Газохроматографическая характеристика моноэфиров дикарбоновых кислот

Фахретдинова Лилия Ниязовна

Газохроматографическая характеристика моноэфиров дикарбоновых кислот

Эфиры дикарбоновых кислот широко применяются в промышленности. Однако такие соединения этого класса как моноэфиры дикарбоновых кислот до последнего времени ос-та¬вались практически не охарактеризованными аналитическими параметрами, что приво-дит к ошибкам их хроматографической и хромато-масс-спектрометрической идентифика-ции. Для устранения подобных ошибок и для более надежной их идентификации такие эфи¬¬ры должны быть охарактеризованы индексами удерживания на стандартной неполяр-ной неподвижной фазе и стандартными масс-спектрами. В работе рассмотрены монозамещенные эфиры 1,2-бензолдикарбоновой (фталевой) и цис-бутендиовой (малеиновой) кислот; в качестве основного аналитического метода выб-рали хромато-масс-спектрометрию. Поскольку масс-спектры моно- и диэфиров фталевой кислоты характеризуются значительным сходством, их идентификация возможна только с использованием газохроматографических индексов удерживания. Показано, что одним из наиболее информативных способов интерпретации индексов удерживания является сопо-с¬тавление индексов моноэфиров с данными для лучше изученных диэфиров; вычислены па¬раметры соответствующих уравнений линейной регрессии. Эта зависимость может быть использована для проверки впервые полученных результатов, а также для оценки ин¬дексов удерживания ранее не изученных соединений. Поскольку фталаты содержат хромофорную группу, для их определения также можно использовать высокоэффективную жидкостную хроматогра¬фию с УФ-детектированием. В таких условиях установлены индексы удерживания серии моноэфиров фталевой кислоты. В данной работе впервые было обнаружено, что моноалкилфталаты термически неста-би¬ль¬ны и в условиях газо¬хро¬ма¬то¬графического разделения разлагаются с образованием фталевого ангидрида. Такая нестабильность оказывается главной причиной искажений масс-спектров этих соединений и позволяет объяснить более высокую токсичность моно-замещенных фталатов по сравнению с дизамещенными аналогами.

Химия

Дипломы

Вуз: Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)

ID: 587d36665f1be77c40d58e7c

UUID: 75a11899-bf70-4718-ac75-4f9c59a68b73

Язык: Русский

Опубликовано: больше 7 лет назад

Просмотры: 17

Фахретдинова Лилия Ниязовна

Источник: Санкт-Петербургский государственный университет

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 1228915 bytes

Поделиться работой

САНКТ-ПЕТЕРБУРГКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ По направлению Фундаментальная и Прикладная химия ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МОНОЭФИРОВ ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ Студентка 5 курса Фахретдинова Лилия Ниязовна Уровень/ступень образования: Специалитет Заведующий кафедрой д.х.н., проф. Кузнецов Михаил Анатольевич Научный руководитель д.х.н., проф. Зенкевич Игорь Георгиевич Санкт-Петербург 2016 г.

Содержание Список использованных сокращений ................................................................... 3 Введение .................................................................................................................. 4 Цель и задачи .......................................................................................................... 6 1 Обзор литературы ................................................................................................ 7 1.1. Дикарбоновые кислоты ................................................................................... 7 1.2. Применение дизамещенных эфиров дикарбоновых кислот ........................ 9 1.3. Обзор токсичности ......................................................................................... 11 1.4. Аналитические параметры ............................................................................ 13 2. Экспериментальная часть ................................................................................. 16 2.1. Синтез эфиров фталевой и малоновой кислот ............................................ 16 2.2. Хроматографический анализ ........................................................................ 18 2.3 Математическая обработка ............................................................................ 21 3 Обсуждение результатов ................................................................................... 22 3.1. Высокоэффективная жидкостная хроматография в обращенно-фазовом режиме .................................................................................................................... 22 3.2. Хромато-масс-спектрометрия ....................................................................... 27 3.2.1. Параметры удерживания ............................................................................ 32 3.2.2. Масс-спектрометрическая характеристика .............................................. 41 3.2.3. Термическая нестабильность ..................................................................... 43 Выводы и результаты........................................................................................... 49 Список литературы ............................................................................................... 51 2

Список использованных сокращений DMP – диметилфталат DEP – диэтилфталат MBP – монобутилфталат DBР – дибутилфталат DIBP – диизобутилфталат DCHP – дициклогексилфталат MEHP – моно(2-этилгексил)фталат DEHP – ди(2-этилгексил)фталат DINP – диизононилфталат DIDP – диизодецилфталат BBP – бутилбензилфталат 3

Введение Любого из нас окружают материалы, содержащие эфиры дикарбоновых кислот. Они используются в различных отраслях промышленности – как пластификаторы в полимерных композициях и резине, при производстве строительных материалов, растворителей, для получения синтетических тканей. Широко применяются эфиры алифатических двухосновных карбоновых кислот, а также фталевой и фумаровой кислот. Их первичными метаболитами и побочными продуктами в ходе реакции этерификации являются моноэфиры, однако при их идентификации возникают сложности, связанные с отсутствием необходимой совокупности аналитических параметров, т.е. стандартных масс-спектров, а также индексов удерживания на стандартных неполярных фазах. Следствием этого являются встречающиеся в литературе ошибки идентификации, что особенно характерно для моноалкилфталатов (видимо, это связано с обширным применением эфиров 1,2-бензолдикарбоновой (фталевой) кислоты). Также нами было обнаружено, что моноэфиры могут образовываться в испарителе в момент ввода пробы в ходе газохроматографического анализа в растворителе, содержащем активные атомы водорода. Это явление наблюдалось для первого соединения гомологического ряда алифатических дикарбоновых кислот – этандиовой (щавелевой) кислоты при использовании изопропилового спирта в качестве растворителя. Литературный обзор включает рассмотрение применения и свойств дикарбоновых кислот, их дизамещенных и монозамещенных эфиров. Также были изучены те физико-химические параметры и аналитические параметры моноэфиров, которые имеют отношение и могут быть использованы для хромато-масс-спектрометрической идентификации. Были охарактеризованы ранее не изученные моноэфиры 1,2- бензолдикарбоновой (фталевой) и цис-бутендиовой (малеиновой) кислот. Для них были определены индексы удерживания на стандартной неполярной 4

неподвижной фазе и стандартные масс-спектры. Также найдена корреляция между определенными параметрами и индексами удерживания структурных аналогов, позволяющая проверять впервые определенные значения, а также предсказывать их для неохарактеризованных соединений. Также была выявлена особенность газохроматографического разделения моноалкилфталатов – впервые было обнаружено, что они нестабильны в условиях газохроматографического анализа и разлагаются с образованием фталевого ангидрида. Содержание настоящей дипломной работы составило предмет 3 статей (также 2 статьи в печати) и 4 сообщения на Всероссийских и международных конференциях. 5

Цель Охарактеризовать новую группу моноэфиров 1,2-бензолдикарбоновой (фталевой) и цис-бутендиовой (малеиновой) кислот. Задачи 1. Определить хроматографические индексы удерживания на стандартной неполярной (фталевой) неподвижной и фазе цис-бутендиовой моноэфиров (малеиновой) 1,2-бензолдикарбоновой кислот соединений и охарактеризовать их стандартными масс-спектрами; 2. Выявить способы использования газохроматографических индексов удерживания структурных аналогов для контроля и вычисления индексов удерживания моноэфиров дикарбоновых кислот; 3. Определить индексы удерживания моноэфиров в обращенно-фазовом режиме ВЭЖХ; оценить зависимость индексов удерживания в обращеннофазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии от состава элюента. 6

1. Обзор литературы 1.1. Дикарбоновые кислоты Дикарбоновые кислоты используют для получения полиамидов и полиэфиров (самые известные - капрон и полиэтилентерефталат). В некоторых литературных источниках отмечена возможность их газохроматографического определения без дериватизации (получения более летучих производных). Однако проверка такой информации показала, что только для некоторых дикарбоновых кислот возможен прямой газохроматографический анализ, несмотря на то, что данные соединения содержат два активных атома водорода в карбоксильных группах. Нами были проанализированы несколько представителей этого класса соединений – этандиовая (янтарная), (щавелевая), пропандиовая (малоновая), пентандиовая (глутаровая) кислоты. В случае глутаровой кислоты на хроматограмме был обнаружен ассиметричный кислоты. бутандиовая пик самой Наиболее примечательным оказалось поведение щавелевой кислоты – оказалось, растворителем, что щавелевая кислота при взаимодействии с содержащим активный атом водорода использовался пропанол-2), способна образовывать эфиры (в работе в момент дозирования пробы в нагретый испаритель. При анализе щавелевой кислоты на хроматограмме появлялись сигналы моноизопропилоксалата и диизопропилоксалата (рис. 1.2) [1-4]. Видимо, это связано с тем, что щавелевая кислота более кислая по сравнению со своими гомологами (выше значение константы диссоциации по I ступени, что показано в табл. 1.1). 7

Рис. 1.1. Фрагмент хроматограммы глутаровой кислоты. I – сигнал непосредственно кислоты С12, С13, С14 – реперные н-алканы Рис. 1.2. Фрагмент хроматограммы щавелевой кислоты, растворитель – изопропиловый спирт: I –моноизопропилоксалат, IIIдиизопропилоксалат, II- сигнал щавелевой кислоты с невоспроизводимым положением переднего фронта, С9, С11 – реперные н-алканы Табл. 1.1 Значения констант диссоциации по I и II ступени для алкандикарбоновых кислот, для сравнения приведены значения констант для о-фталевой, малеиновой и фумаровой кислот. Тривиальное Систематическое Химическая pKa1 pKa2 название название структура кислоты кислоты Щавелевая Этандиовая HOOC—COOH 1.27 4.23 Малоновая Пропандиовая HOOC—CH2— 2.87 5.70 COOH Янтарная Бутандиовая HOOC—(CH2)2— 4.16 5.61 COOH Глутаровая Пентандиовая HOOC—(CH2)3— 4.34 5.27 COOH Адипиновая Гександиовая HOOC—(CH2)4— 4.26 5.30 COOH Себациновая Декандиовая HOOC—(CH2)8— 4.62 5.59 COOH Фталевая Бензол-1,2HOOC—(C6H4)— 3.54 4.46 дикарбоновая COOH Малеиновая Цис-бутендиовая HOOC— 1.9 6.07 (CH=CH)—COOH Фумаровая ТрансHOOC— 3.03 4.44 бутендиовая (CH=CH)—COOH 8

1.2 Применение дизамещенных эфиров дикарбоновых кислот Большая доля эфиров дикарбоновых кислот используется в качестве пластификаторов для придания пластмассам необходимых свойств, например эластичности и (или) пластичности, морозостойкости, иногда огне-, свето- и термостойкости. Всего выделяют несколько групп пластификаторов: 1) сложные эфиры (фталаты, фосфаты и др.); 2) углеводороды и их производные; 3) растительные масла и продукты их модификации. Количество пластификаторов в матрице варьируют от 1 до 40% массовой доли [5]. Наибольшее промышленное применение в качестве пластификаторов полимеров нашли сложные эфиры. Причем примерно 93% всех пластификаторов являются фталаты [6]. Наиболее крупным потребителем пластификаторов является производство гибкого поливинилхлорида (ПВХ) — 80-85 %, далее: поливинилацетата - 4,5 %, целлюлозы - 4 % и синтетического каучука - 2 %. Лакокрасочная промышленность применяет в качестве пластификаторов в основном сложные эфиры. Из сложных эфиров наибольший практический интерес представляют эфиры фталевой кислоты (фталаты), фосфорной кислоты (фосфаты), себациновой кислоты (себацинаты) и адипиновой кислоты (адипинаты). Основные представители фталатных пластификаторов: 9

DMP— применяют для пластификации поливинилацетата, резины, пластмасс, ацетилцеллюлозных лаков. DEP — применяют в качестве пластификатора для нитроцеллюлозных и этилцеллюлозных лаков и пластмасс. DBP — применяется для пластификации поливинилхлорида и его сополимеров, нитроцеллюлозы, ацетобутираля, полистирола, полиметилметакрилата, поливинилацетата, синтетического каучука. DOP — применяется для пластификации поливинилхлорида и его сополимеров, полистирола, поливинилбутираля, смешанных и простых эфиров целлюлозы. Также фталаты, например, DEHP, DINP, DIDP , используются при изготовлении напольных покрытий, строительных материалов и при обработке материалов[7]. Фталаты нашли широкое применение благодаря хорошей стабильности, способности придавать полимерам морозостойкость и высокие диэлектрические показатели. Однако в связи с токсичностью (см. раздел 2.3) предлагаются к использованию различных исследованиях альтернативные пластификаторы. В о возможности применения производных 1,3- пропандиола в качестве пластификаторов. Так, авторы патента [8] предлагают способ очистки сложного эфира пивалиновой кислоты и вышеупомянутого спирта, который является исходным материалом для синтетических смол и пластификаторов. 10

1.3. Обзор токсичности Фталаты применяются в течение 50 лет [9]. Но сейчас, несмотря на обширное использование в настоящее время, результаты множества исследований демонстрируют их токсическое воздействие на организм человека и млекопитающих. Им приписывают вредное воздействие на функционирование эндокринной системы [10-12]. В частности, по результатам исследования [13] использование эфиров фталевой кислоты, имитирующих продуктов строение увеличивает эстрогенов, тенденцию в к производстве косметических преждевременному половому созреванию девочек – возраст контрольной группы от 6 месяцев до 10 лет. Фталаты действуют угнетающе на репродуктивную систему [14-17]. В этом отношении наиболее уязвимы мужские особи - клетки Сертоли1 особенно подвержены токсическому воздействию фталатов [18,19]. Ди(2-этилгексил)фталат и моно-н-бутилфталат обладают канцерогенным и тератогенным свойствами для животных, и их аккумулирование при беременности может привести к порокам развития и даже смерти плода, что доказано экспериментами на животных (17, 20, 21). Фталаты не связаны с матрицей химически, поэтому легко могут выделяться в окружающую среду и попадать в живые организмы вместе с пищей, при вдыхании распыленных аэрозолей, а также при контакте кожи c материалами и продукцией, содержащими такие эфиры. Вклад каждого из этих путей на сегодняшний день неизвестен [22]. В связи с этим различные организации, в том числе Европейский союз (ЕС), говорят о необходимости запрета использования фталатов в игрушках и 1 Соматические клетки, расположенные в извитых канальцах семенников млекопитающих, они ответственны за метаболическую и структурную поддержку развивающихся зародышевых клеток, а также защищают их от иммунологической атаки. 11

косметических средствах. При этом из 9 проанализированных фталатов(DMP, DEP, DIBP, DCHP, DINP, DIDP, DEHP, DBP и BBP) EC в соответствии с мнением Европейского агентства по безопасности продуктов питания (EFSA) запретил к использованию ди-н-бутил фталат, бутилбензилфталат и ди-2-этилгексилфталат [23]. Попадая в организм, диэфиры фталевой кислоты под действием фермента(ов) группы эстераз превращаются в моноэфиры, которые способны к дальнейшему метаболизму [24, 25]. При этом известно, что первичные метаболиты обладают бóльшей токсичностью по сравнению с диэфирами, что установлено на примере MEHP и DEHP лабораторными исследованиями взрослых особей грызунов [26]. Также монофумараты более активны при лечении некоторых заболеваний, чем дифумараты. Фумараты применяются в Германии и США при псориазе и рассеянном склерозе. Также предполагается их использовать для применения при лечении широкого ряда иммунологических, аутоиммунных и воспалительных заболеваний. При этом монофумараты обладают большей биодоступностью, чем дифумараты, о чем говорят авторы патента [27], предлагающие использовать смесь монометилфумарата и диметилфумарата в качестве пролекарства при лечении заболеваний, перечисленных выше. 12

1.4. Аналитические параметры Приведенные в табл. 1.2 значения индексов удерживания монозамещенных эфиров фталевой кислоты. Их значения, за исключением монобутилового эфира, были определены У. Лянгом [28]. Значение индекса удерживания для монобутилфталата, определенное в работе [29] представляется ошибочным и требует проверки, поскольку, согласно аддитивной схеме, RI(С4) = (1731+1926)/2 = 1829. Масс-спектры в базе NIST приведены только для эфиров низших спиртов - монометил-, моноэтил-, и монобутилфталатов. Мономалеаты на сегодняшний день не охарактеризованы аналитическими параметрами. Табл. 1.2. Характеристика монозамещенных эфиров фталевой кислоты [30] CAS # RI Масс-спектр CH3 4376-18-5 - Мс С2H5 2306-33-4 1651 Мс 1731 - RI н-С3H7 СН(CH3)2 35118-50-4 1667 - СН2-СН=СН2 3882-14-2 1723 - н-С4Н9 131-70-4 1520 Мс 30833-53-5 1771 - - - - н-С5H11 24539-56-8 1926 - 2- С5H11 158703-44-7 1842 - н-С6H13 24539-57-9 2023 - н-С7H15 24539-58-0 2128 - - - - н-С8H17 5393-19-1 2236 - CH(CH3)C6H13 68296-97-9 2143 - изо-С4Н9 втор- С4Н9 CH(CH3)C5H11 13

Для дизамещенных эфиров фталевой кислоты (табл. 1.3) и малеиновой кислоты (табл. 1.4) приведены в базе данных NIST аналитические параметры для всех низших гомологов С1-С4. Табл. 1.3. Характеристика дизамещенных эфиров фталевой кислоты [30] CAS # RI Масс-спектр CH3 131-11-3 1417-1458 Мс С2H5 84-66-2 1551-1587 Мс н-С3H7 131-16-8 1743-1758 - СН(CH3)2 605-45-8 1633-1641 - СН2-СН=СН2 131-17-9 1692-1712 Мс н-С4Н9 84-74-2 1922-1940 Мс втор- С4Н9 4489-61-6 - - н-С5H11 131-18-0 2020-2136 Мс изо-С5H11 605-50-5 2025, 2116 - н-С6H13 84-75-3 2281-2331 Мс н-С7H15 3648-21-3 2485-2500 Мс н-С8H17 117-84-0 2685 -2741 Мс CH(CH3)C6H13 131-15-7 - - R Табл. 1.4. Характеристика дизамещенных эфиров малеиновой кислоты [30] CAS # RI Масс-спектр CH3 624-48-6 978-984 Мс С2Н5 141-05-9 1077-1130 Мс н-С3H7 2432-63-5 1360[31] - СН(CH3)2 10099-70-4 - Мс 105-76-0 1505-1505 Мс СН(CH3)CH2CH3 14447-12-2 1472[32] Мс н-С5H11 10099-71-5 - - R н-С4H9 14

н-С6H13 16064-83-8 - - н-С7H15 31983-42-3 - - н-С8H17 2915-53-9 - - Индексы удерживания приводятся в таблицах 1.2 - 1.4 в виде в виде одного значения, если указан результат единичного измерения, если же для соединений указана информация из нескольких источников, то приводится интервал значений, где нижнее равно второму наименьшему значению, а верхнее – второму наибольшему. Такая выборка позволяет избежать влияния некорректных значений, т.е. выбросов. Идентификация соединений, основанная только на масс- спектрометрической базе данных, представляется невозможной ввиду схожести спектров для большинства фталатов, причем это справедливо как для кислых эфиров, продемонстрирована так и для некорректная диэфиров. Так, идентификация в статье [33] соединения как диизононилфталат исключительно по полученному масс-спектру [34]. Помимо этого при анализе различных объектов, как правило, пищевых продуктов либо эфирных масел растений, зачастую идентифицируются фталаты, попавшие в пробу в результате пробоподготовки [35]. К примеру, авторы работы [36] говорят об определении дибутилфталата и диизобутилфтала в вересковом и гречишном меде. Помимо этого известны примеры идентификации дизамещенных эфиров как кислые эфиры фталевой кислоты. Так, к примеру, в работе [37] в составе эфирного масла Сенны был обнаружен моно(2-этилгексил)фталат (индексы удерживания равны 2549 и 2553), такие значения параметра удерживания характерны для его структурного аналога – дизамещенного эфира. В соответствии с этим определение моно(2-этилгексил)фталата является ошибочным. 15

2. Экспериментальная часть 2.1. Синтез эфиров фталевой и малеиновой кислот Синтез аналитов проводился в условиях получения моноалкилфталатов кислотного катализа. Для фталевый ангидрид (приблизительно 0.5 ммоль) смешивали с 50-кратным избытком соответствующего спирта (марка «х.ч.» или «ч.д.а.») с добавками каталитических количеств орто-фосфорной кислоты при нагревании в течение 20 минут до температуры кипения используемого спирта. Рис. 2.1. Образование монофталатов при взаимодействии фталевого ангидрида со спиртами. Минорный продукт реакции - диэфиры фталевой кислоты. Рис. 2.2. Образование мономалеатов при взаимодействии малеинового ангидрида со спиртами. Минорный продукт реакции - диэфиры малеиновой кислоты. Этиловые эфиры малеиновой кислоты и гептиловые эфиры фталевой и малеиновой кислот были синтезированы в одинаковых условиях при нагревании до определенной температуры. Реакцию проводили в запаянных стеклянных ампулах длиной 3-4 см с внутренним диаметром 6 мм при 16

нагревании в воздушном термостате до 80°С (для сравнения температура кипения этанола составляет 78°С) в течении 50 минут. 17

2.2. Хроматографический анализ Высокоэффективная жидкостная хроматография в обращенно-фазовом режиме Перед анализом полученная реакционная смесь была разбавлена в 50 раз ацетонитрилом. Для анализа использовали жидкостный хроматограф «СТАЙЕР» Аквилон со спектрофотометрическим детектором UVV 104M, длина волны детектирования 230 нм, колонка Luna 5 мкм C18(2), размер 250 × 4.6 мм, средний диаметр пор 100 Å. температура термостата 35 °С, объем дозирующей петли – 20 мкл. Элюент: ацетонитрил (Криохром, Санкт-Петербург, «ч.д.а») сорта 2 (Уф поглощение на 200 нм 0.012 а.е./см) и сорта 0 (Уф поглощение на 200 нм 0.008 а.е./см дистиллированная вода, предварительно деионизованная с помощью деионизатора Д-301 марки Аквилон. Режим градиентного элюирования от 40 до 90% ацетонитрила за 15 минут или от 40 до 90% ацетонитрила за 60 минут для соединений, индексы удерживания которых превышают значение в 1300 единиц. Для монобутилового и дибутилового эфира фталевой кислоты также использовался изократический режим, состав подвижной фазы: 1. 45% ацетонитрила, 55% воды 2. 50% ацетонитрила, 50% воды 3. 55% ацетонитрила, 45% воды 4. 60% ацетонитрила, 40% воды 18

5. 65% ацетонитрила, 35% воды 6. 70% ацетонитрила, 30% воды Скорость потока подвижной фазы 1мл/мин. Хромато-масс-спектрометрический анализ Перед проведением анализа избыток ортофосфорной кислоты в реакционной смеси был нейтрализован карбонатом натрия (СК ГРАНД, «х.ч»). В качестве растворителя был использован дихлорметан (J.T.Baker, «ч.д.а»). Анализ проводился с использованием хромато-масс-спектрометра GC-MS Shimadzu QP 2010 SE, электронная ионизация. Колонка RTX-5 MS, длина 30 м, внутренний диаметр 0.32 мм, толщина слоя неподвижной фазы 0,25 мкм. Температуры колонки: 1. для малеатов от 50 °C до 200 °C со скоростью 6 °C/мин 2. для фталатов от 70 °C до 200 °C со скоростью 5 °C/мин Температура ионного источника 200°C, температура детектора 200°C, температура интерфейса 200°C. Газ-носитель гелий (марка «5.0», объемная доля гелия 99.999%), объемная скорость потока по колонке 1.83 мл/мин, деление потока при дозировании проб 11.7 : 1. Объем проб 0.5 мкл. Реперные соединения В качестве реперных компонентов для определения индексов удерживания в жидкостной хроматографии использовали ацетофенон, пропиофенон и бутирофенон, марка «ЧДА». 19

В качестве реперных компонентов для определения индексов удерживания в газовой хроматографии использовали н-алканы С8 –С20 с четным числом атомов углерода в молекуле. Смесь реперных компонентов, взятых в равных пропорциях (по объему), добавляли к раствору, содержащему анализируемые компоненты (1:100). Благодарность Данная работа была выполнена на базе ресурсного образовательного центра по направлению Петербургского «Химия» государственного при Институте университета. химии Авторы Санкт- выражают благодарность сотрудникам центра за содействие. 20

2.3. Математическая обработка Линейно-логарифмические индексы удерживания (2.1. – 2.3.) (ГХМС и режим градиентного элюирования в ВЭЖХ) и логарифмические индексы удерживания (2.4.) (в изократическом режиме ВЭЖХ) вычисляли с использованием программы QBasic. (2.1.) (2.2.) (2.3.) (2.4.) Обозначения, используемые в 2.1. – 2.4: RIх – индекс удерживания аналита, RIk – индекс удерживания реперного компонента, содержащего k атомов углерода, tR – время удерживания компонента, t0 – мертвое время, tʹR – исправленное время удерживания. Для соединений, индексы удерживания которых меньше 800, был применен алгоритм, охарактеризованный в работе [38]: CR (tR ≤ t1) = C1 RI = RIn + (RIn+1 – RIn) × (СR,x – CR,1) / (C R,2 – CR,1) (2.5.) (2.6.) где t1 - время удерживания реперного соединения - ацетофенона, t2 - время удерживания пропиофенона, tR - время удерживания аналита, СR,x – объемное содержание ацетонитрила в элюенте в момент времени tх, CR,1 – объемное содержание ацетонитрила в элюенте в момент времени t1, C R,2 – объемное содержание ацетонитрила в элюенте в момент времени t2 . 21

3. Обсуждение результатов 3.1. Высокоэффективная жидкостная хроматография в обращеннофазовом режиме Поскольку фталаты содержат хромофор, и в УФ-области на длинах волн 220-270 нм наблюдается активное поглощение, возможен их анализ с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии в обращенно-фазовом режиме со спектрофотометрическим детектированием. В соответствии с этим связи с этим представляется целесообразным дополнить характеристику моноэфиров фталевой кислоты их индексами удерживания в условия обращенно-фазовой ВЭЖХ. Определение индексов удерживания RI(ВЭЖХ) веществ какой-либо группы эквивалентно установлению применимости этого метода для анализа соединений данной группы. В соответствии с этой концепцией были определены индексы удерживания 14 монозамещенных фталатов С1 – С8 (табл. 3.1.), попадающие в диапазон 640 – 1180 ед. инд. Таким образом, среднее значение инкремента RI в расчете на гомологическую разность СН2 составляет 80 ед. индекса, что меньше теоретического значения 100. Это может быть связано с экранированием полярной карбоксильной группы в молекулах монозамещенных эфиров алкильными фрагментами. С этим же эффектом связана аномально малая разность RI моноэтил- и монометилфталатов, составляющая всего 27 ед. инд. Для сравнения индекс удерживания фталевого ангидрида равен 604, а у фталевой кислоты закономерно меньше 600. Табл. 3.1. Индексы удерживания моноалкилфталатов o-C6H4(CO2R)CO2Н в обращенно-фазовой ВЭЖХ (единичные измерения приведены без стандартных отклонений) R RI СH3 640 22

C2H5 667±2 н-C3H7 752±5 н-C4H9 831±2 втор- C4H9 817 изо- C4H9 829±10 н-C5H11 915 изо-C5H11 867 н-C6H13 1010±4 н-C7H15 1082 CH(CH₃)C5H11 1056±2 н-C8H17 1176 CH(CH₃)C6H13 1187±15 Мертвое время было определено с использованием бромида калия (марка «х.ч»). Среднее значение времени удерживания по 4 параллельным измерениям равно 2.29 мин (табл. 3.2.). Табл. 3.2. Значения времен удерживания бромида калия. Среднее значение времени удерживания приведено со стандартным отклонением Среднее значение, № п/п t0, мин мин 1 2.300 2 2.264 3 2.296 4 2.307 2.29±0.03 Монобутиловый (MBP) и дибутиловый (DBP) эфиры фталевой кислоты были также проанализированы в изократических режимах с различным содержанием ацетонитрила (С, от 45 до 70%) в элюенте. Индексы удерживания приведены в табл. 3.3. Графики зависимости RI = a×C + b приведены на рис 3.1. (а) для монобутилфталата и 3.1. (b) дибутилфталата. 23

Параметры соответствующих линейных уравнений, коэффициент корреляции r и генеральная дисперсия S0 указаны в табл. 3.4. Значения коэффициента ‘а’ для монобутилфталата и дибутилфталата отрицательны (-2.40 и -5.99, соответственно), то есть при увеличении объемной доли ацетонитрила в элюенте индексы удерживания уменьшаются. Такой эффект может быть объяснен гидратацией анализируемых соединений. При увеличении содержания воды в элюенте равновесие между гидратированной негидратированной формами в процессе (3.1.) сдвигается вправо и и, соответственно, увеличивается доля гидратированного эфира. (3.1.) Это обусловливает увеличение RI, поскольку индексы удерживания гидратированных форм больше. Гидратация дибутилфталата протекает аналогично, причем абсолютное значение коэффициента ‘а’ этой зави- симости значительно больше (табл. 3.4.). Такая особенность обычно ухудшает воспроизводимость результатов анализа методом ВЭЖХ (например, в нашей работе разброс значений RI(ВЭЖХ) некоторых соединений связан с различным содержанием ацетонитрила в различных режимах), однако ее можно использовать для групповой идентификации склонных к гидратации соединений по аномальным значениям производных ∂RI/∂C. До настоящей работы подобная гидратация в условия ВЭЖХ была выявлена для флавоноидов, содержащих активные атомы водорода. Для кверцетина (3.2.), как типичного представителя подобных соединений, значение производной ∂RI/∂C равно –9 [39] 24

(3.2.) Табл. 3.3. Значения индексов удерживания MBP (монобутилфталата) и DBP (дибутилфталата) в зависимости от объёмной доли ацетонитрила в составе подвижной фазы. С, % RI (MBP) RI (DBP) 45 849 ± 3 50 835 ± 2 1636 ± 36 55 823 ± 1 1608 ± 19 60 811 ± 3 1583 ± 15 65 801 ± 1 1516 ± 10 70 1650 RI (DBP) RI (MBP) 850 840 830 1620 1590 820 1560 810 1530 800 1500 45 50 55 60 65 50 65 70 RI (DBP) 1620 1590 1560 1530 1500 50 55 60 65 70 Содержание ацетонитрила в элюенте, % 50 55 60 65 70 Содержание ацетонитрила в элюенте, % 850 RI (MBP) RI (MBP) 60 1650 RI (DBP) 1650 1620 1590 1560 1530 1500 850 55 Содержание ацетонитрила в элюенте, % Содержание ацетонитрила в элюенте, % 840 830 840 830 820 820 810 810 800 800 45 50 55 60 65 Содержание ацетонитрила в элюенте, % 45 50 55 60 65 Содержание ацетонитрила в элюенте, % а б Рис. 3.1. Графики зависимости индексов удерживания монобутилфталата (a) и дибутилфталата (b) от состава подвижной фазы. 25

Табл. 3.4. Параметры уравнений RI = аC + b (С – объемное содержание ацетонитрила в элюенте) для моно- и дибутилфталатов MBP DBP a ± sa -2.40 ± 0,08 -5.99 ± 0,27 b ± sb 956 ± 4 1937 ± 16 R -0.998 -0.998 S0 1.2 4.0 26

3.2. Хромато-масс-спектрометрия Было проанализировано 18 моноэфиров фталевой кислоты и 14 моноэфиров малеиновой кислоты с различными заместителями, для каждого из них получены масс-спектры и определены индексы удерживания на стандартных неполярных фазах RTX-5 (табл. 3.5. и 3.6. соответственно). Табл. 3.5. Индексы удерживания и масс-спектры соединений oC6H4(CO2R)CO2H R RI Масс-спектр: m/z ≥ 38 (Iотн ≥ 2%) CH3 хххх ± х C2H5 хххх н-C3H7 хххх ± х CH(CH3)2 хххх ± х CH2–CH=CH2 хххх ± х 180(2) М, 163(2), 150(9), 149(100), 148(10), 137(4), 136(31), 135(18), 122(5), 121(20),118(2), 106(5), 105(52), 104(65), 94(2), 93(29), 92(34), 91(16), 78(4), 77(33), 76(76), 75(14), 74(21), 73(5), 71(3), 66(5), 65(37), 64(5), 63(5), 59(3), 58(2), 57(2), 53(3), 52(6), 51(16), 50(46), 49(4), 44(3), 43(3), 41(2), 39(24), 38(17) 194(1) М,176(10), 151(3), 150(24), 149(100), 148(8), 135(3), 132(3), 123(2), 122(24), 121(13), 115(2), 106(9), 105(61), 104(41), 94(2), 93(18), 92(2), 91(5), 77(19), 76(48), 75(7), 74(10), 66(3), 65(31), 64(2), 63(3), 62(2), 53(3), 52(5), 51(10), 50(21), 49(2), 46(2), 45(10), 44(6), 43(4), 42(2), 39(18), 38(5) 209(0.1)[М+1], 208(0.1) М, 167(9), 150(10), 149(100), 148(5), 135(2), 123(5), 122(13), 121(8), 106(3), 105(25), 104(35), 93(12), 77(11), 76(36), 75(7), 74(9), 73(2), 66(2), 65(22), 63(2), 60(2), 59(5), 51(7), 50(23), 49(2), 44(3), 43(4), 42(6), 41(9), 39(14), 38(5) 209(0.05)[M+1], 208(0.02) M, 167(10), 151(2), 150(26), 149(100), 123(3), 122(16), 121(7), 106(2), 105(22), 104(6), 93(8), 77(4), 76(7), 75(2), 65(13), 59(7), 51(3), 50(4), 45(3), 44(2), 43(13), 42(3), 41(8), 39(9) 206(2) M, 188(3), 151(2), 150(19), 149(100), 148(4), 132(8), 122(13), 121(9), 105(15), 104(21), 27

н-C4H9, хххх ± х CH(CH3)–CH2–CH3 хххх ± х CH2–CH(CH3)2 хххх ± 2 C(CH3)3 хххх ± х н-C5H11 хххх ± х CH2–CH2– CH(CH3)2 хххх ± х CH(CH3)CH–CH2– CH3 хххх ± х н-C6H13 хххх ± х н-C7H15 хххх ± х 93(10), 77(4), 76(13), 75(2), 74(3), 65(14), 58(3), 57(3), 51(3), 50(7), 41(10), 39(15), 38(3) 222(0.2) М, 167(9), 150(9), 149(100), 123(2), 167(9), 150(9), 149(100), 123(2), 122(5), 121(6), 105(8), 104(4), 93(7), 77(2), 76(5), 65(10), 56(6), 51(2), 49(2), 41(7), 39(5) 222(0.01) M, 167(10), 150(13), 149(100), 148(2), 123(4), 122(8), 121(6), 106(2), 105(18), 104(13), 93(8), 77(6), 76(14), 75(3), 74(3), 73(4), 65(15), 59(2), 57(4), 56(9), 55(2), 51(4), 45(10), 44(4), 43(4), 41(15), 39(10), 38(2) 223(0.02)[M+1], 167(10), 150(9), 149(100), 123(2), 122(4), 121(6), 105(7), 104(6), 93(7), 77(3), 76(7), 74(2), 65(10), 57(2), 56(9), 51(2), 50(4), 43(5), 42(3), 41(9), 39(7) 222(1) M, 221(1), 167(57), 150(10), 149(100), 124(2), 123(17), 122(14), 121(3), 118(2), 105(8), 93(5), 77(3), 76(3), 75(4), 74(4), 65(7), 59(9), 58(4), 57(97), 56(30), 55(4), 43(3), 42(2), 41(45), 39(20), 38(9) 236(0.1) M, 167(11), 150(11), 149(100), 148(3), 123(6), 122(7), 121(6), 105(15), 104(18), 93(8), 77(6), 76(18), 75(3), 74(4), 70(10), 69(3), 65(14), 57(2), 56(2), 55(13), 51(3), 50(9), 44(3), 43(8), 42(19), 41(16), 39(10), 38(3) 223(4)[M+1], 209(2), 207(2), 206(2), 205(2), 151(2), 150(9), 149(100), 122(2), 121(3), 105(3), 104(5), 93(2), 78(3), 77(2), 76(3), 66(2), 65(3), 50(2), 47(2), 40(4) 236(0.1) M, 167(10), 150(12), 149(100), 123(4), 122(6), 121(5), 105(13), 104(5), 93(6), 77(5), 76(6), 70(6), 65(9), 59(6), 55(5), 51(3), 50(3), 45(2), 44(2), 43(7), 42(4), 41(5), 39(6) 250(0.05) M, 150(10), 149(100),123(3), 122(6), 121(7), 105(8), 104(4), 93(3), 84(3), 77(3), 76(5), 69(6), 65(16), 57(2), 56(16), 55(11), 51(2), 50(3), 43(13), 42(7), 41(13) 264(0.2) М, 262(2), 167(12), 151(2), 150(12), 149(100), 148(15), 123(3), 122(6), 121(6), 116(3), 28

CH(CH3)CH2–CH2– CH2–CH2–CH3 хххх ± х н-C8H17 хххх ± х CH(CH3)CH2–CH2– CH2–CH2–CH2–CH3 хххх ± х СH2 – C6H5 хххх ± х 115(16), 114(3), 105(7), 104(4), 98(13), 93(12), 83(4), 77(3), 76(6), 73(5), 70(11), 69(6), 68(3), 67(4), 65(15), 57(7), 56(16), 55(22), 54(3), 53(2), 50(3), 43(10), 42(8), 41(2) 264(0.2) М, 168(2), 167(16), 150(13), 149(100), 123(2), 122(7), 121(6), 105(9), 104(5), 98(8), 93(7), 83(2), 77(3), 76(6), 70(8), 65(11), 57(8), 56(13), 55(8), 51(2), 50(3), 45(8), 44(2), 43(10), 42(4), 41(15), 39(6) 278(0.2) М, 167(14), 150(10), 149(100), 148(3), 123(4), 122(5), 121(4), 105(7), 104(13), 93(5), 84(6), 83(6), 82(2), 77(3), 76(10), 74(3), 73(2), 72(2), 70(11), 69(11), 68(3), 67(2), 65(8), 67(2), 65(8), 57(6), 56(13), 55(12), 51(2), 50(5), 44(3), 43(14), 42(9), 41(18), 39(6) 287(1)[М+1], 167(18), 150(13), 149(100), 122(6), 121(4), 112(5), 105(7), 104(3), 93(5), 84(4), 83(6), 77(2), 76(3), 71(3), 70(9), 69(5), 65(7), 57(4), 56(5), 55(6), 45(4), 43(9), 42(6), 41(10), 39(3) 256(6) M, 255(2), 239(3), 195(2), 181(8), 172(3), 151(6), 150(100), 149(67), 135(2), 134(2), 139(9), 122(3), 120(3), 119(9), 115(2), 108(3), 105(2), 92(8), 91(100), 90(3), 89(4), 85(2), 79(2), 75(2), 73(2), 65(6), 55(2), 52(2), 51(3), 43(6), 41(2) Табл. 3.6. Индексы удерживания и масс-спектры соединений oC2H2(CO2R)CO2H R RI Масс-спектр: m/z ≥ 25 (Iотн ≥ 2%) CH3 хххх C2H5 хххх н-C3H7 хххх ± х 130 (0.2) M, 113(2), 100(12), 99(100), 86(14), 85(15), 82(3), 81(2), 72(3), 71(4), 68(4), 59(7), 56(3), 55(16), 54(12), 53(9), 45(38), 44(6), 43(6), 42(14), 41(5), 31(5), 29(7), 28(5), 27(21), 26(17), 25(3) 145(0.1)[M+1], 126(8), 117(3), 101(2), 100(20), 99(100), 98(4), 82(13), 81(2), 73(2), 72(9), 71(11), 56(5), 55(20), 54(13), 53(5), 46(3), 45(39), 42(2), 41(2), 31(5), 29(22), 28(8), 27(42), 26(14) 159(0.05) [M+1], 117(6), 100(9), 99(100), 82(2), 73(7), 72(5), 71(6), 59(4), 55(7), 54(6), 53(3), 29

изо-C3H7 хххх ± х CH2–CH=CH2 хххх ± х н-C4H9 хххх ± х изо-C4H9 хххх ± х CH(CH3)C2H5 хххх ± х н-C5H11 хххх CH(C2H5)2 хххх ± х н-C6H13 хххх ± х 45(11), 44(4), 43(14), 42(13), 41(15), 39(5), 31(6), 29(5), 28(3), 27(15), 26(4) 159(0.1) [M+1], 117(9), 100(19), 99(100), 82(4), 73(3), 72(20), 71(7), 69(2), 59(4), 56(2), 55(10), 54(6), 53(2), 45(41), 44(8), 43(46), 42(11), 41(26), 40(2), 39(8), 29(3), 28(4), 27(16), 26(6) 157(0.1) [M+1], 156(0.03) M, 101(5), 100(100), 99(75), 98(3), 97(5), 82(8), 81(2), 72(21), 71(3), 69(2), 67(3), 57(6), 55(6), 54(7), 45(3), 43(3), 42(6), 41(100), 40(2), 39(19), 29(3), 28(3), 27(5), 26(4) 171(0.1) [M+1], 117(8), 116(0.03), 100(13), 99(100), 82(3), 73(8), 72(7), 71(6), 68(2), 57(6), 56(30), 55(14), 54(7), 53(3), 45(11), 44(6), 43(8), 42(4), 41(31), 40(2) , 39(6), 31(3), 29(13), 28(6), 27(15), 26(7) 173(0.02) [M+1], 117(11), 101(2), 100(27), 99(100), 82(3), 73(5), 72(11), 71(6), 59(3), 57(11), 56(37), 55(12), 54(6), 53(3), 45(11), 44(4), 43(13), 42(5), 41(32), 40(2), 39(9), 31(2), 29(12), 28(4), 27(14), 26(15) 173(0.03) [M+1], 117(11), 101(2), 100(26), 99(100), 82(3), 73(6), 72(11), 71(7), 59(2),57(12), 56(38), 55(14), 54(7), 53(3), 45(11), 44(5), 43(17), 42(7), 41(35), 40(2), 39(10), 33(3), 29(12), 28(4), 27(15), 26(7) 186(0.2) M, 117(16), 101(2), 100(17), 99(100), 98(2), 87(2), 82(4), 81(2), 73(9), 72(6), 70(34), 69(7), 55(40), 54(16), 53(5), 45(13), 44(15), 42(56), 41(27), 40(2), 39(10), 31(8), 29(15), 28(6), 27(18), 26(16) 187(0.1) [M+1], 157(2), 117(12), 113(2), 100(13), 99(94), 87(10), 83(2), 82(5), 73(2), 72(18), 71(16), 70(21), 69(3), 60(3), 59(100), 58(2), 57(4), 56(2), 55(22), 54(7), 53(4), 45(19), 44(7), 43(46), 42(11), 41(21), 39(8), 29(14), 28(4), 27(19), 26(6) 201(0.1) [M+1], 118(2), 117(24), 101(3), 100(20), 99(100), 98(2), 85(2), 84(13), 83(10), 82(4), 81(2), 73(9), 72(6), 71(6), 70(2), 67(2), 57(5), 56(48), 55(37), 54(11), 53(4), 45(10), 44(7), 43(53), 42(27), 30

н-C7H15 хххх ± х н-C8H17 хххх ± х CH(CH3)C6H13 хххх ± х 41(38), 40(2), 39(8), 31(3), 29(12), 28(5), 27(17), 26(8) 215(0.1) [M+1], 214(0.02) M, 139(2), 118(4), 117(43), 101(2), 100(26), 99(100), 97(6), 81(2), 73(7), 70(21), 69(11), 68(4), 56(21), 55(19), 54(9), 53(3), 54(12), 42(9), 39(4), 31(2), 28(4), 27(13), 26(6) 229(0.2) [М+1], 228(0.1) М,153(2), 139(2), 129(3), 118(4), 117(50), 111(6), 101(2), 100(27), 99(100), 84(9), 83(14), 82(7), 81(2), 73(7), 72(2), 70(22), 69(43), 68(5), 67(3), 56(9), 55(27), 54(6), 53(3), 45(8), 44(2), 42(16), 41(19), 39(5), 29(6), 28(4), 27(13), 26(4) 228(-) М , 143(2), 129(4), 117(16), 114(2), 113(2), 112(9), 111(2), 101(2), 100(14), 99(100), 98(2), 97(10), 85(2), 84(12), 83(19), 82(8), 81(2), 73(2), 72(8), 71(21), 70(29), 69(23), 68(3), 58(2), 57(27), 56(21), 55(41), 54(6), 53(3), 46(2), 45(62), 44(5), 43(36), 42(13), 41(31), 39(5), 29(11), 28(3), 27(12), 26(3) 31

