Введение к работе
Актуальность работы. Вопрос о взаимосвязи и установлении
количественных соотношений «структура - свойство» и «структура -активность» является до настоящего времени открытым и, несомненно, представляющим интерес для теории и практики прогнозирования веществ с заданными свойствами.
Закономерные связи между свойствами веществ и их составом и строением позволяют во многих случаях при отсутствии прямых данных определять свойства соединения на основе данных для других веществ, близких ему по составу и строению. В основу таких методов расчета положено химическое подобие веществ. Многие схемы расчета физико-химических характеристик базируются на допущении постоянства инкрементов определенных функциональных групп или радикалов. Такое постоянство инкрементов допускается, как правило, при рассмотрении близких по строению веществ. При этом могут быть рассмотрены разнообразные аспекты сходства структур, по-разному определяемые различными авторами.
С точки зрения установления количественных соотношений между структурой и свойствами соединений весьма перспективным представляется метод структурной аналогии, позволяющий устанавливать закономерности изменения физико-химических характеристик веществ в зависимости от структуры для широких таксономических групп органических соединений.
Интересными объектами применения этого метода являются циклические соединения различного строения: ароматические и гетероциклы, циклоалканы - неослабевающий интерес к которым обусловлен, в первую очередь, их чрезвычайным распространением в объектах природного происхождения и продуктах многочисленных производств, а также ярко выраженной биологической активностью. Так, в частности, производные адамантана интересны в качестве моделей при решении многих вопросов теоретической химии, таких, например, как влияние электронной структуры и топологии молекулы на физико-химические свойства, индукционных и стерических факторов на хроматографическое удерживание и т.д. Кроме того, пространственное строение, липофильность адамантанового каркаса создают благоприятные условия для транспорта адамантансодержащих соединений через биологические мембраны, введение адамантильного радикала в органические соединения модифицирует их биологическую активность, изменяя и часто усиливая ее.
Однако, несмотря на большой интерес, проявляемый исследователями к циклическим соединениям и, в частности, производным адамантана, многие вопросы, связанные с изучением взаимосвязи структуры этих веществ с их физико-химическими свойствами, хроматографическим удерживанием и биологической активностью, остаются до конца не изученными. В литературе последних лет представлены данные о хроматографическом поведении различных циклических соединений и функциональных производных адамантана. Исследовано хроматографическое удерживание алкил-, амино-,
гидрокси- и других производных адшантанцРі^адо|дед|Д,іАй|##омерности
БИБЛИОТЕКА {
'In її і'' —^ — ~ ^*
хроматографического удерживания в гомологических рядах циклических соединений. Тем не менее, возможности хроматографии как метода структурного анализа, аналогичного, например, ИК или УФ спектроскопии, используются в недостаточной степени. Для установления структуры молекул применяют в основном лишь ее адсорбционный вариант, поскольку адсорбция при малых заполнениях на однородной плоской поверхности адсорбента в наибольшей степени зависит от геометрической структуры молекул. В то же время, поскольку хроматографическое удерживание в целом определяется различными типами межмолекулярных взаимодействий, непосредственно связанными со строением удерживаемых молекул, можно утверждать, что хроматографический метод в различных его вариантах является вполне перспективным инструментом в установлении структуры соединений.
Полезную информацию как о структуре соединения, так и о его свойствах может дать исследование корреляций между параметрами хроматографического удерживания и различными структурными и физико-химическими характеристиками органических соединений.
Целью работы явилось хроматографическое исследование взаимосвязи между структурой циклических органических соединений и проявляемыми ими физико-химическими свойствами на примере производных адамантана и его структурных аналогов в условиях газо-жидкостной хроматографии; разработка методов идентификации компонентов сложных смесей биологически активных веществ и прогнозирования физико-химических характеристик на основе моделей «структура - хроматографическое удерживание».
