книги из ГПНТБ / Тюкавкина Н.А. Хроматография на полиамидных сорбентах в органической химии

нений может осуществляться только такими системами раство­ рителей, которые обладают буферными свойствами. Известно, что для элюцпп ДНФ-амипокислот применяют фосфатные [285, 643] и нитратные [284, 432] буферы.

Элюентные системы из органических растворителей могут рассматриваться так же, как слабые буферные системы, по­ скольку они содержат диметплформамид (основный компонент) и уксусную кислоту (кислый компонент) [402]. Вместо диметилформамида можно применять другие компоненты. Особенно подходят вещества с большим числом свободных электронных пар в молекуле, такие как монометпловый эфир гликоля, моиометнловый эфир дигликоля и монометиловый эфир полиэтиленгликоля. Уксусную кислоту можно заменять на муравьиную, этанол — на другие спирты (метиловый, пропиловый).

Итак, в работах Грасмана, Хёрмана и Портатиуса [402], а также Эндреса и Хёрмана [362] сформулирована точка зре­ ния на механизм хроматографического разделения иитросоединеннй на полиамиде, основанный на кислотно-основном вза­ имодействии нптрогруппы со свободной концевой аминогруп­ пой полиамида. При этом авторы, несмотря на то, что имели дело с нптросоедпненнямп, содержащими одновременно и дру­

при пзученпн хроматографии па полиамиде ароматических нптросоединений, содержащих оксн-, галоид-, алкилгруппы в различных сочетаниях, припялн за основу фенольную функ­ цию, а все заместители, в том числе и иитрогруппу, рассмат­ ривали лишь с точки зрения их влияния па фенольний гпдроксил. Сформулированная Барком н Грэхэмом новая гипотеза о механизме хроматографии на полиамиде подробно изложена в гл. 2.3.

Адсорбционный механизм хроматографии подтверждается взаимосвязью величины сорбции со степенью кристалличности полиамида. В высококристаллическом полиамиде все карбо­ нильные группы блокированы водородными связями с N H - r p y n - нами параллельных цепей. Сорбция на высококристаллическом полиамиде невелика. Переход к порошковой форме полиамида связан с потерей кристалличности. Полиамидный порошок содержит много неориентированных цепей с ненапряженными N H - и СО-группами, составляющих высокую долю аморфной области. Известно, что полиамидные порошки кристалличны менее чем на 50% [412]. Карелли [310] показал, что количество сорбированного вещества зависит от степени кристалличности полиамида: с уменьшением кристалличности повышается сорб­ цнонная способность полимера.

2. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ НА ПОЛИАМИДНЫХ СОРБЕНТАХ

Развитие работ по хроматографии фенолов, флавоноидов, сложных эфиров фенолокислот, красителей, липохиионов И ' др. дало возможность обосновать распределительный механизм хроматографнческих процессов на полиамиде. Еще в 1955 г. Карелли писал: «Этот тип хроматографии является еще не встре­ чавшимся примером распределительной хроматографии, ко ­ торую можно назвать «сорбционной хроматографией». Метод очень подобен «жидкость-жидкостной» распределительной хро­ матографии, основное различие состопт в том, что одним из. двух растворителей является аморфная часть полимера» [310].

Полиамидная поверхность в зависимости от состава под­ вижного растворителя может проявлять двойственный харак­ тер, т. е. выступать в роли полярной или неполярной фазы. Следовательно, разделение веществ может протекать либо как обычный распределительный, либо как обращенно-фазовый рас­ пределительный процесс. Например, при хроматографпроваипи серии гомологов сложных эфиров галловой кислоты в системе метапол—ацетон—вода (60 : 20 : 20) было найдено, что вели­ чины Rf уменьшаются с увеличением длины цепи этерифицирующего спирта (рис. 8, 1). Однако они возрастают с увеличением длины цепи радикала, когда системой растворителей служит смесь петролейный эфир—бензол—уксусная кислота—дпметнл- формамид (10: 10: 5: 0,25) (см. рис. 8, 2). Предположено, что в первом случае полиамид ведет себя как неполярная поверх­ ность. Этот случай аналогичеп обращению фаз при жидкость-

Эггер и Кеші [3521 в 1965 г. опубликовали работу по раз­ делению большого числа гликозпдов таких агликонов, как кемпферол, кверцетин и мирицетин, отличающихся друг от друга числом гидрокспльных групп. При этом было обнару­ жено два явления, пе объяснимых с точки зрения представле­ ний об адсорбции на полиамиде. Во-первых, в системе мета­ нол—вода производные мирацетина продвигаются быстрее, чем •соответствующие глпкозиды кверцетипа и кемпферола, н, вовторых, глюкозиды продвигаются быстрее рамиозндов. С по­ зиций адсорбции, учитывающей количество гидрокспльных групп, можно было бы ожидать как раз обратное явление. Ав­ торы [352] пришли к убеждению, что при хроматографировагаш в системе метанол—вода, более полярной, чем полиамид, имеет место распределительный процесс. При применении рас­ творителей элюотропного ряда влияние заместителей (гидрок­ спльных групп) в молекуле флавоноида на процессы распре­ деления и адсорбции противоположно. Поэтому в целях более эффективного разделения необходимо совместить направле­ ния этих двух процессов. Для этого нужно перейти к раство­ рителю менее полярному, чем полиамидная поверхность. В этом случае произойдет обращение перемещения флавопоидов, и можно ожидать, что вещество с более полярными заместите­ лями будет двигаться медленнее, т. е. эффекты адсорбционной и распределительной хроматографии совпадают. Нужное об­ ращение фаз достигается заменой воды хлороформом, бензо­ лом или СС14 . В целом, Эггер и Кейл [352] делают вывод, что в липофпльиых растворителях (например, хлороформ—мета­ нол—метилэтилкетон, 9 : 4 : 2 ) флавоиоидные соединения раз­ деляются на полиамиде преимущественно по распределитель­ ному механизму.

Лихтенталер [532] п Эггер п Клепнпг [353] использовали полиамид как неполярную поверхность с относительно поляр­ ной подвижной фазой (метанол—вода, 7 : 1 [532] н метилэтил­ кетон—метанол—вода, 5 : 10 : 1 [353]) для обращеппо-фазового разделения хинонов с липофильпыми пзопрепоидными боко­ выми цепями.

Подобное обращение порядка значений Rf за счет измене­ ния характера системы растворителей наблюдали на поли­ амиде и другие авторы [366, 511, 535, 674, 7021.

Вагнер, Хёрхаммер и Мацек [470, 689] считают, что поли­ амид по своим свойствам находится между сорбентами с гидро­ фильным и гидрофобным характерами. Используемые системы

графип на бумаге значения R/ зависят только от коэффициента распределения вещества между стационарной и подвижной фа­ зами, а в случае кизельгеля и полиамида на значениях R/ должны были бы существенно отразиться адсорбционные про­ цессы.

Цавта и Хёльцель 1733] на основании литературных дан­ ных и собственных исследований трактуют хроматографию на полиамиде как процесс, сочетающий в себе адсорбционный и распределительный механизмы. Полиамид состоит из малень­ ких частичек, которые значительно больше, чем молекулы рас­ творителя или вещества. На поверхности и внутри этих частиц содержатся функциональные группы (амидпые и в значительно меньшем количестве концевые амипо- н карбоксильные группы). Во время хроматографпческого разделения молекулы раство­ рителя взаимодействуют с функциональными группами поли­ амида, и на поверхности частпц образуется относительно стационарная жидкостная пленка. Разделяемые вещества рас­ пределяются между стационарной фазой и движущимся раство­ рителем. Одновременно вещества конкурируют также в про­ цессах сорбции и десорбции с молекулами растворителя, насы­ щающими полиамид.

В соответствии с предложенным механизмом авторы [733] классифицируют разделяемые на полиамиде вещества на три группы:

1)вещества с близкой сорбционной способностью, но раз­ личной растворимостью;

2)вещества с различной сорбционной способностью, но близкой растворимостью;

3)вещества с различной сорбционной способностью и раз­ личной растворимостью.

Отсюда появляется возмояшость подбора необходимых ус­ ловий для успешного разделения веществ. Например, для ве­ ществ 1 группы разница в полярности между стационарной и подвижной фазами должна быть как можно больше. При этом, по крайней мере, одно из двух веществ должно быть ограни­ ченно растворимым. Для веществ 2 группы растворимость их в подвижной фазе должна быть возможно большей и для рас­ пределения необходим возможно больший путь прохождения по хроматограмме. Вещества 3 группы делятся на подгруппы веществ липофильных и более слабо сорбированных и гидро­ фильных, но сорбированных более сильно, н наоборот. Соответ­ ственно подбираются и составы элюентов.

Цавта и Хёльцель [733] изучили хроматографическое пове­ дение ряда фенольных веществ в системе циклогексан—эта­ нол (в различных соотношениях). На рис. 9 приведены резуль­ таты этого эксперимента. В чистом циклогексане стационар­ ная фаза состоит из насыщенного водой (за счет влаги воздуха)

и нафторезорцпн представляют собой пары веществ с подобными сорбциониыми свойствами, но

различной растворимостью. Как можно было ожидать, более липофильные вещества, а-нафтол и иафторезорцин, продвигаются в системе циклогексан—этанол с малым содержанием этанола выше, чем более гидрофильные фенол и резорцин, в то время как в смеси с высоким содержанием этанола выше продви­ гаются гидрофильные фенол и резорцпи (см. рис. 9, 3, 7). При­ чина этого в перемене полярности стационарной и мобиль­ ной фаз. Точка перехода лежит приблизительно при 40 %-ном со­ держании этанола. Лучшее разделение этих веществ достигается в системе муравьиная кислота—вода, так как эта система об­ ладает всеми необходимыми для разделения предпосылками: разностью в полярности фаз, высоким вытесняющим действием,

и приходят к выводу о существовании сочетания адсорбцион­ ного и распределительного механизмов разделения на поли­ амиде [733]. Задача исследователя состоит в правильном под­ боре таких условий, когда за счет преобладания более выгод­ ного в конкретных условиях механизма можно достигнуть луч­ шего разделения хроматографируемых веществ.

3. АДСОРБЦИОННАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ НА ПОЛИАМИДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ СОЛЬВАТАЦИЕЙ МОБИЛЬНОЙ ФАЗОЙ

Барк и Грэхэм [270—272] провели направленный экспери­ мент по выяснению механизма хроматографического процесса на полиамиде и выдвинули новую гипотезу.

В качестве объектов исследования они взяли ряд 2-алкил-

ных галондированных фенолов (60 соединений) [272]. Все ис­ следование проведено с использованием двух систем раство­ рителей: неводной (циклогексан—уксусная кислота, 93 : 7 (си­

В табл. 14 приведены значения Rf в этих системах для 2-алкилфенолов и произведено сравнение с величинами Rf этих же фенолов, полученных в условиях адсорбционной хро­

В системе I значения Rf увеличиваются с увеличением длины цепи алкильного заместителя, т. е. порядок изменения значе­ ний Rf такой же, какой наблюдался в адсорбционной хромато­ графии [268]. Следовательно, можно считать, что полиамидная поверхность выступает здесь в роли полярной стационарной фазы и связь фенолов с субстратом происходит за счет водород­ ного связывания. Десорбцию фенолов Барк и Грэхэм [270] рассматривают не как процесс разрушения фенол-полиамид-

ной связи за счет конкурентного образования водородной связи с полиамидом со стороны элюеитной системы, а как процесс сольватации фонола элюентом.

