Сорбционно-хроматографическое разделение и концентрирование флавоноидов с использованием наноструктурированных материалов

Беланова, Наталья Анатольевна

Сорбционно-хроматографическое разделение и концентрирование флавоноидов с использованием наноструктурированных материалов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

Беланова, Наталья Анатольевна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Воронеж МЕСТО ЗАЩИТЫ

2013 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.02 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Сорбционно-хроматографическое разделение и концентрирование флавоноидов с использованием наноструктурированных материалов»

Автореферат диссертации на тему "Сорбционно-хроматографическое разделение и концентрирование флавоноидов с использованием наноструктурированных материалов"

На правах рукописи

Беланова Наталья Анатольевна

СОРБЦИОННО-ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ФЛАВОНОИДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

02.00.02 - аналитическая химия

. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

18 АПР 2013

Воронеж-2013

005057608

Работа выполнена в Воронежском государственном университете

доктор химических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ Селеменев Владимир Федорович

кандидат химических наук, доцент Карпов Сергей Иванович

Сумина Елена Германовна, доктор химических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет», профессор

Шапошник Алексей Владимирович, доктор химических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный

университет им. К.Д. Глинки», заведующий кафедрой химии

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии Наук Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского, ГЕОХИ РАН

Защита состоится «13» марта 2013 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.038.19 при Воронежском государственном университете, расположенном по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1, ауд. 439.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан 11 февраля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор

Научный руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты

Крысин М.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Определение флавоноидов в растительном материале является непростой задачей в связи с их многообразием, а также присутствием большого количества сопутствующих компонентов. Интерес к данной группе веществ обусловлен в первую очередь их высокой антиоксидантной активностью. При извлечении из растительного сырья и биологических жидкостей человека выбор способов определения и концентрирования флавоноидов является весьма актуальным. На этапе пробоподготовки для данной цели наиболее перспективно использование сорбционно-хроматографических методов, что позволяет сократить число стадий, а также расход токсичных растворителей. При выделении и определении флавоноидов часто используют силикагель и композиты на его основе (например, силикагель с привитыми октадецильными группами С^), целлюлозу и полиамид, которые имеют хаотичное расположение пор с широким распределением их по размеру. Такая структура материалов часто обуславливает значительные диффузионные затруднения и размывание сорбционных зон хроматографируемых веществ.

В конце прошлого века впервые был синтезирован высокоупорядоченный наноструктурированный мезопористый . материал МСМ-41. По своей химической природе он идентичен силикагелю, но имеет большие значения удельной площади поверхности (более 1000 м2/г), узкое распределение пор по размерам (2-10 нм) гексагональной структуры, что позволяет использовать его в качестве сорбента. МСМ-41, а также модифицированные органосиланами композиты на его основе могут быть использованы в качестве альтернативы силикагелю и другим сорбентам в хроматографических процессах и для сорбционного концентрирования и выделения полифенольных веществ. Повышение селективности мезопористых сорбентов, увеличение эффективности разделения флавоноидов может быть достигнуто путем создания высокоселективных материалов на основе систем, «структурно ориентируемых», на целевой сорбат. Сведения о применении мезопористых материалов МСМ-41, модифицированных органосиланами и синтезированных в присутствии полифенольных веществ, для определения и концентрирования кверцетина и (+)-катехина в литературе отсутствуют. Поэтому разработка новых способов концентрирования и разделения флавоноидов с использованием выше описанных сорбентов является перспективной в области аналитической химии.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы СгаШ-00020/8/711/2012-1.2.1-12-000-1003-036. Соглашение № 14.В37.21.0804

Целью данной диссертационной работы является установление физико-химических закономерностей разделения и концентрирования флавоноидов с использованием силикагеля и высокоупорядоченных мезопористых материалов, а также разработка способов их практической реализации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- разработать способ модификации органосиланами высокоупорядоченного материала МСМ-41, позволяющий регулировать структуру, гидрофобность, сорбционные свойства композитов по отношению к флавоноидам;

- установить влияние добавки флавоноидов при синтезе мезопористых материалов на их поверхностные свойства, структуру, гидрофобность и сорбционную способность по отношению к полифенольным веществам;

- установить зависимость эффективности разделения близких по физико-химическим свойствам полифенольных веществ от структуры, упорядоченности, гидрофобности мезопористых сорбентов;

- разработать способы количественного определения кверцетина и (+)-катехина при их совместном присутствии с использованием тонкослойной (ТСХ) и жидкостной хроматографии, твердофазной экстракции (ТФЭ), УФ-спектрофотометрии.

Научная новизна.

Показано влияние состава подвижной фазы (с учетом полярности системы), структуры и физико-химических свойств неподвижной фазы на разделение полифенольных веществ, относящихся к различным подгруппам флавоноидов, методом ТСХ.

Установлено влияние модификации мезопористых сорбентов МСМ-41, поверхностной плотности силанольных групп на сродство материала к разделяемым флавоноидам с учетом полярности подвижной фазы.

Методами низкотемпературной адсорбции/десорбции азота, просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа изучена возможность образования высокоупорядоченной гексагональной структуры, ее изменения при силилировании и синтезе материалов с молекулярными отпечатками флавоноидов. На основе данных термогравиметрии, ИК-спектроскопии, конкурентной адсорбции воды и толуола показано влияние условий синтеза и модификации на поверхностную плотность силанольных групп и гидрофобность материалов. Синтезированные сорбенты обладают большим сродством по отношению к флавоноидам по сравнению с немодифицированным силикагелем и мезопористым материалом МСМ-41.

Показано, что снижение поверхностной плотности силанольных групп и гидрофобности мезопористого материала увеличивают степень извлечения и концентрирования флавоноидов. При синтезе высокоупорядоченных материалов с молекулярными отпечатками флавоноидов удается добиться подавления каталитической активности сорбента по отношению к кверцетину и (+)-катехину по сравнению с силикагелем и исходным МСМ-41.

Предложен способ разделения и концентрирования кверцетина и (+)-катехина в динамических условиях в режиме фронтального хроматографирования с использованием силилированных материалов и мезопористых сорбентов с молекулярными отпечатками флавоноидов.

определения кверцетина и (+)-катехина, включающий в себя сорбционное концентрирование в колонке, заполненной мезопористыми материалами, с последующим спектральным или хроматографическим определением веществ.

Разработан способ спектрофотометрического определения флавоноидов в многокомпонентных растворах по методу Фирордта. Разработан способ хроматографического определения в тонком слое сорбента полифенолов, относящихся к различным подгруппам органических веществ: гликозидов (рутина и нарингина) и агликонов флавоноидов (кверцетина, (+)-катехина) - в их многокомпонентной смеси.

Новизна способа получения материалов с молекулярными отпечатками кверцетина и (+)-катехина и способа разделения флавоноидов подтверждена заявкой на патент № 2012118008 от 5.05.2012.

На защиту выносятся следующие положения:

- дифференцирующее влияние органического модификатора подвижной фазы на степень протонирования фенольных групп в условиях тонкослойной хроматографии на силикагеле и полиамиде приводит к увеличению хроматографического разрешения и селективности разделения гликозидов и агликонов флавоноидов;

- способы синтеза и модификации мезопористых высокоупорядоченных материалов, основанные на формировании и сохранении гексагональной наноструктуры силикатной матрицы в присутствии поверхностно активного вещества с добавками кверцетина и (+)-катехина;

- сорбционная емкость высокоупорядоченного материала МСМ-41 и композитов на его основе, а также рост коэффициентов распределения кверцетина и (+)-катехина в системе раствор-сорбент по сравнению с силикаг'елем позволяют достигать увеличения степени извлечения и концентрирования флавоноидов;

- способы определения флавоноидов методами ТСХ и спектрофотометрии, позволяющие детектировать вещества при совместном присутствии в их многокомпонентных смесях с предварительным концентрированием аналитов на мезопористых материалах.

Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, из них 5 статей в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК. Основные результаты работы представлены и доложены на Международном конгрессе «International Congress on Analytical Sciences ICAS-2006» (Moscow, 2006), Всероссийском симпозиуме «Хроматография и хромато-масс-спектрометрия» (г. Клязьма, 2008), XIII и XIV Всероссийском симпозиуме с участием иностранных ученых «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности» (г. Клязьма, 2009 и 2010), III Всероссийском симпозиуме «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии» (г. Краснодар, 2011), XIII Международной конференции «Физико-химические основы ионообменных и хроматографических процессов» (г.Воронеж, 2011), Всероссийской конференции по аналитической спектроскопии с международным участием (г. Краснодар, 2012), IV Международной конференции «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья» (г. Белгород, 2012), VI Всероссийской конференции

«Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах - ФАГРАН-2012»(г. Воронеж, 20i2).

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 191 наименование и приложения. Работа изложена на 169 страницах, содержит 56 рисунков и 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснованы актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, изложена новизна, практическая значимость результатов и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлена классификация флавоноидов, обобщены и систематизированы литературные данные по основным методам разделения и концентрирования флавоноидов на сорбентах различного типа. Описаны способы синтеза и модифицирования мезопористых материалов.

Во второй главе «Экспериментальная часть» представлены свойства реактивов и характеристика оборудования, используемых в работе. В качестве объектов исследования были выбраны кверцетин, (+)-катехин, рутин и нарингин (рис. 1), относящиеся к разным подгруппам флавоноидов.

Разделение веществ проводили методом восходящей ТСХ в стандартных камерах для хроматографирования на пластинах «Sorbfil ПТСХ-П-А» и «Fluka Polyamid 6». Количественную обработку осуществляли с использованием программы «Sorbfil Videodensitometer» (ЗАО «Сорбполимер»). В качестве подвижной фазы использовались элюенты, включающие растворители различной полярности: бензол, ацетон, амиловый и этиловый спирты,

рутин нарингин

Рис. 1. Структурные формулы некоторых флавоноидов Представлены способы модификации мезопористого сорбента МСМ-41 триметилхлорсиланом (Sigma, США). Приведены условия получения высокоупорядоченного аналога МСМ-41 с молекулярными отпечатками кверцетина и (+)-катехина. Описаны методики изучения структурных характеристик мезопористого сорбента МСМ-41 и композитов на его основе по данным адсорбции/десорбции азота при 77 К, рентгеноструетурного анализа, ИК-спектроскопии. Расчет удельной поверхности мезопористых материалов

проведен с использованием уравнений Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), оценка распределения пор по размерам осуществлена методом Баррета-Джойнера-Халенда (Barrett-Joyner-Halenda-BJH). Определение

термостабильности образцов проводили на термоанализаторе TGA/SDTA 85le (Mettler-Toledo GmbH, Германия) в диапазоне температур 25-1000 °С. Описаны методики изучения сорбционных свойств, гидрофобности МСМ-41 и его модифицированных аналогов на основе данных конкурентной адсорбции воды и толуола. Представлены особенности оценки индексов гидрофобности мезопористых материалов при использовании установки, включающей в себя систему термостатирования анализируемых материалов в реакторе при непрерывном пропускании адсорбатов и on-line определении толуола и воды на газовом хроматографе НР-5890 с капиллярной колонкой и детектором по теплопроводности.

Представлены способы изучения сорбционного разделения, концентрирования кверцетина и (+)-катехина мезопористыми сорбентами в статических и динамических условиях.

В третьей главе «Получение модифицированных материалов на основе МСМ-41» обсуждается влияние условий модификации МСМ-41 триметилхлорсиланом и синтез мезопористых материалов с молекулярными отпечатками флавоноидов. Структура МСМ-41 с достаточно высокими значениями удельной плотности силанольных групп (2,5-3,0 ммоль/г), с одной стороны, обуславливает значительное сродство к молекулам воды, хотя и меньшее по сравнению с силикагелями. С другой стороны, это способствует проявлению каталитической активности и ограничивает использование данного материала в качестве эффективного сорбента для ТФЭ и хроматографии. Снижение удельной плотности поверхностных силанольных групп, а также возможность регулировать гидрофобно-гидрофильный баланс в настоящей работе достигается двумя путями. Первый состоит в прививке к МСМ-41 силилирующего агента - триметилхлорсилана. Второй - в получении мезопористого материала со структурой, аналогичной МСМ-41 с молекулярными отпечатками полифенольных веществ.

сн,

-Si—о-н № si_0-|i-CH,

6 a-si—сн, о си, >-°-н + ^ _

Ч . _ __ -на --L

-Si-0-H СН, -Si—O-íi-CH;

—¡51-и—П. ЫЧ Г

<( а—и—сн, Я

¿н,

Рис. 2. Схема модификации МСМ-41 триметилхлорсиланом Силилирование мезопористого сорбента МСМ-41 осуществляли триметилхлорсиланом по приведенной выше схеме (рис. 2). В качестве растворителя при модификации использовали трихлорметан. Предварительно были выбраны условия активации материала для удаления адсорбированных молекул воды и изменения реакционной способности поверхностных силанольных групп, участвующих в образовании водородных связей с соседними ОН-группами. Для оценки возможности применения материала в

качестве высокоэффективных сорбента необходимо контролировать их структурные характеристики.

Таблица 1. Поверхностные и объемные Методами низкотемпературной свойства исходного и силилированного адсорбции/десорбции азота и

рентгеноструктурного анализа определяли зависимость изменения пористости, удельной площади поверхности (табл. 1), степень упорядоченности получаемых материалов, их гидрофобность. При модификации МСМ-41 триметилхлорсиланом (МС|) сохраняется упорядоченная структура сорбента, практически не меняется удельная площадь поверхности материала (1100-1200 м2/г), сохраняется узкое распределение пор по размерам. Уменьшается лишь объем (до 0,9 м /г) и диаметр (до 3 нм) пор (табл. 1).

Синтез мезопористых материалов с молекулярными отпечатками кверцетина и (+)-катехина проводили методом жидкокристаллического темплатирования в присутствии структурообразующего поверхностно активного вещества. В настоящей работе для этого использовали цетилтриметиламмония бромид (СТАВг). В качестве модификатора использовали кверцетин и (+)-катехин. Одновременно синтезировали образец сравнения без добавки флавоноидов. В результате получали реакционную смесь, характеризующуюся мольным соотношением

1,0 8Юг:1,0 Иа20:1,0 СТАВпЮО НгОП-Ю ^ЫО"4) Оиегсейп - М(}1 (М(}2) или 1,0 8Ю2:1,0 На20:1,0 СТАВп 100 Н20:1 • 105( 1 ■ 10"4) (+)-СаЬхЫп^МК1 (МК2).

Направленным синтезом высокоупорядоченного силиката с молекулярными отпечатками кверцетина и (+)-катехина достигнуто изменение пористости, гидрофобности и, как следствие, сорбционных свойств материалов. На основе данных рентгеноструктурного анализа, низкотемпературной адсорбции/десорбции азота (рис. 3), просвечивающей электронной микроскопии можно говорить о том, что" добавка в реакционную смесь флавоноидов в процессе синтеза приводит к получению высокоупорядоченных материалов. Композиты с молекулярными отпечатками кверцетина и (+)-катехина (М<3 и МК) имеют гексагональную структуру, площадь поверхности 900-1200 м2/г, распределение пор по размерам в интервале 2,0-4,5 нм (табл. 2). Можно полагать, что М<3 и МК характеризуются наноструктурированностью, аналогичной МСМ-41.

Образец 5уд» м/г V* см3/г <1р, нм

МСМ-41 1100 1,25 4,52

Мод. композит (Та=130'С) 1140 0,87 3,13

Мод. композит (Т„=500'С) 1221 0,88 2,91

Рис. 3. Изотермы низкотемпературной адсорбции/десорбции азота МСМ-41 (1), М()1 (2), М()2 (3), МК2 (4)

Таблица 2. Поверхностные и объемные свойства МСМ-41 и мезопористых материалов с молекулярными отпечатками

Методом термогравиметрии (рис. 4) показано, что при увеличении содержания

флавоноида в реакционной смеси в процессе синтеза композита снижается удельная плотность БЬОН групп от 3,0 групп/нм2 для МСМ-41 до 2,5-1,7 групп/нм2 в зависимости от условий синтеза. При этом структура материалов зависит не только от природы добавленного флавоноида, но и от его концентрации. Очевидно, падение поверхностной плотности силанольных групп сопровождается снижением сродства к молекулам воды, что и было подтверждено данными ИК-спектроскопии (рис. 5).

О 500 1000

»Лвишивж»^»

Параметр МСМ-41 образец сравн. МК1 М<21

м^/г 1025 1020 1166

Объем пор, см'/г 0,69 1,36 0,85

Диаметр пор, нм 2,74 4,35 2,61

-0,01

-0,02 ■

! 1.-с

-1

•0.03 •

¿т/А

Рис. 4. Дифференциальные термогравиметрические кривые МСМ-41 (1), МК1 (2), МК2 (3), М<21 (4), М<22 (5)

2300 3000 3500 4000

Рис. 5. ИК-спектры диффузного отражения мезопористых материалов МСМ-41 (1), МК1 (2), МК2 (3), М()1 (4). М02 (5)

„ четвертой главе «Сопбцнонно-хроматографнческое разделение Флавоноидов па сорбентах различной природы» обсуждается влияние природы и структуры сорбента на хроматографические параметры удерживания флавоноидов.

Многокомпонентность растворов флавоноидов при их извлечении из растительного сырья и при определении в физиологических жидкостях человека требует выбора условий хроматографирования. Метод тонкослойной хроматографии является наиболее простым и доступным. Для увеличения эффективности в ТСХ проводят варьирование состава элюента и типа неподвижной фазы (НФ). Изменение состава подвижной фазы (ПФ) - наиболее экономичный способ повышения качества хроматографической методики. Изменение полярности растворителя приводит к необходимости учета влияния природы взаимодействий в системе сорбат-сорбент-растворитель на гликозидированные формы флавоноидов (рутин и нарингин) и агликоны (кверцетин и (+)-катехин). Для большинства используемых систем рутин и нарингин (11(=0,2-0,7) лучше удерживаются силикагелем, чем кверцетин и

(+)-катехин (Я(=0,8-0,9) (рис. 6). При этом параметры хроматографирования рутина и нарингина зависят от состава и свойств растворителей, используемых для элюирования.

ол

4.5

5,5

Рис 6. Изменение относительной скорости перемещения (+)-катехина (1), кверцетина (2), нарингина (3), рутина (4) при варьировании доли этилацетата

Рис 7. Зависимость относительной

скорости перемещения от Р' в системах элюирования на основе этилацетата: (+)-катехин (1), кверцетин (2), нарингин (3), рутин (4)

При выборе наиболее подходящего соотношения компонентов ПФ оценивали полярность системы растворителей с использованием таких параметров как диэлектрическая проницаемость (сг), параметр полярности по Снайдеру (Р') (рис. 7), параметр растворимости Гильдербранда (6Т). Для характеристики полярности среды использовали аддитивное уравнение (1):

Таблица 3. Хроматографические параметры эффективности

и селективности разделения флавоноидов в ПФ на основе этилацетата на пластинах «5огЬ]ИТТТСХ-П-А» (п=3, Р=0,95)

| N. т.т./м | И,* |

Сорбат

Иг

Р-5,23

(1)

где 5/ - сила растворителя ¡-го компонента, р, - объемная доля /-го компонента

Как видно из рис. 7 и табл. 3, варьирование полярности ПФ приводит к изменению удерживания гликозидированных форм

флавоноидов (рутина и нарингина). Увеличение Р' при использовании систем элюирования, в которых основными компонентами являются этилацетат и амиловый спирт (наиболее часто применяемые растворители при определении флавоноидов), способствует

изменению взаимодействий сорбат-сорбент. Наличие минимума значений относительной скорости перемещения (Я^ для нарингина и рутина (рис. 7) обусловлено не столько изменением полярности по Снайдеру, сколько увеличением объемной доли органического модификатора (уменьшение Яг) и ростом Яг с увеличением объемной доли уксусной кислоты, что способствует изменению степени

Кверцетин 0,90±0,03 9200 1,0 1Д

(+)-Катехин 0,88±0,02 8800 2,5 1,5

Нарингин 0,83±0,03 7800 1.5 1,2

Рутин 0,ВОЮ,03 7300 - -

Р'=4,50

Кверцетин 0,93±0,02 9800 2,2 1,7

(+)-Катсхин 0,89±0,03 8900 27,5 15,4

Нарингин 0,34*0,02 1300 9,3 2,9

Руган 0,15±0,03 260 - -

Р'=4,14

Кверцетин 0,95±0,02 10300 1,2 1,5

(+)-Катехин 0,93±0,03 9800 14,7 7,3

Нарингин 0,63±0,02 4600 8,3 2,0

Рутин 0,47±0,03 2500 - -

- рассчитаны между двумя соседними зонами

протонирования полифенольных групп и позволяет регулировать разделение близких по природе и физико-химическим свойствам веществ, таких как гликозиды и агликоны флавоноидов. При этом наибольшее различие удерживания гликозидов и агликонов флавоноидов наблюдается в системах элюирования этилацетат-уксусная кислота-вода (ЭУВ) (80:10:10; 90:5:5) и амиловый спирт-уксусная кислота-вода (АУВ) (60:20:20; 50:26:24; 50:25:25). Результаты хроматографирования смеси флавоноидов в тонком слое сорбента показывают, что удовлетворительного разделения не всегда можно добиться варьированием только ПФ. Таблица 4. Параметры хроматографирования флавоноидов на пластинах «Polygram Polyamid 6» (п=3, Р=0,95)

Сорбат I Rf | N, Т.Т./М | R,» | а"

амиловый спирт-уксусная кислота-вода (50:25:25)

Кверцетин 0,27±0,03 190 0,2 1,1

(+)-Катехин 0,28±0.03 215 8,2 11,1

Нарингин 0,81 ±0,02 3777 2,2 1,9

Рутин 0,5! ±0,02 1024

этилацетат-уксусная кислота-вода (55:20:20)

Кверцетин 0,38±0.02 285 0,2 1,1

(+)-Катехин 0,37±0.02 400 2,1 1,8

Нарингин 0,51 ±0,02 1024 1.7 1,6

Рутин 0,64±0,02 1540

Изменение состава ПФ не оказывает значительного влияния на величину Яг кверцетина и (+)-катехина (рис. 6, табл. 3), что говорит о независимости механизма удерживания данных веществ. В этом случае необходимо прибегнуть к варьированию неподвижной фазы. При

использовании качестве НФ

полиамида в относительная

* - рассчитаны между двумя соседними зонами

скорость перемещения агликонов (кверцетина и (+)-катехина) снижается, а гликозидированиых

форм флавоноидов, наоборот, увеличивается (табл. 4).

Для эффективного разделения полифенолов и их концентрирования удобно использовать варианты ТФЭ и колоночной хроматографии при варьировании природы сорбента. В настоящей работе изучали процесс сорбции кверцетина и (+)-катехина методом колоночной хроматографии в режиме фронтального элюирования на силикагеле, силикагеле с привитыми октадецильными группами (С18), высокоупорядоченном материале МСМ-41 (рис. 8), силилированном композите, а также материале с молекулярными отпечатками флавоноидов из водно-органических растворителей.

Рис. 8. Выходные кривые сорбции (+)-катехина (1) и кверцетина (2) из ацетонитрилыюго раствора их смеси на МСМ-41

Рис. 9. УФ-спектры раствора смеси флавоноидов до (1) и после (2) контакта с МСМ-41

При пропускании до 15 относительных объемов смеси кверцетина и (+)-катехина через колонку, заполненную МСМ-41, на выходе получается фракция, обогащенная (+)-катехином (рис. 8). Данный флавоноид практически не удерживается МСМ-41. Кверцетин, напротив, характеризуется большим объемом удерживания (У/Уо=15). Каталитическая активность поверхностных 81-ОН групп сорбента сказывается при хрсматографировании кверцетина и (+)-катехина на силикагеле и исходном мезопористом материале МСМ-41. При этом изменения в структуре веществ сопровождаются смещением полос в спектрах кверцетина и (+)-катехина в УФ-, видимой (рис. 9) и ИК-областях электромагнитного излучения. Снижение поверхностной активности силанольных групп может быть достигнуто путем применения силикагеля с привитыми октадецильными группами (С^), складирования мезопористых сорбентов и получения материалов с молекулярными отпечатками флавоноидов.

При хроматографировании кверцетина и (+)-катехина на С^ состав и природа растворителя мало влияют на их удерживание. Для обоих веществ проскок наблюдается уже в первых фракциях элюата. Можно говорить о незначительном удерживании веществ при их сорбции из водно-спиртовых и водно-ацстонитрильных растворов. Удерживание значительно увеличивается при хроматографировании водного раствора (+)-катехина (рис. 10, кривая 4). В данных условиях появляется возможность его выделения и концентрирования.

При сорбции флавоноидов на МС! (рис. 11) наблюдается улучшение сорбционной способности по сравнению с немодифицированным МСМ-41 и увеличение селективности сорбента по отношению к одному из флавоноидов. Кверцетин

удерживается с проскоком вещества на выходной кривой после пропускания через слой сорбента более 16 относительных объемов смеси. На выходе из Рис. II. Выходные кривые сорбции хроматографической колонки

(+)-катехича (1) и кверцетина (2) получается фракция, обогащенная из ацетонитрильного раствора га смеси (+)-катехииом на силилированном композите (МС1)

о ю го эо «о » Рис. 10. Выходные кривые сорбции (+)-катехина на Сц из растворов в 70%- (1), 96%-ом этаноле (2), ацетонитриле (3), воде (4)

Изменение удерживания веществ достигается также при использовании материалов с молекулярными отпечатками флавопоидов. В данном случае появляется возможность регулирования доступности силанольных групп и их способности участвовать в процессах необратимой сорбции полифенольных веществ. При этом необходимо отметить большую роль ПФ - растворителя, который влияет на процессы, протекающие в фазе сорбента. При применении ацетонитрила сорбционная способность материалов с молекулярными отпечатками практически не позволяет разделять кверцетин и (+)-катехин. Добавление к ацетонитрилу аммиака позволяет регулировать возможность образования водородных связей между силанольными группами сорбента и фенольными группами сорбата. При пропускании 14 относительных объемов смеси на выходе получается фракция, обогащенная (+)-катехином. Таблица 5. Степень извлечения На основе данных по сорбции (Я. %) и коэффициенты распределения флавоновдов из ацетонитрильных (й) кверцетинагю различных сорбентах растворов в статических условиях

были рассчитаны степень извлечения (К, %) и коэффициенты распределения (Б) полифенольных веществ (табл. 5). Степень извлечения флавопоидов увеличивается при переходе от силикагеля к мезопористым сорбентам. В ряду рост коэффициентов распределения

Сорбент Я, % Р

Силикагель 40±5 100

МСМ-41 60±6 130

МС, 74±5 270

М01* 95±6 1360

*- аммиачный (0,5%) раствор в ацетонитриле

МСМ-41 <МС 1 <М(31 наблюдается кверцетина. Величина импритинг-фактора (№) материала с молекулярными отпечатками была определена на основе значения сорбционной емкости сорбента по отношению к кверцетину при концентрациях флавоноида в растворе, соответствующих линейному участку

((1,5-5,0)-10'5 моль/дм3) изотерм сорбции. № рассчитывали как отношение коэффициента распределения кверцетина при использовании материала с молекулярными отпечатками к коэффициенту распределения этого соединения в случае материала сравнения. Значение П7 для МС?1 составило 10,5, что говорит об увеличении селективности материала по отношению к кверцетину по сравнению с силикагелем и МСМ-41.

Пятая глава «Определение Флавопоидов в молельных н реальных растворах хроматографнческимн и оптическими методами анализа» посвящена способам определения кверцетина и (+)-катехина методами ТСХ и УФ-спектрофотометрии с их предварительным концентрированием и разделением на высокоупорядоченных мезопористых материалах, а также выделения флаван-3-олов из растительного образца с использованием жидкостной экстракции.

Метод ТСХ наиболее эффективен при определении флавоноидов в растительных материалах и фармацевтических препаратах при их достаточно высоком содержании (табл. 6). В главе 4 показано, что наибольшая эффективность хроматографирования многокомпонентных смесей достигается при использовании в качестве ПФ системы амиловый спирт-уксусная кислота-вода (50:25:25), в которой и проводили количественное определение.

Таблица 6. Аналитические характеристики определения кверцетина и (+)-катехина методом ТСХ

Вещество Диапазон концентраций, моль/дм3 Уравнение регрессии Спи, моль/дм3 гс у мо, и

(+)-Катехин (0,25-5)-102 8=(280±22)с+(0,5±0,1) Я3=0,9967 0,25-10"2 7,2

Кверцетин (0,3+0,8)-10~2 8=(450±98)-с-(0,9±0,2) Л2=0,9937 0,30-10"2 8,5

При концентрациях 1-Ю"3 моль/дм3 и ниже необходимо прибегать к концентрированию веществ, разделению и определению с использованием различных вариантов жидкостной хроматографии с последующим спектрофотометрическим или электрохимическим детектированием. Результаты спектрофотометрического определения кверцетина и (+)-катехина (табл. 7) демонстрируют возможность детектирования значительно меньших концентраций полифенольных веществ на уровне 10^-10"5 моль/дм3.

Таблица 7.. Аналитические характеристики спектрофотометрического определения кверцетина и (+)-катехина в различных средах

Вещество Диапазон концентраций, СЮ6, моль/дм3 Растворитель Уравнение регрессии <:„„„■ ю', моль/дм3 АС у 100,%

Кверцетин 5-40 96%-ый этанол у=(2040(Ы:300)-с К:=0,9991 1,0 2,3

Ацетонитрил у=(20500±350)-с Я2=0,9995 1,4 2,4

(+>Кагеми 60+200 96%-ый этанол у=(3800±94)с Л!=0,9984 4,7 1,9

Ацетонитрил у=(3700±80)-с Я2=0,9996 5,1 2,1

При определении кверцетина и (+)-катехина в бинарных смесях необходимо учитывать перекрывание спектральных полос (^■шх (кверцетин)=254 нм, ((+)-катехин)=280 нм) и использовать методы, основанные на законе аддитивности оптических плотностей. Количественный анализ смесей двух соединений с известными показателями поглощения был проведен по методу Фирордта. Наименьшая погрешность определения флавоноидов достигается в смеси с концентрациями: кверцетин (1,5-2,0)-10'5 моль/дм3 (Бг=0,05), (+)-катехин (7,0-8,0)-10"5 моль/дм3 (8Г=0,08).

Методами ТСХ и спектрофотометрии в УФ- (>.=280 нм) и видимой областях спектра (с ванилиновым реактивом - Х=500нм) было проведено качественное и количественное определение флавоноидов в экстракте семян винограда сорта «Лидия», произрастающего в Воронежской области (табл. 8). Выше названные методы позволяют проводить определение суммы флавоноидов. Анализ состава семян винограда методом ВЭЖХ показал присутствие в них 3 веществ (одним из которых является (+)-катехин). В связи с этим необходимо проводить дополнительное разделение полифенольных веществ при их определении методами ТСХ и спектрофотометрии.

Таблица 8. Содержание полифенольных веществ в семенах винограда сорта «Лидия» при определении различными методами

Метод тех ВЭЖХ Спектрофотометрия

Х=280 нм >.=500 нм

Массовая доля полифенольных веществ, % 4,2±0,4 3,4±0,2 3,6±0,3 3,5±0,3

Рассмотрено применение материалов с молекулярными отпечатками флавоноидов при ТФЭ кверцетина из фармацевтического препарата «Трансверол» и флаван-3-олов из семян винограда (табл. 9). Правильность и прецизионность подтверждены методом «введено-найдено».

Таблица 9. Результаты определения флавоноидов в реальных объектах на мезопористом материале М()1

Объект исследования Введено, мг Найдено после концентрирования, мг Б,

«Трансверол» 25,0 23,0±2,0 0,05

Экстракт семян винограда 170* 107±4 0,02

* - в пересчете на определение методом ВЭЖХ

Анализ фармацевтического препарата «Трансверол», где основным компонентом является кверцетин, показал, что можно добиваться определения флавоноида с относительной погрешностью не превышающей 5 % (табл. 9). В случае же экстракта семян винограда многокомпонентность растворов, обусловленная наличием близких по структуре полифенольных веществ, что приводит к различию в результатах определения методом ВЭЖХ до и после концентрирования (табл. 9).

Выводы

1. Показано, что изменение состава элюента с учетом параметра полярности по Снайдеру, диэлектрической проницаемости, параметра растворимости Гильдебранта позволяет варьировать условия и возможность разделения гликозидов и агликонов флавоноидов. Отмечено, что изменением состава подвижной фазы не удается достичь удовлетворительного разделения флаван-3-олов и флавонолов. Для эффективного хроматографирования близких по природе и физико-химическим свойствам веществ необходимо варьировать структуру, пористость, а также гидрофобность сорбентов с учетом взаимодействий сорбент-сорбат-растворитель.

2. Предложен способ силилирования мезопористого материала МСМ-41 при сохранении узкого распределения пор по размерам. Методами ИК-спектроскопии и конкурентной адсорбции воды и толуола продемонстрирована возможность регулирования гидрофобно-гидрофильного баланса сорбентов.

3. Впервые представлены условия получения наноструюурированных мезопористых сорбентов в присутствии флавоноидов. Методами низкотемпературной адсорбции/десорбции азота и рентгеноструетурного анализа установлено, что композит с молекулярными отпечатками кверцетина и (+)-катехина имеет гексагональную структуру, узкое распределение пор по размерам. Варьирование природы и концентрации флавоноида позволяет

получать сорбенты с регулируемой структурой, гидрофобностью при сохранении высокой сорбционной способности.

4. Предложены условия разделения кверцетина и (+)-катехина на модифицированном триметилхлорсиланом композите и материале с молекулярными отпечатками флавоноидов. Использование наноструктурированных композитов позволяет достичь увеличения сорбционной способности, степени извлечения и селективности по отношению к кверцетину при подавлении каталитического воздействия сорбента на биологически активные вещества.

5. Разработаны способы определения флавоноидов в растительных образцах и фармпрепаратах методами ТСХ и спектрофотометрии. Определение (+)-катехина и кверцетина при хроматографировании в тонком слое сорбента может быть осуществлено при их относительно высоких содержаниях в объектах исследования с диапазоном концентраций для (+)-катехина (0,25-^5)-10"2 моль/дм3, а для кверцетина (0,3-Ю,8)10"2 моль/дм3. Спектрофотометрическое определение флавоноидов без предварительного разделения возможно в узком диапазоне концентраций: для кверцетина (1,5-2,0)-10"5 моль/дм3 (St<0,13), для (+)-катехина (7,0-8,0)-10"5 моль/дм3 (Sr<0,08).

6. Хроматографирование смеси флаван-3-олов и флавонолов с использованием мезопористых композитов на основе МСМ-41 и наноструктурированных аналогов МСМ-41 с молекулярными отпечатками полифенольных веществ позволяет концентрировать вещества и выделять фракции индивидуальных компонентов для их дальнейшего определения методами ВЭЖХ, ТСХ, УФ-спектрофотометрии.

Автор выражает искреннюю благодарность д.х.н., проф. Ф. Ресснеру за помощь в проведении измерений методами ИК-спектроскопии и конкурентной адсорбции воды и толуола мезопористьши материалами, а также за ценные замечания при обсуждении результатов, д.х.н., проф. Буряку А.К. за предоставленную возможность изучения свойств флавоноидов методом масс-спектрометрии.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Определение катехинов методами ТСХ и УФ-спекгрофотометрии / H.A. Беланова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев, Е.О. Чепелева // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2011. - Т. 77, № 12. - С. 21-23.

2. Оптимизация разделения некоторых флавоноидов методом ТСХ / H.A. Беланова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев, Е.О. Чепелева, Н.В. Дроздова, Ю.П. Афиногенов // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2011. - Т. 11, вып. 6.-С. 905-912.

3. Сорбция альфа-токоферола и бета-ситостерола на МСМ-41 и органо-неорганических композитах на его основе в равновесных условиях / О.О. Крижановская, Е.В. Бородина, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев, Ф. Ресснер, Е.О.

Корабелышкова, H.A. Беланова // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2012,- Т. 12, вып. 4. - С. 583-591.

4. Определение параметров удерживания флавоноидов методом тонкослойной хроматографии / H.A. Беланова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев, Е.О. Ченелева // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2010. - Т. 10, вып. 4. - С. 577-580.

5. Гидротермостабильность и объемные свойства мезопористых органо-неорганических композитных материалов на основе МСМ-41 по данным низкотемпературной адсорбции/десорбции азота и рентгеноструктурного анализа / С.И. Карпов, F. Roessner, A. Inayat, H.A. Беланова, О.О. Крижановская, И.В. Недосекина // Сорбционные и хроматографические процессы - 2012. -Т. 12, вып. 5.-С. 752-763.

6. Analysis of Flavonoids of Mountain Ash and Sea-Buckthorn by TLC and Liquid Chromatography / N.A. Udalova, S.I. Karpov, V.F. Selemenev, N.A. Belanova // International Congress on Analytical Sciences ICAS-2006, June 25-30, 2006, Moscow, Russia: book of Abstr. - M, 2006. - Vol. 2. - P. 569-570.

7. Определение полифенольных веществ семян винограда методом тонкослойной хроматографии / H.A. Беланова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев // Хроматография и хромато-масс-спекгрометрия : Всерос. симп., 14-16 апр. 2008 г., Москва-Клязьма (К 100-летию со дня рожд. проф. A.B. Киселева): тез. - М., 2008. - С. 145.

8. Качественное и количественное определение флавоноидов методом ТСХ / H.A. Беланова, С.И. Карпов, H.A. Удалова, В.Ф. Селеменев // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: материалы III междунар. конф., Белгород, 2008.-С. 191-193.

9. Разделение полифенольных веществ методом тонкослойной хроматографии с использованием элюентов различного состава / H.A. Беланова, О.О. Крижановская, Е.О. Чепелева, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев // Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности: Приоритетная проблема синтез нанопористых материалов: материалы XIII Всерос. симп. с участием иностр. ученых, 20-24 апр. 2009, г. Москва-Клязьма. -М., 2009.-С. 159.

10. Определение (+)-катехина в тонком слое сорбента / H.A. Беланова, С.И. Карпов, Е.О. Чепелева, В.Ф. Селеменев // Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности: материалы XIV Всерос. симп. с участием иностр. ученых, 26-30 апр. 2010 г., Москва-Клязьма,- М.,

2010.-С. 228.

11. Модифицированные мезопористые материалы для сорбционного концентрирования флавоноидов / H.A. Беланова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев, Е.А. Чепелева, Е.П. Даньшина, Е.В. Крыцына // Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии: материалы III Всерос. симп. - Краснодар,

2011.-С. 33.

12. Влияние условий модификации в присутствии флавоноидов на пористость и структуру мезопористых материалов / H.A. Беланова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев, Ф. Ресснер, Е.О. Чепелева, О.О. Крижановская, М.Г. Осипова,

E.B. Крыцына, Е.П. Даныиина // Физико-химические основы ионообменных и хроматографических процессов (ИСШИТЫ-2011): сб. мат. - Воронеж, 2011. - С. 202-204.

13. Сорбционное концентрирование кверцетина и (+)-катехина на мезопористом материале типа МСМ-41 и композите на его основе / Е.О. Корабельникова, H.A. Беланова, С.й. Карпов, В.Ф. Селеменев, Ф. Ресснер, И.В. Недосекина // Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья: сб. материалов IV Междунар. конф. (24-28 сент. 2012 г.). - Белгород, 2012. - С. 87-88.

14. Определение кверцетина и (+)-катехина в водно-этанольных растворах при совместном присутствии спектрофотометрическим методом / H.A. Беланова, Е.О. Корабельникова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев В.Ф., В.А. Чиркин // Российская конференция по аналитической спектроскопии: материалы конференции - Краснодар, 2012.-С.216.

15. Влияние модификации поверхности мезопористого материала типа МСМ-41 на сорбционную способность по отношению к кверцетину и (+)-катехину / Е.О. Корабельникова, H.A. Беланова, С.И. Карпов, В.Ф. Селеменев, Ф. Ресснер, И.В. Недосекина // VI Всероссийская конференция «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах» -Воронеж, 2012. - С. 421 -423

Работы 1-5 опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Подписано в печать 07.02.2013. Формат 60x84 1/16 . Бумага офисная. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 368

Отпечатано в типографии Воронежский ЦНТИ - филиал ФГБУ «РЭА» Минэнерго России 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 30

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Беланова, Наталья Анатольевна, Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Беланова Наталья Анатольевна

02.00.02 - Аналитическая химия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: Селеменев Владимир Федорович доктор химических наук, профессор

Научный консультант: Карпов Сергей Иванович кандидат химических наук, доцент

На правах рукописи

Воронеж 2013

Содержание

Введение...........................................................................................................7

Глава 1. Обзор литературы...........................................................................12

1.1. Общая характеристика полифенольных веществ...............................12

1.2. Некоторые химические свойства флавонидов и качественные реакции для их определения........................................................................16

1.3. Выделение полифенольных веществ из растительного материала.. 17

1.4. Физико-химические методы в анализе полифенольных веществ.....22

1.5. Выбор подвижной фазы при хроматографировании флавоноидов в тонком слое сорбента....................................................................................30

1.6. Сорбенты, применяемые при анализе флавоноидов..........................33

1.7. Мезопористые сорбенты................................................................;......37

1.7.1.Получение функционализированных упорядоченных материалов.....................................................................................................41

1.7.2. Мезопористые материалы способные к молекулярному

распознаванию...............................................................................................44

Заключение по главе 1..................................................................................45

Глава 2. Экспериментальная часть..............................................................45

2.1. Реактивы и их сокращения....................................................................47

2.2. Получение мезопористых материалов на основе МСМ-41...............48

2.2.1. Силилирование МСМ-41....................................................................48

2.2.2. Синтез мезопористых материалов с молекулярными отпечатками...................................................................................................48

2.3. Определение кверцетина и (+)-катехина спектрофотометрическим методом..........................................................................................................49

2.4. Хроматография полифенолов в тонком слое сорбента......................51

2.4.1. Способ определения флавоноидов методом ТСХ...........................51

2.4.2. Расчет параметров эффективности и селективности......................52

2.5. Изучение сорбции кверцетина и (+)-катехина на мезопористых материалах.....................................................................................................53

2.5.1. Сорбция кверцетина в статических условиях..................................53

2.5.2. Сорбционно-хроматографическое разделение кверцетина

и (+)-катехина................................................................................................54

2.6. Изучение свойств модифицированных мезопористых материалов . 55

2.6.1. Низкотемпературная адсорбция/десорбция азота...........................55

2.6.2. ИК-спектроскопия...............................................................................55

2.6.3. Термогравиметрический анализ........................................................56

2.6.4. Исследование гидрофобности композитных материалов по данным конкурентной адсорбции толуола и воды..................................................57

2.7. Способ выделения полифенольных веществ из семян винограда.... 59

2.8. Масс-спектрометрия (МА1Л31) флавоноидов......................................60

2.9. Математическая обработка результатов эксперимента.....................60

Глава 3. Получение модифицированных и молекулярно импринтированных материалов на основе МСМ-41.................................63

3.1. Силилирование мезопористого материала МСМ-41 триметилхлорсиланом..................................................................................64

3.1.1. Поверхностные и объемные свойства по данным низкотемпературной адсорбции/десорбции азота.....................................66

3.1.2. Изучение структуры силилированных образцов по данным рентгеноструктурного анализа....................................................................68

3.1.3. ИК-спектроскопия силилированных образцов................................69

3.1.4. Исследование гидрофобности силилированных материалов по данным конкурентной адсорбции толуола и воды (по процедуре Вейткампа).....................................................................................................71

3.2. Мезопористые материалы типа МСМ-41 с молекулярными отпечатками кверцетина и (+)-катехина.....................................................74

3.2.1. Просвечивающая электронная микроскопия мезопористых материалов типа МСМ-41 с молекулярными отпечатками кверцетина

и (+)-катехина................................................................................................75

3.2.2. Низкотемпературная адсорбция/десорбция азота...........................76

3.2.3. Изучение структуры образцов по данным рентгеноструктурного анализа .....................................................................................................79

3.2.4. ИК-спектроскопия...............................................................................81

3.2.5. Термогравиметрический анализ........................................................84

3.2.6. Конкурентная адсорбция толуола и воды (по процедуре

Вейткампа) молекулярно импринтированными материалами.................86

Заключение по главе 3..................................................................................88

Глава 4. Сорбционно-хроматографическое разделение флавоноидов на сорбентах различной природы.....................................................................91

4.1. Определение флавоноидов методом хроматографии в тонком слое сорбента .....................................................................................................91

4.1.1. Выбор детектирующего реагента......................................................92

4.1.2. Выбор подвижной фазы.....................................................................93

4.1.3. Влияние неподвижной фазы на разделение флавоноидов...........100

4.2. Колоночная хроматография флавоноидов на кремнеземах различной природы ...................................................................................................102

4.3. Сорбционная способность мезопористого материала типа МСМ-41 ...................................................................................................106

4.3.1. Сорбция кверцетина мезопористым материалом типа МСМ-41 и композитами на его основе в статических условиях...............................107

4.3.2. Сорбционно-хроматографическое разделение кверцетина и (+)-катехина при совместном присутствии в динамических условиях. 114 Заключение по главе 4................................................................................119

Глава 5. Определение флавоноидов в модельных и реальных растворах хроматографическими и оптическими методами анализа......................121

5.1. Количественное определение флавоноидов методом ТСХ.............121

5.2. Применение спектроскопии в УФ-области для количественного определения флавоноидов..........................................................................124

5.3. Спектофотометрическое определение флаван-3-олов при использовании ванилинового реактива....................................................127

5.4. Спектрофотометрическое определение кверцетина и (+)-катехина в их бинарных растворах...............................................................................128

5.5. Экстракционное выделение флаван-3-олов из семян винограда.... 131

5.6. Определение флаван-3-олов в семенах винограда...........................135

5.7. Количественное определение флаван-3-олов в семенах винограда ..................................................................................................139

5.8. Сорбционно-хроматографическое извлечение кверцетина и группы флаван-3-олов в анализе растительного сырья и фармацевтических

препаратах...................................................................................................142

Заключение по главе 5................................................................................144

Выводы.........................................................................................................147

Список литературы.....................................................................................149

Приложение.................................................................................................170

-ч

Список принятых сокращений

БАВ - биологически активные вещества;

МСМ-41 - Mobil Composition of Matter - оксид кремния с упорядоченными мезопорами;

ТЕОС - тетраэтоксисилан;

ТМХС - триметилхлорсилан;

ПАВ - поверхностно-активное вещество;

СТаВг - цетилтриметиламмония бромид;

MCi - МСМ-41, модифицированный ТМХС;

МК1 - МСМ-41, синтезированный в присутствии (+)-катехина, Цдоб) = 1 • 10"5 моль;

МК2 - МСМ-41, синтезированный в присутствии (+)-катехина, р(доб) = 110"4 моль;

MQ1 - МСМ-41, синтезированный в присутствии кверцетина, г^(доб) = 1 • 10"5 моль;

MQ2 - МСМ-41, синтезированный в присутствии кверцетина, г^(доб) = 110~4моль; '

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография;

ГХ - газовая хроматография;

BET - метод математического описания физической адсорбции, основанный на теории полимолекулярной (многослойной) адсорбции Брунауэра, Эммета и Теллера;

BJH - метод Барретта - Джойнера - Халенда - метод математического описания десорбции, применяемый для расчета распределения пор по размерам;

ПФ - подвижная фаза;

НФ - неподвижная фаза;

ДСК - диазотированная сульфаниловая кислота.

ФМК - фосфорномолибденовая кислота

Введение

В конце прошлого века впервые был синтезирован высокоупорядоченный наноструктурированный мезопористый материал МСМ-41. По своей химической природе он идентичен силикагелю, но имеет

большие значения удельной площади поверхности (более 1000 м /г), узкое распределение пор по размерам (2-10 нм) гексагональной структуры, что позволяет использовать его в качестве сорбента. МСМ-41, а также модифицированные органосиланами композиты на его основе могут быть использованы в качестве альтернативы силикагелю и другим сорбентам в хроматографических процессах и для сорбционного концентрирования и выделения полифенольных веществ. Повышение селективности мезопористых сорбентов, увеличение эффективности разделения флавоноидов может быть достигнуто путем создания высокоселективных материалов на основе систем, «структурно ориентируемых», на целевой

сорбат. Сведения о применении мезопористых материалов МСМ-41, модифицированных органосиланами и синтезированных в присутствии полифенольных веществ, для определения и концентрирования кверцетина и (+)-катехина в литературе отсутствуют. Поэтому разработка новых способов концентрирования и разделения флавоноидов с использованием выше описанных сорбентов является перспективной в области аналитической химии.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные а научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы вгат-00020/8/711/2012-1.2.1-12-000-1003-036. Соглашение № 14.В37.21.0804

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

разработать способ модификации органосиланами высокоупорядоченного материала МСМ-41, позволяющий регулировать структуру, гидрофобность, сорбционные свойства композитов по отношению к флавоноидам;

Научная новизна.

Практическая значимость. Представленные в работе результаты позволяют расширить перечень материалов для селективного сорбционного концентрирования флавоноидов. Разработаны способы силилирования МСМ-41 и получения мезопористых материалов, «структурно настраиваемых», на целевой сорбат. Представлен способ хроматографического разделения и определения кверцетина и (+)-катехина, включающий в себя сорбционное концентрирование в колонке, заполненной мезопористыми материалами, с последующим спектральным или хроматографическим определением веществ.

На защиту выносятся следующие положения:

дифференцирующее влияние органического модификатора подвижной фазы на степень протонирования фенольных групп в условиях тонкослойной хроматографии на силикагеле и полиамиде приводит к увеличению хроматографического разрешения и селективности разделения гликозидов и агликонов флавоноидов;

способы синтеза и модификации мезопористых высокоупорядоченных материалов, основанные на формировании и сохранении гексагональной наноструктуры силикатной матрицы в присутствии поверхностно активного вещества с добавками кверцетина и (+)-катехина;

- сорбционная емкость высокоупорядоченного материала МСМ-41 и композитов на его основе, а также рост коэффициентов распределения

кверцетина и (+)-катехина в системе раствор-сорбент по сравнению с силикагелем позволяют достигать увеличения степени извлечения и концентрирования флавоноидов;

способы определения флавоноидов методами ТСХ и спектрофотометрии, позволяющие детектировать вещества при совместном присутствии в их многокомпонентных смесях с предварительным концентрированием аналитов на мезопористых материалах.