Новые ариламидные хиральные низкомолекулярные селекторы в жидкостной хроматографии

Актуальность темы

Феномен оптической изомерии является неизменным атрибутом живого мира. Бурное развитие биохимических исследований, возросшие требования фармацевтической промышленности и новые возможности современной медицинской химии требуют разработки методов получения оптически-чистых форм соединений. ВЭЖХ является одним из наиболее мощных методов разделения веществ с близкими свойствами, в том числе и энантиомеров. Разделение оптических изомеров принципиально возможно только в системах, содержащих хиральный селектор.

Для того чтобы молекула, содержащая оптически активный центр, могла проявить себя как селектор, способный специфично «распознавать» пространственную конфигурацию энантиомеров, в ней необходимо наличие нескольких функциональных групп, взаимодействующих с разделяемыми молекулами. Причем, расположение этих групп в пространстве должно в большей степени соответствовать строению одного из оптических изомеров.

Метод ВЭЖХ с хиральными неподвижными фазами (ХНФ) широко применяется для разделения оптических изомеров органических соединений. Наибольшее распространение получили ХНФ на основе низкомолекулярных хиральных селекторов, закрепленных на силикагеле. Строение хиральных селекторов в этих неподвижных фазах строго задается схемой синтеза, что позволяет целенаправленно изменять их структуру и изучать энантиоселективные свойства на вполне рациональной основе. Наибольшее развитие получили низкомолекулярные селекторы на основе образования комплексов с переносом заряда (так называемые фазы Пиркла) и селекторы, работающие по принципу образования водородных связей. Пока немногочисленный класс ариламидных селекторов, сочетающий в себе свойства обоих типов является наиболее перспективным. Поэтому создание новых ариламидных хиральных селекторов и изучение возможностей их применения является весьма актуальной задачей.

Разница в силах взаимодействия пары оптических изомеров с хиральным селектором незначительна. В связи с этим необходимо тщательно подбирать условия хроматографического разделения. В первую очередь — состав подвижной фазы. Компоненты подвижной фазы влияют не только на «элюирующую силу», но и активно участвуют в процессе энантиораспознавания разделяемых оптических изомеров. Понимание процессов, лежащих в основе энантиораспознавания, и прогнозирование оптимальных условий разделения оптических изомеров возможно только при детальном изучении закономерностей удерживания и разделения энантиомеров различных классов органических соединений.

Цель работы состояла в разработке и синтезе новых низкомолекулярных хиральных селекторов и изучении хроматографических и энантиоселективных свойств силикагелей, модифицированных этими селекторами. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

Разработаны методики синтеза хиральных неподвижных фаз путем модификации аминопропилсиликагелей К-(8)-пропил-К-(0)-(1-фенилэтил)-тиооксамидом и N-(3,5-динитрофенил)фенилаланинолом;

Изучена возможность хирального распознавания энантиомеров различной структуры и полярности (/яранс-стильбеноксида, флаванона, бензоина, 1-фенил-1-пропанола, 1-фенил-2-пропанола, 1 -фенил-1,2-этандиола, 1, Г-бинафтил-2,2'-диола и основания «Трёгера») на синтезированных хиральных неподвижных фазах в условиях нормально-фазовой жидкостной хроматографии;

Исследована зависимость энантиоселективных свойств от строения молекул хирального селектора и от плотности их пришивки к поверхности сорбента на примере разделения оптических изомеров основания «Трёгера» и 1,1'-бинафтил-2,2'-диола;

Установлены закономерности влияния природы и концентрации полярной добавки в подвижной фазе на удерживание и энантиоселективность разделения модельных соединений.

Изучены энантиоселективные свойства хиральной неподвижной фазы на основе N-(3,5-динитрофенил)фенилаланинола по отношению к оптически-активным амидам и предложены условия хроматографического разделения оптических изомеров, определено их соотношение для К-(фенилэтил)-фенилацетамида, N-[l-(l-нафтил)этил]фенилацетамида иК-[1-(4-хлорфенил)этил]фенилацетамида.

Научная новизна. Получены хиральные неподвижные фазы для жидкостной хроматографии на основе >Ц8)-пропил-К-(0)-(1-фенилэтил)-тиооксамида и N-(3,5-динитрофенил)фенилаланинола, энантиоселективность которых определяется суммарным эффектом водородных связей и я-тс взаимодействий с оптическими изомерами. Созданные сорбенты могут успешно применяться для разделения энантиомеров 1, Г-бинафтил-2,2'-диола, основания «Трёгера» и ряда ароматических амидов в условиях нормально-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии. Показано, что с увеличением плотности пришивки молекул хирального селектора на поверхности энантиоселективные свойства сорбента улучшаются.

По изотермам адсорбции индивидуальных изомеров 1,1'-бинафтил-2,2'-диола оценены вклады в удерживание энантиоселективных и неселективных взаимодействий между молекулами сорбата и сорбента.

Проведено систематическое изучение влияния природы полярной добавки на удерживающие и на энантиоселективные свойства синтезированных сорбентов. Установлено, что молекулы полярной добавки участвуют в процессе хиральной дискриминации и оказывают значительное влияние на разделение оптических изомеров, основной вклад в удерживание вносит образование водородных связей.

Практическая значимость: Предложены простые схемы синтеза хиральных неподвижных фаз из доступных и недорогих реактивов и материалов. Проведена оптимизация состава подвижной фазы (концентрации и природы полярной добавки) для повышения селективности и эффективности разделения оптических изомеров. Выбраны подвижные фазы, позволяющие разделить с разрешением больше 1,0 энантиомеры ряда соединений, играющих важную роль в качестве промежуточных хиральных соединений при синтезе биологически активных структур: 1, Г-бинафтил-2,2'-диола, основания «Трёгера», трифтороантранилэтанола, М-(фенилэтил)-фенилацетамида, N-[l-(l-нафтил)этил]фенилацетамида и N-[ 1 -(4-хлорфенил)этил]фенилацетамида. На защиту выносятся следующие положения:

— Методики синтеза хиральных неподвижных фаз на основе аминопропилсиликагеля и низкомолекулярных селекторов (8)-пропил-(Ы)-(а-фенилэтил)-тиооксамида и N-(3,5-динитробензоил)-фенилаланинола.

— Данные по расчету изотерм адсорбции и термодинамических параметров адсорбции оптических изомеров 1,1'-бинафтил-2,2'-диола на хиральных неподвижных фазах.

— Закономерности удерживания ряда кислороди азотсодержащих органических соединений, обладающих оптической изомерией, на синтезированных сорбентах в условиях нормально-фазовой ВЭЖХ.

— Данные по зависимости энантиоселективных свойств сорбентов от строения молекул хирального селектора, их плотности пришивки к поверхности матрицы и состава подвижной фазы.

— Данные по энантиоразделению ряда ароматических амидов на хиральной неподвижной фазе с селектором на основе М-(3,5-дииитробензоил)-фенилаланинола, условия и результаты определения их энантиомерного состава.

Апробация работы. Результаты работы доложены на международных конференциях и симпозиумах Результаты работы доложены на международных конференциях и симпозиумах: Euroanalysis, Dortmund, Germany, 8−13 September, 2002, Седьмая Международная конференция «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана», Санкт-Петербург — Репино, 15−18 сентября 2003 г., Всероссийский симпозиум «Хроматография и хроматографические приборы», Москва, 15−19 марта.

2004 г., Всероссийская конференция по аналитической химии «Аналитика России 2004», Москва, 27 сентября — 1 октября 2004 г., Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2002». Секция «Химия» Москва, 9−12 апреля 2002 г., Всероссийская конференция «Теория и практика хроматографии. Применение в нефтехимии», Самара, 3−8 июня 2005 г., II Международного симпозиума «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии», Краснодар, 25−30 сентября 2005 г, X международная конференция «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии», Москва, 2428 апреля 2006 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи и 9 тезисов докладов. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 10 глав экспериментальной части, общих выводов и списка цитируемой литературы. Материал диссертации изложен на 148 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок и 22 таблиц, в списке литературы 120 наименований.

4. Выводы:

1. Разработаны методики синтеза новых хиральных неподвижных фаз (ХНФ) для ВЭЖХ на основе селекторов Ы-(8)-пропил-Ы-(0)-(1-фепилэтил)-тиооксамида и N-(3,5-динитрофенил)фенилаланинола ковалентпо пришитых к силикагелевой матрице исходя из коммерчески доступных хиральных соединений: фенилэтиламина и фенилаланина. Присутствие амидных и фенильных групп в составе молекул хирального селектора способствует проявлению энантиоселективных свойств сорбентов.

2. Показано, что синтезированные ХНФ являются полярными неподвижными фазами и позволяют разделять кислород и азот-содержащие органические соединения в условиях нормально-фазовой жидкостной хроматографии.

3. Изучены энантиоселективные свойства синтезированных сорбентов на примере разделения рацемических смесей арилалкилспиртов, арилалкиламинов и арилалкиламидов. Получено разделение энантиомеров 1,1'-бинафтил-2,2'-диола, основания «Трёгера» и трифтороантранилэтанола. Показано, что определяющими факторами в энантиораспознавании являются образование водородных связей и ля-взаимодействия между энантиомерами и селектором. Исследованы хроматографические параметры силикагелей, модифицированных хитозаном и его аналогами, низкая эффективность сорбентов не позволила их использовать в хиральной хроматографии.

4. На основании построенных изотерм адсорбции для индивидуальных оптических изомеров 1, Г-бинафтил-2,2'-диола оценены вклады энантиоселективного и неселективного взаимодействий в удерживании молекул этого соединения. Установлено, что вклад неселективных взаимодействий является преобладающим.

5. Найдено, что увеличение плотности пришивки молекул селектора на носителе улучшает селективность и эффективность разделения рацемических смесей 1,1'-бинафтил-2,2'-диола и основания «Трёгера».

6. Изучено влияние природы и концентрации полярной добавки в составе подвижной фазы на удерживание и разделение энантиомеров. Показано, что молекулы полярной добавки участвуют в процессе энантиораспознавания и оказывают значительное влияние на селективность и эффективность энантиоразделения.

7. Исследовано хроматографическое поведение оптически-активных ароматических амидов и выбраны условия разделения энантиомеров N-0-фенилэтил)-фенилацетамида, N-[ 1 -(1 -нафтил)этил] фенилацетамида и N-[l-(4-хлорфенил)этил]фенилацетамида. Показано, что исследованные амиды являются рацемическими смесями. В выбранных условиях из рацемической смеси выделены Sи R-изомеры Ы-[1-(1-нафтил)этил]фенилацетамида с оптической чистотой 98%.

Автор выражает искреннюю благодарность чл.-корр. Шпигуну О. А., проф. Нестеречко П. Н. за постоянное внимание и поддержку, помощь в работе и обсуждение результатов.

2.9.

Заключение

.

Строение хиральных молекул, составляющих органический слой хиральных неподвижных фаз, играет ключевую роль в процессе энантиораспознавания оптических изомеров. В отличие от природных высокомолекулярных хиральных селекторов (полисахаридов, белков) структура синтетических низкомолекулярных селекторов зависит только от фантазии исследователя. Любые функциональные группы и углеводородные фрагменты могут быть введены в состав молекулы селектора. Методы органического синтеза предоставляют необходимую свободу в выборе групп и их взаимному расположению в синтезируемой целевой молекуле. Принципиальным остается вопрос введения хирального фрагмента. Оптическая изомерия — явление присущее живому миру. Наиболее простой и распространенный вариант синтеза хирального селектора предполагает использование природных соединений в качестве «строительных кирпичиков». В этом случае молекула природного соединения изначально представлена в виде одного из двух возможных оптических изомеров. Проводя реакции модифицирования не затрагивающие оптически активный центр, удается получить селектор со 100% оптической чистотой.

Согласно представлениям о механизмах разделения энантиомеров, необходимо осуществление трех одновременных взаимодействий между молекулами селектора и разделяемого соединения. Причем расположение функциональных групп, обеспечивающих взаимодействия, должно отражать хиральную структуру селектора. Взаимодействия могут быть самой различной природы: электростатические, гидрофобные, стерические, образование водородных связей и комплексов с переносом заряда. Сочетание взаимодействий, наиболее полно проявляющих энантиоселективные свойства, образуется введением тех или иных функциональных групп в состав молекулы селектора. Накопленный в настоящее время опыт трех десятилетий в области хиральной хроматографии позволяет делать предположения о роли тех или иных групп в процессе энантиораспознавания. Присутствие ароматических систем в составе молекулы селектора выступает уже, как правило, которым руководствуются при синтезе новых структур. Решающую роль образования комплексов с переносом заряда подтвердили как на примере хроматографических хиральных разделений, так и методами ПМР-спектроскопии.

Образование комплексов с переносом заряда формирует всего лишь один центр связывания. Исключение составляют селекторы типа «WHELK-О 1», где две ароматические системы находятся под прямым углом друг к другу и обеспечивают два связывания по типу «лицо к лицу» и «лицо к краю». Но даже в этом случае присутствие полярных групп необходимо для реализации трехточечного взаимодействия. Наибольшее распространение в хиральной жидкостной хроматографии получили селекторы с полярными группами, способными проявлять взаимодействие по механизму образования водородных связей. К ним относятся сложноэфирные, амидные, мочевинные, гидрокси-, аминои др. группы, присутствующие в молекулах представляющих различные классы органических соединений.

Образование водородных связей носит достаточно универсальный характер. Как и при образовании комплексов с переносом заряда, необходимым условием является присутствие полярных групп в молекулах как селектора, так и в сорбата. При этом возникает неоднозначная ситуация. С одной стороны, присутствие большего числа разнообразных полярных групп в молекуле селектора увеличивает вероятность связывания с полярными группами сорбата. С другой стороны, расположение групп должно способствовать хиральной дискриминации, то есть находиться в определенном порядке вокруг асимметрического центра. Иначе, если полярная группа оказывается удаленной от хирального центра (как правило, им служит асимметричный атома углерода), ее вклад в удерживание оптических изомеров может носить неселективный (для хирального распознавания) характер и мешать успешному разделению оптических изомеров.

Амидная группа оказалась наиболее подходящей на роль полярного фрагмента в составе молекулы селектора. Она способна выступать как донором (за счет протона при атоме азота), так и акцептором протона (за счет карбоксильного кислорода). Присутствие электроотрицательных атомов в амидной группе приводит к смещению электронной плотности. Это дает возможность проявления диполь-дипольных взаимодействий между молекулами селектора и сорбата. Широкий спектр взаимодействий и достаточно простой способ введения в положение близкое от хирального центра делает амидную группу удобным «строительным блоком» при синтезе хиральных селекторов.

Несмотря на большой опыт синтеза и практического применения хиральных селекторов, создание новых с заданными свойствами остается очень сложной задачей. Ключевым моментом является положение функциональных групп, а также пространственная организация (строение) молекулы селектора. Гелиоцены, не имеющие в своем составе ни одной полярной группы, успешно были разделены на ХНФ с селектором на основе полиметакрилатов. Жестко заданное спиралевидное строение высокомолекулярной молекулы изотактического полимера и образование комплексов с переносом заряда за счет присутствующих фенильных колец оказались достаточными для более сильного удерживания одного из изомеров. С другой стороны, циклические олигосахариды — циклодекстрины, не содержат ароматических колец. ХНФ на основе циклодекстринов проявляют энантиоселективные свойства за счет образования водородных связей и включения гидрофобных частей молекул сорбата в полость молекул селектора. Молекулы циклических антибиотиков (ванкомицин, тикопланин) имеют в своем составе полости, ароматические и полярные группы. Сочетание разных функциональных групп в составе одной молекулы селектора приводит к успешному практическому применению в задачах по разделению оптических изомеров многих классов органических соединений [88].

В отличие от перечисленных выше вариантов пространственной организации, для хиральных селекторов на основе низкомолекулярных органических соединений характерно строгое соответствие расположения полярных /объемных/ ароматических групп в молекулах хирального селектора и сорбата. Очевидные преимущества заключаются в возможности рассмотрения механизма энантиораспознавания на молекулярном уровне и проведения оптимизации структуры селектора на рациональной основе. Такое усовершенствование структуры приводит к получению ХНФ, проявляющих весьма высокую энантиоселективность, как это было продемонстрировано на примере создания фаз для разделения оптических изомеров напроксена. Хроматографические колонки на основе низкомолекулярных селекторов отличаются высокой массовой емкостью, что весьма важно при препаративном разделении оптических изомеров.

Строгое соответствие структур селектора и сорбата («комплиментарность») подразумевает синтез уникальных ХНФ, нацеленных на разделение определенных (целевых) рацематов. То есть для каждого соединения, оптические изомеры которого требуется разделить, должна быть предложена своя ХНФ. Однако практика показывает, что один хиральный селектор проявляет энантиоселективные свойства по отношению к нескольким классам органических соединений. Также в рамках одного класса энантиоселективность проявляется в большей или меньшей степени для рядов различных производных молекул (гомологические ряды, ряды различных заместителей при хиральном фрагменте и в боковых радикалах).

Современные представления о межмолекулярных взаимодействиях пока не позволяют с необходимой точностью описывать системы сорбент-сорбат-элюент исходя лишь из теоретических предпосылок [89]. В частности, это относится к задачам по разделению энантиомеров, в которых разница в энергиях взаимодействия составляет единицы, а зачастую и меньше килокаллорий на моль. В настоящее время создание новых ХНФ начинается с поиска и синтеза структуры-лидера (lead compound), дальнейшая оптимизация которого позволяет получать хиральный селектор с заданными свойствами.

3. Экспериментальная часть 3.1. Исходные вещества, аппаратура, методика эксперимента В работе использовали реагенты и растворители:

Гексан («Криохром», о.с.ч.), 2-пропанол, этилацетат («Экос-1», х.ч.), ацетон, толуол («Экос-1», о.с.ч.), пиридин, диметилформамид, хлороформ, тетрагидрофуран (Мосреактив, х.ч.).

Для синтеза хиральных селекторов использовали карбонат натрия, серу, триэтиламин, L-фенилаланин, боргидрид натрия, тионилхлорид («ХимМед», х.ч.) — 3,5-динитро, 4-хлорбензойная кислоту, у-аминопропилтриметоксисилан, бромкамфаросульфо-кислота («Aldrich», о.с.ч.) — №(а-фенилэтил)хлорацетамид и №(8)-морфолин-М-(0)-(а-фенилэтил)тиооксамид, синтезированые в лаборатории института органической химии им. Зелинскогохитозан, фталилхитозан, предоставленные центром «Биоинженерия РАН»;

Растворы рацемических соединений фирм Sigma, Aldrich (США) готовили по точным навескам 1, Г-бинафтил-2,2'-диола, основания Трёгера, бензоина, 1-фенил-1,2-этандиола, транс-стильбен-оксида, 1-фенил-2-пропанола, флаванона, 1-фенил-1-пропанол трифлуороантранилэтанола, метокси и диметокси-производных 1,1'-бинафтил-2,2'-диола, 1Ч-(1-метил-3-фенилпропил)-фенилацетамида, №(1-фенилэтил)-фенилацетамида, N-(3-гидрокси-1-метилпропил)-фенилацетамида, N-(1 -метилбутил)-фенилацетамида, N-[l-(4-хлорфенил)этил]-фенилацетамида, N-[ 1 -(1 -нафтил)этил]-фенилацетамида, N-[2,2,2-трифтор-1-(бензил)этил]-фенилацетамида.

Синтез новых хиральных фаз проводили путем модификации сорбентов:

Silasorb SPH Amin (LACHEMA CHEMAPOL, Praha, Czechoslovakia) средний размер частиц.

5,0 мкм, диаметр пор 80 А, удельная площадь поверхности 250 м2/г.

Kromasil 100−5-sil 6 (am (AKZO NOBEL, Bohus, Sweden), средний размер частиц 5,5 мкм, диаметр пор 100 А, удельная площадь поверхности 300 м2/г.

В работе применяли следующую аппаратуру:

ВЭЖХ систему, состоящую из насоса LC-10ATvp, спектрофотометрического детектора SPD-10AVvp, контроллера SCL-10AVvp (Shimadzu GmbH, Германия), инжектор Rheodyne 7725/ с петлей 20 мкл. Для сбора данных использовали программное обеспечение Shimadzu Class-VP version 5.03. Колонки заполняли с помощью пневматического насоса высоких давлений фирмы «Кпаиег» К-1900. В работе использовали стальные колонки размерами 250×4,6 мм, 150×3 мм и 150×2 мм. Измерение оптической плотности растовров проводили на спектрофотометре Shimadzu UV 2201.

Техника эксперимента Заполнение колонок.

Колонки заполняли суспензионным методом из смеси изопропанол: вода (1:1) при давлении 25−30 МРа. После заполнения колонки промывали изопропанолом в течение 30 мин.

Получение и обработка хроматограмм.

Перед получением хроматограмм колонку кондиционировали в течение 20 — 30 мин, промывая подвижной фазой. Аликвотную часть (20 мкл) растворов исследуемых соединений вводили в колонку при помощи петлевого дозатора (инжектора). Из полученных хроматограмм рассчитывали исправленное время удерживания (t'R) фактор удерживания (к), коэффициент селективности (а) и разрешение пиков (Rs) по формулам: tR=tR-tM (1) k = t’R/tM (2) a = tRl/t'R2 (3).

Rs= tR2~tm (4).

Ki+Ww)/2 где tM- «мертвое время», tR, tM — времена удерживания компонентовWbi, Wb2 — значения ширины пика у основания.

Мертвое время" определяли по системному пику из полученных хроматограмм. Построение изотерм адсорбции.

Расчет проводили по методу, предложенному Глюкауфом [90]. В случае равновесной хроматографии форма пика определяется изотермой адсорбции, величину адсорбции можно определить из уравнения a = —[Vcdc (5) ms * где ms — масса адсорбента в колонке, Vc — удерживаемый объем, с — концентрация вещества в подвижной фазе. Уравнение позволяет найти зависимость a=f©, т. е. изотерму адсорбции для данного вещества. Для количественного расчета удобнее заменить величины Vc и с параметрами, которые определяются непосредственно по хроматограмме.

Амплитуда сигнала (й<) детектора пропорциональна концентрации (с):

Ci=k*hj (6).

Выразив равновесную концентрацию через измеряемые величины (подробный вывод приведен в работе [91]), получаем уравнение т * f с • = —-— hj (7).

S*F, а т где Fm — скорость подвижной фазы, / - коэффициент, учитывающий масштаб, приведенный к времени получения хроматограммы, ша — масса адсорбата, введенного в колонку, a Sa — площадь пика, соответствующий массе адсорбата.

Величина адсорбции рассчитывается по формуле а. = к*F. К.

— 10Щ (8) ms*Sa О где (4 — 1о) расстояние на хроматограмме от максимума хроматографической зоны несорбируемого вещества до момента, когда из колонки выходит подвижная фаза с концентрацией вещества с,-.

Интеграл в правой части уравнения решается графически, в этом случае уравнение принимает вид k*F.

9) ai =- / ms*Sa i-1 где S, — площадь, соответствующая заштрихованной области, изображенной на рис. 48.

S ади Л.

О I о.

Рис. 48. Графическое интегрирование хроматографических кривых для расчета изотерм адсорбции.

Расчет и построение изотерм адсорбции осуществляли при помощи программ Grafula 3.0 v 2.1 и Microsoft®Excel 2000 v.9.0.2812.

3.2. Синтез сорбентов.

Синтез ХНФ 1 проводили в соответствии со следующей схемой (Рис. 49).

Рис. 49. Схема синтеза ХНФ 1.

Навеску серы 1,6 г внесли в трехгорлую колбу, содержащую 50 мл пиридина и 10 мл триэтиламина. Смесь нагрели до 47 °C и выдерживали при этой температуре в течение 10 мин. Затем в колбу поместили навеску 6,0 г у-аминопропилсиликагеля (Silasorb SPH Amin). К образовавшейся суспензии при интенсивном перемешивании и контроле температуры добавили маленькими порциями 6,8 г Ы-(а-фенилэтил)хлорацетамида. Реакционную смесь нагревали в течение 4 часов. Сорбент отфильтровали на воронке со стеклянным дном. Промывали 5 порциями по 20 мл последовательно теплым пиридином, диэтиловым эфиром и гексаном. Затем сорбент высушили под вакуумом при комнатной температуре. Элементный анализ: исходный у-аминопропилсиликагель (С 3.75% Н 1.21%), ХНФ 1 (С 7,30% Н 1,41% N 1,48 S 1,21%).

Синтез ХНФ 2 проводили в соответствии со следующей схемой (Рис. 50).

Рис. 50. Схема синтеза ХНФ 2.

В колбу, содержащую 15 мл ДМФА и 2 мл ТЭА, поместили 0,5 г у-аминопропилсиликагеля (Silasorb SPH Amin), и нагрели до 70 °C. К смеси добавили 0,84 г. N-(S)-морфолин-Н-(0)-(а-фенилэтил)тиооксамида и выдерживали при температуре 70 °C в течение 12 часов при перемешивании. Полученный сорбент отфильтровали на воронке со стеклянным дном и промыли тремя порциями (по 20 мл) ацетона, затем высушили под вакуумом при комнатной температуре. Элементный анализ: ХНФ 2 (С 6,34% Н 1,29% N 1,30% S 1,0%).

Для получения ХНФ 3 использовали многостадийную схему синтеза (Рис. 51) и ^СН2ОН.

02n. NH,.

NO,.

NO, стадия 1 toluene/HjO, NajCOj ci стадия 2 он.

N0, ч| APTMS Si—ОН 3 toluene, t стадия 3 nh2 +.

CI он.

N0,.

THF, EtjN стадия 4.

NO,.

Рис. 51. Схема синтеза ХНФ 3.

Стадия 1. Синтез 3,5-динитро, 4-хлорбензоилхлорида.

3,5-динитро, 4-хлорбензойную кислоту (1,0 г) смешали с тионилхлоридом (20 мл) и диметилформамидом (0,01 г) в качестве катализатора. Смесь кипятили, пока она не стала гомогенной (около 1,5 часов). Избыток SOCb отогнали под вакуумом. К остатку добавили толуол (20 мл) и отогнали досуха. Получили 3,5-динитро-4-хлорбензоилхлорид в количестве 1,07 г.

Стадия 2. Синтез N-(3,5-duHumpo, 4-хлор)-(Ь)-фенилаланинола.

3,5-динитро, 4-хлорбензоилхлорид (1,0 г) растворили в толуоле (10 мл). Полученный раствор добавляли при интенсивном перемешивании в колбу, содержащую раствор 0,65 г L-фенилаланинола в 40 мл толуола и 2% раствор карбоната натрия в воде (50 мл). Смесь перемешивали в течение 10 минут. Перемешивание прекратили, и оставили реакционную смесь на 1 час в закрытом сосуде. Выпавший светло-желтый кристаллический осадок отфильтровали на воронке со стеклянным дном и промыли последовательно дистиллированной водой и смесью толуол — гексан (1:1). Полученный продукт дополнительно очистили методом колоночной препаративной хроматографии на силикагеле Merck 50/100. В качестве элюента использовали смеси петролейного эфира с этилацетатом. Масса выделенного Ы-(3,5-динитро, 4-хлор)-(Ь)-фенилаланинола составила 0,98 г. (Выход реакции 42%). Элементный анализ Ы-(3,5-динитро, 4-хлор)-(Ь)-фенилаланинола: С 50,2% Н 4,5% N 11,1% (теор. С 50,61 Н 3,72% N 11,06). Стадия 3. Амипирование силикагеля.

Навеску силикагеля (Kromasil ЮО-5-sil) массой 2,0 г поместили в колбу на 100 мл и добавили 20 мл абсолютированного толуола. Смесь перемешали встряхиванием, затем добавили 1,1 мл у-аминопропилтриметоксисилана и нагревали при 100 °C в течение 20 часов. Сорбент отфильтровали, промыли последовательно толуолом, ацетоном, гексаном и высушили в вакууме при комнатной температуре. Данные элементного анализа аминированного силикагеля: С 3,53% Н 0,78% N 1,12%.

Стадия 4. Закрепление Ы-(3,5-дипитро, 4-хлор)-(Ь)-фепилалаиииола на поверхности 3-аминопрпилсиликагеля.

Синтезированный у-аминопропилсиликагель (2,2 г) внесли в колбу содержащую N-(3,5-динитро, 4-хлор)-(Ь)-фенилаланинола (0,95 г) и смесь ТГФ: пиридин (10:1 мл). Полученную смесь в течении 2 часов кипятили с обратным холодильником при перемешивании. Затем сорбент отфильтровали на воронке со стеклянным дном. Промывали последовательно ТГФ, ацетоном и гексаном. Полученный сорбент высушили в вакууме при комнатной температуре. Данные элементного анализа синтезированного сорбента: С 5,70% Н 0,84% N 1,56%.

ХНФ 4 получали в соответствии со схемой синтеза сорбента 3. Мольное отношение реагентов сохранилось на всех стадиях. Синтез вели, исходя из навески силикагеля 3,0 г. Отличие в схеме синтеза заключалось в дополнительно введенной стадии восстановления L-аминокислоты до соответствующего аминоспирта (Рис. 52).

Рис. 52. Реакция восстановления аминокислоты до аминоспирта. Стадия 3'. Восстановление L-феншаланина.

В трехгорлую колбу объемом 150 мл, содержащую 50 мл тетрагидрофурана, поместили 8,2 г фенилаланина и 5,0 г боргидрида натрия. Охладили смесь на бане со льдом, и по каплям при интенсивном перемешивании добавили смесь серной кислоты (3,3 мл) с диэтиловым эфиром (6,7 мл). Затем реакционную смесь перемешивали в течение 20 часов при комнатной температуре. Добавили 5 мл метанола и 50 мл 5 М водного раствора гидроксида натрия. Отогнали растворитель, летящий ниже 100 °C, и выдерживали смесь при кипячении с обратным холодильником в течение 3 часов. Реакционную смесь остудили до комнатной температуры и отфильтровали. Фильтрат трижды проэкстрагировали хлористым метиленом (по 20 мл). Органический слой упарили в вакууме, получили 5,9 г. L-фенилаланинола (Выход рекации: 78%).

THF стадия 3'.

Также при синтезе ХНФ 4 схема синтеза была расширена за счет повторения стадии 4. Для этого полученный сорбент после промывки на стадии 4 дополнительно обработали N-(3,5-динитро, 4-хлор)-(Ь)-фенилаланинолом (0,6 г) в растворе ТГФ: пиридин (10:1 мл). Элементный анализ ХНФ 4: С 6,62% Н 0,96% N 1,77%.

При синтезе хиральных селекторов обязательным условием является сохранение оптически активного центра в ходе проводимых реакций. В качестве исходных хиральных соединений в нашей работе использовали М-(а-фенилэтил)хлорацетамид (ФХА) и N-(S)-морфолин-М-(0)-(сс-фенилэтил)тиооксамид для синтеза селектора А, фенилаланинол и фенилаланин для синтеза селектора Б. Во всех схемах синтеза (Рис. 49-Рис. 52) использовали реакции, не затрагивающие оптически активный центр.

Селектор, содержащий тиооксамидную группу, получали гетерогенной реакцией, протекающей между аминогруппами у-аминопропилсиликагеля и молекулой ФХА в присутствии молекулярной серы. Эта реакция хорошо изучена для гомогенных условий, где компонент, содержащий аминогруппу, растворим в использующемся органическом растворителе [92,93]. Выходы реакции весьма высоки и в случае использования хлорацетамидов составляют 92% процента. Для более полного протекания реакции в гетерофазном варианте мы использовали 5 кратный избыток ФХА и соответствующий стехиометрии описанной реакции 10 кратный избыток серы по отношению к получаемым аминогруппам. Все это позволяет предположить, что реакция проходит в соответствии с уравнением, приведенным на Рис. 49. Состав молекулы селектора подтвержден методом элементного анализа.

Из-за присутствия в системе молекулярной серы отмывка сорбента после проведения синтеза представляла довольно длительный процесс с использованием таких растворителей, как пиридин, диэтиловый эфир и гексан. Для упрощения методики мы применили другой вариант синтеза ХНФ на основе селектора А. В нем получение требуемой структуры осуществляется реакцией обмена амина (морфолина) тиоамидного фрагмента К-(3)-морфолин-К-(0)-(а-фенилэтил)тиооксамида на аминогруппу у-аминопропилсиликагеля (Рис. 50). Реакция описана [94] для гомогенных условий и протекает с высокими выходами. Также как и в предыдущем методе синтеза, для полноты протекания использовали пятикратный избыток морфолинсодержащего реагента. Данные элементного анализа показывают, что, в случае использования реакции обмена аминами, плотность пришивки молекул селектора уменьшается.

Сорбенты на основе селектора Б получали в результате многостадийного синтеза. Сравнение характеристик доступных силикагелей показало, что наиболее подходящей исходной матрицей является силикагель марки «KROMASIL 100−5-SIL». Аминирование силикагеля проводили в соответствии со стандартной методикой [95]. Данные элементного анализа (табл.4) показывают, что плотность пришивки аминопропильных групп близка к эксперементально-получаемым значениям 3 мкмоль/м2 [95]. Восстановление карбоновых кислот до спиртов обычно проводят алюмогидридом лития в абсолютированном диэтиловом эфире [96]. Работа с этим восстанавливающим агентом сопряжена с рядом сложностей. Требуется тщательная осушка растворителя используемого в реакции восстановления. Алюмогидрид лития чрезвычайно реакционноспособен, и проведение реакции следует вести при охлаждении. Альтернативные методы получения аминоспиртов описаны в работах [97, 98]. Наиболее удобным при использовании в лабораторной практике оказался метод восстановления аминокислот с помощью боргидрида натрия в присутствии серной кислоты [99]. При этом, как отмечают авторы, не требуется дополнительная осушка тетрагидрофурана, используемого в качестве растворителя.

Несмотря на избыток селектора по отношению к аминогруппам аминопропилсиликагеля, дополнительная обработка М-(3,5-динитро, 4-хлор)-(Ь)-фенилаланинолом при синтезе ХНФ 4 увеличивает плотность пришивки в 1,5 раза. По-видимому, происходит сильное межмолекулярное взаимодействие между молекулами хирального селектора при модифицировании аминопропилсиликагеля, препятствующее получению плотного ковалентно привитого органического слоя.