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

счет сольватации гидрофобной части молекулы неводным элюентом. Поскольку в системе I I происходит сольватация феноль­ ної! оксигруппы водным элюентом, то здесь стерические за­ труднения не играют большой роли.

Это показал Гайнеп [427] на примере 2,6-диметилфеиола: в случае сольватации фенольиой оксигруппы водой стерические затруднения незначительны, а при сольватации ацетоном — уже существенные.

Теоретически можно предположить, что метнльные группы вследствие своей электронодопорпостп могут уменьшать кис­ лотность фенольного гпдрокспла и тем самым попижать его тенденцию к образованию водородной связи с полиамидной поверхностью п с элюентом. Исходя пз такого предположения, можно было бы ожидать, что полиметилпров.анные феиолы бу­ дут иметь более высокие значения Rf, чем моноалкильные изо­ меры, в системе I и более низкие значения — в системе П . Результаты хроматографировапня 3-метил-, 3,4-диметил-, 3,5- диметил-, 3-этпл-, 4-этил-, 3,4,5-трнметнл- и 4-к-пропилфено- лов (табл. 15) показали, что в системе I практически разницы в значениях Rf у изомеров нет, в то время как в системе I I порядок значений Rf обратный ожидаемому н совпадает с по­ рядком, наблюдаемым в обращеиио-фазовоп системе [269]. От­ сюда можно заключить, что электронное влияние алкильпых заместителей на хроматографпческое поведение феполов очень невелико. I I в основном их роль сводится к созданию стерического и сольватациопиого эффектов.

Наличие двойной связи у заместителя в 7гяра-положении понижает значение Rf этого фенола сравнительно с его насы­ щенным аналогом в условиях адсорбционной хроматогра­ фии [268] и повышает — в условиях обращенио-фазового про­ цесса [269].

В хроматографии на полиамиде в системе I поведение на­ званных соединений такое же, как в адсорбциоштой хромато­ графии, а в системе I I — как в обращенно-фазовой (табл. 15). Понижение значений Rf можно объяснить двумя причинами: 1) увеличением полярности фенола за счет наличия двойной связи в заместителе и, следовательно, увеличением прочности водородной связи фенола с полиамидом и 2) образованием во­ дородной связи между водородным атомом аминогруппы и п-электронами, двойной связи. Образование такой водородной связи возможно и в случае хроматографировапня алкоксифенолов, когда в роли акцептора протонов выступает эфирный кислород (табл. 15). В системе I наличие эфирной группы при­ водит к понижению Rf сравнительно с фенолом, но к увеличе­ нию — сравнительно с соответствующими диоксибензолами. В случае 2-метоксифенола проявляется opmo-эффект. В си­ стеме I I поведение моиозамещенных алкокси-, фенокси- и алн-

Хроматографировапие галоидзамещешшх фенолов на полиамидной по­ верхности [272]

При хроматографировании галоид- и алкилгалоидзамещенных фенолов [272] предложенный механизм может быть до ­ полнен рядом факторов: электронным эффектом галоидного атома, стерическим эффектом, внутренним водородным свя­ зыванием между атомом водорода в оксигруппе и атомом га­ лоида в opmo-положении, возможностью связывания между водородным атомом аминогруппы субстрата и атомом галоида

в феноле. Вероятно, в конкретных условиях преобладает дей­ ствие одного или двух из перечисленных факторов над другими.

Результаты хроматографпровапия галопдфеполов приведены

втабл. 16.

Уфенолов, не содержащих орто-заместителеи по отношению

кфенольной окспгруппе, значения Rf убывают в ряду: моно-

хлорзамещеиные днхлорзамещениые > фенол. Увеличе­ ние Rf для мопохлорзамещенных фенолов является, вероятно, следствием сольватационного эффекта. Понижение же значе­ ний Rf у дпгалондных соединений по сравнению с моиогалоидными прежде всего означает усиление связывания молекулы с субстратом, которое может в данном случае дополнительно происходить за счет образования водородной связи между во­ дородом амидной группы субстрата и атомом хлора.

