Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Влияние строения сорбатов на их удерживание в жидкостной хроматографии.(Литературный обзор) 10
1.1. Применение ВЭЖХ как метода анализа в химии хинонов, аминов и элементоорганических соединений подгруппы кремния 10
1.2. Влияние различных факторов на удерживание соединений в ВЭЖХ ...14
1.2.1. Ррль соотношения полярных и неполярных функциональных групп в молекулах анализируемых веществ 14
1.2.2. Роль распределения электронной плотности в анализируемых молекулах 15
1.2.3. Роль геометрического строения молекул сорбатов 19
1.2.4. Роль внутримолекулярных связей в молекулах сорбатов 23
1.2.5. Роль экранирования полярных групп и удлинения алкильной цепи в молекулах сорбатов 26
1.2.6. Влияние на удерживание взаимодействия сорбат - элюент 30
1.3. Количественное описание взаимосвязи структура-удерживание 34
1.3.1. Влияние природы подвижной фазы и ее состава на удерживание 35
1.3.2. Связь параметров удерживания с природой и строением молекул' адсорбируемых веществ 41
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть 49
2.1.Сорбаты 49
2.2. Оборудование и материалы 50
2.2.1. Хроматографы 50
2.2.2. Сорбенты 50
2.2.3. Подвижные фазы (элюенты) 51
ГЛАВА 3. Обсуждение результатов 53
3.1. Влияние природы и числа заместителей на удерживание opmo-бензохинонов 53
3.1.1. Производных 3 -/ире/и-бутилбензохинона-1,2 54
3.1.2. Производных 3 ,б-ди-/«/?е/и-бутилбензохинона-1,2 58
3.1.3. Производных 3,5-ди-/и/>е#г-бутилбензохинона-1,2 65
3.1.4. Применение метода НФ ВЭЖХ для анализа продуктов реакций 71
3.2. Хроматографическое поведение производных 1,4-диазабутадиена-1,3 77
3.3. Влияние алкильных заместителей на хроматографическое удерживание производных анилинхромтрикарбонила 87
3.4. Закономерности удерживания арильных производных элементов 14 группы 95
Выводы 107
Литература 109
- Роль распределения электронной плотности в анализируемых молекулах
- Влияние на удерживание взаимодействия сорбат - элюент
- Связь параметров удерживания с природой и строением молекул' адсорбируемых веществ
- Влияние алкильных заместителей на хроматографическое удерживание производных анилинхромтрикарбонила
Введение к работе
Согласно многочисленным экспертным оценкам, хроматография входит в число двадцати выдающихся открытий XX века, принципиально изменивших жизнь человечества [1]. Хроматография оказала несомненное влияние на прогресс науки, техники и промышленности. Можно говорить о трех основных областях применения хроматографии: анализ, выделение вещества и научные исследования.
Сегодня, пройдя столетний путь развития, хроматография представляет собой:
наиболее распространенный и совершенный метод разделения и анализа сложных многокомпонентных смесей;
самостоятельное научное направление, физико-химический метод исследования и измерения;
препаративный и промышленный метод выделения веществ в чистом виде;
мощную отрасль промышленного производства: сотни фирм во всем мире выпускают хроматографическую аппаратуру и вспомогательное оборудование для нее (колонки, сорбенты), расширяющее аналитические возможности хроматографов.
Хроматографические методы чаще всего применяются для различных целей анализа, диапазон их применения действительно велик: от анализа атмосферы планет- до анализа содержимого одной клетки.
В публикациях по проблемам аналитической химии особенно подчеркивается роль, которую хроматография играет в таких жизненно важных областях, как контроль загрязнений окружающей среды, анализ пищевых и лекарственных продуктов, медицина, биология, криминалистика и др.
Метод, изобретенный М.С. Цветом в начале двадцатого века, продолжает активно и плодотворно служить человечеству и, несомненно, сохранит свою актуальность и в двадцать первом столетии.
5 Актуальность проблемы.
