Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра физической химии и хроматографии. Самарский государственный университет. Ул. Акад. Павлова, 1. г. Самара, 443011. Россия. Факс: (846) 334-54-17. E-mail: curbatsv@ssu.samara.ru

Влияние строения адамантиламидразонов на их сорбционные характеристики

Прокопов Сергей Валерьевич

Курбатова Светлана Викторовна*⁺

*Ведущий направление; ⁺Поддерживающий переписку

Аннотация

адамантиламидразон жидкостный хроматография сорбция

Исследовано хроматографическое поведение производных адамантиламидразонов в условиях высокоэффективной жидкостной хроматографии. Рассчитаны значения характеристик удерживания сорбатов при элюировании смесью вода - ацетонитрил. Проанализировано влияние строения адаман-тиламидразонов на их сорбцию неполярным сорбентом.

Ключевые слова: адамантан, амидразоны, ацетонитрил, факторы удерживания, ВЭЖХ.

Производные адамантана продолжают вызывать неослабевающий интерес исследова-телей, работающих в различных областях науки, связанный, прежде всего, с разнообразием практического применения этих соединений. Особенно актуальной является задача создания новых лекарственных препаратов на основе производных адамантана, биологическая активность которых обусловлена ярко выраженной липофильной природой каркасного углеродного фрагмента адмантана, определяющей проницаемость или адсорбцию вещества на клеточных мембранах [1]. Серьезные возможности для создания таких препаратов откры-ваются, на наш взгляд, при добавлении к адамантановому фрагменту различных фармако-форных групп, к которым можно отнести, например, амидразонную группу. Известно, в частности, что тиосемикарбазоны оказывают противотуберкулезное действие, гидразоны обладают противоопухолевой, антимикробной активностью, среди производных амидразонов есть фунгициды и нематоциды. Среди других применений амидразонов можно отметить создание термически устойчивых полимеров, использование их производных в качестве исходных соединений и интермедиатов в синтезе различных гетероциклических структур и пр. [2]. В литературе практически отсутствуют сведения о хроматографическом удерживании производных амидразонов, а если рассматривать сорбцию и распределение как возможные механизмы действия лекарственных препаратов при их введении в живой организм, то исследование хроматографического поведения биологически активных веществ, и, в част-ности, адамантиламидразонов, становится весьма перспективным.

Замещенные адамантиламидразоны, помимо несомненной практической ценности, могут быть использованы в качестве моделей при решении проблем ”Количественные соотношения структура - свойство” (QSPR - Quantitative Structure-Properties Relationships) или ”Количественные соотношения структура - удерживание” (QSRR - Quantitative Structure-Retention Relationships) [3].

Целью настоящей работы явилось изучение хроматографического поведения амидразонов адамантанового ряда, установление взаимосвязи между характеристиками сорбции этих соединений в условиях обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ) и строением их молекул

Результаты и их обсуждение

В качестве объектов исследования нами использованы производные N³-фенил-1-адамантилкарбоксамидразона с различными заместителями в фенильном, адамантильном фрагментах молекул и при атоме N¹, структурные формулы которых представлены в табл. 1.

Табл. 1. Структурные формулы исследованных соединений

Хроматографическое удерживание в жидкостной хроматографии, как известно, определяется совокупностью межмолекулярных взаимодействий в системе сорбат - сорбент - элюент, которые, в свою очередь, связаны с распределением электронной плотности и строением молекул - участников процесса. Таким образом, в условиях ОФ ВЭЖХ основное влияние на удерживание оказывают такие параметры молекул, как гидрофобность (липофильность), поляризуемость (б) и дипольный момент (µ). Гидрофобность в значительной мере обусловливает взаимодействие молекул сорбата с неполярной неподвижной фазой, а дипольный момент - энергию специфических взаимодействий с молекулами подвижной фазы. Существенную роль играют также размеры молекул сорбата, их геометрия и относительное расположение функциональных групп в основном структурном фрагменте [4]. Полученные нами значения характеристик удерживания, а также некоторых параметров молекул исследованных соединений представлены в табл. 2.

Исследованные нами вещества принадлежат к числу полифункциональных, содержащих липофильный адамантановый радикал и гидрофильную амидразонную группировку, и, следовательно, способны как к специфическим, так и неспецифическим взаимодействиям с компонентами хроматографической системы.

Табл. 2. Физико-химические и хроматографические характеристики изученных соединений

Примечание. Характеристики удерживания сорбатов приведены для состава подвижной фазы ацетонитрил-вода 4 : 1 по объему

Поскольку в условиях ВЭЖХ производные адамантана удерживаются в основном за счет дисперсионного взаимодействия объемного адамантанового каркаса с неполярной фазой, различие в величинах характеристик удерживания будет определяться природой заместителя в адамантановом ядре и природой используемого элюента.

Из данных табл. 2 следует, что симбатность в изменении величин удерживания и свойств, определяемых размерами молекул (объем и поляризуемость), наблюдается для соединений, включающих фрагменты, не оказывающие существенного влияния на пере-распределение электронной плотности в молекуле сорбата. Такая закономерность наблюдает-ся при введении в молекулу неполярных алкильных или поляризуемых арильных радикалов.

Так, переход от фенил- к бензилпроизводному (вещества 1 и 3), то есть появление в структуре молекулы метильного радикала, практически не изменяет дипольный момент, но приводит к возрастанию объема молекулы, ее поляризуемости и липофильности, что увеличивает удерживание сорбата почти в 2 раза (факторы удерживания 1.79 и 2.36 соответственно). Наличие в структуре молекулы фенила (вещество 6) или двух метильных групп (вещество 7), связанных с адамантановым ядром, также значительно увеличивает объем молекулы, поляризуемость и липофильность и практически не изменяет дипольный момент, поэтому факторы удерживания этих сорбатов по сравнению с удерживанием фенил-(1-адамантил)карбоксамидразона (вещество 1) существенно возрастают. При этом, как следует из табл. 2, вклад в удерживание заместителей, введенных в адамантановый каркас, оказывается больше, чем при введении аналогичного заместителя в ароматический фрагмент (сорбаты 7 и 3).

На рис. 1 представлена зависимость фактора удерживания от липофильности исследованных соединений, иллюстрирующая симбатность в изменении этих величин.

Согласно теории Хорвата [5], с ростом липофильности усиливаются сольвофобные взаимодействия между сорбатом и молекулами полярной подвижной фазы, приводящие к «прижиманию» менее полярных молекул растворенных веществ к неполярной поверхности неподвижной фазы.

Добавление заместителей к атому азота N¹ практически не изменяет величины объема, поляризуемости и липофильности, но увеличивает дипольный момент молекулы N¹,N¹-диметил-N³-фенил-(1-адамантил)карбоксамидразона (вещество 5) по сравнению со структур-ным аналогом, содержащим два метила в адамантановом каркасе (вещество 7), при этом фактор удерживания последнего оказывается существенно больше. Для вещества 4 с тиосемикарбазонной группой в молекуле характерны значительные величины дипольного момента (5.11 D), что приводит к уменьшению удерживания за счет специфических и ориентационных взаимодействий с компонентами подвижной фазы, несмотря на большие величины объема, поляризуемости и липофильности.

Введение в молекулы исследованных соединений электроотрицательных заместителей, в частности, атома хлора (сорбат 8) и нитро-группы (сорбат 2) несколько увеличивает объем и поляризуемость молекулы, однако, при этом уменьшается липофильность и существенно возрастает дипольный момент (например, по сравнению с N³-фенил-(1-адамантил) карбокс-амидразоном), что в целом существенно уменьшает удерживание N³-фенил-(3-хлор-1-адаман-тил) карбоксамидразона.

Рис. 1. Зависимость логарифма фактора удерживания адамантиламидразонов от липофильности (содержание воды в подвижной фазе 40% (об.), нумерация веществ в соответствии с табл. 1.)

Более отрицательный инкремент удерживания для вещества 8 (-0.53 кДж/моль) по сравнению с веществом 5 (-0.04 кДж/моль) является, вероятно, следствием вклада метильных групп последнего в дисперсионное взаимодействие с сорбентом. Об этом, в частности, свидетельствуют значения молекулярного объема, липофильности и поляризуемости, которые выше у N¹,N¹-диметил-N³-фенил-(1-адамантил) карбоксамидразона (вещество 5) по сравнению с N³-фенил-(3-хлор-1-адамантил) карбоксамидразоном (вещество 8).

Введение нитрогруппы в фенильный радикал при переходе от вещества 1 к N³-(4-нитро-фенил)-(1-адамантил) карбоксамидразону (вещество 2) приводит лишь к незначительному изменению фактора удерживания, несмотря на существенное увеличение значения диполь-ного момента (7.18 D). Вероятно, электроноакцептораня нитро-группа, находящаяся в сопряженной системе р-связей, снижает способность атомов азота амидразонной группировки к специфическим взаимодействиям с элюентом, что приводит к отсутствию ожидаемого уменьшения удерживания для N³-(4-нитро-фенил)-(1-адамантил) карбоксамидразона.

Можно заключить, что введение в молекулу адамантиламидразонов электроотри-цательных заместителей и функциональных групп, приводящих к возрастанию полярности молекул, уменьшает их удерживание вне зависимости от изменения других характеристик.

Максимальные значения фактора удерживания характерны для N³-фенил-(1-адамантил-метил)карбоксамидразона, в молекуле которого адамантильный и амидразонный фрагменты разделены метиленовым мостиком, что, вероятно, и является причиной существенного увели-чения удерживания данного соединения.

Из приведенных выше данных следует, что при достаточно близких значениях параметров молекул этих веществ факторы их удерживания существенно различаются. Аналогичное изменение удерживания наблюдается при хроматографировании и других производных адамантана с заместителями, непосредственно находящимися в узловом положении, и разделенных метиленовым мостиком [6]. Такие же отличия имеют место и для многих физико-химических характеристик аналогичных производных адамантана [6], что в литературе объясняют следствием проявления так называемого «эффекта клетки» в адаман-тановом каркасе [1, 7].