Присутствие в о/мтго-ноложешш хлора существенно увели­ чивает Rf этого соединения по сравнению с фенолом ( Д Л / = =0,365); введение второго атома хлора приводит к увеличению Rf у 2,6-днхлорфепола. Однако в этом случае изменение Rf много меньше (ARf— 0,105).

Более высокое зпачепие Rf у 2-хлорфенола по сравнению с фенолом может быть результатом действия следующих фак­ торов: 1) электронного эффекта, выражающегося в образова­ нии конкурентной внутренней водородной связи, понижающей способность фенольного гидрокспла к связыванию с поли­ амидной поверхностью, и 2) двух стерпческих эффектов: а) за­ труднение подхода фенольной окспгруппы к полиамидной по­ верхности из-за наличия атома хлора, б) изгибающее действие на хелатпую систему, удерживающее гидрофобную часть мо­ лекулы вдали от поверхности полиамида. В случае 2,6-дихлор- фенола добавление второго атома хлора будет проявляться в основном в стерическом влиянии. Но возможно, что второй атом хлора может образовывать водородную связь с поверхностью. В каждой группе моно- и ди-оряго-замещенных фенолов даль­ нейшее увеличение числа атомов хлора в молекуле ведет к по­ нижению значений Rf относительно 2-хлорфенола и 2,6-ди- хлорфенола соответственно.

Поведение хлорированных фенолов на полиамидной поверх­ ности в системе I аналогично их поведению иа поверхности окиси алюминия [272], где имеется водородное связывание между атомом хлора и гидроксилнрованной окисью алюминия.

ядра ведет к' уменьшению Rf относительно фенола. Порядок значений Rf для хлорированных фенолов в этой системе та­ кой же, как в обращенио-фазовой хроматографии [272].

Если хроматографическое поведение 2-моногалоидирован- ных фенолов зависит от силы внутренней водородной связи,

то можно было бы ожидать, что значения R/ этих соединений будут следовать порядку I<CF < Br <СС1, соответствующему увеличению силы связывания [267]. Однако из табл. 16 можно видеть, что для системы I значения Rf увеличиваются в ряду F < C C l < C B r < C I , a B системе I I — уменьшаются в этом ряду, т. е. изменяются в соответствии с размерами атомов галоидов. Это говорит о том, что стерическнй фактор на хроматографическое поведение влияет больше, чем электронный. Наблюдае­ мый ор/?го-эффект проявляется больше в системе I , чем в си­ стеме I I . Это находится в полном согласии с предложенным авторами механизмом процесса. В системе I оряго-галоидный атом стерпчески затрудняет подход фенольной оксигруппы к полиамидной поверхности и делает гидрофобную часть мо­ лекул этих соединений более легко сольватируемой неводной

Кроме галоидированных фенолов, Барк и Грэхэм [272] рас­ смотрели поведение алкилированиых галоидфеиолов и нашли, что введение одной ц более алкильных групп в хлор- и бромфенолы увеличивает значения Rf относительно исходпых в си­ стеме I и уменьшает — в системе I I . Эффект добавления ал­ кильных групп к исходным хлорфенолам в системе I подобен наблюдаемому в адсорбционной хроматографии [272], в то время как в системе I I аналогичен обращенно-фазовой хромато­ графии [272].

В рамки выдвинутой гипотезы укладываются и результаты изучения хроматографического поведения ароматических нитросоедипений [273, 395]. В отличие от предыдущих исследовате­ лей [362, 402] Барк и Грэхэм приняли за основу в этих соеди­

группы с водородом амидогруппы субстрата. Поэтому меха­ низм хроматографирования иитрофеиолов аналогичен рассмот­ ренному выше механизму хроматографирования фенолов [270— 272]. Нитрофенолы вначале адсорбируются на полиамидной поверхности за счет образования водородных связей между фе­ нольними оксигруппами и карбонильными группами поли­ амида, а затем десорбируются путем сольватации гидрофобной части молекулы в неводной системе I или фенольной окси­ группы в водной системе I I . Введение нитрогруппы в феноль­ ное соединение, безусловно, вызовет модификацию этого ме­ ханизма вследствие влияния ряда других факторов, а именно:

а) электронное влияние. Это может быть индуктивный эф­ фект нитрогруппы, оттягивающей на себя электроны аромати­ ческого кольца и способствующей увеличению прочности во-

дородной связн молекулы с субстратом, или же эффект внут­ реннего водородного связывания групп, паходящихся в ортпо- положешш, который ослабляет водородную связь между фе­ нольной оксигруппон и субстратом;

б) стерическое влияние. Объемистые группы, содержащиеся в 2- пли 2,6-положениях, будут мешать приближению феноль­ ной оксигруппы к поверхности полиамида в процессе сорб­ ции и подходу к фенольной оксигруппе сольватирующих аген­ тов в процессе десорбции. Возможно, что эти факторы могут действовать одновременно.

В табл. 17 приведены получеппые результаты для разно­ образных нптросоединенпй [273]. Введение нитрогруппы в 3- и 4-положенпя фенола понижает значения Rf этих соединений по сравнению с фенолом в системе I . Это может быть следствием увеличения кислотности фенольного гпдрокспла за счет электронного эффекта нитрогруппы или результатом взаимодействия между нптрогруппой и водородным атомом амидогруппы.

2-Нитрофенол движется с фронтом растворителя, и это, не­ сомненно, вызвано внутренним водородным связыванием между фенольным гидроксплом и иитрогруппой, что уменьшает спо­ собность обеих групп к связыванию с поверхностью.

Последовательное добавление нптрогрупп в ядро в си­ стеме I понижает значения Rf по сравнению с исходным мононптрофеполом. Это лучше всего объясняется тем, что нитро­ группы участвуют в образовании водородной связи с поверх­ ностью. Такое объяснение предпочтительнее, чем то, когда полагают, что последовательное введение нитрогрупп повышает кислотность фенольного гидроксила. Предпочтительность та­ кого объяснения хорошо проявляется при обсуждении резуль­ татов хроматографирования в системе I I . В системе I I все монопитрофенолы имеют более низкие значепия Rf, чем фенол; из них самое низкое значение имеет 2-иитрофенол. Внутреннее водородное связывание в 2-нитрофеноле мешает сольватации фенольной оксигруппы мобильной фазой. У 3- и 4-иитрофено- лов значения Rf уменьшаются, вероятно, за счет дополнитель­ ного взаимодействия нитрогрупп с. поверхностью.

Можно было бы ожидать, что значения Rf находятся в дан­ ном случае в прямой связи с кислотностью этих соединений. Значения р К а для этих соединений уменьшаются в ряду: о-нитрофенол ^> тг-нитрофеиол ^> лг-нитрофенол [510]. ,Но это не совпадает с порядком увеличения Rf. Следовательно, пра­ вильнее величины Rf коррелировать не с константами диссо­ циации, а с водородным связыванием феиолышх окси- и нитро­ групп с субстратом.

Обсуждая результаты введения в нитрофенолы алкильных и галоидных заместителей, Барк и Грэхэм [273] во всех слу-

Хроматографированпе питрозамещеиных фенолов на полиамидной по­ верхности [273]

чаях находят подтверждение выдвинутого ими теоретического объяснения механизма хроматографироватшя на полиамиде.

Нужно отметить, что вьтдвипутые ранее теории о механизме хроматографического процесса на полиамиде, а именно: теория адсорбции за счет образования обратимой водородной связп и теория распределительного процесса с участием самого поли­ амида в роли полярной нлп неполярной фаз — были значи­ тельно в меньшей степени подтверждены экспериментальным материалом, чем теория адсорбции фенолов па полиамиде за счет образования водородной связи и десорбции их посредством сольватации. Авторы последней теории приводят в подтвержде­ ние колоссальный экспериментальный матерная, учитывают действие многих факторов, рассматривают процесс многосто­ ронне и объясняют ранее полученпый другими исследовате­ лями материал также с точки зрения своей гипотезы.

Г Л А В А З

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИАМИДНЫХ СОРБЕНТОВ

История развития хроматографического разделения орга­ нических соединепий на полиамидном сорбенте начинается с работ Грасмаиа [397, 398] и Хёрхаммера с сотр. [439] за ру­ бежом п работ Харьковского паучпо-нсследовательского хи­ мико-фармацевтического института [86] в нашей стране. В этот период полиамидный порошок, приготовленный в лаборатор­ ных условиях, использовали главным образом для препара­ тивных целей в колоночной хроматографии.

За прошедшие пятнадцать лет наблюдается стремительное возрастание числа работ по использованию полиамидных сор­ бентов. С помощью нх производят очистку, разделение н вы­ деление природных соединений из растительного и животного материала, а также качественный п количественный анализ. Кроме этого, полиамидные сорбенты применяют для решения многих других задач, как-то: разделение групп разнообразных соединений, классов родственных соединений, стерпческпх и структурных изомеров, выделение продуктов химических ре­ акций и биосинтеза, очистка несорбируемых соединений от окрашивающих примесей (очистка соков, антибиотиков, фер­ ментов, гидролизатов и т. п.).

Многие исследователи при работе с полиамидными порош­ ками отмечают их преимущества перед ранее применяемыми другими видами сорбентов. Наряду с колоночной бурное раз­ витие получила тонкослойная хроматография на полиамидных порошках.

Ниже рассматривается применение полиамидных порошков для хроматографических и других целей на примере многочис­ ленных соединений самого различного строения.

1. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Фенолы

Полиамидные порошки наиболее широко и успешно приме­ няются именно в области фенольных соединений. Все обилие выполненных по фенолам работ можно разделить па две группы.

Влияние степени гидрокснлпрования на хроматографическое поведепие феполов на полиамиде (/?/)

Первую (1) составляют такие работы, в которых авторы изу­ чали закономерности процесса разделения фенолов на поли­ амиде, используя в качестве объектов разнообразные модель­ ные вещества. Ко второй группе (2) относятся работы, в кото­ рых хроматография на полиамиде применена для выделения, идентификации, очистки и т. п. различных фенолов в целях решения каких-либо конкретных задач. При этом нужно от­ метить, что если в работах первой группы имелась возмож­ ность более строгого подбора гомологических серий фенолов, то в работах второй группы исследуется довольно широкий круг фенолышх веществ, в которых наряду с ароматической окспгруппой могут содержаться другие функциональные группы.

1. Первая попытка разделить простые фенолы на поли­ амиде была сделана Карелли с соавт. [310] в 1955 г. При элюции смеси изомерных ксиленолов циклогексаном с полиамид­ ной колонки было замечено, что адсорбция увеличивается с уменьшением экранирующего влияния метильных групп на фенольный гидроксил. Такое я^е правило выполняется для крезолов [310].

Развивая работы с полиамидом как с сорбентом, Грасман, Хёрман и Хартл [397] изучили адсорбцию фенола в изотерми­ ческих условиях и показали на примере ряда фенолов, что их активность основана на образовании водородной связи между фенольным гидроксилом и амидной группой полиамида (под­ робнее см. гл. 2. 1).

Набор гомологов фенола по увеличению степени гндроксилироваиия (фенол, пирокатехин, резорцин, пирогаллол, флоро­ глюцин) привлекал внимание многих исследователей, так как на этом примере можно было выявить роль гидроксильной группы в хроматографическом поведении фенолов на поли­ амиде. В табл. 18 приведены результаты, полученные различ-