198
1,547
1,380
1,540
7
8
9
10
11
12
751,41
12,037
6,778
4,773
3,478
2,272
1,633
705,67
11,307
6,454
4,696
3,288
2,233
1,594
709,31
11,307
6,454
4,696
3,288
2,233
1,594
545,21
10,507
6,105
4,442
3.122
2,147
1,517
616,73
10,807
6,204
4,587
3,168
2,152
1,545
549,66
11,129
6,461
4,805
3,060
2,315
1,668
534,03
10,507
6,105
4,446
2,867
2,174
1,525
453,34
9,959
5,74
4,022
2,867
1,991
1,385
504,93
10,26
5,839
4,291
2,919
1,951
1,427
722,25
11,929
6,765
5,055
3,418
2,374
1,736
633.00
11,084
6,355
4,551
3,233
2,208
1,562
13
14
15
16
17
h
\
\
2,339
*х
1,729
23
На рисунке 9 приведена зависимость фактора удерживания от индекса
связанности пятого порядка. Как видно из данной корреляции, наблюдается
общая тенденция увеличения фактора удерживания с возрастанием индекса
связанности, но, как и в случае корреляций с физико-химическими
параметрами, исследованные соединения, имеющие различные по природе
заместители, выделяются в несколько групп. Для получения корреляций с
более высокой прогностической способностью фактора удерживания, в
дальнейшем будут рассмотрены зависимости для отдельных классов
структурных аналогов.
16
22
о
11
о
t ов
&
16
fS
13^1°
1*^1 "
о
02
1
25
о
11
12
1.3
14
15
20
о
29
о
3
о
10
О
О
24
09
10
о
21^0
о
27
о
о
0
9
30
1?
о
6
' И
оо 2в
в
16
17
18
19
'ч
Рис. 9 Корреляция фактора удерживания с индексом связанности пятого
порядка.
Параметры некоторых полученных в работе корреляционных зависимостей
"удерживание-структура" представлены в таблице 10.
Таблица 10
Параметры корреляционной зависимости у = ах + b между величинами
удерживания и топологическими характеристиками в ОФ-варианте
Корреляционный
ацетонит|рил - вода 7:3)
X
У
а
в
R
"х
к
к
к
к
0,163
-1,061
0,992
2,272
-2,864
0,999
1,036
-2,647
0,999
0,339
-3,748
0,991
ряд
6-бром-4-гидразидохинолины
6-бром-4-гидразидохинолины
6-бром-4-гидразидохинолины
6-метил-4-гидразидохинолины
h
'х
"х
24
На рисунке 10 приведена корреляция между фактором удерживания 6бром-4-гидразидохинолинов в ОФ-ВЭЖХ при составе подвижной фазы
ацетонитрил-вода 7:3 и индексом связанности пятого порядка.
0.9
1.0
1.1
1,2
14
1.5
1в
1.7
Рис.
10. Корреляция между фактором удерживания 6-бром-4гидразидохинолинов в ОФ-ВЭЖХ и индексом связанности пятого порядка
Как видно из таблицы 3 фактор удерживания 6-бром-4-гидразидо-2фенилхинолина равен 0,68. Рассчитанный фактор удерживания на основе
данной корреляции составляет 0,74, ошибка определения составляет 8,8%.
Таким
образом,
использование
ТИ,
обладающих
высокой
дискриминирующей способностью по отношению к амидам и гидразидам
замещенных цинхониновых кислот, в корреляциях типа «удерживание свойство»
позволяют
прюгнозировать
удерживание
и
производить
идентификацию исследованных соединений.
25
ВЫВОДЫ
1.
Найдены закономерности хроматофафического удерживания 30
впервые синтезированных амидов и гидразидов замещенных цинхониновых
кислот в условиях Н Ф и ОФ В Э Ж Х .
2.
Исследовано
влияние
природы
и
состава
элюента
на
хроматографическое удерживание исследованных соединений. Показано, что в
ОФ ВЭжЬс наилучшее разделение смесей амидов и гидразидов обеспечивается
при использовании в качестве элюента смеси ацетонитрил - вода при
соотношении 1:1.
