CC BY
80
М. И. Евгеньев, И. И. Евгеньева, Ф. С. Левинсон,
Я. Р. Валитова
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ЭЛЮЕНТА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗДЕЛЕНИЯ
5,7-ДИНИТРОБЕНЗОФУРАЗАНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОВ
Ключевые слова: аминосоединения, 5,7-динитробензофуразановые производные, хроматография, эффективность.
Установлено влияние природы и полярности элюента, содержания водной фазы в водно-неводной смеси и ее рН на подвижность 5,7-динитробензофуразановых производных ряда ароматических аминов в условиях ОФ-ВЭЖХ. Разработана методика разделения смеси из шести ароматических аминов на колонке ZORBAX SB-C18.
Keywords: аminocompounds, 5,7-dinitrobenzofurazan derivatives, chromatography, effectiviti.
Dependence of nature and polarity of eluent, water contents in water-nonwater mixtures and their pH on retention 5,7-dinitrobenzofurazan derivatives of the aromatic amines in reversed phase high performance liquid chromatography is established. The technique of separation of a mix from six aromatic amines on a column ZORBAX SB-€18 is developed.
Ароматические амины широко используются в промышленности для производства красителей, антиоксидантов, полимерных материалов и лекарственных веществ [1]. 4-Хлор-5,7-динитробензофуразан, являясь суперэлектрофилом, в последние годы нашел применение как эффективный реагент для определения ароматических аминов и гидразинов спектрофотометрическим, тест- и хроматографическим методами в воздухе, воде и биологических жидкостях [2-4]. Было показано, что такими же свойствами обладают производные нитробензодифуразана [5, 6]. В связи с этим представляло интерес выявление тех факторов, которые влияют на эффективность разделения 5,7-динитробензофуразановых производных ароматических аминов в обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ-ВЭЖХ).
Известно, что на эффективность хроматографической колонки влияет ряд физических (длина колонки, сорбенты различной природы с различным диаметром зерен и др.) и химических (состав элюента и разделяемых веществ) параметров [7]. Целью данной работы является исследование влияние ряда химических факторов (природы и полярности элюента, содержания водной фазы в водно-неводной смеси и ее рН) на эффективность хроматографической колонки в зависимости от состава элюента при постоянной скорости потока элюента (0,8 мл/мин), длине колонки и составе сорбента.
Экспериментальная часть
В работе использована система высокоэффективной жидкостной хроматографии НР 1100, которая включала в себя четырехканальный градиентный насос GOl^ с вакуумным дегазатором G1322А, ручное устройство ввода пробы Rheodyne G1328А, диодно-матричный детектор G1315А,
термостат колонки G1316A, 3D систему обработки результатов анализа ChemStation HP Vectra 5XA с программным обеспечением G2170АА (Agilent, Waldbronn, Германия). Разделение проводили на колонке ZORBAX SB-C18 (4,6х250 мм) с использованием соответствующей предколонки. Состав подвижных фаз приведен в тексте.
Использовано устройство для фильтрования проб НФ-25 с фторопластовыми мембранами (Медикант, Орел), хроматографически чистые ацетонитрил и метанол (Криохром, Санкт-Петербург). Воду хроматографической чистоты получали на установке Simplicity 185 (Millipore, Франция).
Эффективность хроматографической колонки определяли по формуле
N = 16 (tR/wb)2 = 5.545 (tR /w1/2)2.
Результаты и их обсуждение
Реакция синтетического получения 5,7-динитробензофуразановых производных ароматических аминов описывается схемой
R
+
■
+
HCL
NO.
Большинство из 28 охарактеризованных производных 5,7-динитробензофуразана являются довольно сильными ЫИ -кислотами [5]. Поэтому можно предположить, что хроматографическое поведение исследуемых веществ (времена удерживания, эффективность колонки и т.д.) зависит от проявления кислотных свойств исследуемыми соединениями. Степень проявления кислотности определяется природой используемого элюента. Установлено, что состав используемого элюента влияет на эффективность колонки.
На рис. 1 показано влияние природы растворителя на эффективность разделения производных веществ. В ацетонитриле, как видно, все вещества имеют практически неизменную эффективность разделения. По-видимому, это связано со свойствами растворителя, приводящего к сильным изменениям свойств растворенных веществ в этом растворителе [8-11]. В отличие от чистых жидкостей в растворах нередко имеет место явление, называемое избыточной сольватацией. Оно состоит в том, что локальный состав раствора в пределах некоторого микроскопического объема вокруг центральной частицы может не совпадать с истинным составом раствора. В случае же разбавленных растворов третьих частиц (молекулы, ионы) в бинарных растворителях состав сольватных оболочек вокруг растворенных частиц может отличаться от состава растворителя. Для бинарных смесей СИзСЫ-^О установлено, что во всем диапазоне составов молекулы воды и СНзСЫ имеют тенденцию концентрироваться вблизи себе подобных, т.е. взаимодействия Н2О-Н2О и СНзСЫ-СНзСЫ явно предпочтительней взаимодействий Н2О-СНзСЫ [12]. Это приводит к микрогетерогенности элюента, вызывая различные аномалии в подвижности растворенных веществ.