Доказательством этого является тот факт, что некоторые ис­ следователи 1553, 700] наблюдали движение фенолов на поли­ амиде в циклогексане и алифатических углеводородах. Значит, наличие в элюеитной системе более сильного конкурента в об­ разовании водородной связи с полиамидом, чем фенолы, со­ всем не обязательно .'Отрыв фенола от полиамидной поверхности и движение его можно представить как результат сольватации гидрофобной части молекулы иеполярным элюентом. При этом с увеличением длины цепи алкилыюго заместителя усиливается гидрофобность фенолов и улучшается процесс их сольватации в системе I .

В водном элюепте (система I I ) значения R/ уменьшаются с увеличением длины цепи замещающих групп. Этот случай аналогичен поведению этих фенолов в условиях обращонпофазового распределительного процесса, следовательно, можно было бы считать, что полиамидная поверхпость играет роль неполярпой стацпопариой фазы. Барк и Грэхэм [270] такой трак­ товки не дают. Они считают, что полиамидный субстрат и в этом случае выступает как полярная протоноакцепторная поверхпость. Но механизм сольватации, т. е. отрыва фенола от субстрата и перевод его в мобильную фазу, иной, чем в си­ стеме I . В системе I I сольватируется гидрофильная часть фе­ нола. Сольватация фенольиых групп будет затрудняться вве­ дением алкильных групп во 2 положение и будет зависеть не только от величины молекулярного веса, но и от степени разветвлеипости алкильпого радикала. Так, 2-втпор-бутилфенол в системе I I имеет значение R/ более высокое, чем 2-трет-бу- тилфенол (табл. 14).

Процесс сольватации, его направленность на гидрофобную или гидрофильную часть молекулы является, по мнению авто­ ров этой гипотезы, основным, регулирующим значения Rf мо­ ментом. В эту гипотезу хорошо укладываются данные Копи- уса-Пиеребума [318, 319] по хроматографии эфиров галловой кислоты в водных и неводных системах.

Итак, механизм хроматографии на полиамидной поверх­ ности, предложенный Барком и Грэхэмом [270—272], включает

всебя две стадии:

1)адсорбцию фенолов иа полиамиде за счет образования водородной связи между фенольной группой и СО— NH - rpyn - пой полиамидпой поверхности;

2)десорбцию фенолов за счет сольватации молекулы мо­ бильной фазой. В неводных элюентных системах сольватируется гидрофобная часть молекулы, тогда как в водиой системе про­ исходит сольватация фенольной оксигруппы.

Хроматографпровапие алкплпронзводных фенола на полиамидной по­ верхности [271]

Фенолы с ненасыщенными алифатическими, алицпклпчоскими и ароматическими заместителями

Барк и Грэхэм [271] считают, что объяснение изменения порядка значений і?/ в различных по характеру системах (вод­ ных и неводных), наблюдаемого другими авторами [310, 318— 320], за счет различной направленности сольватации является значительно более убедительным, чем объяснение за счет из­ менения природы полиамидной поверхности от полярной к не­ полярной, или наоборот. Ценным является то, что выдвинутую гипотезу авторы проверили на очень большом количестве при­ меров (142 соединения) и привлекли для сравнения и подтверж­ дения данные, полученные другими исследователями.

При усложнении молекул фенолов путем введения замести­

возможности появления этих факторов, определяют их харак­ тер и роль в общем хроматографическом процессе на примере

эффект добавления второго opmo-заместителя в кольцо прояв­ ляется сильнее в системе I , чем в системе П . В системе I при­ ближение феиольяой оксигруппы к поверхности полиамида бу­ дет частично затрудняться наличием одной и тем более двух метальных групп в opmo-положении, что приведет к ослабле­ нию водородной связи и к более легкой десорбции фенола за