3. Исследовано влияние природы и положения заместителей в хинолиновом
ядре на удерживание исследованных соединений. Установлено, что
определяющее влияние на характер сорбции оказывают заместители в
положении 2 хинолинового ядра. Заместители в положении 6 хинолинового
фрагмента не определяют характер сорбции, внося преимущественно
аддитивный вклад в удерживание.
4. Исследованы корреляции между параметрами удерживания, физикохимическими и топологическими характеристиками амидов и гидразидов
цинхониновых кислот, оценены их прогностические возможности. Показано,
что величины удерживания и некоторые физико-химические характеристики
амидов и гидразидов цинхониновых кислот могут быть рассчитаны по
полученным корреляционным уравнениям с ошибкой определения в пределах
10%.
5. На основании установленных физико-химических закономерностей
хроматографического
поведения
определены
условия
разделения
функциональных
производных
хинолина
в
модельных
смесях и проведена их идентификация.
26
Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:
1. S.V. Kurbatova, A.V.Voronkov, E.N.Semenistaya, O.G.Larionov, M.N.Zemtsova.
Amides cynchon acids high performance liquid chromatography // 100 Years of
chromatography". 3"* Int.Symposium on Separation in BioSciencies, SBS 2003.
Moscow. P. 13.
2. C.B. Курбатова, О.Г. Ларионов, A.B. Воронков, E.H. Семенистая, М.Н.
Земцова. Влияние строения амидов и гидразидов цинхониновых кислот на их
хроматофафическое удерживание// X V I I Менделеевский съезд по общей и
прикладной химии. Тезисы докладов. Казань. 2003. Т.4. С. 533.
3. А.В. Воронков, С.В.Курбатова, О.Б. Григорьева, М.Н. Земцова, А.В. Зимичев,
О.Г. Ларионов. Высокоэффективная жидкостная хроматография амидов и
гидразидов цинхониновых кислот// Известия Самарского научного центра РАН.
Химия и хим. Технология. 2003. Спец. Выпуск. С. 128-134.
4. С В . Курбатова, А.В. Воронков, Ю. Воронкова, О.Г.Ларионов, М.Н. Земцова.
Закономерности хроматографического удерживания амидов и гидразидов
цинхониновых кислот в условиях ВЭЖХ// Всероссийский симпозиум
"Хроматография и хроматографические приборы". Сборник тезисов. М. 2004.
С.92.
5. А.В. Воронков, Е.Н. Семенистая, С В . Курбатова, О.Г. Ларионов, М.Н.
Земцова. Влияние строения амидов и гидразидов цинхониновых кислот на их
удерживание в условиях нормально-фазовой ВЭЖХ// Журн. физич. химии.
2004.Т.78.№1.С.96-100.
6. С В . Курбатова, А.В. Воронков, М.Н. Земцова, О.Г. Ларионов, А.В. Зимичев.
Взаимосвязь "структура - хроматографическое удерживание" в ряду амидов и
гидразидов цинхониновых кислот// Международная научно-практическая
конференция "Перспективы развития химии и практического применения
алициклических соединений". Сб. тезисов. Самара. 2004. С.172.
7.
А.В.Воронков,
Ю.А.Воронкова,
СВ.
Курбатова,
О.Г.Ларионов.
Высокоэффективная жидкостная хроматография амидов цинхониновых
кислот// Вестник СамГУ - Естественнонаучная серия. Второй спец.выпуск.
2004. С.114-122.
8.С.В. Курбатова, О.Г.Ларионов, А.В.Воронков, М.Н.Земцова, Ю.А.Воронкова.
Влияние структуры амидов и гидразидов цинхониновых кислот на их
удерживание в условиях обращено-фазовой хроматографии// Журн. физич.
химии. 2005. Т.79.№9. С.1508-1513.
9. А.В.Воронков, С В . Курбатова, О.Г.Ларионов, М.Н.Земцова. Физикохимические закономерности хроматофафического удерживания амидов и
гидразидов хщнхониновых кислот в условиях ВЭЖХ// Теория и практика
хроматофафии. Применение в нефтехимии. Всероссийская конференция.
Сборник тезисов. Самара: 2005. С.60.
IIS23 0 1 5
f
РНБ Русский фонд
(
2006-4
I
24488
'
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 078 Кб
Теги
bd000103234
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа