Синтез композиционных политрифторстиролсодержащих сорбентов и их использование в хроматографии биополимеров тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

РГ6 од

- 5 ДПР 1903

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ им.И.В.ЛОМОНОСОВА

¡¡а правах рукописи

КАТАЕВ АЛЕКСЕЯ ДМИТРИЕВИЧ '

УДК 541.64:543.544.42:546.284:577.11

СИНТЕЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИТРИОТОРСТИРОЛСОДЕРЖАЕИХ СОРБЕНТОВ

И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ХРОНАТОГРАФЙИ БИОПОЛИМЕРОВ

02.00.05 - химия высокомолекулярных соединений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации нэ соискание ученой степени кандидата $ химических наук

Москва 1993

Работе выложена в Института -биоорганической •чкии им.Н.М.Шемякина РАН. 4

Научные руководители: Лектор химических наук, профессор В.П.Зубов, кандидат химических наук В.В.Сабуров.

Официальные оппоненты: Доктор химических наук, профессор А.Б.Зезин, доктор химичгс;;:х наук Б.В.Мчеддишвили,

Ведущее преглриятие: Институт сизичесхой химии РАН

I

зэаттг диссертации состоится "С^иХ 1993 г. на заседании специализированного Совета Л 063.41.ОБ в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте тонкой химической технологии им.Н.В.Ломоносова по адресу: 119831, Москва, Т-Ч35, ул.Н.Пироговская, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Ученый сехгстарь специализированного Совета, дохтор хинмчесхих наук, профессо!

.И.А.Грицксва.

Лктудпьнпгть пппкпрм» Разработка сорбентов, способных вндерхивагь высокие давления в колонках, обеспечивая в то же время высокие выходы разделяемых компонентов при сохранении их биологической активности является актуальной проблемной жидкостной хроматографии иироко использующейся в биотехнологических процессах. Для ее решения, в.качестве основы . сорбентов, целесообразно использовать пористые кремнеземы. Однако высокая неспецифическая адсорбция биополимеров на поверхности кремнеземов требует проведения ее химической модификации: В качестве модификаторов променяют как низко-, так и высокомолекулярные соединения. Особый интерес представляют полимерные модификаторы. Создание на поверхности кремнезема тонкого сплошного полимерного покрытия дает возможность объединить в одном композиционном материале жесткость, механическую прочность, контролируемую пористость кремнеземов с адсорбционной инертностью, высокой емкостью и биосовместимостью, присущими мягким органическим гелям, традиционно используемым для хроматографии биополимеров.

В качестве таких модификаторов особенно перспективны Фторсодержащие полимеры, которые позволяют создавать композиционные сорбенты, обладающие высокой хемостойкостью, гидролитической стабильностью и уникальными адсорбционными свойствами. В качестве полимерного фторсодержащего модификатора в данной работе предложено использовать сополимеры трифторстирола (ТФС) различной природы, применение которых позволяет регулировать гидроФобно-гидрофильный баланс полимерного модификатора, синтезировать путем полимераналогичных превращений различные ионообменники для разделения биомолекул, а также расширить области применения композиционных Фторполимерсодержащих сорбентов.

Синтез композиционных политрифторстиролсодерхацих сорбентов является перспективной комплексной задачей, возникшей на стыке химии полимеров, физической и биоорганической химии.

Цель работу состояла в создании композиционных Фторполикерсодергащих материалов (сорбентов), в проведении исследований их структурных, адсорбционных и

>

хроматограсических свойств, в- изучении закономерностей протекания рроцесса хеносорбции трифторстиролсодержавего сополимера и радикальной пост-полимеризации трифторстирола на поверхности кремнезема.

Научная новизна. Впервые синтезированы композиционные кремнеземные сорбенты для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и хроматографии низкого давления на основе сополимера трифторстиролг и метилвинилдизтоксисилана (НВДЭС). Впервые методой ^-инициированной прививочной постполимеризации триФторстирола и дальиейига полимераналогичных превращений сннтезнрозаны композиционные кремнеземные сорбенты для обРащенно-Фазовой и ионообменной хроматографии. Исследование адсорбционных свойств трнфторстиролсодерзащих сорбентов позволило выявить оптимальный состав композиции для создания хроматографических сорбентов для разделения пептидов, белков, нуклеиновых кислот и антибиотиков.

политрифторстиролсодерхащих сорбентов выпушены на опытной установке Института химичесхой Физики в Черноголовке (ИХФЧ РАН). Сорбента наиши свое применение в лабораториях ИБХ им.И.м!Шемякина РАН. ВНИИНА» МГУ им М.В.Ломоносова и МИТХТ им.М.В.Ломоносова. Синтезированные материалы перспективны для использования их в качестве базовой матрицы для создания серии новых носителей для твердофазного синтеза пептидов и олигонуклеотидов, полимерных реагентов и различных ионообменных сорбентов.

Автор затииает. Способы синтеза кремнеземных сорбентов, модифицированных трифторстиролсодержашини полимерами, для обрашенно-Фазовой и ионообменной хроматографии биополимеров.

Высокую селективность указанных сорбентов по отношению к различным функциональным группам при разделении низкомолекулярных веществ, белков, пептидов и антибиотиков.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 5-ом Всесоюзном Симпозиуме по молекулярной жидкостной хроматографии (20-22'ноября 1990, Рига), 8-ой Международной конференции момдых ученых по органичесхой и биоорганической химии (2-9 ноября 1991, Рига), на Симпозиуме "Сорбенты для хроматографии" ассоциации хроматографистов им. М.С.Цвета и

Экспериментальные партии

Научного Совета по хроматографии РАН (25-26 октября 1992 г, Москва). Представлены и опубликованы тззнсы на 16-ом Международном Симпозиуме по Колоночной Жидкостной хроматографии (14-19 Июня 1992, Балтимор, СИЛ), на 4-ом Европейском Симпозиуме "Биохрокатография и молекулярная биология* (12-14 Мая 1992, Ля Гранде Котте, Франция).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов н списка литературы. В литературном обзоре рассмотрены различные аспекты синтеза композиционных полимерсодержаиих (в том числе, оторполимер-содерхаиих) сорбентов, обсуждается взаимосвязь между природой полимерного модификатора, способом модификации и свойствами сорбентов. Диссертация содержит страниц

машинописного текста, 37 рисунков, 9 таблиц. Список литературы насчитывает 138 наименований.

Г

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Г <•

1. СИНТЕЗ СОПОЛИМЕРА ТИС И МВДЭС. ЕГО ХЕНОСОРБЦИЯ НА

КРЕННЕЗЕНЕ 1.1. Синтез сополимера, его состав

Для синтеза политрифторстиролсодерхащих сорбентов был разработан способ нанесения тонкого (до 10 им) равномерного слоя трифторстиролсодержащего полимера на поверхность дисперсных пористых тел - силикагелей и макропористых стекол с размерами пор до 200 нм. Такой способ нанесения полимерной пленхи должен обеспечивать наиболее полное экранирование поверхностных силанольных групп, при этом должно быть исключено образование полимерных пробок в наиболее узких местах пор, а также пор, целиком заполненных полимером. Полимерное покрытие должно быть химически связано с поверхностью кремнезема, чтобы предотвратить его "вымывание" в условиях проведения хроматографии при использовании водно-органических элюентов, а также отрыв полимера в условиях полимераналогичных превращений. Структуры синтезированных в данной работе «торполимерсодержаших сорбентов приведены на рисунке 1.

¿Л

Si-0'

СИ

2 ?2

Í\ Ф

Si-CF-C&CF

\ 9=2 <6

П

Si-O'i СН2\

(о)

\ fCf^F Si- CF CF2 i <0>CF

Рисунок 1. Структуры синтезированных Фторсодержащнх кремнеземных сорбентов.

Один из подкопов к созлзння тахих полимерных покрытий

заключается в хемосорбцки на поверхности кремнеземов полимеров, ккеюоих в своем составе регшиокноспособные "якорные" группы. В данной работе для этой цели сополимеризацией в массе был синтезирован сополимер триФторстирола и НВДЗС, способный хемоссрбироваться на поверхности кремнезема, несусей силанольные группы, за счет реакции конденсации с этоксигруппаки полимера (структура 1 на рисунке 1).

Фракционный состав продукта сопояжеризацни был исследован методом гель-проникавщей хроматографии на колонке ИогЬох РЗН 60 с полистирольныки стандартами, злши» проводили безводным тетрагидрооураком .• .Подученные данные сведены в таблицу 1.

Первый пик, высокомолекулярный продукт, соответствует полимерным молекулам с смроким КНР. Второй пик, с молекулярной массой около ЮО Да, может быть только продуктом димеризации трифторстирола, который не удается удалить на стадии выделения полимера осаждением из реакционной смеси.

Таблица 1. Молекулярная масса синтезированного сополимера ТФС и ИВДЭС.

N пика т Ип Нн/Пп

1 12700 4500 2.8

! 2 400 350 1.14

Таблица 2. Нолекулярные массы выделенных еракций

сополимера ТФС и НВДЗС.

N Фракц. Нн Нп Нн/йп

1 11700 9000 1.5

2 6700 5700 1.17

3 ; 4500 4000 1.12

Для проведения экспериментов по изучения закономерностей хемосорбции сополимера на кремнеземе, методом дробного осахдения полимера метаносом из раствора в бензоле были выделены фракции полимера, характеризующиеся более узким НИР и полностью очиненные от в<мера, вносящего

ошибку при изучений кинетики и . построении изотерм хемосорбшф методами УФ - спектроскопии.

Состав полимера анализировался методами элементного анализа на С, Н, Р и ИК— спектроскопии (рис. 2).

Рисунок 2. ИК-слектр синтезированного сополимера ТФС и МВДЭС в таблетках с КВг.

