Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 10
1.1. Особенности строения и применение производных хинолина 10
1.2. Характеристика сорбентов, применяемых в ВЭЖХ 15
1.3. Особенности водно-органических элюентов в ОФ ВЭЖХ
1.3.1. Особенности водно-ацетонитрильных растворов 29
1.3.2. Влияние рН элюента на хроматографические характеристики 34
2. Экспериментальная часть 39
2.1. Объекты исследования 39
2.2. Квантово-химические расчеты 42
2.3. Методы исследования
2.3.1. Условия хроматографического эксперимента 45
2.3.2. Условия потенциометрического эксперимента 49
2.3.3. Условия кондуктометрического эксперимента 50
2.3.4. Регистрация масс-спектров исследованных соединений 51
2.3.5. Статистическая обработка результатов 51
3. Обсуждение результатов 53
3.1. Взаимосвязь строения и хроматографического удерживания производных хинолина 53
3.1.1. Влияние физико-химических параметров производных хинолина на характер межмолекулярных взаимодействий в хроматографической системе 53
3.1.2. Влияние природы и положения заместителей в молекуле производных хинолина на хроматографическое удерживание 58
3.2. Особенности сорбции 4-карбоксихинолинов из водно-ацетонитрильных растворов 68
3.2.1. Равновесия в водно-ацетонитрильных растворах производных 4 карбоксихинолина 68
3.2.2. Особенности хроматографического удерживания 4 кабоксихинолинов в условиях ОФ ВЭЖХ. 78
3.3. Хроматографическое удерживание 4-аминохинолинов из водно ацетонитрильных растворов на ОДС и ССПС 90
Выводы 101
Список использованных источников 103
- Характеристика сорбентов, применяемых в ВЭЖХ
- Условия хроматографического эксперимента
- Влияние физико-химических параметров производных хинолина на характер межмолекулярных взаимодействий в хроматографической системе
- Равновесия в водно-ацетонитрильных растворах производных 4 карбоксихинолина
Введение к работе
Актуальность работы.
Производные хинолина, многие из которых являются биологически
активными веществами, представляют большой интерес в качестве объектов
исследования в различных отраслях химии. С одной стороны – это
потенциальные лекарственные препараты с самым широким спектром
физиологического действия, содержащие, как правило, несколько
фармакофорных групп и, таким образом, являющиеся объектами пристального
внимания представителей фармацевтической химии. С другой стороны,
полифункциональность производных хинолина, наличие гетероароматического
фрагмента и заместителей различной химической природы делает их весьма
интересными объектами при установлении взаимосвязи «структура –
свойство». Решением этой проблемы, как одной из наиболее важных в
материаловедении, в течение последних десятилетий занимаются
представители естественнонаучных направлений многих стран.
Одним из аспектов данной проблемы является исследование процессов
сорбции на межфазных границах, в частности, на поверхности сорбентов
различной химической природы из водных и водно-органических растворов.
Эффективным инструментом при осуществлении таких исследований является
высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), позволяющая, наряду
с возможностью реализации комплекса различных межмолекулярных
взаимодействий в хроматографической системе одновременно осуществить
разделение сложных смесей биологически активных веществ и идентификацию
компонентов этих смесей. С этой точки зрения наличие в производных
хинолина нескольких активных центров делает эти соединения интересными
объектами для изучения особенностей сорбции в условиях высокоэффективной
жидкостной хроматографии на сорбентах, чувствительных к геометрии
молекул, наличию или отсутствию ароматической системы в молекулах
аналитов, то есть к их электронному строению и, в конечном итоге, для
установления взаимосвязи «структура – свойство» и «структура –
хроматографическое удерживание». К сожалению, данные о
хроматографическом поведении производных хинолина в литературе весьма
малочисленны. Недостаточны также, на наш взгляд, сведения о возможных
процессах сольватации или ассоциации, сопровождающих растворение
сложных ароматических гетероциклов в водно-органических растворах,
используемых в жидкостной хроматографии в качестве элюентов.
Исследование таких явлений может способствовать как развитию теории
растворов в целом, так и теории жидкостной хроматографии в частности. В
литературе есть публикации, посвященные особенностям ацетонитрила как
растворителя, и водно-ацетонитрильным растворам, как наиболее
используемым в качестве элюента в жидкостной хроматографии. При этом обсуждаются вопросы, связанные с возможностью образования в таких растворах гомо- и гетероассоциатов в связи со сравнительно высокими донорно-акцепторными способностями ацетонитрила. Полифункциональные
ароматические гетероциклы, растворенные в смеси вода - ацетонитрил, усложняют существующие равновесия, взаимодействуя с компонентами раствора, что должно сказываться на хроматографическом поведении таких соединений. Можно поэтому заключить, что недостаточная изученность свойств производных хинолина (в частности, их сорбционных свойств) и их водно-органических растворов, а также наличие широкого спектра биологической активности этих веществ обусловливают актуальность исследования физико-химических закономерностей хроматографического удерживания производных хинолина в условиях ВЭЖХ.
В связи с этим целью данной работы явилось установление закономерностей сорбции производных хинолина из водно-ацетонитрильных растворов на сорбентах различной химической природы.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучение сорбции 4-амино- и 4-карбоксихинолинов на октадецилсиликагеле, сверхсшитом полистироле и пористом графитированном углероде из водно-ацетонитрильных растворов.
-
Исследование зависимости характеристик удерживания производных хинолина от строения и свойств молекул сорбатов и состава многокомпонентного раствора, а также возможности применения известных адсорбционных моделей к удерживанию 4-амино- и 4-карбоксихинолинов в условиях ОФ ВЭЖХ.
3. Исследование процессов, протекающих при растворении производных
хинолина в водно-ацетонитрильных растворах с помощью масс-спектрометрии,
потенциометрии и кондуктометрии с целью оптимизации условий
хроматографирования.
Научная новизна.
Методом ВЭЖХ изучены физико-химические особенности адсорбции на октадецилсиликагеле, сверхсшитом полистироле и пористом графитированном углероде 15 впервые синтезированных производных хинолина. Установлены зависимости удерживания 4-аминохинолинов и 4-карбоксихинолинов от состава элюента на сорбентах различной природы.
Посредством потенциометрии и кондуктометрии исследованы процессы, протекающие в водно-ацетонитрильных растворах производных хинолина при изменении концентрации ацетонитрила. Изучено влияние рН водно-ацетонитрильного раствора элюента на удерживание хинолинов в условиях обращенно-фазовой (ОФ) ВЭЖХ.
Предложена интерпретация механизма удерживания производных хинолина из водно-ацетонитрильных растворов, объясняющая аномальные зависимости фактора удерживания от состава элюента для аминохинолинов смещением соответствующих равновесий в объеме водно-ацетонитрильных элюентов.
Практическая значимость работы. Изученные в настоящей работе особенности адсорбции некоторых производных хинолина на сорбентах различной природы могут быть использованы для прогнозирования хроматографического поведения подобных соединений, а также для
оптимизации сорбционного разделения смесей веществ методами ВЭЖХ.
Полученные экспериментальные данные могут применяться при
проектировании методик жидкостно-хроматографического определения
производных хинолина в фармацевтических продуктах, а также для регулирования селективности разделения производных хинолина методом ВЭЖХ на октадецилсиликагеле, сверхсшитом полистироле и пористом графитированном углероде. Полученные результаты будут способствовать развитию теории сорбции сложных ароматических соединений на сорбентах различной природы из водно-органических растворов. Совокупности хроматографических, кондуктометрических данных, а также значений рН водно-ацетонитрильных растворов производных хинолина могут быть использованы для развития теории органических и водно-органических растворов.
На защиту выносятся:
- совокупность значений характеристик удерживания, полученных при
адсорбции производных хинолина на октадецилсиликагеле, сверхсшитом
полистироле и пористом графитированном углероде из водно-ацетонитрильных
растворов разного состава;
- результаты потенциометрического и кондуктометрического исследования
водно-ацетонитрильных растворов, анализ кислотно-основного равновесия в
растворах и электрической проводимости сорбатов в водно-ацетонитрильной
среде;
- полученные зависимости характеристик удерживания от строения и
свойств молекул исследованных соединений, а также от состава
многокомпонентного раствора при адсорбции на октадецилсиликагеле,
сверхсшитом полистироле и пористом графитированном углероде;
- интерпретация механизмов адсорбции производных хинолина и
процессов, протекающих в водно-ацетонитрильных растворах этих веществ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 6 статей в ведущих академических рецензируемых научных журналах, включенных в Перечень ВАК Минобрнауки России, и тезисы 7 докладов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены на
Всероссийской научной молодежной школе-конференции «Химия под знаком
Сигма: исследования, инновации, технологии» (г. Омск, 14-22 мая 2012г.), XV
молодежной школе-конференции по органической химии (г. Уфа, 31 мая - 2
июня 2012г.), Всероссийском симпозиуме «Кинетика и динамика обменных процессов. 2012» (Краснодарский край, 25 ноября – 02 декабря 2012г.), ХХ Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Йошкар-Ола, 24 -29 июня 2013г.), Всероссийском симпозиуме «Кинетика и динамика обменных процессов. 2013» (Краснодарский край, 2-9 ноября 2013г.), Международной научно-практической конференции «Наука сегодня: проблемы и перспективы» (г. Стерлитамак, 28 марта 2015г.), Всероссийской конференции «Теория и практика хроматографии» с международным участием, посвященной памяти проф. М.С. Вигдергауза (г. Самара, 24-30 мая 2015г.).
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач
исследования, выборе объектов, проведении квантово-химических расчетов
электронных параметров и геометрии молекул исследованных соединений,
проведении экспериментального изучения сорбции производных хинолина
методом высокоэффективной жидкостной хроматографии,
кондуктометрического и потенциометрического исследований водно-ацетонитрильных растворов данных веществ, записи их масс-спектров, обработке результатов и участии в обобщении полученных результатов. Обсуждение результатов работы и формулирование научных положений и выводов осуществлялись совместно с научным руководителем д.х.н., профессором СВ. Курбатовой.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 168 источников. Материал диссертационной работы изложен на 120 страницах текста, содержит 23 рисунка и 10 таблиц.
Характеристика сорбентов, применяемых в ВЭЖХ
Природа заместителей и их положение в хинолиновом кольце различным образом влияют на основность атома азота хинолина. Не последнюю роль при этом играет способность молекул к таутомерии. В частности, наличие в положениях 2 и 4 молекулы хинолина электронодонорных заместителей, сопряженных с атомом азота и вследствие этого неспособных к таутомерии, повышает основность атома азота. 4-Аминохинолины могут быть представлены в виде таутомерных форм иминно-енаминного типа (рис.1), они проявляют основные свойства за счет аминогруппы в положении 4 хинолинового кольца (pKa 4-аминохинолина составляет 9,2) и обладают повышенной основностью по сравнению с другими аминохинолинами и самим хинолином (рKа хинолина составляет 4,94) [5]. NhL NH Роль стерического фактора для гетероциклических соединений в литературе оценивается по-разному [6]. Предполагается, что его влияние ощутимо лишь при наличии в молекуле объемных заместителей в орто-положении к реакционному центру.
С точки зрения практического использования хинолин и его производные привлекают внимание исследователей, прежде всего возможностью применения их в качестве компонентов лекарственных препаратов. Большое число работ посвящено изучению биологической активности производных хинолина и использованию их в фармацевтике [7–13]. Помимо прикладной фармацевтической направленности применения производных хинолина эти вещества используют также в качестве чувствительных датчиков для измерения полярности микроокружения в химических и биологических системах, для определения воды в бинарных водных растворах [14]. Однако именно их биологическая активность привлекает наибольшее внимание исследователей. Многие производные хинолина обладают противомалярийным и противоплазмодийным действием [8, 10, 15, 16], противовоспалительными, обезболивающими или цитотоксичными свойствами [12]. Широким спектром биологической активности характеризуются 4-карбоксихинолины (цинхониновые кислоты) и их производные, являющиеся основой для синтеза разнообразных лекарственных препаратов [17, 18].
Величины pK 4-карбоксихинолина и некоторых его производных в водно-органических растворах представлены в работе [19], в которой также проанализировано влияние особенностей строения этих веществ на их некоторые физико-химические характеристики.
Хотя хинолинсодержащие соединения применяются достаточно давно, однако, большой скачок в области химии хинолина был сделан лишь в последние десятилетия [20, 21]. Присутствие хинолинового фрагмента в разнообразных лекарственных соединениях привело к разработке многочисленных способов их синтеза [8, 22–25], поэтому система хинолина стала распространенной темой исследований [26–28].
Анализ литературы показал, что основное число опубликованных к настоящему времени работ посвящено проблемам синтеза производных хинолина и проявляемым ими биологическим или фармацевтическим свойствам, в то время как физико-химические свойства, методы определения и анализа хинолинсодержащих веществ представлены в отечественной и зарубежной литературе в значительно меньшей степени [27-30]. На наш взгляд, недостаточно публикаций, описывающих исследование сорбционных свойств производных хинолина, хотя распределение и сорбция рассматриваются как одни их возможных механизмов действия лекарственных препаратов и биологически активных соединений. Среди публикаций, связанных с исследованием хроматографического поведения производных хинолина, можно указать работы [29, 30], посвященные изучению сорбции некоторых производных 4-карбоксихинолина в условиях обращенно-фазовой и нормально-фазовой жидкостной хроматографии на модифицированных силикагелях. Авторами проиллюстрированы особенности удерживания амидов, гидразидов, эфиров и других производных 4-карбоксихинолина, показано влияние природы и положения заместителей на характеристики удерживания. Публикаций, посвященных особенностям сорбции производных хинолина на других сорбентах, нами не найдено.
Практически отсутствуют также работы, связанные с исследованием процессов, протекающих при растворении производных хинолина в водно-органических растворах, которые используются в ВЭЖХ в качестве элюентов. Исследование таких растворов позволит более подробно изучить возможные процессы ассоциации и сольватации в водно-органических элюентах, расширить теорию органических и водно-органических растворов.
Наличие в молекулах производных хинолина нескольких активных центров, а также огромная практическая значимость этих соединений делает их интересными объектами исследования для жидкостной хроматографии. Поскольку хинолин обладает ароматической плоской структурой, его производные являются интересными объектами для изучения процессов сорбции/десорбции на сорбентах, обладающих высоким сродством к геометрии молекул (например, пористый графитированный углерод), а также к новым полимерным сорбентам, таким как сверхсшитый полистирол, удерживание на котором определяется во многом объемом молекулы и наличием в ней ароматической системы.
Условия хроматографического эксперимента
Вода относится к растворителям с высокой сольватирующей способностью, способным ионизировать кислоту и стабилизировать полученный анион и ион водорода. Ожидается, что добавление ацетонитрила должно понизить контанту кислотности. Авторами [129] показано, что существует линейная зависимость между значениями pKa трех ступеней диссоциации, в частности, 4-(2-пиридилазо)резорцина и мольной долей ацетонитрила в бинарном растворителе. Похожая тенденция ранее была обнаружена для других бинарных растворителей [131–133], поэтому авторы [129] выдвинули предположение о том, что такая зависимость констант кислотности 4-(2-пиридилазо)резорцина обусловлена главным образом предпочтительной ионизацией посредством воды. Работа, затрачиваемая на разделение ионов, прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости раствора. При уменьшении диэлектрической проницаемости и сольватационной способности потребуется затратить больше энергии для разделения катиона и аниона. Следовательно, константа кислотности будет понижена. В связи с этим, добавление ацетонитрила приводит к увеличению значений pKa первой ступени диссоциации и уменьшению второй и третей ступеней диссоциации 4-(2-пиридилазо)резорцина.