В соответствии с поставленной целью определены основные задачи диссертации:
Изучение закономерностей хроматографического удерживания циклических органических соединений различного строения в условиях газо-жидкостной хроматографии. Теоретическое обоснование взаимосвязи электронного строения молекул циклических органических соединений различного строения с их физико-химическими и хроматографическими свойствами. Исследование хроматографических свойств неподвижной адамантансодержащей фазы, изучение ее селективности по отношению к изомерам различной природы. Исследование топологических характеристик циклических соединений различного строения и их взаимосвязи с электронными, структурными и сорбционными параметрами с использованием метода структурной аналогии.
Развитие модели удерживания циклических органических соединений и их структурных аналогов в условиях ГЖХ. Разработка методов идентификации и разделения компонентов сложных смесей синтеза производных адамантана на основании установленных закономерностей.
Научная новизна работы определяется совокупностью полученных в ней новых результатов.
-
Исследовано хроматографическое поведение некоторых циклических органических соединений и, в частности, производных адамантана и его аналогов в качестве сорбатов и сорбентов в условиях газо-жидкостной хроматографии. Рассмотрено влияние размеров, природы цикла и гетероатома на хроматографическое удерживание циклических соединений.
-
Впервые с применением метода структурной аналогии исследованы соотношения, связывающие сорбционные характеристики циклических соединений различной природы с их электронными, топологическими и другими физико-химическими параметрами. Получены уравнения, описывающие эти зависимости. Исследованы их прогностические возможности при расчете величин хроматографического удерживания и некоторых физико-химических характеристик.
-
Определены оптимальные условия хроматографического разделения и идентификации структурных аналогов органических веществ в сложных смесях на примере функциональных производных адамантана. Разработаны хроматографические методики идентификации промежуточных продуктов синтеза биологически активных веществ и изомеров различной природы с использованием впервые исследованной адамантилсиликоновой неподвижной фазы.
Практическая ценность проведенных исследований определяется совокупностью полученных в работе данных о хроматографическом удерживании циклических соединений, структурных аналогов, установленных в работе физико-химических закономерностей изменения их термодинамических характеристик сорбции в условиях ГЖХ, которые могут быть использованы при прогнозировании характеристик удерживания труднохроматографируемых и впервые синтезируемых соединений, а также для разделения и идентификации аналогов в сложных смесях. Показаны возможности впервые изученной адамантилсиликоновой неподвижной фазы при разделении изомеров различной химической природы.
На защиту выносятся:
-
Теоретическое обоснование физико-химических закономерностей хроматографического удерживания циклических органических соединений различной химической природы с использованием метода структурной аналогии.
-
Экспериментально определенные термодинамические характеристики сорбции органических соединений различной химической природы, функциональных производных адамантана на адамантилсиликоновой неподвижной фазе.
-
Корреляционные зависимости между величинами удерживания циклических органических соединений и их электронными, топологическими и другими физико-химическими параметрами. Уравнения, описывающие эти зависимости. Алгоритм прогнозирования хроматографического удерживания и физико-химических свойств структурных аналогов органических веществ и их биологической активности на основании полученных корреляций.
4. Модель хроматографического удерживания циклических органических соединений, структурных аналогов в условиях ГЖХ, базирующаяся на использовании полученных закономерностей.
Публикации, По теме диссертации опубликовано 22 печатных работы, в том числе 7 статей, 15 тезисов докладов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийском симпозиуме по химии поверхности, адсорбции и хроматографии (Москва, 1999), Поволжской региональной конференции «Физико-химические методы в координационной и аналитической химии» (Казань, 1999), Всероссийской конференции «Химический анализ веществ и материалов» (Москва, 2000), К Международной конференции по теоретическим вопросам адсорбции и хроматографии "Современное состояние и развитие теории - адсорбции" (г. Москва, апрель 2001 г.); Всероссийском симпозиуме "Современные проблемы хроматографии", (г. Москва, март 2002 г.); XII Всероссийской конференции по газовой хроматографии (г. Самара, 2002); на третьем международном симпозиуме "100 лет хроматографии" (Москва, 2003).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Диссертация изложена на 160 страницах текста, содержит 35 таблиц, 35 рисунков.