3.2.1. Параметры удерживания Полученные значения индексов удерживания в целом хорошо согласуются со значениями, приведенными в базе данных [30] для тех соединений, значения RI для которых известны. Также для проверки полученных результатов можно использовать аддитивные схемы, например, зависимость индексов удерживания н-алкиловых эфиров от числа атомов углерода в спиртовом остатке. Вид функции RI = f(n(C)) lg(RI) = a×lg(n(C)) + b×n(C) + c (3.3.) наиболее точно описывает зависимость индексов удерживания от количества атомов углерода в радикале, так как учитывает аномальное значение индекса удерживания первого гомолога ряда – метилового нас интересует эфира, не укладывающегося в линейную зависимость. Однако для экстраполяции упрощения, зависимости поскольку на эфиры высших возможность спиртов, вместо логарифмической целесообразно использовать линейную зависимость вида: RI = a×n(C) + b (3.4.) Графики данных зависимостей для н-алкиловых эфиров фталевой и малеиновой кислот приведены на рис. 3.2. и 3.3. соответственно. Параметры соответствующих линейных уравнений для моно- и дизамещенных эфиров фталевой и малеиновой кислот, коэффициент корреляции r и генеральная дисперсия S0 указаны в табл. 3.7. 32

диэфиры моноэфиры 3000 RI 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 n(C) Рис. 3.2. Зависимость индексов удерживания моно-н-алкилфталатов и дизамещенных н-алкилфталатов от числа атомов углерода в спиртовом остатке. 33

диэфиры моноэфиры 2600 RI 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 n(C) Рис. 3.3. Зависимость индексов удерживания моно-н-алкилмалеатов и дизамещенных н-алкилфталатов от числа атомов углерода в спиртовом остатке Табл. 3.7. Параметры уравнений линейного регрессии для моно- и диэфиров фталевой и малеиновой кислот, коэффициент корреляции r и генеральная дисперсия S0 Моноэфиры Диэфиры Моноэфиры Диэфиры фталевой фталевой малеиновой малеиновой кислоты кислоты кислоты кислоты a ± sa ххх.х ± х.х ххх.х ± х.х хх.х ± х.х ххх.х ± х.х b ± sb хххх ± хх хххх ± хх хххх ± х хххх ± хх R х.ххх х.ххх х.ххх х.ххх S0 хх.х хх.х х.х хх.х С помощью данных зависимостей можно производить оценку индексов удерживания соединений гомологического ряда моно-н-алкиловых эфиров и 34

ди-н-алкиловых эфиров малеиновой и фталевой кислот, основываясь на количестве атомов углерода в спиртовом остатке. Это позволяет не только проверять правильность полученных значений, но и предсказывать индексы удерживания пока еще неохарактеризованных соединений ряда. Более того, можно использовать зависимости RI(n(C)) для предсказания индексов смешанных эфиров (содержащих разные спиртовые остатки). В данной работе индексы использоваться удерживания для дизамещенных нахождения корреляции эфиров также между будут параметрами удерживания для моноэфиров и диэфиров, поскольку в справочной литературе диэфиры фталевой и малеиновой кислот охарактеризованы лучше, чем кислые эфиры. На рис. 3.4. приведен график данной зависимости для 12 пар соединений (алкиловые и аллиловые эфиры фталевой кислоты), на рис. 3.5. – аналогичная зависимость для эфиров малеиновой кислоты. Параметры линейной регрессии для уравнения RI (моноэфир) = a × RI (диэфир) + b (3.5.) где RI (моноэфир) – индекс удерживания моноэфира фталевой кислоты, RI (диэфир) - индекс удерживания соответствующего диэфира фталевой кислоты, а также коэффициент корреляции r и генеральная дисперсия S0 приведены в таблице 3.8. Данные зависимости могут применяться для теоретической оценки значения индекса удерживания моноэфира на основе индекса удерживания соответствующего диэфира, а также использоваться для контроля правильности индексов удерживания для каждой из этих групп. RI (монофталата) 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 RI (дифталата) 35

2300 2200 RI(моноэфир) 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 RI(диэфир) Рис. 3.4. Зависимость индексов удерживания моноэфиров от индексов удерживания диэфиров фталевой кислоты. 36

1900 1800 RI (моноэфир) 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 900 1200 1500 1800 2100 2400 RI (диэфир) 1900 1800 RI (мономалеата) 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 900 1200 1500 1800 2100 2400 RI (дималеата) Рис. 3.5. Зависимость индексов удерживания моноэфиров от индексов удерживания диэфиров малеиновой кислоты. Табл. 3.8. Параметры линейной регрессии уравнения 3.5. для эфиров фталевой и малеиновой кислот Эфиры фталевой Эфиры малеиновой кислоты кислоты a ± sa х.хх ± х.хх х.хх ± х.хх b ± sb ххх ± хх ххх ± хх R х.ххх х.ххх S0 хх.х хх.х 37

Для проверки полученных уравнений можно экспериментальные индексы удерживания моноэфиров и сравнить расчетные значения. Были выбраны монодециловый эфир (3.6), не содержащие разветвлений, моно-2-этилгексиловый эфир (3.7.) и (3.6.) (3.7.) Табл. 3.9. Сравнение значения индексов удерживания мономонодецилового и моно-2-этилгексилового эфира, полученных экспериментально и рассчитанных на основе полученного уравнения. Эфиры RI(диэфир) RI(моноэфир) расчет RI(моноэфир) экспер (3.6.) 2503 2146 2152 (3.7.) 3067 2456 2431 Наблюдается хорошее соответствие экспериментальных значений и значений, полученных с помощью предложенного уравнения. Оно применимо для эфиров как нормальных спиртов, так и содержащих разветвления. Однако это уравнение не выполняется для эфиров, содержащих арильные заместители (то же верно для уравнения, полученного для эфиров малеиновой кислоты). 38

Также для сравнения степени конверсии эфиры фталевой и малеиновой кислоты были синтезированы в одинаковых условиях при нагреве до 80°С. Малеиновый ангидрид более реакционноспособен, чем фталевый ангидрид, что видно по соотношению площадей (Табл. 3.10.) пиков эфиров и исходных реагентов. Показано, что практический весь малеиновый ангидрид превращается в эфиры, то есть конверсия составляет приблизительно 100%. При этом при анализе гептиловых эфиров малеиновой кислоты пик исходного реагента на хроматограммах не обнаружен, однако в случае фталатов количество фталевого ангидрида довольно велико. Если сравнивать количества эфиров и исходного ангидрида для фталатов, то можно заметить, что в случае высших спиртов конверсия значительно больше, так, на рис. 3.6. приведен фрагмент хроматограммы моноэтилфталата. Интенсивность сигнала исходного фталевого ангидрида значительно выше, чем образовавшегося моноэтилфталата. Табл. 3.10. Площади пиков моноэфира, диэфира и исходного ангидрида на хроматораммах этилмалеатов, гептилмалеатов и гептилфталатов (площади пиков по двум параллельным анализам) Этилмалеаты Гептилмалеаты Гептилфталаты Моноэфир 2465064 3119878 2089475 2762135 203539 265148 Диэфир 1415665 17002253 10576576 12648658 15574 21531 Исходный 44529 47898 200087 141728 ангидрид 39

Рис. 3.6. Фрагмент хроматограммы моноэтилфталата. Показано соотношение интенсивностей сигналов фталевого ангидрида (I) и моноэтилфталата(II), С14 - реперный алкан. Известно, что малеиновая (цис-бутендиовая) кислота может изомеризоваться с образованием фумаровой (транс-бутендиовой) кислоты. Данная реация катализируется небольшим количеством Br2 Cl2 [40]. Однако на хроматограммах принадлежащих не было обнаружено дополнительных пиков, эфирам фумаровой кислоты, а сравнение индексов удерживания полученных эфиров и соответствующих малеатов подтверждает образование эфиров исключительно малеиновой кислоты. 40

3.2.2 Масс-спектрометрическая характеристика Для монофталатов самый интенсивный сигнал (m/z 149) в масс-спектре принадлежит ионам [C8H5O3]+. Дальнейший распад этих ионов с элиминированием молекулы СО2 обусловливает появление сигнала с m/z 105, а при последующем отщеплении молекулы СО и атом водорода образуются ионы [С6H4]+, которым принадлежит сигнал с m/z 76. Такую серию сигналов можно обнаружить для всех проанализированных соединений (табл. 3.5.). Для мономалеатов распад молекулярного ион-радикала аналогичен. Самый интенсивный сигнал (m/z 99) в масс-спектре принадлежит иону [C4H3O3] + . Дальнейший распад этих ионов с элиминированием молекулы СО2 обусловливает появление сигнала с m/z 55, а при последующем отщеплении молекулы СО и протона образуется структура [С2H2]+, которой принадлежит сигнал с m/z 26. Такую серию сигналов можно обнаружить в масс-спектрах всех проанализированных соединений (табл. 3.6.). На примере моноамил- и диамилфталатов можно показать схожесть масс-спектров моно-и диэфиров. Максимальный сигнал принадлежит ионам с массовым числом 149 (рис. 3.7.), сигналы остальных ионов имеют низкую интенсивность (меньше 20%). а б Рис. 3.7. Сравнение масс-спектров ди- и моноалкилфталатов. Масс-спектр моноамилфталата(а) и диамилфталата (б). 41