Анализ состава полимера позволил опредилить его структуру:

-{СН-С^ср-СР)-

ЕШ-БгМе т ф'п ОЕ*

Состав сополимера, (соотношение звеньев триФторстирола и метилвинилдизтоксисилана) бал близок к исходному составу реакционной смеси мономеров. Синтез сополимеров при исходном молярном соотношении ТОО и НВЛЗС 5:1 и 10:1 позволял получить образцы, в которых на 1 звено силена приходилось соответственно 5 и, 10 звеньев ТФС. Таким образом, можно предположить, что константы сополимеризацин мономеров при сополимеризации триоторстирола и метнявинилднэтоксисилана близки к 1.

1.2. Хе;»сорбц!».я сополимеров стирола и КВЯЗС, ТОС и НВДЭС на

кргпнезенах.

Для изучения кинетики и построения изотерм хемосорбции сополкиеров были выбраны сополимеры ТСС и КВЛЭС. стирола (СТ) н НВЛЭС (данный сополимер был синтезирован в ИНЭОС РАН) с молекулданыки массами 11000 Да и достаточно узким КНР (Нн/Нп - 1.3). В качестве кремнеземной матрицы было выбрано макропористое стекло с диаметром пор 200 нм (НПС-2000), что позволило исключить эксклвзнонный ээдект при изучении кинетики хемосорбции сополимеров . на поверхности. Зависимости, характеризуете кинетику хемосорбции сополимеров СТ с ЮДЭС и Т®С с НВДЭС на НПС-2000 приведены на рисунке 3, из которого следует, что этот процесс завершается за 10-15 минут.

Скорость процесса хемосорбции, по дашьм элементного анализа модифицированного НПС-2000 и определении остаточного количества сополимера - по результатам ^-спектроскопии, одинакова для' обоих сополимеров, т.е. присутствие атомов фтора, сильных акцепторов электронов, в полимерной цепи не оказывает существенного влияния на реакционную способность якорных этоксигрупп.

Результаты, по изучение изотерм хемосорбции сведены в таблицу 3 и изображены на рисунке 4. Анализируя их, можно отметить, что количества хемосорбирупвихся сополимеров в диапазоне концентраций от 2.5 до 40 иг/мл, не зависят от температуры проведения реакции ( от 60 до 110 С). Причиной подобного явления мохет быть то, что для Фиксации макромолекулы на поверхности кремнезема достаточно реакции одной этоксигруппы с поверхностной силанольной группой, а

Сн</»» э

Рисунок 3. Кинетика хемосорбции сополимеров ТФС и НВДЭС

(1), СТ и НВДЭС (2) на НРС-2000.

О £р 120 ^мии

далее происходит конденсация других этоксигрупл полимера, мг/г г

410

Рисунок 4. Изотермы хемосорбиии сополимеров ТФС и НВДЭС (1). СТ и Н8ДЗС (2) на НПС-2000.

О {5 30 мг/нл

При этом скорость реакции определяется скоростью диэдузии макромолекулы к поверхности кремнезема. Именно это приводит к тому, что в отличие от модификации кретеземов ниэкомолекулярными органосиланами (скорость модификации поверхности определяется Фиксацией малых молекул), для полноты которой часто кспользупт длительное кипячение в толуоле (110 С), эффективность хемосорбиии сополимеров стирола и НВДЭС. ТФС н НВДЭС при 60 С и 110 С одинакова.

Таблица 3. Хеносорбция сополимеров СТ и НВДЭС, Т©С и НВДЭС на НПС-2000, измеренная методами У©-спектрометрии (1) и элементного анализа (2).

Сисх. мг/мл масса хеносорбнрованного полимера мг/г НПС-2000

60 С 80 С 110 С

1 г 1 ' 2 1 2

Сополимер СТ и НВДЭС

2.5 5.0 10.0 20.0 25.0 48.4 97 188 384 454 47.6 94.8 187 . 375 467 49.6 94.4 184.8 373 454 48 94.8 187.6 374.4 467 44 96.4 195.2 375 470 47.6 95.6 193 375 467.5

Сополимер ТФС и НВДЗ

2.5 5.0 10.0 20.0 39.7 . 79.6 180 348 40 7$ 182 346.5 42.3 74.4 188 336 43 75.3 190 340 44 84.4 184 369 46.4 85.6 189 371

Как следует из рисунка 4, при увеличении количества хемосорбировайного на НПС-2000 сополимера до 450 мг/гцпс не

наблюдается картины, характерной для физической адсорбции полимеров из растворов на поверхности пористых твердых тел, когда на изотерме после периода очень крутого роста набяадается горизонтальный участок, или продолжается слабое увеличение адсорбции, т.е. достигается насыщение поверхности.

В случае же хекосорбции сополимеров СТ или TOC с НВДЭС, наблюдается практически линейная зависимость количества хетессрбированного полимера от йсходной концентрации раствора, т.е. эффекта насыщения поверхности не наблюдается. Исходя из условий проведения эксперимента, нельзя объяснить этот Факт значительной Физической адсорбцией сополимера на поверхность, сформированную з результате хекосорбции первых молекул. Объяснением может служить следящее предположение: после Формирования полимерного слоя, обеспечивающего эффективное экранирование поверхности кремнезема, т.е. реакционноспособных силанольных групп, процесс хемосорбции других полимерных молекул может продолжаться за счет наличия в молекуле полимера силанольных групп, образуьпихся в результате гидролиза якорных этоксигрупп следами воды.. При этом наличие одной силанольной группы в полимере может оказаться достаточным для Фиксации другой полинерной молекулы.

На основании приведенных вьеэ данных мохно сделать вызод о том, что при синтезе хрокатограэических материалов путем хемосорбции алкоксисилансодергсаих сополимеров на поверхности кремнеземов, значительный избнтох полимерного модификатора *:ожет приводить к образования более сложной (культислоЗной) структуры полимерной сазы за счет взаимодеЛстзия алкоксигрупп сополимера с силанольными группами, входящзми в состав уже хекосорбкровакмых молекул сополимера. •

На основании данных по изучениэ хрокатографических свойств синтезированных сорбентов, минимальное количество хемосорбировакного сополииепа необходимое для эффективного экранирования поверхности кремнезема составляет 2Х для 11ПС-2000 и 8-10Z в случае синтеза сорбентов на основе силикагеля Silosorb 300.

1.3. Синтез гвдлитрлзтосстиролсодеряааих; кремнеземных сорбентов ".îtqsom ^-инициировснной радикальной пост-голике -

ризацни

В данной работе для синтеза политрифторстиролсодгржслих кремнеземных сорбентов такяе применялся метод Jf-иницияро-ванной радикальной пост-полимеризации триФторстирола У' пояс.тсх^ти пустой матрицы (структура 2 на рисунке 1) . При этом в кг.честзе исходной матрицы бил использован кремнезем предварительна модифицированный политетрафторэтиленом. Такой способ синтеза должен обеспечивать наиболее полное экранирование поверхностных силанолькчх групп, а Тьхже повышенную гидролитическую стабильность синтезированных сорбентов, т.к. поверхностный мличерный слой, отр;«» которого oiïsît сснсвной пг-ичиной разруи.-ения сорбента, связан с кремнеземной матрицей не легко гмдролизующимися связями Si—0—Si, а более стабильными связям:) С-С.

Синтез композиционных сорбентов проводился путем облучения при 77 К кремнезема, модифицированного П7ФЭ, с целью образования на его поверхности свободных, радиксов. Далее в систему парооаз::о вводился трифторстирол , при температуре 333 К. Необхода!;ость предварительного охлаждения кремнеьгма модифицированного ПТОЗ определяется тем, что радиолиз при более высоких температурах приводил к частичному разрушение ПТФЭ-слоя, вследствие чего возникают неоднородности полимерного покрытия поверхности, а это s свои очередь ухудвает. хроматографнческие свойства синтезированных сорбентов. Известно, что основным побочным процессом при радикальной полимеризации трифтсрстнролз является его димериззция, усиливакааяся при повыаэнии температуры. Вароятно этот процесс и является основной причиной того, что при пост-пояммеризации триоторсткрола непосредственно привитым к поверхности сказывается нг более ?5-30£ исходного моноигра, что было установлено по уменьшения агса образце после экстракции его толуолом. В тоже вргкя обазя конверсия нономера была близка х 100%. Повышенная температура (333 К) при поликгризаии1,! TTC оказалась необходимым условием образования привитого па,'итрн?торст;:рог.г (до 30 весовых процентоз по отношении к

#

исходной массе образца). При более низких температурах, заметной прививки политрифторстирола к поверхности кремнезема модифицированного ПТФЭ не происходит. Причиной этого может быть низкое давление паров ТФС, что приводит к низкой концентрации мономера вблизи поверхности.

1.4. Изучение структуры композиционных сорбентов

На рисунке 5 приведены ннт-тральные кривые вдавливания рг. ги в поры для образцов макропористого стекла (НПС-250, диакетр пор 25 ни)(кривая 1), НПС-250, модифицированного сополимером ТФС и МВДЗС (кривая 2) и .ПТОЗ (кривая 3), а также образца, полученного последовательной пост-полкмеризацией ТФЭ и ТФС на НПС-250 -(кривая 4).

Рисунок 5. Порограммы образцов НПС-250, кадисицнрованного сторсодергацики полимерии. Цифрами обозначены: 1 - НПС-250, 2 - НПС-250-ПТФС (структура 1 на рис.1), 3 - НПС-лтэ, и - НПС-250-ЯТ0Э-ПТФС (структура 2 на рис.1).