Рис. 1 - Зависимость эффективности хроматографической колонки ZORBAX 8Б-С18 (М от природы элюента. Элюенты: I - ацетонитрил, II - метанол. Вещества: 1 - 4-(3'-гидроксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 2 - 4-(4'-феноксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 3 - 4-(4'-карбобутоксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 4 - 4-бензиламино-5,7-динитробензофуразан; 5 - 4-(2'-метилфениламино) -5,7-динитробензофуразан; 6 - 4-(3'-метоксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 7 - 4-(2'-метоксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 8 - 4-(2',5'-диметилфениламино)-
5,7-динитробензофуразан; 9 - 4-(3'-метилфениламино)-5,7-динитробензофуразан
Как видно из представленных данных, применение в качестве элюента метанола, отличающегося более полярными свойствами по сравнению с ацетонитрилом, значительно увеличивает эффективность разделения всех веществ. При этом также приводит дифференциация эффективности разделения в соответствии с кислотными свойствами соединений.
В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что использование в качестве элюента растворителя с более полярными свойствами приводит к значительному увеличению числа теоретических тарелок и, следовательно, увеличению эффективности разделения. Это влияние связано с проявлением кислотных свойств исследуемыми соединениями. Полученные ранее данные о константах кислотной диссоциации 5.7-динитробензофуразановых производных ароматических аминов подтверждают это предположение [13]. Число теоретических тарелок в более полярном элюенте - метаноле для 4-(3'-гидроксифениламино)-5,7-динитробензофуразана составляет 6967 (рКа в ДМСО равна 1,57). Эта величина значительно меньше, чем для 4-(3'-метоксифениламино)-5,7-динитробензофуразана (21573). Величина рКа в ДМСО для него составляет 1,18. Аналогичное изменение эффективности характерно и для других пар соединений.
Особенно сильное влияние кислотных свойств на эффективность разделения проявляется в том случае, когда меняется рН буферного раствора, входящего в состав элюента (рис. 2). Это можно проследить на примерах пары веществ 4-(4'-метилфениламино)-5,7-динитробензофуразана и 4-(Ы-метилфениламино)- 5,7-динитробензофуразана в буферных растворах с рН 3 ,00 и 6,58. В первом случае для вещества с выраженной кислотно-
стью происходит резкое уменьшение эффективности с 14753 до 3036 т.т. В то же время для практически не проявляющего кислотность вещества 4- (М -метилфениламино)- 5,7-динитробензофуразана изменения эффективности разделения от рН уже практически несущественны. Эффективность меняется от 13427 т.т. при рН 3,00 до 12067 т.т. при рН 6,58.
14 16000-,
14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0-1
12 3 4 Вещестм
Рис. 2 - Зависимость эффективности хроматографической колонки ZORBAX 8Б-С18 (М от рН подвижной фазы ацетонитрил - фосфатный буферный раствор (70:30, об.): I
- рН 3,00; II - рН 3,70; III - рН 4,92, IV - рН 6,58. Вещества: 1 - 4-анилино-5,7-динитробензофуразан; 2 - 4-(4'-гидроксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 3 -4-(4'-метилфениламино)-5,7-динитробензофуразан; 4 - 4-(М-метилфениламино)- 5,7-динитробензофуразан
Повышение содержания воды в ацетонитриле также приводит к повышению эффективности колонки при разделении веществ, имеющих различную кислотность (рис. 3). Степень такого влияния определяется кислотными свойствами разделяемых производных. Например, при повышении содержания воды в элюенте для 4-(3'-метилфениламино)-5,7-динитробензофуразана (соединение 13), 4-(4'-карбобутоксифениламино)-5,7-
динитробензофуразана (соединение 5), 4-(4'-этоксифениламино)-5,7-динитро-
бензофуразана (соединение 6), 4-(М-метилфениламино)- 5,7-динитробензофуразана (соединение 7), 4-бензиламино-5,7-динитробензофуразана (соединение 8), 4-(3', 4'-диметил-фениламино)-5,7-динитробензофуразана (соединение 9) и 4-(2'-фенилфениламино)-5,7-динитробензофуразана (соединение 10) происходит возрастание эффективности хроматографического разделения. В других случаях такое изменение состава элюента приводит к обратному влиянию на эффективность разделения.
Полученные в результате исследования экспериментальные данные, таким образом, показывают, что эффективность разделения 5,7-динитробензофуразановых производных ароматических аминов определяется кислотными свойствами исследуемых соединений, природой элюента и его рН, а также содержанием в нем воды. Кислотность разделяемых веществ, кроме того, определяет характер и интенсивность проявления тех или иных свойств элюента.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Вещесио
Рис. 3 - Зависимость эффективности хроматографической колонки ZORBAX SB-C18 (N) от содержания воды в элюенте ацетонитрил-вода. Содержание воды (%, об.): I - 0;
II - 15; III - 30. Вещества: 1 - 4-(4'-диметиламинофенил)- 5,7-динитробензофуразан; 2
- 4-(4'-гидроксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 3 - 4-(4'-хлорфениламино)-
5,7-динитробензофуразан; 4 - 4-(4'-метоксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 5
- 4-(4'-карбобутоксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 6 - 4-(4'-
этоксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 7 - 4-^-метилфениламино)- 5,7-
динитробензофуразан; 8 - 4-бензиламино-5,7-динитробензофуразан; 9 - 4-(3', 4'-диметилфениламино)-5,7-динитробензофуразан; 10 - 4-(2'-фенилфениламино)-5,7-
динитробензофуразан; 11 - 4-(2'-метоксифениламино)-5,7-динитробензофуразан; 12 -4-(4'-бромфениламино)-5,7-динитробензофуразан; 13 - 4-(3'-метилфениламино)-5,7-динитробензофуразан
Литература
1. Николаев. Ю.Т. Анилин / Ю.Т. Николаев, А.М. Якубсон. - М.: Химия, 1984. 152 с.
2. Евгеньев, М.И. Тест-методы для визуального, спектрофотометрического и
хроматографического определения аминосоединений в воздушных и водных средах / М.И. Евгеньев, С.Ю. Гармонов, И.И. Евгеньева, С.М. Горюнова, Н.Г. Николаева, Ф.С. Левинсон //
Журн .аналит. химии. - 1998. - Т.53. - № 2. - С.175
3. Evgen'ev, M.I. /4-Chloro-5,7-dinitrobenzofurazan and 7-chloro-4,6-dinitrobenzofuroxan - a new spray reagents for the detection of amine compounds on thin-layer plates / M.I. Evgen'ev, I.I. Evgen'eva, F.S. Levinson //J. Planar Chromatogr. Modern TLC. - 2000. - Vol. 3. - P.199.
4. Евгеньев, М.И. /Экстракционно-хроматографическое определение гидразина в природных водах в виде 5,7-динитробензофуразанового производного с диодно-матричным детектированием / М.И. Евгеньев, И.И. Евгеньева, Р.Н., Исмаилова // Журн. аналит. химии. - 2000. - Т.55, - № 10. С. 1038.
5. Евгеньев, М.И. /Влияние кислотности замещенных 5,7-динитробензофуразановых и нитробензо-дифуразановых производных ароматических аминов на элюирование в ОФ ВЭЖХ / М.И. Евгеньев [и др.] // Вестник Казан технол. ун-та. - 2008. - № 1. - С. 81-88
6. Левинсон Ф.С., ЕвгеньевМ.И., Ермолаева Е.А. и др.//Хим. фарм. журнал. - 2003. - Т.37, - № 11. -С. 45
7. Стыскин, Е.Л. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография / Е.Л. Стыскин,
Л.Б. Ициксон, Е.В. Брауде. - М.: Химия, 1986. - 288 с.
8. Панов, М.Ю. Кинетика щелочного гидролиза изомерных бутилацетатов в смешанных растворителях вода-ацетонитрия / М.Ю. Панов, О.Б. Соколова, Н.Г. Пикуза // Журнал общей химии. - 1994. - № 3. - Т.64. - С. 388
9. Marcus, Y. Influence of acidity level in acetonitrile on Hammett-Zuman type correlation on the reduction of a-hydroxyquinones / Y. Marcus, Y. Migron //J. Phys. Chem. - 1991. - № 1. - Vol. 95. -P. 400.
10. Miyaji, K. Influence of acetonitrile on efficience of reagentless separation of racemic compounds / K. Miyaji, K. Morinaga //Bull. Chem. Soc. Japan. - 1986. - Vol. 59. - №6. - P. 1685
11. Wakisaka, A. Photodegradation studies on Atenolol by liquid chromatography // A. Wakisaka, Y. Shimizu, N. Nishi, K. Tokumaru //J. Chem. Soc. Faraday Trans. - 1993. - №8. - V.88. - P. 1129
12. Blandamer, M.J. Dependence of the efficiency of a multicapillary column on the liquid phase loading method / M.J. Blandamer, N.J. Blandell, J. Burgess, H.J. Cowless //J. Chem. Soc. Faraday Transact. -1990. - Vol. 86. - N 2. - P. 277.
13. Евгеньев, М.И. Определения аминосоединений: Дериватизация хлординитрозамещенными бен-зофуразана и их N-оксидами: Дис. ... д-ра хим. наук / М.И. Евгеньев. - М.: МГУ, 1997. - 249с.
Работа выполнена при частичном финансировании РФФИ (проект 10-03-00251-а).
© М. И. Евгеньев - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ, evgenev@kstu.ru; И. И. Евгеньева - канд. хим. наук, доцент той же кафедры; Ф. С. Левинсон - канд. хим. наук, доцент кафедры ХТОСА; Я. Р. Валитова - канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ.