Такая особенность масс-спектров эфиров объясняет ненадежность массспектрометрической идентификации соединений. 42

3.2.3 Термическая нестабильность моноалкилфталатов Для соединений, термически нестабильных и разлагающихся в колонке при газохроматографическом разделении на хроматограммах наблюдаются некоторые особенности, как показано на рисунке 3.8. Если соединение А разлагается с образованием соединения В, а между сигналами этих соединений базовая линия не достигает своего первоначального уровня, образуя некое плато. Примером подобных процессов (А → В) является термическое разложение α-диазокарбонильных соединений [41]. Рис. 3.8. Вид хроматограммы термически нестабильного соединения А, разлагающегося в колонке при газохроматографическом разделении с образованием соединения В. Такая же картина наблюдается при газохроматографическом анализе монозамещенных эфиров фталевой кислоты, о чем можно судить по характерному плато, продемонстрированному на рис. 3.9. на примере моноэтилфталата (наиболее информативным оказывается SIM- детектирование по m/z 104). При этом в колонке протекает процесс разложения монофталата с образованием фталевого ангидрида (3.8.). 43

Рис. 3.9. Фрагмент хроматограммы моноэтилфталата. При SIMдетектировании по m/z 104 хорошо видно, что после выхода из колонки пика фталевого ангидрида (I) базовая линия не достигает прежнего уровня и образует некоторое «плато», сохраняющееся вплоть до моноэфилфталата (II). Это однозначно указывает на процесс разложения моноэтилфталата с образованием фталевого ангидрида. (3.8.) 44

Рис. 3.10. Сравнение фрагментов хроматограмм монометилфталата, моноэтилфталата и моногексилфталата. Как можно увидеть при сравнении хроматограмм монометилфталата, моноэтилфталата и моногексилфталата (рис. 3.10.), смещение плато относительно первоначального уровня выше в случае эфиров низших спиртов, соответственно можно предположить, что моноэфиры высших спиртов термически более стабильны. Литературные данные подтверждают протекание процесса (3.8.) для монозамещенных эфиров фталевой кислоты в условиях пиролитического разложения [42]. Температура удерживания монометилфталата, вычисленная по параметрам режима, равна 150°С, а пиролизу соединение подвергается при 125°С [42]. Возможно, данный процесс имеет место не только в случае газохроматографического анализа, но может протекать и в живых организмах. Биохимические же свойства монометилфталата можно сопоставить со свойствами его структурного изомера – ацетилсалициловой кислоты, которая обладает способностью диффундировать через клеточные мембраны. Её терапевтические эффекты связаны с последующим гидролизом с образованием салициловой кислоты. Для монометилфталата значение коэффициента липофильности (определяемый как коэффициент распределения в стандартной системе 1-октанол — вода) logP составляет 45

1,13 [43]. Для ацетилсалициловой кислоты (3.9.) значение logP составляет 1,19. (3.9) Величины сопоставимы, из чего следует вывод, что монометилфталат, подобно ацетилсалициловой кислоты, способен проникать сквозь мембрану клеток, сохраняя свою структуру. После этого в результате гидролиза образуется активный фталевый ангидрид, который способен ацилировать азотсодержащие соединения, например, белки, нуклеиновые кислоты и т.д. Это объясняет высокую токсичность моноэфиров [44, 45]. Разложение моноэфира также может вызывать искажение масс-спектров моноалкилфталатов. Так, масс-спектр, представленный в базе данных NIST для монометилфталата (рис. 3.11.а) требует уточнения. Показано, что самыми интенсивными являются сигналы с m/z 76 и 104, что характерно для фталевого ангидрида. Однако если корректно провести вычитание фона, то мы получим масс-спектр, приведенный на рис. 3.11.в. При этом максимальный сигнал принадлежит иону с m/z 149, что типично для всех алкилфталатов. а) 46

б) % 76 100 149 104 75 50 50 44 25 65 92 136 121 180 115 133 151 163 166 55 78 94 0 40 50 60 70 80 90100 110 120 130 140 150 160 170 180 в) % 100 149 76 75 104 50 50 65 92 39 25 136 121 61 78 94 115 133 180 163 151 166 0 40 50 60 70 80 90100 110 120 130 140 150 160 170 180 Рис. 3. 11. Масс-спектр монометилфталата, приведенный в базе данных NIST [30] (а), и полученный нами без вычитания фона (б), и при вычитании фона (в) Таким образом была охарактеризована новая группа соединений, для 32 монозамещенных эфиров получены стандартные масс-спектры и индексы удерживания на стандартных неполярных неподвижных фазах. Эти данные позволяют существенно снизить вероятность ошибок идентификации моноэфиров фталевой кислоты. Для моноэфиров фталевой и малеиновой кислот были предложены уравнения, связывающие их индексы удерживания с параметрами удерживания лучше охарактеризованных дизамещенных эфиров. С их помощью можно проверять данные, полученные впервые, а также предсказывать индексы удерживания соединений, неизученных ранее. При этом уравнения, в отличие от аддитивных схем, связывающих индексы удерживания с числом атомов углерода в радикале, применимы к эфирам, содержащим в спиртовом остатке разветвления. Также был установлен неизвестный ранее факт термической нестабильности гомологов этого ряда, дополнительно осложняющий их 47

газохроматографический и хромато-масс-спектрометрический анализ. На основании этого высказаны обоснованные предположения о механизме токсического действия моноалкилфталатов. 48

5. Выводы и результаты 1. На примерах серий моно- и диэфиров бензол-1,2-дикарбоновой (фталевой) и цис-бутендиовой (малеиновой) кислот подтверждено значительное сходство масс-спектров моно- и диэфиров дикарбоновых кислот, что объясняет обнаруживаемое в литературе большое число ошибок масс-спектрометрической идентификации фталатов в разных объектах; 2. Для исключения ошибок идентификации масс-спектры соединений этих групп предложено дополнять газохроматографическими индексами удерживания на стандартных неполярных неподвижных фазах. Моноэфиры фталевой кислоты дополнительно охарактеризованы индексами удерживания в обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии; 3. Впервые установлено, что моноэфиры фталевой кислоты (особенно простейшие гомологи) термически нестабильны в условиях газохроматографического анализа и частично разлагаются с образованием фталевого ангидрида. Этот факт позволил 1) объяснить и устранить причину искажений масс-спектров таких эфиров в современных базах данных и 2) проинтерпретировать бóльшую токсичность монозамещенных эфиров фталевой кислоты по сравнению с диэфирами; 4. Показано, что одной из самых эффективных форм представления и интерпретации хроматографических индексов удерживания моноэфиров дикарбоновых кислот является их сопоставление с данными для лучше охарактеризованных линейной диэфиров регрессии. Это в форме позволяет соответствующих контролировать уравнений правильность экспериментальных данных и, при необходимости, вычислять индексы эфиров одной из групп по данным для другой; 49

5. На примере моно- и дибутилфталатов охарактеризована зависимость их индексов удерживания в обращенно-фазовой ВЭЖХ от содержания органического модификатора (С, ацетонитрил) в составе элюента. Большие отрицательные значения угловых коэффициентов этой зависимости (∂RI/∂C) обусловлены гидратацией аналитов в водных растворах, что объясняет относительно невысокую воспроизводимость индексов удерживания в ВЭЖХ. Вместе с тем, эти же значения могут рассматриваться как отличительный признак для групповой идентификации способных к гидратации соединений. 50

Список литературы 1. Fakhretdinona L.N., Zenkevich I.G. Features of gas chromatographic analysis of low volatile dicarboxylic acids. Тез. докладов IX Междунар. конф. «Менделеев-2015» СПб.: 2015, 7-9 апр. 2. Фахретдинова Л.Н., Зенкевич И.Г. Особенности газохроматографического анализа алифатических двухосновных карбоновых кислот. Тез. докладов. Всерос. конф. «Теория и практика хроматографии» Самара.: 2015, 24-29 мая. 3. Зенкевич И. Г., Фахретдинова Л.Н. Особенности газохроматографического анализа алифатических дикарбоновых кислот // Аналитика и контроль. 2015. Т. 19. № 1. С. 52-58. 4. Зенкевич И. Г., Фахретдинова Л.Н. Возможности газохроматографического определения труднолетучих дикарбновых кислот // Ж. аналит. химии. 2016. Т. 71, № 4. С. 420–427. 5. Mazzeo P., Di Pasquale D., Ruggieri F., Fanelli M., D'Archivio A.A., Carlucci G. HPLC with diode-array detection for the simultaneous determination of di(2-ethylhexyl)phthalate and mono(2-ethylhexyl)phthalate in seminal plasma // Biomed. Chromatogr. 2007. Vol. 21 N. 11. P.1166-1171. 6. Pérez Feás C., Barciela Alonso M.C., Peña-Vázquez E., Herbello Hermelo P., Bermejo-Barrera P. Phthalates determination in physiological saline solutions by HPLC-ES-MS // Talanta. 2008. Vol. 75. N. 5. P.1184-1189. 7. Kueseng P., Thavarungkul P., Kanatharana P. Trace phthalate and adipate esters contaminated in packaged food // J. Environ. Sci. Health. Part B. 2007. Vol. 42. P. 569–576. 51

