RU2356047C2 - Method of gas chromatographic analysis of optical and structural isomers - Google Patents

Abstract

FIELD: physics, measurements.

SUBSTANCE: proposed method can be used in chemical, petrochemical, medical and other industries to analyse compound mixes of various substances. It differs from known techniques in that as chyral smectic decyloxi-benzylidenamino-2-methyl-butyl-ether of aminocinnamic acid vapor is used as a fixed nematic phase.

EFFECT: higher selectivity of analysis.

Description

Изобретение относится к газовой хроматографии, в частности к использованию жидкокристаллических неподвижных фаз, обеспечивающих разделение близкокипящих оптических и структурных изомеров органических веществ, например изомеров пара- и метаксилолов, оптически активных форм 2,3-бутандиола, и может быть использовано при анализе сложных смесей различных веществ природного и техногенного происхождения в химической, нефтехимической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности.The invention relates to gas chromatography, in particular to the use of liquid crystalline stationary phases, which provide separation of low-boiling optical and structural isomers of organic substances, for example, isomers of para- and metaxylols, optically active forms of 2,3-butanediol, and can be used in the analysis of complex mixtures of various substances natural and man-made origin in the chemical, petrochemical, medical, food and other industries.

Известны способы газохроматографического анализа различных структурных изомеров органических веществ, при которых компоненты анализируемых смесей разделяют на нематических или смектических неподвижных жидкокристаллических фазах (см. Вигдергауз М.С., Вигалок Р.В., Дмитриева Г.В. Хроматография в системе газ - жидкий кристалл // Успехи химии, 1981, т.50, №5, с.943-972).Known methods for gas chromatographic analysis of various structural isomers of organic substances, in which the components of the analyzed mixtures are separated into nematic or smectic stationary liquid crystal phases (see Wigderhaus M.S., Vigalok R.V., Dmitrieva G.V. Chromatography in a gas-liquid crystal system // Advances in Chemistry, 1981, vol. 50, No. 5, pp. 943-972).

Известны также способы газохроматографического анализа оптических изомеров с использованием различных хиральных неподвижных фаз (см. Алленмарк С. Хроматографическое разделение энантимеров. М.: Мир, 1991, 268 С.). Однако известные способы газохроматографического анализа при использовании нематических, смектических или хиральных неподвижных жидких фаз не обеспечивают необходимой селективности для одновременного разделения как структурных, так и оптических изомеров в одном цикле хроматографирования.There are also known methods of gas chromatographic analysis of optical isomers using various chiral stationary phases (see Allenmark C. Chromatographic separation of enantimers. M: Mir, 1991, 268 S.). However, the known methods of gas chromatographic analysis using nematic, smectic or chiral stationary liquid phases do not provide the necessary selectivity for the simultaneous separation of both structural and optical isomers in a single chromatography cycle.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ количественного анализа смесей ароматических углеводородов путем газохроматографического разделения их методом газожидкостной хроматографии на неподвижной жидкокристаллической фазе (см. Майдаченко Г.Г., Вигалок Р.В., Вигдергауз М.С. Авт. свид. СССР №455276 по заявке ВНИИУС г. Казань от 24.07.1972Closest to the invention in terms of essential features is a method for the quantitative analysis of aromatic hydrocarbon mixtures by gas chromatographic separation by gas-liquid chromatography on a stationary liquid crystal phase (see Maydachenko G.G., Vigalok R.V., Wigdergauz M.S. Auth. USSR No. 455276 at the request of VNIIUS Kazan, 07.24.1972

г. // Бюл. изобр. №4 от 30.12.1974 г.).g. // Bull. fig. No. 4 dated 12/30/1974).

Недостатком известного способа газохроматографического анализа является возможность разделения только структурных изомеров и отсутствие селективности используемой жидкокристаллической неподвижной фазы при разделении оптических изомеров.The disadvantage of this method of gas chromatographic analysis is the ability to separate only structural isomers and the lack of selectivity of the liquid crystal stationary phase used in the separation of optical isomers.

Задачей изобретения является повышение селективности способа газохроматографического анализа для разделения не только структурных, но и оптических изомеров в одном цикле хроматографирования.The objective of the invention is to increase the selectivity of the method of gas chromatographic analysis for the separation of not only structural but also optical isomers in one chromatography cycle.

Эта задача решается за счет того, что в способе газохроматографического анализа оптических и структурных изомеров, при котором анализируемую смесь разделяют методом газожидкостной хроматографии на неподвижной жидкокристаллической фазе с последующим определением состава исследуемых компонентов смеси по результатам измерения хроматографических сигналов из полученных хроматограмм, причем в качестве неподвижной жидкокристаллической фазы используется хиральный смектический жидкий кристалл децилоксибензилиденамино-2-метилбутиловый эфир парааминокоричной кислоты.This problem is solved due to the fact that in the method of gas chromatographic analysis of optical and structural isomers, in which the analyzed mixture is separated by gas-liquid chromatography on a stationary liquid crystal phase with subsequent determination of the composition of the studied components of the mixture by measuring chromatographic signals from the obtained chromatograms, and as a stationary liquid crystal The phases used are a chiral smectic liquid crystal of decyloxybenzylideneamino-2-methylbutyl paraaminokorichnoy acid ester.

При решении поставленной задачи создается технический результат, заключающийся в следующем:When solving this problem creates a technical result, which consists in the following:

при использовании впервые синтезированного хирального смектического жидкого кристалла децилоксибензилиденамино-2-метилбутилового эфира парааминокоричной кислоты становится возможным провести одновременное газохроматографическое определение как структурных, так и оптических изомеров. Это происходит вследствие того, что межмолекулярные взаимодействия в системе сорбат - жидкокристаллический расплав (мезофаза), обусловленные упорядоченным расположением молекул в температурной области мезофазы, способствуют разделению близкокипящих структурных изомеров, например мета- и параксилолов, за счет более линейной формы молекулы параксилола по сравнению с метаксилолом, что позволяет первому легче проникать в решетку жидкого кристалла и, соответственно, сильнее удерживаться. Так как физико-химические свойства оптических изомеров, например бутандиола-2,3, близки, величины удерживания (сорбируемость) оптически активных форм бутандиола-2,3 на колонке исследованным жидким кристаллом, по-видимому, зависят от пространственной структуры их молекул, по-разному встраивающихся в закрученную структуру этого хирального жидкого кристалла. Энантиоселективность предложенного хирального смектика обусловлена как специфическими взаимодействиями с полярным сорбатами, так и стерическими факторами, обусловленными закрученной структурой S^* _C и S^* _A мезофаз сорбента.when using the first synthesized chiral smectic liquid crystal of decyloxybenzylideneamino-2-methylbutyl paraminocinnamic acid ester, it becomes possible to carry out simultaneous gas chromatographic determination of both structural and optical isomers. This is due to the fact that intermolecular interactions in the sorbate – liquid crystal melt (mesophase) system, due to the ordered arrangement of molecules in the temperature region of the mesophase, contribute to the separation of close-boiling structural isomers, for example, meta- and para-xylene, due to the more linear form of the para-xylene molecule compared to metaxylene , which allows the former to more easily penetrate into the lattice of a liquid crystal and, accordingly, to hold it more strongly. Since the physicochemical properties of the optical isomers, for example, butanediol-2,3, are close, the retention (sorbability) of the optically active forms of butanediol-2,3 on the column by the investigated liquid crystal, apparently, depends on the spatial structure of their molecules, differently embedded in the swirling structure of this chiral liquid crystal. The enantioselectivity of the proposed chiral smectic is due to both specific interactions with polar sorbates and steric factors due to the twisted structure of S ^* _C and S ^* _A sorbent mesophases.

Пример конкретного выполнения способаAn example of a specific implementation of the method

1. Методика приготовления сорбента для предлагаемого способа1. The method of preparation of the sorbent for the proposed method

В качестве неподвижной фазы в предлагаемом способе использовали хиральный жидкий кристалл децилоксибензилиденамино-2-метилбутиловый эфир парааминокоричной кислоты. Данный жидкий кристалл имеет температуру перехода в смектическую S^* _C фазу - 77°С, в смектическую S^* _A фазу - 95°С и температуру перехода в изотропную жидкость 117°С. Его молярная масса равна 477,75 г/моль.As the stationary phase in the proposed method used a chiral liquid crystal of decyloxybenzylideneamino-2-methylbutyl ether paraminocinnamic acid. This liquid crystal has a transition temperature in the smectic S ^* _C phase of 77 ° C, in a smectic S ^* _A phase of 95 ° C and a transition temperature in the isotropic liquid of 117 ° C. Its molar mass is 477.75 g / mol.

Пленку неподвижной жидкокристаллической фазы наносили на твердый носитель, в качестве которого использовали отмытый кислотой хроматон NAW зернением 0,125-0,160 мм. Навеску жидкого кристалла (15% от массы твердого носителя) растворяли в хлороформе. Полученным раствором заливали навеску твердого носителя в колбе, так чтобы он был полностью погружен в раствор. Затем удаляли растворитель при медленном нагревании на песчаной бане, так чтобы температура раствора не превышала температуру кипения растворителя.The film of the stationary liquid crystalline phase was deposited on a solid support, which was used acid washed NAW chromaton with a grain size of 0.125-0.160 mm. A portion of a liquid crystal (15% by weight of a solid support) was dissolved in chloroform. The resulting solution was poured onto a weighed solid support in a flask so that it was completely immersed in the solution. Then, the solvent was removed by slowly heating in a sand bath, so that the temperature of the solution did not exceed the boiling point of the solvent.

Перед заполнением разделительной колонки №1 (длиной L=100 см, диаметром внутренним d_с=0,3 см) ее промывали последовательно дистиллированной водой и ацетоном, сушили в потоке газа-носителя (азота) при температуре 250°С. Подготовленную колонку заполняли приготовленным сорбентом, затем устанавливали в термостат газового хроматографа и кондиционировали при Т_c=100°С в потоке азота с расходом на выходе колонки F_c=5 см³/мин в течение одного-двух часов.Before filling the separation column No. 1 (length L = 100 cm, inner diameter d _c = 0.3 cm), it was washed sequentially with distilled water and acetone, dried in a stream of carrier gas (nitrogen) at a temperature of 250 ° C. The prepared column was filled with the prepared sorbent, then it was installed in a gas chromatograph thermostat and conditioned at T _c = 100 ° С in a nitrogen stream with a flow rate at the column outlet F _c = 5 cm ³ / min for one to two hours.

Экспериментальная оценка выполнения предлагаемого и известного способов газохроматографического анализа оптических и структурных изомеров проводилась на примере газохроматографического разделения изомеров орто-, пара- и метаксилолов и двух оптически активных форм 2,3-бутандиола (2R,3R)-(-)-бутандиол-2,3 и (2S,3S)-(+)-бутандиол-2,3.An experimental evaluation of the performance of the proposed and known methods for gas chromatographic analysis of optical and structural isomers was carried out by the example of gas chromatographic separation of isomers of ortho-, para- and methaxylols and two optically active forms of 2,3-butanediol (2R, 3R) - (-) - butanediol-2, 3 and (2S, 3S) - (+) - butanediol-2,3.

2. Разделительные колонки для выполнения известного способа2. Separation columns for performing the known method

Первую колонку №2 заполняли жидкокристаллическим сорбентом n,n'-метоксиэтоксиазоксибензолом (МЭАБ) в виде фазовой пленки на твердом носителе.The first column No. 2 was filled with an n, n'-methoxyethoxyazoxybenzene (MEAB) liquid crystal sorbent in the form of a phase film on a solid support.

Вторую колонку №3 заполняли хиральным сорбентом с длинноцепочечным β-циклодекстрином типа DDTBCD-CSP в виде фазовой пленки на твердом носителе.The second column No. 3 was filled with a chiral sorbent with long chain β-cyclodextrin of the DDTBCD-CSP type in the form of a phase film on a solid support.

Геометрические размеры колонок №2 и №3 и процедура приготовления сорбента аналогичны методике, описанной в п.1.The geometric dimensions of columns No. 2 and No. 3 and the procedure for preparing the sorbent are similar to the method described in paragraph 1.

Приготовленные разделительные колонки для выполнения предлагаемого и известного способов подвергали испытаниям на газовом хроматографе ЛХМ-80 с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) при следующих условиях:The prepared separation columns to perform the proposed and known methods were tested on a gas chromatograph LHM-80 with a flame ionization detector (PID) under the following conditions:

Температура колонки №1Column No. 1 temperature T_c1=82°CT _c1 = 82 ° C Температура колонки №2Column No. 2 temperature Т_с2=94°СT _c2 = 94 ° C Температура колонки №3Column No. 3 temperature Т_с3=100°СT _c3 = 100 ° C Температура испарителяEvaporator temperature Т_исп=150°CT _ut = 150 ° C Температура ПИДPID temperature Т_дет=150°СT _det = 150 ° C Расход газа-носителя (азота) на выходе колонкиCarrier gas (nitrogen) consumption at column outlet F_c=15 см³/минF _c = 15 cm ³ / min Объем вводимой пробыSample Volume V_пр≤0,1 мклV l _ave ≤0,1

Для оценки селективности исследуемых сорбентов рассчитывали фактор разделения для структурных и оптических изомеров по уравнениюTo assess the selectivity of the studied sorbents, the separation factor was calculated for structural and optical isomers according to the equation

где t_R1и t_R2 - времена удерживания исследуемых изомеров, с; t_M - мертвое время или время удерживания несорбирующегося вещества (метана), с.where t _R1 and t _R2 are retention times of the studied isomers, s; t _M - dead time or retention time of a non-absorbable substance (methane), sec.

Результаты экспериментов сведены в таблицу «Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов».The experimental results are summarized in the table "Comparative data of the experimental verification of the known and proposed methods."

Как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемый способ обеспечивает достаточно высокую селективность при разделении как структурных, так и оптических изомеров. Так, фактор разделения α_-/+ энантиомеров бутандиола-2,3 увеличился на 4,6%, а пара-мета и орто-пара селективность не сильно отличаются от известного способа.As can be seen from the data in the table, the proposed method provides a sufficiently high selectivity in the separation of both structural and optical isomers. Thus, the separation factor of the α _{- / +} enantiomers of butanediol-2,3 increased by 4.6%, and the para-meta and ortho-para selectivity do not differ much from the known method.

Таблица.
Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов *)Table.
Comparative data of experimental verification of the known and proposed methods *) № пп.No. НаименованиеName Известный способKnown method Предлагаемый способThe proposed method Колонка №2Column No. 2 Колонка №3Column No. 3 Колонка №1Column No. 1 1one Фактор разделения орто-/параксилолов α_o-/n- The separation factor of ortho- / para-xylene α _{o- / n-} 1,171.17 1,031,03 1,141.14 22 Фактор разделения пара-/метаксилолов α_n-/м- The separation factor of para- / methaxylols α _{n- / m-} 1,111,11 0,980.98 1,061.06 33 Фактор разделения α_-/+ энантиомеров бутандиола -2,3Separation factor α _{- / +} enantiomers of butanediol -2.3 1,001.00 1,081,08 1,131.13 *)Если α=1,00, то селективность к разделению данной пары изомеров отсутствует*) If α = 1.00, then there is no selectivity for the separation of this pair of isomers

Использование предлагаемого способа газохроматографического анализа оптических и структурных изомеров позволит следующее.Using the proposed method for gas chromatographic analysis of optical and structural isomers will allow the following.

1. Проводить экспрессный и детальный изомерспецифический анализ сложных смесей природного и синтетического происхождения путем разделения ахиральных структурных и оптических изомеров в одном цикле анализа и/или при направленном изменении фазового состояния жидких кристаллов.1. To carry out rapid and detailed isomerspecific analysis of complex mixtures of natural and synthetic origin by separating achiral structural and optical isomers in one analysis cycle and / or with a directed change in the phase state of liquid crystals.

2. Организовать серийное производство капиллярных колонок с новой фазой, обладающей как специфической, так и общей селективностью.2. Organize serial production of capillary columns with a new phase, which has both specific and general selectivity.

3. Ускорить процесс перехода отечественной медицинской и фармакологической промышленности на производство безопасных моноэнантиомерных лекарственных препаратов.3. To accelerate the transition of the domestic medical and pharmacological industry to the production of safe monoenantiomeric drugs.

Claims (1)

Способ газохроматографического анализа оптических и структурных изомеров путем разделения анализируемой смеси методом газожидкостной хроматографии на неподвижной жидкокристаллической фазе с последующим определением состава исследуемых компонентов смеси по результатам измерения хроматографических сигналов из полученных хроматограмм, отличающийся тем, что в качестве неподвижной жидкокристаллической фазы используют хиральный смектический жидкий кристалл - децилокси-бензилиденамино-2-метилбутиловый эфир пара-аминокоричной кислоты. The method of gas chromatographic analysis of optical and structural isomers by separating the analyzed mixture by gas-liquid chromatography on a stationary liquid crystal phase, followed by determining the composition of the studied components of the mixture by measuring chromatographic signals from the obtained chromatograms, characterized in that a chiral smectic liquid crystal - decyloxy is used as the stationary liquid crystal phase benzylidenamino-2-methylbutyl ester of para-aminocinnamic acid you.