CC BY
35
УДК 544.543
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНАНИТИОСЕЛЕКТИВНОСТИ СОРБЕНТОВ НА ОСНОВЕ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ СТРУКТУР ПО ОТНОШЕНИЮ
К ЭНАНТИОМЕРАМ ЛИМОНЕНА
© Ю. Ю. Гайнуллина*, В. Ю. Гуськов
Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки -Валиди, 32.
*Етай: umashkova@mail.ru
Методом обращенной газовой хроматографии были исследованы энантиоселективные свойства сорбентов по отношению к энантиомерам лимонена на метровых насадочных колонках. Хроматографиеские колонки были наполнены инертным носителем, модифицированным супрамолекулярной структурой 5-гидрокси-6-метилурацила, урацила и меламина. Предлагаемые в работе неподвижные фазы показали высокую селективность при разделении энантиоме-ров лимонена. Наибольший фактор разделения составил 1.80 при температуре 650С на фазе на основе 5-гидрокси-6-метилурацила.
Ключевые слова: энантиомеры, 5-гидрокси-6-метилурацил, супрамолекулярная структура, газовая хроматография, урацил, меламин, фактор разделении.
1. Введение
Многие лекарственные препараты существуют в виде нескольких энантиомеров. Однако, фармакологическая активность рацематов связана с действием лишь одного энантиомера. При этом второй изомер проявляет менее выраженную активность, либо совсем не активен. На сегодняшний день известны примеры использования в терапии таких рацемических препаратов, в которых один из стереоизомеров обладает сильным токсическим эффектом, что приводит к трагическим случаям. В связи с этим, разделение энантиомеров является актуальной задачей современной аналитической химии.
Данную задачу можно решить с помощью газовой хроматографии. Хроматографические методы разделения энантиомеров применяются при определении конфигурации аминокислот, для исследования рацемизации и для препаративного выделения небольших количеств энантиомеров [1]. Несмотря на это, проблемой в разделении энантиомеров является невысокая селективность используемых неподвижных фаз и, вследствие этого, низкая эффективность разделения, а также невозможность препаративного разделения веществ даже в случае, когда найден подходящий хиральный селектор.
Ранее [2-3] было осуществлено разделение энантиомеров ментола, камфена и каморы методом газовой хроматографии на фазе, не являющейся хи-ральной. Было установлено, что разделение происходит за счет образования двумерных супрамоле-кулярных структур, принимающих одну из двух возможных ориентаций, которые не имеют зеркальной симметрии, что приводит к эффекту хи-ральности.
В связи с этим поиск новых неподвижных фаз на основе супрамолекулярных структур, способных разделять энантиомеры более селективно, представляет актуальную задачу для исследователей.
Целью данной работы являлось исследование энантиоселективности сорбентов на основе 5-гид-рокси-6-метилурацила (ГМУ), урацила и меламина по отношению к энантиомерам лимонена. Эти соединения не имеют хиральных центров. Однако известно, что ГМУ и урацил в твердом состоянии образуют супрамолекулярную структуру сеточного типа (рис. 1, рис. 2 и рис. 3 соответственно) [4-7]. Их супрамолекулярные структуры на твердой поверхности принимает одну из двух возможных ориента-ций, которые не имеют зеркальной симметрии, что приводит к хиральности [7]. В связи с этим, представляло интерес исследовать энантиоселектив-ность сорбентов, модифицированных супрамолеку-лярными структурами по отношению к энантиоме-рам лимонена.
2. Экспериментальная часть
В качестве носителя супрамолекулярной структуры был выбран InertonNAW. Модификаторами являлись урацил, меламин и ГМУ.
Урацил, меламин и ГМУ наносились из разбавленного водного раствора при температуре 60 °С путем испарения воды. Полученные сорбенты доводились до постоянной массы при 120 °С. Количество модификатора составляло 1 и 10% от массы исходного сорбента. Лимонены вводились в виде жидкой пробы. Объем пробы составлял от 0.2 до 2 мкл.
Исследование энантиоселективности модифицированных адсорбентов по отношению к лимонену проводилось методом обращенной газовой хроматографии на хроматографе Chrom 5 (Чехия) с пламенно-ионизационным детектором. В качестве газа-носителя применялся азот, скорость газа-носителя составляла 20 мл/мин. Использовалась насадочная колонка длиной 1 м и внутренним диаметром 3 мм. Температура эксперимента изменялась от 40 до 80 °С для всех образцов.
Значения удельных удерживаемых объемов были рассчитаны по форму ле:
ISSN 1998-4812
Вестник Башкирского университета. 2017. Т. 22. №3
691
Рис. 1. Фрагмент супрамолекулярного соединения в кристалле 5-гидрокси-6-метилурацила.
н о
Рис. 2. Фрагмент супрамолекулярного соединения урацила.
^V) = i
(tR-tM)M
(1)
где у - коэффициент Джеймса-Мартина; ^ - время удерживания, мин; м - время удерживания несорби-рующегося компонента, мин; т - скорость газа-носителя, мл/мин; т - масса неподвижной фазы.
Фактор селективности рассчитывался по формуле:
а =
3. Результаты
В табл. приведены факторы разделения энан-тиомеров лимонена на всех исследуемых фазах в температурном диапазоне 40-800С.
Как видно, из табл. при нанесении 10% урацила, меламина и 5-гидрокси-6-метилурацила факторы разделения в основном выше, чем в случае 1% модификатора.
На супрамолекулярной фазе на основе мела-мина лимонены наилучшим образом разделяются при температуре 45 0С. Фактор разделения при нанесении 1% меламина составляет 1.43, а при нанесении 10% а=1,35. В случае нанесения 1% модификатора при температуре выше 75 °С энантиоселектив-ность не наблюдалась.
На фазе на основе супрамолекулярной структуры урацила лимонены также наилучшим образом разделяются при более низких температурах. Так, в случае нанесения 1% урацила наилучший а = 1.30 наблюдался при 55 °С, а в случае 10% фактор селективности составляет 1.36 и 1.37 при температуре 45
Таблица
Факторы разделения энантиомеров лимонена на супра-молекулярных структурах меламина, урацила и 5-гид-рокси-6-метилурацила при температурах 40-80 0С
Модификатор Модификатор Модифика-
Т, - меламин - урацил тор- ГМУ
0С 1% 10% 1% 10% 1% 10%
а а а а а а
80 75 70 65 60 55 50 45 40
1.00 1.00 1.13 1.03 1.12 1.06 1.10 1.43 1.40
1.09 1.12 1.16 1.16 1.02 1.06 1.02 1.35 1.08
1.02 1.08 1.13 1.07 1.15 1.30 1.18 1.17 1.15
1.03
1.15
1.16 1.16 1.06 1.20 1.37 1.36 1.20
1.00 1.00
1.05 1.00
1.06 1.13 1.16 1.13 1.13
1.01 1.07 1.11 1.80 1.18 1.16 1.25 1.10 1.10
и 50 °Ссоответственно. При 80 °С наблюдалась самая низкая энантиоселективность для обоих образцов сорбентов.
На фазе на основе супрамолекулярной структуры 5-гидроски-6-метилурацила также наблюдается энантиоселективность по отношению к лимоне-нам. В случае 1% энантиоселективность проявляется в диапазоне 40-60 °С, а при более высоких температурах удерживаемые объемы энантиомеров совпадают. При нанесении 10% модификатора диапазон энантиоселективности шире, от 40 до 75 °С, а при более высоких температурах также исчезает. При этом при 65 °С наблюдается самый высокий фактор селективности по сравнению с остальными фазами, намного превышающий таковой при других температурах (а=1.80). Полученное значение а многократно воспроизводилось. Вероятно, такая аномальная энантиоселективность связана с меняющейся при повышении температуры доступности полостей супраструктуры ГМУ для молекул лимонена. Возможно, при температуре 65 °С одна из полостей ГМУ является доступной для одного энан-тиомера лимонена, но недоступна для другого, в результате чего один энантиомер адсорбируется преимущественно в полости, в другой - на поверхности, что приводит к заметному различию в величинах удельных удерживаемых объемов.
Таким образом, предложенные неподвижные фазы на основе 5-гидрокси-6-метилурацила, мела-мина и урацила являются энантиоселективными по отношению к энантиомерам лимонена. Наилучшая энантиоселективность наблюдалась в случае ГМУ
при 65 °С. Изученные в настоящей работе сорбенты на основе супрамолекулярных структур могут быть использованы при создании хроматографических колонок для разделения энантиомеров, а также энан-тиоселективных химических сенсоров.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект №16-1310257).
ЛИТЕРАТУРЫ
1. И. Г. Смирнова, Г. Н. Гильдеева, В. Г. Кукес. Оптическая изомерия и биологическая активность лекарственных средств. // Вестник Московского университета. С. 2. Химия. 2012. Т.53. №3.
2. В. Ю. Гуськов, Ю. Ю. Гайнуллина, Ф. Х. Кудашева. Разделение энантиомеров ментола, камфена и камфоры на 5-гид-рокси-6-метилурациле в условиях газовой хроматографии //Аналитика и контроль.2014.Т.18. №2. С. 178-181.
3. Chiral Surfaces Formed by Uracil, 5-Hydroxy-6-Methyluracil and Melamine Supramolecular Structures. Vladimir Yu. Gus'kov, Yulia Yu. Gainullina, Darya A. Suhareva,Artem V. Sidel'nikov and Florida Kh. Kudasheva. International Journal of Applied Chemistry. ISSN 0973-1792 Volume 12, Number 3. 2016. pp. 359-374.
4. Th. Dretschkow, A. S. Dakkouri, Th. Wandlowski, Langmuir 13. 1997. С. 2843.
5. S. J. Sowerby, P. A. Stockwell, W. M. Heckl, G. B. Petersen, Origins Life Evol. Biospheres 30. 2000. С. 81.
6. Иванов С. П., Лысенко К. А., Колядина О. А. и др. // Журн. физ. химии. 2005. Т. 79. №2. С. 278.
7. H.-M. Zhang, Z.-X. Xie, L. Long One-Step Preparation of Large-Scale Self-Assembled Monolayers of Cyanuric Acid and Melamine Supramolecular Species on Au(111) Surfaces // J. Phys. Chem. C 2008. 112. 4209-4212.
8. J. A. Gardener, O. Y. Shvarova, G. A. D. Briggs, M. R. Castell, J. Phys. Chem. C. 11. 2010. 5859.
Поступила в редакцию 07.06.2017 г.
ISSN 1998-4812
BeciHHK EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2017. T. 22. №3
693
THE STUDY OF ENANTWSELECTIVITY OF SORBENTS BASED ON SUPRAMOLECULAR STRUCTURES TO ENANTIOMERS OF LEMONEN
© Yu. Yu. Gainullina*, V. Yu. Guskov
Bashkir State University 32 Zaki Validi Street, 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Email: umashkova@mail.ru
The enantioselective properties of sorbents for enantiomers of limonene were studied by inverse gas chromatography on meter packed columns filled with an inert base modified by super-molecular structure of 5-hydroxy-6-methyluracil, uracil, and melamine. The stationary phases proposed in the work showed a high selectivity for enantiomers of limonene. The greatest separation factor was 1.80 at a temperature of 650 °C in the phase based on 5-hydroxy-6-methyluracil. Many medications exist in the form of two or more spatial isomers. However, the pharmacological activity of the racemates is related to the action of only one enantiomer. The second isomer exhibits less pronounced activity or it is not active at all. To date, there are examples of the use in therapy of such racemic preparations, in which one of the stereoisomers has a strong toxic effect, which leads to tragic accidents. In this regard, the separation of enantiomers is undoubtedly an urgent task of modern analytical chemistry. This problem can be solved by gas chromatography. Chromatographic methods for the separation of enantiomers are used in determining the configuration of amino acids, for the study of racemization, and for the preparative isolation of small amounts of enantiomers. In spite of this, the problem in the separation of enantiomers is low selectivity and, consequently, long analysis times, even when a suitable chiral selector for separation is found. In previous studies, it was found that in cases of enantiomers of menthol, camphene, and camora, the separation is conditioned by formation of two-dimensional supramolecular structures that take one of two possible orientations that do not have mirror symmetry, which leads to the chirality effect. In connection with this, the search for new stationary phases based on supra-molecular structures capable of separating enantiomers more selectively is an urgent problem for researchers.
Keywords: enantiomers, 5-hydroxy-6-methyluracil, supramolecular structure, gas chromatography, uracil, melamine, separation factor.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.
REFERENCES
1. I. G. Smirnova, G. N. Gil'deeva, V. G. Kukes. Opticheskaya izomeriya i biologicheskaya aktivnost' lekarstvennykh sredstv. Vestnik Mos-kovskogo universiteta. Pp. 2. Khimiya. 2012. Vol. 53. No. 3.
2. V. Yu. Gus'kov, Yu. Yu. Gainullina, F. Kh. Kudasheva. Razdelenie enantiomerov mentola, kamfena i kamfory na 5-gidroksi-6-metiluratsile v usloviyakh gazovoi khromatografii //Analitika i kontrol'.2014. Vol. 18. No. 2. Pp. 178-181.
3. Chiral Surfaces Formed by Uracil, 5-Hydroxy-6-Methyluracil and Melamine Supramolecular Structures. Vladimir Yu. Gus'kov, Yulia Yu. Gainullina, Darya A. Suhareva,Artem V. Sidel'nikov and Florida Kh. Kudasheva. International Journal of Applied Chemistry. ISSN 0973-1792 Volume 12, Number 3. 2016. pp. 359-374.
4. Th. Dretschkow, A. S. Dakkouri, Th. Wandlowski, Langmuir 13. 1997. Pp. 2843.
5. S. J. Sowerby, P. A. Stockwell, W. M. Heckl, G. B. Petersen, Origins Life Evol. Biospheres 30. 2000. Pp. 81.
6. Ivanov S. P., Lysenko K. A., Kolyadina O. A. i dr. Zhurn. fiz. khimii. 2005. Vol. 79. No. 2. Pp. 278.
7. H.-M. Zhang, Z.-X. Xie, L. J. Phys. Chem. Pp. 2008. 112. 4209-4212.
8. J. A. Gardener, O. Y. Shvarova, G. A. D. Briggs, M. R. Castell, J. Phys. Chem. Pp. 11. 2010. 5859.
Received 07.06.2017.