Модификация НПС полимерами приводит к уменьшении объема пор, это гозорит о том, что имеет место модификация не внсиней поверхности частиц» а собственно пор. Нанесение ? пол,1тр;«еторст1:ролсодераашего покрытия двукл различными способами (кривые 2 и 4) приводит к рэз.-нчнум изменениям объема пор по сравнении с объемами пор исхосых матриц (НПС-250 ¿ля кривой 2 и КПС-250-ПТФЭ для кривей Ч). Содержание политгифторстирола в обоих образцах соизмеримо и составляет порядка 10 вес.'. В случае модификации НПС-250 сополимером

ад ох <м ей Ой ШИ к ;н

TOC и НВЧЭС уменьшение объема" пор составляет ОД см5/г, а при прививочной полимеризации триоторстирола на НПС-250-ПТОЗ наблюдается уменьшение объема пор на меньшую величину -около 0.03 см3/г. Обьйснить данное различие можно с точки зрения различной жесткости исходных матриц по отношения к вдавливаемой в поры ртути. В случае, когда хемэссрбированнай согояимер ТСС » ИВЛЗС расположен на стко(..*тг жесткой поверхности >.рзмлезр'я, при вдавливании ptvth l пору вероятно происходит "распластизание" полимера, но за счет жесткости пожложхи все же наблюдается значительное уменьшение объема пор. Если же политрифторстирол привит относительно мягкой поверхности ПТйЯ. то она может служить неким демпгшром, т.е. тоже свипап. :я поп давлением ртут», что приводит к уменьшению вклака полмтгяотегглирольных иепей с общэе уменьшение объема пор.

Таким обраоо;!, при изучении .,'ктуры пористых поликерсодержгжих кремнеземных . сорбентов методом РП необходимо учитывать деформирующее влияние, оказываемое вдазливаемой ртутью hû с-оП полимерного модификатора. В целом, можно отметить, что модификация кремнеземов политриФторстиролсодержашимк полимерами не приводит к значительному изменении структуры исходной матрицы и обеспечивает равнонерноэ покрытие не поверхности частиц, а собственно пор.

2. ОБРАШШО-ФАЗОВАЯ БЭЖХ ЗАНЕЕЕННЫХ БЕНЗСЛОВ

На сферическом силякагела Silosorb 300 (dp=5 мкм). модифицированном сополимером TOC и НВЛЭС и гексаметклдисилазаном, определены исправленные времена удерживания и рассчитаны Факторы емкости (к') для н-алкия- и мэтилзамещенных бензолов при их эг.юированин водно-метанольным, водно-ацетонитрильным элюентами,

Нолекулы н-а'лкилбензолов, являясь неполярными, адсорбируится из полярных растворов метанола в вода на триФторстиролсодеряащем покрытии за счет дисперсионного взаимодействия молекул сорбата с хемосорбнрованными цепями

сополимера. для г:-.тдого злюента удерживаннз

алкилбеизолов с увеличением длины алкильной цепи возрастает, уменьшение не полярности элвента (при снижении содержания воды . и одновременном росте содержания органического компонента) приводит х уменьшения времен удерживания

Рисунок 6. Зависимость 1э(к'Ьот пс для н-злкилбензолов (А) и метилбензолов (Б). Колонка: (1) - НПС-250-ПТОЭ, (2Г-'Нурег511-(Ш5, (3) - ЗПобогЬ 300-ПТФС. Злсэнт: метанол-вода, (5:7) "

<

Для метигзаигшенных бензолов (рис.6 ) наблюдаются те зе закономерности, что и для н-алкилбензолов, однако пряизя зависимости 1д(к') - от п^ имеет излом в точке 0^=7, а удерживание метилбензолов меньше, чем н-алкилбензолоз. При сопоставлении хромзтографическйх свойств силнкагелей, модифицированных триоторстиролсодержаиими сополимерами, со свойствами обрзигнныл фаз, пыпусхаекых зэпубежнымн Фирмами (рис.6), видно, что удсркгаание исследуемых молекул адсорбатов примерно одинаково по силе. В тоже время, удерживание н-алхид- и н-метилбекзолов на силихагелях, модифицированных сополимером стирола и М8ЛЭС значительно сильнее, чем на трифторстиролсодеряавих сорбентах аналогичной структуры.

Для изучения селективности сорбентов полученных хемосорбцией сополимера ТФС на силнкагеле х различным Функциональным группам нами изучалась зависимость удерзсиззния замещенных бензолов от содержания и типа органического компонента в элсируютей смеси.

Сравнивая приведенные в таблице Факторы емкости к', моано отметить их закономерное увеличение в ряду

алкилбензолоз (рис.6).

к

птфэ<птес<пс. т.е. ПТФС-сьрбенты занимают среднее положение 00 адсорбционной активности.

Агй 02

0.1

Рисунок 7. Разделение галогенбензодов но колонгр ШсйогЬ ¿СО-ПТбС (250x4.й *...), Э5ЕЗНТ: ПЦЕТОИИТ, .¡л-вода 11:1). 1- бензол, 2- Фторбснзол, 5- хлорбензол, 4- бром-бекэол, 5- йодбензол. Скорость потока:! мл/мин.

10

¿0

Таблица 5. Факторы емкости (к') и селективности (а ) для замепенных бензолов. Элюент:метанол-вода (45:55).

