CC BY
26
УДК 543.544
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ ЖИДКОСТНАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ АМИДОВ ЦИНХОНИНОВЫХ
КИСЛОТ1
© 2004 А.В. Воронков, Ю.Воронкова, С.В. Курбатова^ О.Г.Ларионов3
Получены данные о хроматографическом удерживании амидов замещенных цинхониновых кислот в обращенно-фазовом варианте высокоэффективной жидкостной хроматографии. Проанализировано влияние различных электронодонорных и электроноакцепторных заместителей в хинолиновом кольце на хроматографическое поведение производных цинхониновых кислот в условиях ВЭЖХ. Рассчитаны некоторые физико-химические и структурные параметры сорбатов.
Моделирование лекарственных препаратов с заданными свойствами является одной из актуальных задач современных химии и фармакологии. С этой целью исследуют взаимосвязь между строением биологически активных веществ и проявляемыми ими физико-химическими свойствами, и, в частности, хроматографическим удерживанием. Одним из наиболее перспективных методов установления таких соотношений служит хроматография, поскольку известно, что хроматографическое удерживание полностью определяется природой сорбата, сорбента и элюента. Особенно эффективным оказывается жидкостный вариант хроматографии, так как варьирование в широких пределах природы и состава подвижной и неподвижной фаз позволяет выбрать хроматографическую систему, в наибольшей степени характеризующую структуру сорбата [1, 2]. Посредством высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) оказывается возможным анализировать количественные соотношения "структура - свойство" для сложных полифункциональных соединений, какими являются, например, производные цинхониновых кислот.
Многие замещенные цинхониновые кислоты (производные 4-карбокси-хинолина) синтезированы сравнительно недавно, однако они уже привлекли внимание исследователей как потенциальные лекарственные препараты с анестезирующим, противовоспалительным, анальгетическим и проти-
1 Представлена доктором химических наук профессором Л.А. Онучак.
2Воронков Андрей Владимирович, Воронкова Юлия, Курбатова Светлана Викторовна ([email protected]), кафедра общей химии и хроматографии Самарского государственного университета, 443011, Россия, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1.
3Ларионов Олег Георгиевич, Институт физической химии РАН, Россия, г. Москва, Ленинский пр., 31.
вораковым действием [3, 4]. В литературе описаны свойства галоидных, алкильных, тиенильных и некоторых других производных цинхониновых кислот [5, 6]. Нам представлялось интересным исследование соединений, в состав которых входят такие фармакофоры, как хинолиновое кольцо и амидная группа.
В связи с этим целью настоящей работы явилось исследование влияния структуры амидов замещенных 4-хинолинкарбоновых кислот на их хрома-тографическое поведение в условиях высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).
Экспериментальная часть
В работе были исследованы вещества, структурные формулы которых представлены в таблице. Эксперимент проводили на жидкостном хроматографе Милихром А02 "Кпаиег" с УФ спектрофотометрическим детектором при длине волны X = 270 нм в условиях ОФ ВЭЖХ. Для хроматографиче-ского разделения использовали стальные насадочные колонки длиной 8 см, внутренним диаметром 2 мм, размер частиц сорбента — 7 мкм. В качестве адсорбента использовали Нуклеосил С18. Элюирование велось в градиентном режиме при объемной скорости 200 мкл мин от смеси ацетонитрил вода-Н3РО4 (рН=3, 3:7) до ацетонитрила и в изократическом режиме при соотношении ацетонитрил - вода 7:3 и 1:1. Пробу сорбатов готовили растворением кристаллических веществ в этаноле. Удерживание исследованных соединений характеризовали величиной фактора удерживания (к), рассчитанного по формуле
^ - гм
к = -,
М
где ги — время удерживания исследуемого вещества, м — время удерживания несорбирующегося компонента (нитрат калия). Полученные величины удерживания приведены в таблице.
Значения энергии гидратации (Еь), мольного объема (V), коэффициента распределения в системе н-октанол - вода (1§ Р), поляризуемости (а) и ди-польного момента (ц) были рассчитаны полуэмпирическим методом РМ3 с полной оптимизацией геометрии молекул с использованием программы НурегСЬеш 7.0.