Хроматография является одним из наиболее простых и эффективных методов аналитической химии для определения состава многокомпонентных смесей. Благодаря возможности анализа малолетучих и термически неустойчивых соединений, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) вызывает наибольший интерес, так как позволяет обеспечить достаточно мягкие условия разделения: комнатная температура проведения анализа, инертные растворители. Однако в полной мере реализовать возможности этого гибкого метода невозможно без знания основных закономерностей удерживания соединений на различных сорбентах. Поэтому жидкостная хроматография, нашедшая широкое аналитическое применение, в настоящее время стала также и средством физико-химических исследований, имеющих значительное практическое и теоретическое значение.
Несмотря на то, что в литературе имеется большое количество работ, посвященных установлению взаимосвязи структуры и удерживания в хроматографии, число типов соединений, для которых выявлены такие закономерности, особенно в ВЭЖХ, ограничено. Поэтому установление связи между параметрами удерживания и структурой молекул новых типов соединений, химией поверхности сорбента и природой элюента -является одной из актуальных задач и находится в фокусе внимания хроматографистов.
Выявление корреляционных зависимостей между строением исследуемых соединений и параметрами их удерживания в жидкостной хроматографии позволяет предсказать поведение соединений в данной хроматографической системе и выбрать оптимальные условия разделения (прямая задача), а также решать прикладную задачу идентифицирования неизвестных компонентов на хроматограммах многокомпонентных смесей [2-4] и получать информацию о строении сорбатов, механизмах их удерживания и физико-химических свойствах (обратная задача).
Цели работы.
Выявление физико-химических закономерностей сорбции органических и элементоорганических соединений: о/?/ио-бензохинонов; диазабутадиенов, комплексов анилинхромтрикарбонила и арильных производных элементов 14 группы в условиях нормально-фазной и обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Выяснение влияния их молекулярной структуры на параметры хроматографического удерживания.
Установление количественной зависимости между молекулярной структурой и хроматографическим удерживанием.
Определение оптимальных условий анализа и разделения указанных выше типов соединений с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Научная новизна работы.
В нормально-фазовом и обращенно-фазовом вариантах ВЭЖХ впервые определены параметры удерживания 86 соединений.
Установлены основные закономерности удерживания 4 типов органических и элементоорганических соединений в различных ВЭЖХ системах. Выявлено влияние природы, числа и положения заместителей в молекуле на удерживание обозначенных выше соединений. Количественно оценены вклады различных заместителей в удерживание.
Показано существование взаимосвязи между параметрами удерживания в ВЭЖХ и электронными, а также стерическими эффектами заместителей в молекулах исследованных соединений.
Обнаружено влияние состава слабополярной подвижной фазы на удерживание производных 1,4-диазабутадиена-1,3 в НФ ВЭЖХ.
Предложены корреляционные уравнения для описания удерживания в ВЭЖХ opmo-бензохинонов и производных анилинхромтрикарбонила.
7 Практическая ценность.
Выявленные закономерности удерживания позволяют в рамках рассматриваемого варианта ВЭЖХ прогнозировать хроматографические свойства (поведение) соединений изученных типов, проектировать хроматографические системы и методики для оптимизации условий хроматографического удерживания, разделения и идентифицирования хроматографируемых веществ.
Предложенные уравнения также можно использовать для предсказания удерживания соединений ряда бензохинонов и анилинхромтрикарбонилов.
Проведенная оптимизация условий разделения соединений 4 типов, позволила применять разработанные методики в Институте металлоорганической химии РАН для контроля процессов синтеза новых соединений, их чистоты, изучения схем и направлений реакций по идентифицированным методом ВЭЖХ продуктам.
Проведенные исследования вносят вклад в понимание закономерностей удерживания в ВЭЖХ полифункциональных соединений.
На защиту выносятся следующие положения:
влияние структуры полифункциональных органических и элементоорганических соединений четырех типов на их удерживание в нормально-фазовой и обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии.
установленные количественные зависимости между молекулярной структурой и хроматографическим удерживанием.