В работе [134] описано удерживание и массовая перегрузка (mass overload) основных соединений в широком диапазоне рН (2,7-12,0). Подвижной фазой служили растворы ацетонитрила с добавлением карбонатного буфера. В качестве адсорбента использовали неорганический-органический гибрид XBridge C18. В эксперименте при малых и средних значениях рН удовлетворительных результатов не было получено, однако, повышение значениий рН до 10,0-12,0 ед. показало хорошие результаты для оснований средней силы. Ионизация сорбатов при таких рН составляла 1%. Однако, более сильные основания дали низкую производительность. Авторы предположили, что это связано со взаимодействием используемого основного раствора со все более ионизированными остаточными силанольными группами сорбента. При этом было выдвинуто предположение о том, что преимущество уменьшенной ионизации растворов может быть перевешено для некоторых растворов увеличивающейся ионизацией силанольных групп колонки. Кроме того, время жизни таких сорбентов при высоких рН невелико. В целом, авторы [134] сделали вывод, что высокие значения рН подвижной фазы могут быть использованы при хроматографировании оснований средней силы, но неприменимы для сильных оснований.
В работе [135] предложено добавлять в подвижные фазы неорганические хаотропные соли. Авторы отмечают улучшение симметрии пиков, пиковой эффективности и удерживания при добавлении таких анионов. При хроматографировании аналитов кислого или основного характера одним из способов оптимизации селективности системы является изменение рН элюента, величина которого может изменяться либо просто при изменении концентрации органического компонента подвижной фазы, либо при добавлении соответствующих буферных смесей [136]. При этом ионогенные вещества будут находиться в растворе подвижной фазы и на поверхности сорбента как в виде нейтральных молекул, так и в виде ионов. Изменение рН подвижной фазы будет изменять величину рК этих сорбатов, что, в свою очередь, приведет к изменению соотношения между их ионизированными и молекулярными формами, хроматографическое удерживание которых может существенно различаться [137, 138]. Авторами [130] показано, что систематическая оптимизация аналитических методов требует точных знаний параметров удерживания, а также значений pKa в водно-ацетонитрильных растворах. Ионогенные вещества рекомендуют хроматографировать в присутствии буфера с подходящей буферной емкостью, что позволяет, с одной стороны, контролировать значения рН элюента, и, с другой, получать воспроизводимые характеристики удерживания и хроматограммы с хорошо оформленными пиками [61, 139]. Авторы [130] описывают способы получения точных значений pH для водно-ацетонитрильных растворов с различным содержанием ацетонитрила при добавлении в эти растворы кислот или оснований. В работе было показано, что pKa кислот увеличиваются с увеличением содержания ацетонитрила в растворе. Для оснований подобная зависимость носит более сложный характер: сначала значения pKa уменьшаются, а затем, достигнув своего минимума, начинают возрастать. Тем не менее, при содержании ацетонитрила в растворе в диапазоне 0-60% об. эта зависимость близка к линейной [130].
В работе [137] охарактеризованы уравнения, позволяющие связать значения pKa ионных соединений в водно-ацетонитрильных растворах и значения pKa этих соединений в воде. Результаты были получены при концентрации ацетонитрила до 60 % об. Однако, авторы подчеркивают, что найденные зависимости выполняются лишь при надлежащем измерении рН. Значения рН должны быть измерены в особой водно-ацетонитрильной смеси, используемой в качестве подвижной фазы. Электроды должны быть откалиброваны стандартами, приготовленными также в этой смеси или стандартами, приготовленными в воде, но с пересчетом значений рН по полученным авторами уравнениям [137].
В литературе опубликованы данные о влиянии рН на хроматографическое удерживание органических сорбатов и приведены методы теоретического расчета рН растворов анализируемого вещества в элюенте в присутствии буфера на основании характеристик всех компонентов хроматографической системы [140, 141]. Однако на практике такие расчеты осложнены многими факторами, поэтому, как правило, тип необходимого буферного раствора при хроматографировании кислот подбирают экспериментально. На основании обзора публикаций последних лет можно констатировать, что роль рН подвижной фазы в реализации определенного механизма удерживания в жидкостной хроматографии до настоящего времени окончательно не установлена [142, 143]. Причина этого, вероятно, кроется, кроме всего прочего, в отсутствии универсальной теории водно-органических растворов в целом, разработка которой позволила бы существенно развить и теорию жидкостной хроматографии, возможности которой как метода физико-химических исследований еще далеко не исчерпаны.
Влияние физико-химических параметров производных хинолина на характер межмолекулярных взаимодействий в хроматографической системе
Влияние природы и положения заместителей в молекуле производных хинолина на хроматографическое удерживание. Для ароматических гетероциклических соединений, к которым относятся производные хинолина, характерна достаточно высокая степень делокализации -электронов, обусловленная взаимодействием электронов циклической структуры и неподеленных пар электронов гетероатомов, однако, значительно меньшая, чем в соответствующих углеводородах за счет незначительной потери симметричности в распределении электронной плотности и в геометрическом строении молекул. В результате пиридиновый атом азота хинолинового ядра проявляет –М и –I эффекты и ведет себя как электроноакцепторный заместитель. Таким образом, электроноакцепторные свойства атома азота в молекулах производных хинолина распространяются главным образом на пиридиновый фрагмент.
Наиболее реакционноспособными и чувствительными к влиянию заместителей в молекуле хинолина являются положения 2 и 4, поэтому наличие заместителей именно в этих положениях способно заметно усиливать или уменьшать основность атома азота хинолинового кольца и сказываться на энергии межмолекулярных взаимодействий соответствующих соединений с компонентами хроматографической системы.
Наличие разных по природе функциональных групп в исследованных нами 4-амино- и 4-карбоксихинолинах сообщает этим соединениям основные или кислые свойства соответственно. Присутствие заместителей в разных положениях хинолинового кольца может усиливать или ослаблять эти свойства. Среди исследованных нами соединений в положении 6 заместитель либо отсутствует, либо находится атом хлора, являющийся донором электронной плотности, либо присутствует метильная группа, проявляющая положительный индукционный эффект и способная к гиперконъюгации. В положении 2 хинолинового кольца аналитов находятся различные по природе заместители: электронодонорный (-ОН), электроноакцепторный (=О), и двойственные по своему влиянию ( x=/ , s , -v , , N ) [147].
Отрицательный мезомерный эффект, проявляемый каким-либо заместителем в положении 2 хинолинового кольца, приводит к уменьшению основности атома азота, ослаблению его взаимодействия с компонентами подвижной фазы и, таким образом, увеличению удерживания [148]. При наличии заместителя в положении 4 проявляется обратный эффект. В исследованных нами соединениях заместители находятся в обоих указанных положениях, поэтому хроматографическое поведение сорбатов должно определяться их конкурирующим влиянием.
Таким образом, можно сделать следующие выводы об электронных влияниях заместителей и функциональных групп в исследованных производных хинолина: группа –CH3 способна к проявлению положительного индуктивного эффекта, а также эффекта гиперконъюгации (слабый положительный мезомерный эффект); фенил может быть донором либо акцептором -электронной плотности в зависимости от природы связанного с ним фрагмента молекулы, тиенил, содержащий электроотрицательный атом серы, по электронному строению близок к фенилу, поэтому его влияние на характеристики, определяемые электронным строением, должно быть аналогичным влиянию фенила [149]. Кроме того, наличие объемных заместителей, таких как фенил, тиенил и др., усиливает роль стерического фактора в межмолекулярных взаимодействиях этих соединений.
Само хинолиновое ядро также способно участвовать в специфических взаимодействиях за счет неподеленной электронной пары атома азота, не участвующей в образовании -системы [150]. Карбоксильная группа, проявляющая –M и –I эффекты, оттягивает электронную плотность хинолинового кольца, тем самым ослабляя свойства неподеленной электронной пары атома азота.
На свойства 4-карбоксихинолинов, в том числе их кислотность, большее влияние должны оказывать заместители, находящиеся в орто-положении по отношению к карбоксильной группе. Заместители, находящиеся в мета-положении могут проявлять только индукционный эффект, соответственно большого влияния на свойства кислот они не оказывают [151].
Аминогруппа, напротив, является донором электронной плотности, при этом электронодонорные заместители увеличивают основность аминохинолинов, а электроноакцепторные уменьшают. Однако, наибольшее влияние на основность ароматических аминов оказывают заместители в орто-и пара- положениях [151]. Таким образом, неподеленная электронная пара атома азота хинолинового ядра увеличивает основность 4-аминохинолинов. В конечном итоге наличие или отсутствие электронодонорных/электроноакцепторных заместителей в целом влияет на распределение электронной плотности в молекулах исследованных соединений и соответственно на возможность возникновения тех или иных взаимодействий в системе «сорбат - сорбент - элюент».
Влияние строения сорбата на какое-либо свойство часто анализируют на основе аддитивных схем, базирующихся на предположении о постоянстве вклада структурных фрагментов в это свойство (например, хроматографическое удерживание) и не зависящего от строения остальной части молекулы [65]. При наличии внутримолекулярных взаимодействий, как в случае исследованных нами соединений, трудно количественно оценить вклад группы (заместителя) в удерживание, однако можно проследить влияние на удерживание различных заместителей в рамках определенного класса соединений.
Для корректного описания сорбции соединений и выводов о специфичности взаимодействий, в которые вступают сорбаты с поверхностью адсорбента, необходимы данные об изменении свободной энергии G на границе раздела адсорбент - чистый адсорбат. В то же время, оценить влияние изменения структуры на удерживание в ОФ варианте ВЭЖХ можно и на основании изменения величин дифференциальных мольных энергий Гиббса (G) [29].
Для оценки влияния изменения строения исследованных веществ на их удерживание в ОФ варианте ВЭЖХ мы рассчитали значения 8(G) при сорбции производных хинолина на октадецилсиликагеле и величины удерживания относительно хинолина. Полученные результаты представлены в таблице 5.
Равновесия в водно-ацетонитрильных растворах производных 4 карбоксихинолина
Данные о систематическом исследовании аминов различного строения представлены в литературе весьма ограниченно. Лишь незначительное число опубликованных работ посвящено исследованию взаимосвязи их строения с проявляемыми физико-химическими и, в частности, хроматографическими свойствами. Малочисленность таких публикаций связана, вероятно, со сложностью исследования аминов, обусловленной изменчивостью их аналитических характеристик в зависимости от особенностей строения молекул, наличия в одной и той же молекуле аминогрупп с разной степенью замещения атомов водорода алкильными радикалами или присутствия других функциональных групп. Одной из наиболее известных работ в этой области является ставшая уже классической монография А.А. Андерсона [162], посвященная газовой хроматографии аминосоединений и содержащая не только описание условий разделения, но и характеристику типов межмолекулярных взаимодействий (ММВ), реализующихся в колонке при хроматографировании аминов на неподвижных фазах разной химической природы. Физико-химические основы газохроматографического определения аминов были в свое время представлены в работах профессора Р.В. Головни с соавторами [163, 164]. К сожалению, аналогичные полномасштабные публикации по жидкостной хроматографии аминов практически отсутствуют. В опубликованных работах содержится преимущественно описание методик определения биогенных аминов, содержащихся в различных пищевых продуктах [8, 9].
Тем не менее, из литературы известно, что в условиях газовой хроматографии молекулы аминов интенсивно сорбируются (иногда практически необратимо) на активных центрах сорбента в результате сильного межмолекулярного взаимодействия с его поверхностью [162]. В условиях ОФ ВЭЖХ наличие полярного элюента, взаимодействующего с молекулами сорбатов, приводит к уменьшению удерживания, однако, преобладание взаимодействий молекул сорбата с сорбентом или элюентом определяется при прочих равных условиях природой и строением сорбируемых молекул, поэтому и величины удерживания аминов в условиях ОФ ВЭЖХ могут варьировать в широких пределах. 4-Аминохинолины являются соединениями, склонными к специфическим донорно-акцепторным взаимодействиям, что играет важную роль при хроматографировании этих веществ, при этом протекающие в хроматографической системе процессы осложняются наличием в молекулах сорбатов двух атомов азота – пиридинового и аминогруппы. Присутствие аминогруппы, способной к проявлению специфических донорно-акцепторных взаимодействий, может приводить к формированию нестойких ассоциативных комплексов аналитов как с молекулами подвижной фазы, так и друг с другом.
Использование сорбентов различной химической природы в хроматографической системе должно оказывать влияние на смещение соответствующих равновесий в элюенте и, таким образом, влиять на константы сорбционного равновесия сорбатов. Несмотря на то, что все использованные нами сорбенты являются неполярными (как того и требует ОФ режим ВЭЖХ), каждый из них имеет свои особенности, обусловленные их строением, физико-химическими свойствами и, наконец, способами получения [31, 46, 56].
Так, например, предполагается, что силикагель, модифицированный октадецильными радикалами, способен удерживать сорбаты исключительно за счет дисперсионных взаимодействий. Однако в публикациях последних лет все чаще указывается на возможность его участия в специфических взаимодействях за счет остаточных силанольных групп, количество которых на поверхности октадецилсиликагеля может меняться в зависимости от плотности прививки модификатора. Покрытие поверхности при модифицировании кремнезема по данным выпускающих сорбенты фирм составляет 50, 70 или 100%, однако, авторы [165] утверждают, что полное (100%) покрытие поверхности практически невозможно и на самом деле однократное модифицирование дает лишь 70% покрытия. Таким образом, свободные силанольные группы на поверхности модифицированного кремнезема непременно должны проявить себя при хроматографировании аналитов соответствующей химической природы.
Особенностями механизма сорбции на сверхсшитом полистироле является заметный дополнительный вклад -взаимодействий в удерживание, в наибольшей степени проявляющийся для сорбатов с электронодефицитными или электроноизбыточными плоскими ароматическими фрагментами, кратными связями, вакантными d-орбиталями или неподеленными парами электронов [31].
Таким образом, при сорбции на ССПС могут проявляться дополнительные к дисперсионным специфические --взаимодействия между ароматическими фрагментами сорбатов и сверхсшитого полистирола. При этом если в случае сорбентов на основе модифицированных силикагелей в качестве возможного механизма удерживания рассматриваются как адсорбционный, так и распределительный варианты, то предполагается, что на полимерных сорбентах удерживание осуществляется исключительно за счет адсорбции на поверхности.
С точки зрения строения молекул сорбатов в целом хроматографическое поведение 4-аминохинолинов определяется обычными параметрами, ответственными за удерживание в ОФ ВЭЖХ (объем, поляризуемость, дипольный момент), однако, различная химическая природа заместителей (алкил, арил, гетарил и атом хлора) влияет на перераспределение электронной плотности в молекулах исследованных соединений и приводит к изменению характера взаимодействия аналитов как с сорбентом, так и с компонентами подвижной фазы.
Из представленных в экспериментальной части в таблице 3 данных следует, что удерживание ряда соединений на ССПС оказывается более значительным по сравнению с ОДС, что является результатом дополнительных -взаимодействий ароматических систем сорбента и молекул сорбатов. Производные 4-аминохинолина с метильными радикалами в положении 2 и 6 характеризуются весьма высокими значениями фактора удерживания как на ОДС, так и на ССПС, несопоставимыми со значениями величин физико-химических характеристик этих соединения. Следует, однако, заметить, что значительное удерживание метилпроизводных характерно при хроматографировании и других гетеро- и карбоциклических соединений в условиях как жидкостной, так и газовой хроматографии [65].