Обсуждение результатов
Как известно, хроматографическое удерживание в жидкостной хроматографии определяется совокупностью межмолекулярных взаимодействий в системе "сорбат - сорбент - элюент", которые, в свою очередь, связаны с характером распределения электронной плотности в молекулах - участниках процесса. Исследованные вещества представляют собой полифункциональ-
Таблица
Фактор удерживания и физико-химические характеристики амидов
цинхониновых кислот
№ п/п Соединение К ОФ, 1:1 Е)г, ккал/моль V, А-"1 1§Р Мк а
1 СОШ; 2.233 -8.29 781.34 3.14 79.78 32.8 3.415
2 соын2 1.785 -8 774.82 3.57 78.13 31.85 1.668
3 ^Ах 4.721 -7.68 836.58 4.36 85.75 34.48 2.928
соын2
4 0.767 -7.28 785.6 3.52 78.37 31.76 2.157
5 2.273 -7.93 800.16 3.84 80.95 32.55 1.857
СОШ2
6 1.127 -9.13 722.05 2.34 72.16 30.18 2.662
Окончание таблицы
№ п/п Соединение к ОФ, 1:1 Е)г, ккал/моль V, А-"1 1§Р Мк а
7 ,хАх 6.233 -7.85 869.46 4.64 88.57 35.18 2.816
8 соын2 2.527 -8.14 807.99 3.84 80.95 32.55 3.451
9 ссжн, ^ N СН3 0.107 -6.84 589.78 1.62 53.46 22.1 2.747
10 сош2 0.093 -6.29 665.28 1.99 60.65 25 2.823
И ■ХЗ^ 0.100 -9.83 884.7 3.59 87.41 35.02 3.17
12 0.893 -9.04 875.88 0.27 84.83 34.23 3.243
13 Ах, 0.38 -10.14 823.05 2.8 79.79 32.4 3.141
ные соединения, основным структурным фрагментом которых является хи-нолиновое ядро. Наличие нескольких различных по природе заместителей, вступающих в сопряжение с хинолиновым фрагментом, сказывается на характере распределения электронной плотности в молекуле замещенной ци-нхониновой кислоты.
В ОФ варианте ВЭЖХ взаимодействие молекул сорбата с неполярной гидрофобной поверхностью неподвижной фазы определяется главным образом дисперсионными силами, величина которых, в свою очередь, зависит от таких физико-химических и структурных характеристик молекул, как поляризуемость, объем, молярная рефракция и гидрофобность. При наличии полярных групп в молекуле сорбата осуществляются специфические межмолекулярные взаимодействия с элюентом, в результате которого удерживание неполярным сорбентом уменьшается. Значительную роль играют также размеры молекул сорбата, их геометрия и относительное расположение функциональных групп в основном структурном фрагменте [1].
Хроматографическое удерживание сложных по химической природе сор-батов можно анализировать на основе аддитивных схем, в соответствии с которыми вклад отдельных структурных фрагментов в величину фактора удерживания является более или менее постоянной величиной, не зависящей от строения остальной части молекулы. Основность атома азота в амидной группе изменяется при переходе от алифатических к ароматическим амидам. В ароматических соединениях появляется возможность дополнительной делокализации электронной плотности за счет сопряжения с п-системой безольного кольца или гетероцикла, что дополнительно понижает основные свойства.
В качестве элюента нами использован ацетонитрил, имеющий высокое сродство к исследуемым соединениям. В качестве оптимального состава подвижной фазы было выбрано соотношение ацетонитрил - вода 1:1. Вне зависимости от строения молекул амидов замещенных цинхониновых кислот основной вклад в их межмолекулярные взаимодействия с сорбентом и элюентом вносит хинолиновый фрагмент с неподеленной электронной парой атома азота, наличие которого приводит к возникновению в молекулах значительного дипольного момента. Как следует из данных, представленных в таблице, практически все из рассмотренных соединений обладают большим дипольным моментом, особенно возрастающим при наличии заместителей разной природы в положениях 2 и 6 хинолинового кольца.
На характер межмолекулярных взаимодействий, безусловно, будет оказывать существенное влияние и атом азота амидной группы. Как известно, в амидной группе имеет место значительное взаимодействие между непо-деленной электронной парой атома азота и п-электронной системой двойной связи С=О. Атомы амидной группировки С(СО^ находятся в одной плоскости, образуя сопряженную систему связей, что приводит к изменению распределения электронной плотности и характера связей С^ и С=О. В результате этого способность атома азота N#2-группы к специфическим
взаимодействиям уменьшается [7]. С другой стороны, по сравнению с молекулами, содержащими карбоксильную группу, основность атома азота гете-роцикла увеличивается за счет меньшего электроноакцепторного действия амидной группы [8].
В результате наличия указанных электронных эффектов амиды проявляют способность к образованию водородных связей с донорами и акцепторами электронов, а также при самоассоциации, что позволяет рассматривать их как амфотерные соединения.
Присутствие других различных по природе заместителей, вступающих в сопряжение с хинолиновым фрагментом, также оказывает влияние на характер распределения электронной плотности в молекуле замещенной ци-нхониновой кислоты и, следовательно, на характер взаимодействия с сорбентом и элюентом.
Известно, что наибольшее влияние на адсорбционную активность производных цинхониновых кислот оказывают заместители в положениях 2 и 4 хинолинового ядра, для которых максимально сопряжение с атомом азота. Электроноакцепторные заместители при этом приводят к понижению электронной плотности на атоме азота и снижению энергии адсорбции; наличие электронодорных групп повышает величину основности атома азота [7]. Наличие фенильного или тиенильного заместителя, проявляющих отрицательный мезомерный эффект, в положении 2 хинолинового ядра приводит к понижению основности атома азота гетероцикла, уменьшению его специфического взаимодействия с молекулами ацетонитрила, и, таким образом, к увеличению удерживания амидов. В целом факторы удерживания таких соединений в условиях ОФ ВЭЖХ достаточно близки.
Введение атома галогена в фенильный радикал (переход от фенила к о-хлорфенилу) увеличивает фактор удерживания почти в 2 раза, а замена атома брома в положении 6 на метильную группу значительно снижает удерживание:
сомы2
к=4,721
к=0,767
В целом введение в молекулу амидов атома брома приводит к возрастанию фактора удерживания вне зависимости от места введения галогена: из приведенных ниже примеров следует, что фактор удерживания увеличивается при введении атома брома и в положение 6, и при его введении в структуру заместителя, находящегося в положении 2:
сомы2
к=1,127
к=2,233
сомы
Вг
С1
сомы
Вг
к=2,527
к=6,233
сош
сомы
Вг
Вг
Вг
Следовательно, при изучении закономерностей хроматографического удерживания сложных полифункциональных соединений, какими являются амиды замещенных цинхониновых кислот, необходимо учитывать влияние заместителей и в других положениях хинолинового кольца. В частности, для положения 6, несмотря на то, что заместитель расположен во втором ароматическом кольце по отношению к реакционному центру и, таким образом, не задействован в сопряжении, влияние его природы на хромато-графическое удерживание оказывается существенным.
Таким образом, характер удерживания исследованных соединений определяется как распределением электронной плотности в молекуле (индуктивный и мезомерный эффекты), так и стерическим фактором, при этом
оценить конкретный вклад каждого из проявляемых эффектов достаточно сложно. Однако из сопоставления величин удерживания исследованных соединений и их электронных характеристик (поляризуемости, объема, ди-польного момента и пр.) следует, что, по-видимому, преобладающую роль играют электронные факторы.
Литература
[1] ШатцВ.Д., Сахартова О.В. Высокоэффективная жидкостная хроматография. Рига: Зинатне, 1988. 390 с.
[2] Современное состояние жидкостной хроматографии / Под ред. Д.Киркленда. М.: Мир. 1974. 325 с.
[3] ЧорноусВ.А., БратенкоМ.Я, ВовкМ.В. и др. Синтез и антимикробные свойства гидразидов пиразол-4-карбоновых кислот и ^(4-пиразоил)гидразонов ароматических и гетероароматических альдегидов // Хим.-фарм. журнал. 2001. №4. С. 26.
[4] ГлушковВ.А., ФилитисЛ.Н., Марданова Л.Г. Синтез и туберкуло-статическая активность арилгидразидов а-функционализированных а-алкилкарбоновых кислот // Хим.-фарм. журнал. 2001. №3. С. 11-13.
[5] ГригорьеваО.Б., КурбатоваС.В., ЗемцоваМ.Н. и др. Жидкостная хроматография некоторых производных цинхониновых кислот // Журн. физич. химии. 2001. №11. С. 2048-2053.
[6] ГригорьеваО.Б., КурбатоваС.В., Ларионов О.Г. и др. Связь строения замещенных цинхониновых кислот с их удерживанием в условиях об-ращенно-фазового варианта ВЭЖХ // Журн. физич. химии. 2002. №5. С. 927-931.
[7] ДжилкристТ. Химия гетероциклических соединений. М.: Мир, 1996. 463 с.
[8] НейландО.Я. Органическая химия. М: Мир, 1974. 378 с.
Поступила в редакцию 12/1/2005; в окончательном варианте — 12/1/2005.
HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY OF CINCHONA ACID AMIDES4
© 2004 A.V. Voronkov, Y. Voronkova, S.V. Kurbatovaf O.G. Larionov6
Some cinchona acid amides (4-carboxyquinoline derivatives) behaviour is investigated under conditions of liquid sorption chromatography. Its retention factor is determined in reversed-phase (RP) high performance liquid chromatography (HPLC). The effect of different electrondonor and electronacceptor factors is analysed. The physical, chemical and structural sorbate characteristics are estimated.
Paper received 12/I/2004. Paper accepted 12/1/2004.
4Communicated by Dr. Sci. (Chem.) Prof. L.A. Onuchak.
5Voronkov Andrey Vladimirovitch, Voronkova Yulia, Kurbatova Svetlana Viktorovna ([email protected]), Dept. of General Chemistry and Chromatography, Samara State University, Samara, 443011, Russia.
6Larionov Oleg Georgievitch, Institute of Physical Chemistry of RAS, Moscow, Russia.