Присутствие в молекулах исследованных сорбатов трех атомов азота, способных образовывать водородные связи с компонентами подвижной фазы, сопровождается возрастанием роли специфических взаимодействий с элюентом в удерживании. Приближенно специфические взаимодействия сорбатов с полярным элюентом можно характеризовать величиной энергии гидратации (E_гидр), отражающей степень сродства молекул аналитов и полярного компонента подвижной фазы (воды). В процессе сорбции вещества на поверхности неподвижной фазы его сольватная оболочка частично или полностью разрушается, что требует дополнительных энергетических затрат.

Таким образом, из полученных нами результатов можно заключить, что при хроматогра-фировании адамантиламидразонов в целом удерживание изменяется симбатно изменению их физико-химических свойств, зависящих от объема молекул и отвечающих за неспецифические (дисперсионные) взаимодействия с неполярной неподвижной фазой. В то же время с увеличением полярности аналитов растет их склонность к ориентационным взаимодействием с элюентом, что приводит к соответствующему уменьшению удерживания. Кроме того, хроматографическое поведение адамантиламидразонов оказывается весьма чувствительным к природе и положению заместителей в адамантильномй фрагменте.

Экспериментальная часть

Эксперимент выполнен на жидкостном хроматографе “Цвет-Яуза” с УФ-спектрофотометрическим детектором “Яуза-4Ф” и плунжерным насосом для ВЭЖХ “Стайер”. Детектирование проводили при длине волны 254 нм. Сорбентом служил коммерческий модифицированный кремнезем - Диасфер-110-C₁₈, размер частиц 5 мкм. Размеры хроматографической колонки 4.0 x 150 мм. Исследование проводили при комнатной температуре. Объем подвижной фазы в колонке принимали равным объему удерживания нитрита натрия. В качестве элюентов применяли смеси ацетонитрил - вода с содержанием ацетонитрила от 50 до 90% (по объему). Для приготовления подвижных фаз использовали тридистилированную воду и ацетонитрил марки “HPLC-gradient grade”; дегазирование осуществляли воздействием на приготовленные водно-ацетонитрильные смеси ультразвука с помощью установки марки “УЗДН-2Т”. Элюирование проводили в изократическом режиме; объемный расход элюента составлял 500 мкл/мин. Растворы сорбатов (концентрация 10^-4 моль/л) готовили растворением индивидуальных образцов в соответствующей подвижной фазе; объем вводимой пробы - 10 мкл.

Регистрацию хроматограмм и их обработку выполняли с помощью программы хроматографиического анализа “Z-Лаб” (ЗАО “НТФ Бинар”).

Удерживание изученных соединений характеризовали величиной фактора удерживания (k):

k = (t_R - t_M)/t_M,

где t_R - время удерживания исследуемого вещества,

t_M - время удерживания несорбирующегося компонента (нитрит натрия).

Значения свободной энергия сорбции Гиббса (?G) и разность дифференциальных молярных энергий сорбции исследуемого вещества и стандарта (N³-фенил-1-адамантилкарбоксамидразон) д(?G) вычисляли по формулам:

?G = -RT lnK_p,

д(?G) = -RT ln(k_i/k_st)

где k_i и k_st - факторы удерживания исследуемого вещества и стандарта,

K_p, - коэффициент распределения

ц - фазовое отношение колонки

V_M - свободный объем колонки, смі;

V_S - объем неподвижной фазы в колонке, смі.

Значения энергии гидратации (E_гидр), дипольного момента (µ), поляризуемости (б), липофильности (коэффициент распределения в системе н-октанол, вода, lgP), мольного объема (V) рассчитывали с использованием программы HyperChem 8 Professional.

Выводы

1. Исследовано хроматографическое поведение некоторых амидразонов адамантана в условиях ОФ ВЭЖХ. Показано, что удерживание исследованных соединений определяется дисперсионным взаимодействием с неподвижной фазой, при этом основной вклад в удерживание вносит липофильный адамантановый каркас, существенную роль при этом играет также ориентационное взаимодействие сорбатов с компонентами подвижной фазы.

2. Установлены корреляции между величинами физико-химических параметров молекул сорбатов и термодинамическими характеристиками сорбции этих веществ в условиях эксперимента. Оценено влияние природы и положения заместителей в молекулах исследованных веществ на их сорбционные характеристики.

Литература

Багрий Е.И. Адамантаны. Получение, свойства, применение. М.: Наука. 1989. 264с.

Neilson D.G., Roger T.R., Heatlie J.W.M., Newlands, L.R. Chem. Rev. 1970. Vol.70. No.1. P.151.

Голованов И.Б., Цыганкова И.Г. Журн. общей химии. 1980. Т.69. №12. С.2024-2028.

Шатц В.Д., Сахартова О.В. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Рига: Зинатне. 1988. 390с.

HorvathC., MelanderW. J. Chromatogr. 1976. Vol.125. P.129-156.

Курбатова С.В. Хроматография адамантана и его производных. Самара: изд-во «Самарский университет». 2006. 248с.

Kriz J., Vodicka L., Burda J. J. Chromatogr. 1986. Vol.352. P.427.

Размещено на Allbest.ru