разработанные методики анализа и разделения с/г/ио-бензохинонов; диазабутадиенов, комплексов анилинхромтрикарбонила и арильных производных элементов 14 группы в условиях нормально-фазной и обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии.
8 Апробация работы.
Результаты работы были доложены на
Всероссийском Симпозиуме по химии поверхности, адсорбции и хроматографии (Москва, 1999 год),
молодежной школе-конференции «Металлоорганическая химия на рубеже XXI века» (Москва, 1999 год),
Всероссийской конференции «Химический анализ веществ и материалов» (Москва, 2000 год),
VIII Всероссийском симпозиуме по жидкостной хроматографии и капиллярному электрофорезу, (Москва, 2001 год),
Всероссийском симпозиуме «Современные проблемы хроматографии» (Москва, 2002 год),
Международной конференции «New approaches in coordination and organometallic chemistry. Look from 21-th century» (Нижний Новгород, 2002 год),
третьем международном симпозиуме, посвященном 100-летию хроматографии «Biomedical applications of chromatography and electrophoresis» (Москва, 2003 год),
региональных конференциях молодых ученых: III, IV, V, VI Нижегородская сессия молодых ученых (Нижний Новгород, 1998,1999, 2000, 2001 год соответственно).
семинарах Института металлоорганической химии имени Г. А. Разуваева РАН.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных статей и 11 тезисов докладов.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка
9 литературы (151 ссылка). Материал диссертации изложен на 125 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка и 10 таблиц.
Литературный обзор посвящен изучению взаимосвязи структура-удерживание в ВЭЖХ и практически полностью отражает накопленный к настоящему времени материал по рассматриваемой проблеме.
Роль распределения электронной плотности в анализируемых молекулах
При увеличении числа метальных заместителей в бензольном кольце до пяти молекула остается плоской (у гексаметил бензола связи с метильными группами выходят из плоскости на небольшой угол около 10 [32]). Поэтому молекулы полиметилбензолов могут ориентироваться на поверхности оптимально для проявления специфического межмолекулярного взаимодействия с сорбентом (образование водородной связи бензольного кольца с силанольными группами поверхности сорбента). Последнее увеличивается с ростом числа метальных групп.
Из представленных выше рисунков видно противоположенное влияние числа замещающих метил ьных групп в бензольном кольце полиметилбензолов и удлинения алкильной цепи изомерных им моноалкилбензолах на сорбцию на силикагеле с гидроксилированной поверхностью при элюировании н-гекеаном. Селективность разделения изомерных пар этих углеводородов возрастает с ростом числа замещающих метальных групп в полиметилбензолах и с соответствующим удлинением алкильной цепи в моно-н-алкилбензолах (от а - 1,47 для пары о-ксилол и этилбензол до а = 3,34 для пары пентаметилбензол и н-амилбензол).
В случае моно-н-алкилбензолов, как показывают экспериментальные данные [28-29], начиная с этилбензола, удерживание уменьшается. Влияние алкильного заместителя по мере удлинения его цепи на распределение электронной плотности в бензольном кольце становится незначительным. Поэтому вклады специфического межмолекулярного взаимодействия соединений этого ряда, начиная с толуола, с поверхностью кремнезема должны быть близкими. Однако взаимодействие сорбат — сорбент с ростом длины цепи уменьшается из-за неплоской ориентации молекулы, которая поддерживается конформационно подвижным алкильным заместителем. Удлинение и конформационная подвижность заместителя усиливают неспецифическое дисперсионное межмолекулярное взаимодействие с элюентом (н- гексаном) в гораздо большей степени, чем рост неспецифического межмолекулярного взаимодействия алкильной цепи с сорбентом.