ФУНКЦИОНАЛЬН. ПТОЭ- ТГГОС- ПСТ-

ГРУППА Фаза • фаза фаза

к 1 а* к • о к а*

1 ... -н 2.17 1.0 2.5 1.0 5.6 1.0

-ко? 2.32 1.07 2.5 1.0 5.5 0.98

2.7 1.3 • 2.3 1.16 6.1 1.09

-С1 3.13 11.44 3.17 1.3 6.5 1.09

-Вг 3.1 1.43 5.1 2.0 6.7 1.2

-I 3.16 ( 1.46 6.7 2.7 7.1 1.26

-ск5 2.53 11.17 3.8 1.52 С.З

о-р; -енг 3.27 1.51- 5.13 2.12 8.6 1.54

3.37 1.58 5.0 2.0 10.2 2.17

1.54 0.7 1.2 0.48 2.0 О.ЗС

Р-С1, -он 1.56 1 0.72 1.6 0.64 4.1 0.73

-СН2-';И-> -СОЯ - 1.97 1 0.92 2.0 0.8 З.С 0.54

2.09 0.96 2.13 0.8 3.6 0.64

о-С1, -СОН 2.5 0.94 2.15 1.16 4.0 0.71

1 -соон 1.5 0.7 0.34 0.14 2.6 0.45

р-Я.-СООК 1.6 1 0.71 0.57 3.23 3.2 0.57

О-Т, -СООН 1.57 ) 0.52 0.13 0.С5 3.3 0.54

о-Вг, -СООН 1.0 I 0.5 ! 0.43 0.17 2.2 0.4

(а )« к'.

бензола'* замеленного бензола

В таблице 5 приведены сравнительные данный для силикагелей, микшированных политетрафторэтиленом, сополимером триоторстирола и сополикгром стирола. В случае

разделения смеси галогенбензслов, заметно уменьшение времен удереии^ьия в ряду .1>Вг>С1>Р>Н, при сохранении бысокой селептискости, что позволяет легко разделять данные соединения (рис 7). Для ссех ззмеценных бензолов характерно тп что ггг л"'.ч-ьг,;<гпгнныь с<..де;чекЕ<я удеркиваэтея сильнее, чее- их анэлот— не содержащий атокоз галогенов.

з. об?., -Флзсздн хройАтагрдемя биологически активных ССЕ^НЕМЙЯ

Полнтри^торстирзясодерггдне кремнезогаые сорбенты были использог.анн иля обрагцвнна-мзозой хро:>"ато график различных пептидов, бедхсо и антибиотиков.

Ка сорбентах данного типа кззно успесмо разделять пэптидм п белкн с коле^уляунымн ..-.ссам;; от нескольких сотен (знл:"?'ин, бралихиннн) до десятков тысяч дальтон (бычий сывог-оточный ааьбуюг-'.Ь причем достаточно высокая седектиЕносгь разделе»:'-« наблюдается тс^ге и и?и разделении пептидзп и бел<оз близкой колекулярной массы (Рис.8).

Рисунок 8. Ззвисютсть удерживания пептидов н белков на колонка ГЗисХес^И ЮОО-ПТСС С250>А.5 та) от содержания вцетснитриха в зявзнте. Элягнт: 0.1Х ТОУ. Скорость потока: 1 кл/г«н. Цифрами обозначены: 1 - -знгоГ'Гкн. 2 - йг4-Суг-браднхкнин, 3 - ОНР-аланкн, 4 - лизоцяк, 5 - цитохрсн С, 6 - яичный сызоротсчныЯ альбумин, 7 - бачий сызороточкый альбу-пш. .

На рисунке 9 прмзедена хрокзтогракма разделения четырех белков ! -эндорсила, лизоиима, цитохрона С и яичного

-/О

£ 1

20 НО 0>0 80 У.И&СЫ

альбумина) на колонке

с Мис1ео*11 1000 ПТФС.

к ^о'/оНеСМ

20

1

3

60

Рисунок 9. Разделение р -зндорфииа (1), лизоцииа (2), цитохрома С (3) и яичного альбумина (4) на колонке №]с1ео£11 1000-ПТФС (250x4.£ км). Скорость элоента: 1 мл/мин. Буоер А: 0.12 ТФУ, буфер Б: 902 ацгтонитрила в буфере А. Градиент: 102-502 Б за 30 мин.

Известно, что лизоцим и цитохром С являются, сильноосновньии белками и характеризуются высокими значениями р1 (11 и 10,2 соответстственно). Следовательно, симметричность и небольшая ширина пиков, соответствующих этим белкам, свидетельствуют сб отсутствии влияния остаточных силансльных групп поверхности кремнезема на механизм их удерживания.

Как показано на рисунке 8, зависимости удерживания белков и пептидов на политриФторстиролсодержа^ем сорбенте имеат вид характерней для традиционных обращенных фаз типа с8"с18' что язляется подтверг.лением основной роли гидрофобного механизма удерживания Сэлкоеых ссрбатов на (сремнезеках модифицированных по^птркстсрстиролои. Низкая адсорбционная активность по.^.тристопстирилсодержа&чх кремнеземное сорбентов позволяет разделять в режиме обращенно-сазсаой хроматографии достаточно большие белки с молекулярной кассой до нескольких десятков тысяч Дальтон. Синтезированные Фторполниарсодоргсшие сорбенты были успешно применены для ОФ ВЭЖХ ряда реальных скесеГ; веществ пептидной и гликопептидной природы (рис, 10 и 11).

Рисунок 10. Разделение компонентов пчелиного яда на колонке ЭПаБОтЬ 300-ПТФС (250x4.6 мм). Элюент: 0.1Х ТФУ. Градиент 5-70* ацетонитрила за 30 мии. Скорость потока: 1 мл/мин. (1)-апЕжь (2)-МСВ-пептид, (З)-секапин, (4)-ФосФолипаза. (5)-мелиттин.

гликопептидных антибиотиков на колонке ЭПизогЬ 300-ПТФС (2x50 км). Элоент: 0.05М Фоссат аммония + 0.01 М фосфорная кислота. Скорость потока: 100 мо/мин. Цифрами обозначены: 1 - дигидрорубомицин, 2 - дигидрокарминомицин, 3 - рубоми-цин, 4 - карминомииин, 5 - дауномицин.

4. СИНТЕЗ ПОЯИТРИФТОРСТОРОЛССЩЕРКАШ ИОНООБМЕННЫХ СОРБЕНТОВ.

На основе ПТФС-компознционных сорбентов была синтезирована серия катионо- и анионооб,ченниксв различная емкости.

Одним из условий пригодности композиционной матрицы для синтеза ионообненников язляется ее стабильность в условиях полимераналогичных превращений при введении ионогенных групп. Попытка синтезировать катионообменник сульфированием политриФторстиролсодерхавего сорбента, подученного хемосорбцией сополимера ТФС и ИВДЭС на кремнезем (структура 1 на рис. 1), позволила получить образцы с емкостью не более 80 мкмоль/г. При повторном определении емкости после промывки колонки водой в течение 5 часов,. она уменьшилась более чем в два раза, что говорит о смывании полимера, а это в своп очередь определяется гидролизом связей $1-0-81 между поверхностью кремнезема и якорными группыми сополимера в процессе модификации сорбента хлорсульфоновой кислотой. С точки зрения стабильности,, наиболее подхохяоим оказался композиционный материал КПС-2000-ПТ®Э-ПТ®С. Обманная емкость сорбентов, синтезированных на его основе, не изменялась в ходе долговременной эксплуатации колонок, в различных 1 условиях (рН буфера от 2 до 9, органические элюенты. растворы различных солей). Высокая стабильность таких ионообменников определяется тем, что в процессе постполимеризации Фтормономеров образуется устойчивые.в условиях химической модификации связи С-С и ¿1-0.

Была изучена зависимость обменной емкости сорбентов от температуры реакционной смеси (таблица 8, рисунок 12). Ожидали, что увеличение температуры реакционной смеси при сульфировании политриФторстиролсодерхавего сорбента хлорсульфоноаой кислотой позволит синтезировать более емкие ионообменники. Оказалось, что при повышении температуры до 60 С емкость сульфвкатионообменников растет (Рис.8), а при переходе к более высокой температуре (77 С) наблюдается . уменьшение обменной емкости за счет деструкции полимерных привитых молекул и их отрыва от поверхности сорбента, о чем свидейтельствует окрашивание жидкой фазы реакционной смеси в

коричневый цвет.

Таблица 8. Емкость синтезированных сульФокатионообменни-ков.

N растворитель Температура Обменная емкость мхмоль/г

1 2 3 И СНС1г 3&2 СС14Э 20 ад 61 77 97 230 300 205

Наличие политривторстирола в растворе было подтверждено идентичностью УФ - спектров жидкой ©азы реакционной смеси и искусственно приготовленных растворов политрифторстирола в хлороформе.

Рисунок 12. Зависимость обменной емкости синтезированного сульфо-катионообменника НПС-ПТ®Э-ПТФС-503- от температуры реакционной смеси.

Таким образом, варьируя температуру реакционной смеси, можно получать ионообменники различной емкости (от 95 мкмоль/г до 300 мхноль/г). Ионообменные сорбенты с низкой емкостью и ■ адсорбционко инертной матрицей могут оказаться полезными при разделении биополимеров, так как наличие в молекулах биополимеров большого количества ионогенных центров; способных к взаимодействию с ионогенными группами сорбента, может приводить к его необратимой адсорбции, потерян, а также денатурации. Более ёмхие ионообменники перспективны для разделгния ннзкомолекулярных веществ.

На основе сульфохлоридных производных катионообменников путем реакции с алхилзамещенныки диакинами были

синтезированы образцы ЛНАЭ-сорбентов. Показано, что реакция сульфохлоридных групп и первичных аминогрупп происходит количественно при условии трехкратного избытка амина и проведении процесса в безводном хлороформе. _

Применение синтезированных ионообкенников в хидхостной хроматографии.

Синтезированные ионообменники были использованы для разделения инсулина и дезамидоинсулина, а ' также иуклеотидоосФатов (рис. 13.и 14). .

Азд 02

0.1

О

30

60

Рисунок 13. Разделение человеческого инсулина

(1) и дезамидоинсулина

(2) на колонке $11(когЬ ЗОО-ПТФЭ-ПтеС-БОз- С250х 4.Б мм). Скорость потока: 1 мл/мин. Буфер А: 0.02Н ИоОДг, 0.5П N001, рН 4.0. Бу«ер Б: 40Х НеСН в буфере А. Градиент 0-100Х Б за 60 мин.

1,мин

2.

025

Фатов аденозина на анио-нообменнике 511а$огЬ 300-

К(СН3)2 (50x4.6 им). Элюент: Трис-НСЪ 0.05Н КаС1 (рН 8.2). Скорость потока: 1 мл/кин.

3 - ,6 9

Ъ.ммк

вызолы

1. На основе дисперсных пористых кремнеземов, модифицированных политрифторстиролом и его сополимерами двумя альтернативными способами впервые синтезированы композиционные хроматограоические сорбенты.'

2. Впервые синтезирован сополииер трифторстиролэ и метилвинилдиэтоксисилана . и изучены закономерности его хекосорбции на поверхности макропористого стекла. Найдены оптимальные условия проведения химической модификации кремнеземов при сохранении пористости•■исходной матрицы. Обнаружена высокая селективность " политрифторстирол-содергатах сорбентов к галогенсодергаким соединениям.

3. "Показано, что.политрифторстиролсодержащие сорбенты, - . синтезированные двумя различными' способами имеют близкие

адсорбционные и хроматограоическне . свойства и занимают ! промежуточное положение по своим свойствам между

I кремнеземами, модифицированными политетрафторэтиленом и

| полистиролом.

Показано, что синтез сорбентов путем последовательной У -инициированной пост-полимеризации i тетраоторэтилена и трифторстиролэ на поверхности кремнеземов

позволяет получать материалы, обладающие высокой гидролитической стабильностью. На их основе впервые синтезированы катионо- и анионообменные сорбенты с широким диапазоном концентрации ионообменных групп.

5. Показано, что политрифторстиролсодержащие композиционные сорбенты являются перспективными материалами для высоко эффективной жидкостной хроматографии пептидов, белков . нуклеиновых кислот и антибиотиков. Показано применение. таких сорбентов для очистки генно-инженерного инсулина.

(

Основные результаты диссертации излоаекы в следующих работах:

1. В.Б.Сабуров, Н.Р.Нуйдинов, А.Л.Катаев, С.а.Гурьянов, -С.К.Туркин, В.П.Зубов. Оторполкперсодерзащцг кремнеземные

сорбенты и их применение в хроматографии биологически активных веществ. Симпозиум по молекулярной жидкостной хроматографии, Рига, 20-22 ноября 1990 г., с.207.

2. A.D.Kataev, V.V.Saburov, L.A.Fonlna, S.A.Guryanov. Application of пен polymer coated silica adsorbents for lsolotion of hyroorol factors produced by bone гааггои cells. 8-th Conference on bioorsanic chemistry, Riga, Nov.2-9,

1991, p 292.

3. V.V.Saburov, H.R. Kuydinov, A.D.Kataev, S.I.Turkln, V.P.Zubov Novel composite silica sorbents aodlfied with fluoropolyraers for chromatography of bionolecules, 4-th European Meeting of G.F.B.C., Lo Grande, France, 12-14 Hoy,1992.

4. V.V.Saburov, M.R.Huydinov^ A.D.Kataev, S.I.Turkin, V.P.Zubov. Novel conposite silica sorbents aodifieed Hith PTFE for chromatography of bipmolecules. lG-th Synphosius on Column Liquid Chromatography. Baltiaore, USA, June 14-19,

1992.

5. В.В.Сабуров, Н.Р.Нуйдинов, А.Д.Катаев, С.А.Гурьянов, С.И.Туркин, В.П.Зубов. Перфторполимерсодерхааие кремнеземные сорбенты и их применение в обракеннофазовой хроматографии биополимеров. Журнал физической химии, 1991, N10, т.65, с.2632-2698.

6. А.Д.Катаев, В.В.Сабуров, И.Б.Кашинистова, В.П.Зубов. Синтез и свойства кремнеземных политриФторстиролсодержаних сорбентов. Сорбенты для хроматографии, 1992. с.9.

7. В.В.Сабуров, Н.Р.Нуйдинов, А.Д.Катаев, Б.П.Зубов. Политетрафторэтиленсодержашие кремнеземные сорбенты: взаимосвязь способа получения и структурных характеристик. Сорбенты'для хроматографии. Носква, 1992, с.8.

8. 'В.В.Сабуров,' Л.А.Фонина, А.Д.Катаев, С.А.Гурьянов, А.А.Нихайлова. Гуморальные Факторы костного мозга: выделение н очистка. Химико-Фармацевтический журнал, 1993 (в печати).