Введение к работе
Актуальность работы. Изучение механизмов сорбции различных веществ на границе раздела «твердая фаза – раствор» является одной из актуальных задач физической химии и создает теоретическую основу для реализации процессов очистки, концентрирования и разделения, в том числе в высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Понимание физико-химической сущности процессов, происходящих в многокомпонентной системе сорбат – сорбент – элюент и выявление роли различных межмолекулярных взаимодействий в процессе сорбции веществ из объема подвижной фазы позволяют прогнозировать хроматографическое поведение органических соединений различной природы, оптимизировать методики их разделения, а также способствуют углублению и развитию теории растворов.
Особенно актуальными представляются исследования механизмов сорбции в свете разработки и внедрения в практику новых сорбентов с отличными от традиционных физико-химическими и эксплуатационными характеристиками. В последние годы широкое распространение в различных сорбционных технологиях получили нанопористые полимерные сорбенты на основе сверхсшитого полистирола (ССПС). Сорбенты данного типа, в частности, являются перспективными неподвижными фазами для ВЭЖХ и обладают такими преимуществами перед традиционными сорбентами, как высокоразвитая поверхность и пористая структура, совместимость с органическими, водно-органическими и водными подвижными фазами, высокая механическая прочность и др. Изучение механизмов сорбции на сверхсшитых полистиролах позволит расширить круг решаемых с их помощью задач и проводить целенаправленный синтез аналогичных сорбентов с заданными свойствами.
В качестве модельных соединений при изучении сорбционных и хроматографических свойств новых сорбентов используют как сравнительно простые органические вещества, так и сложные полифункциональные соединения, реализующие в изучаемой системе различные типы межмолекулярных взаимодействий. В литературе есть сведения об исследовании физико-химических закономерностей сорбции некоторых производных адамантана и ароматических гетероциклов. На наш взгляд, интересными объектами с этой точки зрения являются азотсодержащие производные адамантана, молекулы которых содержат объемный адамантановый каркас и полярные амидразонную или триазольную группы.
Целью работы явилось изучение особенностей механизмов сорбции азотсодержащих производных адамантана сорбентами на основе сверхсшитого полистирола в условиях различных режимов ВЭЖХ.
В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертации:
-
Изучение взаимосвязи между строением, физико-химическими свойствами и сорбционными характеристиками амидразонов и триазолов адамантана на сверхсшитом полистироле в условиях обращенно-фазового (ОФ) и квазинормально-фазового (КНФ) режимов ВЭЖХ.
-
Анализ зависимости энергии сорбции азотсодержащих производных адамантана от природы сорбента в условиях ОФ ВЭЖХ при использовании в качестве неподвижной фазы октадецилсиликагеля, немодифицированного и сульфированного сверхсшитых полистиролов.
-
Исследование особенностей влияния состава подвижной фазы на сорбцию различных органических соединений сверхсшитым полистиролом по сравнению с октадецилсиликагелем; анализ применимости к данным хроматографическим системам известных моделей удерживания.
-
Оценка влияния эксклюзионных эффектов на сорбцию высоко- и низкомолекулярных соединений сверхсшитым полистиролом.
Научная новизна
Определены сорбционные характеристики 14 впервые синтезированных амидразонов и триазолов адамантанового ряда в условиях обращенно-фазового и квазинормально-фазового режимов ВЭЖХ при использовании в качестве сорбентов октадецилсиликагеля, немодифицированного и сульфированного сверхсшитых полистиролов.
Установлены зависимости между сорбционными характеристиками изученных соединений, их строением и физико-химическими параметрами, а также составом подвижной фазы в исследованных хроматографических системах.
Изучено влияние качественного и количественного состава подвижной фазы на сорбцию замещенных азотсодержащих производных адамантана и некоторых ароматических соединений сорбентами на основе сверхсшитого полистирола в широком диапазоне концентраций модификаторов в элюенте, и проведено сопоставление с аналогичными закономерностями для октадецилсиликагеля.
Методом обращенной эксклюзионной хроматографии проведена оценка пористой структуры сорбентов на основе сверхсшитого полистирола, показана роль эксклюзионных эффектов в удерживании производных адамантана.
Диссертационная работа выполнена при поддержке проекта № 02.740.11.0650 ФЦП “Научные и научно-педагогические кадры инновационной России” на 2009-2013 годы.
Практическая ценность. Данные о хроматографическом удерживании производных адамантана могут быть использованы при разработке методик разделения близких по строению и физико-химическим свойствам соединений. Понимание физико-химических закономерностей сорбции соединений различной природы на сверхсшитых полистиролах будет способствовать расширению спектра областей применения сорбентов на его основе в различных сорбционных процессах. Установленные зависимости удерживания на сверхсшитом полистироле от состава элюента могут быть использованы для оптимизации условий разделения смесей сложных соединений с помощью сорбентов на его основе. Сверхсшитые полистиролы были успешно использованы для разделения смеси олигомеров стирола по эксклюзионному механизму и определения молекулярных масс отдельных компонентов.
На защиту выносятся:
результаты исследования взаимосвязи строения и физико-химических характеристик азотсодержащих производных адамантана и их удерживания на октадецилсиликагеле и сорбентах на основе сверхсшитого полистирола в условиях обращенно-фазовой (ОФ) и квазинормально-фазовой (КНФ) ВЭЖХ.
закономерности, выявленные в ходе применения адсорбционных моделей удерживания к исследованным хроматографическим системам, роль состава подвижной фазы в сорбции производных адамантана октадецилсиликагелем и сверхсшитым полистиролом.
результаты изучения влияния эксклюзионных эффектов на удерживание органических соединений сорбентами на основе сверхсшитого полистирола в условиях адсорбционной ВЭЖХ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 9 статей и тезисы 8 докладов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы химической науки, практики и образования» (г. Курск, 2009); IV школе-семинаре молодых ученых «Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» (г. Иваново, 2009); XVII Международной конференции по химической термодинамике в России (г. Казань, 2009); Всероссийской конференции «Теория и практика хроматографии. Хроматография и нанотехнологии» (г. Самара, 2009); Юбилейной научной конференции, посвященной 80-летию Химического факультета МГУ «Химия и общество. Грани взаимодействия: вчера, сегодня, завтра» (г. Москва, 2009); Всероссийской конференции «Хроматография народному хозяйству» (г. Дзержинск, 2010); Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» (г. Краснодар, 2010); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (г. Волгоград, 2011).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 132 наименования, и приложения. Материал диссертационной работы изложен на 135 страницах текста, содержит 16 рисунков и 24 таблицы.