Изменение свободной энергии сорбции (A(AG)) из растворов в н-гексане на силикагеле в соответствии с выражением и приведенными на рис.1.1 значениями hf по отношению к бензолу в ряду полиметилбензолов от толуола до гексаметилбензола линейно изменяется от -490 до -3600 Дж/моль. В ряду же н-алкилбензолов от толуола до н-амилбензола A(AG) изменяется также линейно в противоположенную сторону: от -490 до +190 Дж/моль. Таким образом, соответствующие вклады групп СН2 аддитивны. В среднем изменение A(AG) на одну группу СН3, заменяющую атом водорода в бензольном кольце, составляет около -550 Дж/моль. Этот инкремент соответствует влиянию замещающей группы СНз на распределение электронной плотности в бензольном кольце, усиливающему его способность к специфическому межмолекулярному взаимодействию с силанольными группами поверхности кремнезема. В ряду же н-алкилбензолов A(AG) при удлинении цепи на одну группу СН2 составляет в среднем 190 Дж/моль. Эта величина соответствует ослаблению сорбции главным образом в результате роста неспецифического межмолекулярного взаимодействия сорбат — элюент и ослабления специфического межмолекулярного взаимодействия сорбат -сорбент при переходе к всё более наклонной ориентации.
Влияние различных электронодонорных и электроноакцепторных заместителей в хинолиновом кольце, а так же их объема на хроматографическое удерживание замещенных цинхониновых кислот (4-карбоксипроизводных хинолина) основательно рассмотрено в работах [33 - 34]. Интерес авторов к этому классу соединений был вызван тем, что цинхониновые кислоты обладают высокой биологической активностью. К настоящему времени у них установлены психотропное, противотуберкулезное и сильное анестезирующее действия [35].
Известно, что в ходе хроматофафического процесса, как и в живом организме, происходит распределение вещества между двумя фазами. Поэтому установление влияния строения сорбатов на особенности их хроматографического удерживания позволит прогнозировать возможное поведение биологически активных веществ в живом организме, а, следовательно, облегчит поиск необходимых молекулярных систем. Таким образом, было показано, что удерживание замещенных цинхононовых кислот определяется комбинацией заместителей в положениях 2 и 4 хинолинового ядра. Заместители в положении 6 не влияют на характер сорбции.
Удерживание на полярных адсорбентах, когда молекулы ориентируются всей своей плоскостью или плоскостью полярной своей части параллельно поверхности адсорбента, сильно зависит от того, насколько плоские или искривленные эти молекулы.
Как было сказано выше, удерживание производных н-алкилбензолов с увеличением длины алкильной части уменьшается в условиях НФ ВЭЖХ и в связи с тем, что длинные цепи препятствуют параллельной ориентации бензольных колец к поверхности силикагеля. В дополнение к этому можно сказать, что из изомерных ксилолов, триметилбензолов и тетраметилбензолов наиболее сильно удерживаются изомеры с расположением метальных групп в орто-положениях друг к другу (рис.1.1).
Влияние на удерживание взаимодействия сорбат - элюент
Однако в некоторых случаях взаимодействие сорбат - элюент может вносить существенный вклад в удерживание в НФ ВЭЖХ. Известно, что для уменьшения удерживания на полярном сорбенте сильно полярных веществ надо вводить в неполярный элюент полярные добавки (спирты, эфиры, хлороформ). Надо иметь ввиду, что при этом может изменяться порядок элюирования компонентов разделяемой смеси. Так, порядок выхода анилина и фенола на гидроксилированном силикагеле изменяется с увеличением концентрации полярного модификатора в элюенте (п-гексане) [55]. При небольших концентрациях изопропанола в подвижной фазе (меньше 1,5%) сильнее удерживается фенол за счет его более сильной водородной связи с гидроксильными группами поверхности силикагеля. При концентрациях изопропанола, больших 1,5%, сильнее удерживается анилин.
При повышении концентрации модификатора в подвижной фазе возрастает роль взаимодействия сорбат - элюент. Молекула фенола за счет водородной связи сильнее взаимодействует с молекулами спирта, чем молекула анилина. Относительное изменение этих взаимодействий приводит к изменению порядка удерживания [55]. Чтобы убедиться, что это изменение связано с процессами в подвижной фазе, а не на неподвижной фазе, измерения были выполнены на гидрофобизированных поверхностях. Эффекты инверсии времен удерживания фенола и анилина повторялись и на неполярных сорбентах. Таким образом, главной причиной изменения порядка элюирования фенола и анилина является более сильное, чем у анилина, взаимодействие фенола с полярным компонентом подвижной фазы. При этом следует учитывать [32], что с ростом концентрации полярного модификатора в подвижной фазе растет его сорбция на полярных группах поверхности сорбента, что делает эту поверхность гидрофобной, ослабляя взаимодействие с ней полярных молекул.
При разделении на не полярных адсорбентах с полярными элюентами удерживание определяется как взаимодействием сорбат — сорбент, так и сорбат - элюент. В работе [30] изучено удерживание гомологов ряда н-алкилбензолов и изомерных . им молекул ряда полиметилбензолов в зависимости от количества органического модификатора (этанола или изопропанола) в водно — спиртовом элюенте. В области малых и средних концентраций спирта в элюенте полиметил бензолы выходят из колонны раньше соответствующих гомологов ряда н-ал кил бензолов. Увеличение содержания спирта (до 70 об. %) приводит к сближению параметров удерживания этих классов веществ. При увеличении концентрации органического модификатора в элюенте изменяется порядок выхода: все н-алкилбензолы удерживаются слабее соответствующих полиметилбензолов с одним и тем же числом атомов углерода. Полученные результаты объяснены изменениями в соотношении основных видов межмолекулярных взаимодействий веществ с элюентом (специфических и гидрофобных) в соответствии с различиями в электронной и геометрической структуре молекул рассматриваемых рядов. В частности, по-видимому, роль специфических взаимодействий с неподвижной фазой при высоких концентрациях органического модификатора в элюенте усиливается.
В работе [56] было обнаружено изменение порядка выхода о-, м- и «-изомеров динитробензолов на колонне с С18 фазой с изменением состава элюента: для состава подвижной фазы метанол - вода (20 : 50) порядок п м о, для состава (36 : 65) п о м и для (60 : 40) - о п м, соответственно.
На поверхности адсорбента всегда находятся адсорбированные молекулы элюента. Поэтому чаще всего адсорбция молекул анализируемого вещества связана с десорбцией молекул элюента. Возможно, что молекулы вещества не в состоянии вытеснить с поверхности молекулы элюента. В этом случае адсорбция будет на моно-или полислоях адсорбированных молекул элюента.
В жидкостно-адорбционной хроматографии имеется возможность регулирования селективности разделения путем изменения взаимодействия вещество - элюент без изменения природы адсорбента. При изменения природы элюента изменяется и энергия межмолекулярных взаимодействий вещество - элюент. Кроме того, добавляя в элюент специальные вещества в небольших концентрациях, можно включать новые виды специфических взаимодействий (ионных, комплексообразующих, донорно-акцепторных и др.). Для этого варианта можно выделить два случая: а) примеси добавляемых в элюент веществ на неподвижной фазе не адсорбируются, при этом за счет увеличения взаимодействия вещество элюент удерживание будет уменьшаться, хотя селективность разделения будет увеличиваться [57]. б) примеси добавляемых в элюент веществ будут сильно адсорбироваться на неподвижной фазе, и будет увеличиваться взаимодействие вещество-адсорбент за счет включения специфических взаимодействий [58]. В этом случае на одном адсорбенте можно разделять смеси в различных вариантах хроматографии: нормально фазной, обращенно-фазной, ион-парной, лигандо-обменной и др.
Связь параметров удерживания с природой и строением молекул' адсорбируемых веществ
Многие авторы стремятся установить количественную зависимость между молекулярной структурой и хроматографическими параметрами -"Количественное соотношение структура-удерживание (КССУ)". Попытки найти корреляционные зависимости между строением сорбатов и их удерживанием предпринимались неоднократно. Ряд физико-химических характеристик параметров молекулы сорбата, определяющих удерживание, довольно разнообразен: число атомов углерода [95], Ван-дер-Ваальсов объем молекулы [96 - 99], отношение длины к ширине молекулы [100-103], фактор гидрофобности [104-108], различные топологические индексы, в частности индекс связанности [109-111]. Для предсказания удерживания в ВЭЖХ также привлекают такие физико-химические параметры, как а-константы заместителей Гаммета-Тафта [112], стерические константы [113].
Простые однопараметровые линейные соотношения, описывающие связь структура - свойство, выполняются только для достаточно узких рядов соединений с заместителями близкой природы [114]. Поэтому в последние годы исследователями предлагаются многопараметровые зависимости, где применяется комбинация нескольких структурных параметров адсорбирующейся молекулы [115-119].
Во многих случаях между данными удерживания и числом атомов углерода в молекуле (углеродное число) для разных гомологических рядов в различных типах и способах хроматографического разделения наблюдаются линейные отношения. Здесь можно отметить, что отклонения от линейности могут объясняться различиями в экранировании, которое испытывает данная функциональная группа ряда со стороны алкильных цепей различной длины. С этим эффектом часто можно встретиться в жидкостной хроматографии в системах с обращенными фазами. Например, о таких отклонениях сообщалось Клиффордом [120] для ряда алкилзамещенных динитрофенолов и Томлинсоном [121] алкилбензоатов.
Линейность между данными удерживания и углеродным числом остается в силе только для гомологических рядов. Для соединений, находящихся в близком родстве, но принадлежащих различным группам, это соотношение более не действительно: как сообщалось в работе [122] о несоответствии lg К, измеренных с помощью ОФ ВЭЖХ, для ал кил бензолов и полиароматических соединений.
Джино и Кавазаки [123] изучали корреляции между lg к и Ван-дер-ваальсовыми объемам 19 изомерных алкилбензолов в ОФ ВЭЖХ. Для получения данных по удерживанию были использованы три неподвижные фазы (С 2, С 8 и С 18) с увеличивающейся длиной алкильной цепи. Были обнаружены существенные корреляции между lg Ы и Ван-дер-ваальсовым объемом, особенно в случае фаз С 8 и С 18 (г равны 0,93 и 0, 92 соответственно). Авторы связали Ван-дер-ваальсов объем, индекс связанности [124] и гидрофобный параметр (lg Р) [125] как независимые переменные в одном регрессионном уравнении, описывающем значения lg к . Коэффициент корреляции, получившегося трехпараметрового уравнения, возрастает по отношению к таковому, который получается с одним параметром. Однако, сильная взаимокорреляция среди использованных молекулярных дескрипторов делает сомнительным физический смысл рассмотренных трехпараметровых уравнений. Информация, касающаяся молекулярного размера, формы и гидрофобности, содержится в каждом из отдельных использованных дескрипторов для набора исследованных соединений. Другими словами, отдельные дескрипторы, использованные в трехпараметровых уравнениях, можно представить в виде линейной функции одного из них. Таким образом, физический смысл трехпараметровых уравнений сводится к таковому, который выражен соответственным однопараметровым соотношением.
Применение стерических констант заместителей в корреляционном анализе (например, при установлении связи строения органических молекул с их реакционной способностью) часто бывает плодотворным, хотя и имеет ряд ограничений [126]. Однако, в исследованиях КССУ стерические константы заместителей не нашли широкого использования.
В [127] сообщалось о линейности между логарифмами объемов удерживания (lg VR) и стерическими константами алкильных заместителей Тафта (Es), Хэнкока (Esc) и Пальма (Es ) для небольшого ряда 2-алкилпиридинов. Параметры удерживания были определены методом жидкостной хроматографии на окиси алюминия, силикагеле и окиси алюминия, пропитанной хлоридом кобальта с использованием подвижной фазы диоксан-изооктан. Алкильные заместители экранируют п—электроны атома азота, создавая пространственные препятствия образованию водородной связи с поверхностными гидроксилами. Так как время удерживания 2-т/?е/и-бутилпиридина совпадает с таковым для 2-mpem-бутилбензола, то имеет место практически полное экранирование трет-бутипыюп группой непо деленной пары электронов гетероатома азота. Авторы утверждают, что наилучшая корреляция наблюдается между lgVR для пяти исследованных сорбатов и стерическими константами по Пальму (учитывающими гиперконьюгации С - С и С — Н) и Хэнкоку (учитывающими гиперконьюгацию С - Н). Во всех изученных случаях корреляции несколько хуже при использовании стеричеких констант Тафта (без учета эффектов гиперконьюгации). Действительно при использовании Es для расчета, получается наилучший коэффициент корреляции, равный 0, 978. Однако вывод авторов о том, что в случае алкилпиридинов адсорбцию определяет стерическое затруднение, можно подвергнуть сомнению, так как этот ряд соединений является очень однородным, и поэтому константы, принятые за стерические, отражают также и дисперсионные свойства сорбатов.
Авторами [128] исследовалось влияние алкильных заместителей (Alk = Me, Et, Pr , Bu ) на удерживание в НФ системе (полярный сорбент -неполярный элюент (гексан)) 12 кремний-содержащих арильных соединений, таких как: 1 — арилоксисиланов, 2 — кремний - содержащих фенолов, 3 - замещенных дисилоксидифенилов. Интересно утверждение о существовании корреляционной зависимости между Igt n и стерическими константами Пальма (Es) и Чартона (v) алкильных групп в алкокси заместителях. Очевидно, такой вывод делается исходя из результатов эксперимента. С увеличением стерической затрудненности кислородного атома в диметилалкоксильном заместителе уменьшается удерживание исследуемых соединений. При этом графически приводятся зависимости в координатах lgf д - Es (v) и \gt д - пс без указания значения г для полученных прямых. Используя экспериментально полученные данные удерживания, приведенные в работе [128], получены следующие значения г для каждой группы (1 - 3), с выборкой, равной 4: для зависимости \gt R = а0 + ajE,0 (ri=0,972, r2=0,888, r3=0,987); lgf д = ao + aiv (n=0,941, r2=0,826, r3=0,959); Igf д -00 + a,nc (r,=0,989, r2=0,995, r3=0,977).
Влияние алкильных заместителей на хроматографическое удерживание производных анилинхромтрикарбонила
Таким образом, для соединений незамещенных в положении 2,3 диазабутадиенового фрагмента проявляются стерические и электронные эффекты как во взаимодействиях сорбат - сорбент, так и во взаимодействиях сорбат - элюент в условиях НФ ВЭЖХ с увеличением концентрации ТГФ в подвижной фазе, что не наблюдается для 2,3-диметилзамещенных диазабутадиенов.
Для соединений III группы (таб. 4) в нормально-фазовом варианте наблюдается сильная сорбция молекул на неподвижной фазе. Это связано с тем, что атом азота не имеет сопряжения с 1,4-заместителем, которое уменьшало бы электронную плотность на нем, как в случае соединений первых трех групп. Кроме того, заместители у атома азота в III группе имеют положительный индуктивный эффект. Таким образом, у соединений этой группы на атоме азота повышена электронная плотность, что ведет к более сильному межмолекулярному взаимодействию сорбат - сорбент за счет образования водородной связи атома азота с гидроксильными группами поверхности сорбента. По данным табл. 4 можно проследить, как меняется порядок элюирования соединений 36, 37, 38 в НФ ВЭЖХ. При содержании полярной добавки в элюенте 2% удерживание данных соединений увеличивается с уменьшением величины стерического экранирования неподеленной электронной пары атомов азота. Стерические константы Тафта (-Es) для заместителей 1,54 для Ви , 0,79 - cyclo-C Hn, 0,47 - Рг . При содержании 5 % ТГФ в гексане соединения 36 и 37 имеют одинаковое время удерживания. Увеличение концентрации полярного модификатора в элюенте до 10 % дает следующий порядок элюирования соединений: 36, 37,38.
Для оптимизации условий разделения и анализа замещенных диазабутадиенов в качестве полярного модификатора в подвижной фазе, кроме ТГФ, использовался изопропиловый спирт. Так как спирты имеют большую элюирующую силу, чем ТГФ, то даже очень низкие их концентрации в подвижной фазе (0.1%) при разделении соединений I — II групп не дают удовлетворительных результатов. В то же время, при использовании 1%-ного раствора изопропилового спирта в гексане для разделения соединений III группы, сорбция которых на гидроксилированном силикагеле выше, чем соединений I - II групп, были получены высокие коэффициенты селективности (а п/ю= 2,0; аі2/п= 1,4). Влияние на порядок удерживания соединений III группы 1% изопропилового спирта в подвижной фазе такое же, как и 10% содержание ТГФ в гексане (табл. 4).
Как показано в главе 1, в жидкостной хроматографии из зависимостей удерживания сорбатов от концентрации модифицирующей добавки в подвижной фазе наиболее часто используются линейные уравнения Снайдера - Сочевинского (1.3) и Скотта - Кучеры (1.5). Эти уравнения выведены на основе представлений о механизме конкурентной сорбции между молекулами сорбата и модификатора из инертного растворителя на поверхности неподвижной фазы. Экспериментальные данные были обработаны, используя модели удерживания (1.3) и (1.5). Для производных диазабутадиена наблюдаются достаточно хорошие линейные зависимости по обоим уравнениям с коэффициентами корреляции в пределах от 0,970 до 0,996. В качестве примера приведена в координатах Скотта - Кучеры зависимость удерживания соединений 37 и 38 от состава подвижной фазы. Уравнения корреляции: для соединений 37 и 38 соответственно. Таким образом, в случае НФ ВЭЖХ хорошо выполняются обе рассматриваемые сорбционные модели удерживания.
В обращенно-фазовом варианте, при использовании элюента с соотношением метанола и воды, равным 85 : 15, удерживание исследуемых диазабутадиенов (при сравнении внутри групп, табл.4) возрастает, в основном, с увеличением числа СНз групп в молекуле, за исключением 2,3 -ди-метил-1,4-ди-г/шсло-гексил-1,4-диаза-1,3 -бутадиена, который элюируется раньше 1,4-ди-г/иклогексил-1,4-диаза-1,3 -бутадиена (соединения 35 и 36, табл.4). Однако, при одинаковом числе СН3 групп в молекуле, время удерживания соединений группы I меньше, чем соединений из группы II. По-видимому, ориентация молекул соединений с R=H на поверхности неполярного сорбента более выгодна для сорбции, по сравнению с соединениями, где R=CH3. Иными словами, вклад 1,4-заместителей в дисперсионное взаимодействие молекул диазабутадиена с поверхностью неполярного сорбента больше, чем метальных заместителей в положении 2,3.
Была рассмотрена зависимость lg к от числа атомов углерода в 1,4-заместителе (уравнение 2.8) в условиях ОФ ВЭЖХ. Для выборки из 7 соединений, включающих 31,32, 33,34, 36,37, 38, уравнение имеет вид:
Известно, что основным типом взаимодействия ароматических аминов с поверхностью гидроксилированного силикагеля является образование водородной связи . между, атомом азота амина и протонированными оксигруппами поверхности сорбента [149]. Поэтому существенное влияние на удерживание таких соединений должны оказывать свойства заместителей у атома азота.
В табл. 6 приведены значения величин удерживания исследованных производных анилинхромтрикарбонила общей формулы на гидроксилированном силикагеле при элюировании бинарной подвижной фазой гексан - ТГФ, при содержании в ней 9 % модификатора - ТГФ.
Сравнение хроматографических параметров исследуемых соединений показывает, что доминирующее влияние на их удерживание оказывают свойства заместителей у атома азота. Из полученных результатов следует, что времена удерживания исследованных соединений уменьшаются с увеличением как числа атомов углерода в алкильном заместителе, так и степени стерического экранирования свободной пары электронов атома азота.