8. Патент US3696005 A Purification of 2,2-dimethyl-1,3-propanediol monohydroxypivalic ester by distillation with sulphuric or sulphonic acid W. Fuchs, F. Merger 3 окт 1972 9. Hauser R., Calafat A.M. Phthalates and human health // Occ. Env. Med. 2005.Vol. 62. P. 806–818. 10. Tyler C.R., Jobling S., Sumpter J.P. Endocrine disruption in wildlife: a critical review of the evidence // Crit. Rev. Toxicol. 1998. Vol. 28. N. 4. P. 319361. 11. Latini G., Verrotti A., De Felice C. Di-2-ethylhexylphthalate and endocrine disruption: a review // Curr. Drug Targets Immune Endocr. Metabol. Disord. 2004. N. 4. P. 37–40. 12. Sharpe R.M. Hormones and testis development and the possible adverse effects of environmental chemicals // Toxicol. Lett. 2001. Vol. 120. P. 221–232. 13. Colón I., Caro D., Bourdony C.J., Rosario O. Identification of Phthalate esters in the serum of young Puerto Rican girls with premature breast development // Environ. Health Perspect, 2000. Vol. 108. P. 895-900. 14. Dalgaard M., Nellemann C., Lam H.R., Sorensen I.K., Ladefoged O The acute effects of mono(2-ethylhexyl)phthalate (MEHP) on tests of prepubertal Wistar rats /. // Toxicol. Lett. 2001. Vol. 122. P. 69–79. 15. Park J.D., Habeebu S.S.M., Klaassen C.D. Testicular toxicity of di-(2- ethylhexyl)phthalate in young Sprague–Dawley rats // Toxicology. 2002. Vol. 171. P. 105–115. 16. Ichimura T., Kawamura M., Mitani A. Co-localized expression of FasL, Fas, caspase-3 and apoptotic DNA fragmentation in mouse testis after oral exposure to di(2-ethylhexyl)phthalate // Toxicology. 2003. Vol. 194. P 35– 42. 52

17. ATSDR, Toxicological profile for di(2-ethylhexyl)phthalate (DEHP), Agency for Toxic Substances and Disease Registry, Atlanta, GA, 2002. URL http://www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/TP.asp. 18. Дата обращения: апрель 2016 г. Thysen B., Morris P.L., Gatz M., Bloch E. The effect of mono(2- ethylhexyl)phthalate on Sertoli cell transferrin secretion in vitro // J. Toxicol. Applied Pharmacol. 1990. Vol. 106. P. 154–157. 19. Richburg J.H., Boekelheide K. Mono-(2-ethylhexyl)phthalate rapidly alters both Sertoli cell vimentin filaments and germ cell apoptosis in young rat testes // Toxicol. Applied Pharmacol. 1996. Vol. 137. P. 42–50. 20. 13 Ema M., Amano H., Itami T., Kawasaki. H. Teratogenic evaluation of di- n-butyl phthalate in rats // Toxicol. Lett. 1993. Vol. 69. P. 197-203. 21. Ema M., Amano H., OgawaY. Characterization of the developmental toxicity of di-n-butyl phthalate in rats // Toxicology. 1994. Vol. 86. P. 163-174. 22. Hopf N.B., Berthet A., Vernez D., Langard E., Spring P., Gaudin R. Skin permeation and metabolism of di(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) // Toxicol Lett. 2014. Vol. 224. N.1. P. 47-53. 23. Scientific Committee on Consumer Products, Health & Consumer Protection Directorate-General, European Commission, Opinion on phthalates in cosmetic products. URL http://ec.europa.eu/health/ph_risk/committees/04_sccp/docs/sccp_o_106.pdf Дата обращения: апрель 2016 г. 24. Sjoberg P., Egestad B., Klasson-Wehler E. Gustafsson J. Glucuronidation of mono(2-ethylhexyl)phthalate. Some enzyme characteristics and inhibition by bilirubin // Biochem. Pharmacol. 1991. Vol. 41. P. 1493–1496. 25. Koch H.M., Bolt H.M., Angerer J. Di(2-ethyhexyl)phthalate (DEHP) metabolites in human urine and serum after a single oral dose of deuteriumlabelled DEHP // Arch. Toxicol. 2004. Vol. 78.P. 123–130. 53

26. Shiota K., Mima S. Assessment of the teratogenicity of di(2- ethylhexyl)phthalate and mono(2-ethylhexyl)phthalate in Mice // Arch. Toxicol. 1985. Vol. 56. P. 263–266. 27. Гангакхедкар A., Даи С., Зеранг Н., Вирсик П. А. (US) URL http://www.findpatent.ru/patent/255/2554347.html Дата обращения: апрель 2016 г. 28. Лянг У. Неопубликованные данные, включенные в базу [30]. 29. Kim N.-S., Lee D.-S. Characterization of Rosemary fragrances by solid phase microextraction and GC-MS // Analyt. Sci. 2001. Vol. 17. P. a383-a386. (Suppl.). 30. The NIST 14 Mass Spectral Library (NIST11/2014/EPA/NIH). Software/Data Version (NIST14); NIST Standard Reference Database, Number 69, June 2014. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899; URL: http://webbook.nist.gov. Дата обращения апрель 2016 г. 31. Vinogradov B.A. Production, composition, properties and application of essential oils, 2004, retrieved from http://viness.narod.ru. 32. Заикин В.Г. Неопубликованные данные, включенные в базу [30]. 33. Zenkevich I.G Prevention of a dangerous tendency in the presentation of result of CG-MS identification // Anal. Bioanal. Chem. 2013. Vol. 405. P. 3075– 3083. 34. Dev. V., Das A.K. Hossian M.A., Rahman S.M.M. Chemical composition of Ocimum basilicum Leaves // J. Sci. Res. 2011. Vol. 3. N. 1. P. 197-206. 35. Зенкевич И.Г., Ротару К.И., Селиванов С.И., Костиков Р.Р. Дискуссионные методы определения диалкилфталатов в различных объектах // Вестник СПбГУ. 2015. Сер. 4. Т. 2 (60). Вып. 4. C. 386-394. 54

36. Wolski T., Tambor K., Rybak-Chmielewska H., Kędzia B. Identification of Honey Volatile Components by Solid Phase Microextraction (SPME) and Gas chromatography/Mass Spectrometry // J. Apicultural Science. 2006. Vol. 50 N. 2. P. 115-126. 37. Adebayo M. A., Lawal O. A., Sikiru A. A., Ogunwande I. A., Avoseh O. N. Chemical Constituents and Antimicrobial Activity of Essential Oil of Senna podocarpa (Guill. et Perr.) Lock // American J. Plant Sciences. 2014. N. 5. P. 2448-2453. 38. Zenkevich I.G., Kochetova M.V., Larionov O.G., Revina A.A., Kosman V.M. Retention indices as the most reproducible retention parameters in reversed phase HPLC. Calculation for hydrophilic phenolic compounds using reference nalkyl phenyl ketones // J. Liquid Chromatogr. Relat. Technol. 2005. Vol. 28. N. 4. P. 2141-2162. 39. Zenkevich I. G., Gushchina S. V. Anomalous properties of flavonoids in reversed phase high performance liquid chromatography // J. Phys. Chem. A. 2011. Vol. 85. N. 9. P. 1641-1646. 40. С. Бенсон Основы химической кинетики под ред В.М. Сахарова. М.:Мир. 1964. С. 99. 41. Kornilova T.A., Ukolov A.I., Kostikov R.R., Zenkevich I.G. A simple criterion for gas chromatography/mass spectrometric analysis of thermally unstable compounds, and reassessment of the by-products of alkyl diazoacetate synthesis // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2013. Vol. 27. N. 3 P. 461-466. 42. Ritchie P. D. Studies in Pyrolysis. Part III. The pyrolysis of carbonic and sulphurous esters // J. Chem. Soc. 1935. P. 1054-1061. 43. Leo A. The octanol-water partition coefficient of aromatic solutes: the effect of electronic interactions, alkyl chains, hydrogen bonds, and orthosubstitution // J. Chem. Soc. Perkin Trans. II 1983. P. 825-838. 55

44. Зенкевич И. Г., Фахретдинова Л.Н. Хромато-масс-спектрометрическое обоснование токсичности фталатов. Тез. докл. VI Всерос. конф. «Массспектрометрия и её прикладные проблемы». М.: 2015. 12-17 окт. 45. Зенкевич И. Г., Фахретдинова Л.Н. Термическая нестабильность моноалкиловых эфиров фталевой кислоты в условиях газохроматографического разделения // Аналитика и контроль. 2015. Т. 19. № 2. С. 175. 56

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв