Kinetic features of the adsorption of menthol enantiomers on o-toluylic acid and CsCuCl3 crystals with supramolecular chirality
Аннотация
Хиральность играет ключевую роль в современной науке, поскольку она представляет собой отличительную особенность молекул и кристаллов. Самопроизвольное появление хиральности в отсутствие обнаруживаемых хиральных физических и химических источников в последнее время значительно продвинулось вперед благодаря дерацемизации конгломератов посредством созревания Виедмы. В результате этого получаются системы, основанные на супрамолекулярной хиральности. Особую важность данному виду хиральности придаёт то, что супрамолекулярная хиральность лежит в основе формирования жизни на Земле. Одним из проявлений супрамолекулярной хиральности являются энантиоморфные кристаллы.
Ранее нами был изучен механизм супрамолекулярного хирального распознавания для энантиоморфных кристаллов в случае адсорбции на них оптически активных веществ. Однако, для более детального изучения механизма, требуется исследовать большое количество хиральных кристаллов, которые отличаются по физико-химическим свойствам. В данной работе изучена кинетика адсорбции энантиомеров ментола на поверхности энантиоморфных кристаллов о-толуиловой кислоты и CsCuCl3 с супрамолекулярной хиральностью.
Для получения гомохиральных кристаллов применялся метод созревания Виедмы. Кристаллы, полученные таким образом были нанесены на поверхность силикагеля АСКГ. Кинетика адсорбции изучалась описанием химическими моделями псевдо-первого порядка Лагергрена, псевдо-второго порядка Хо и Маккея, а также модель Еловича, упрощенное Ченом и Клейтоном.
Из анализа кривых адсорбции энантиомеров ментола заметно, что кривые различаются на рассматриваемых кристаллах. Коэффициент энантиоселективности на кристаллах о-толуиловой кислоты и CsCuCl3 α, рассчитываемый как отношение большей адсорбции к меньшей, составляет 1.04-1.07 и 1.34-1.36 соответственно. С помощью t-критерия были обработаны значения адсорбции энантиомеров ментола на энантиоморфных кристаллах о-толуиловой кислоты и CsCuCl3 до достижения равновесия. Дисперсии всех экспериментальных данных проверялись на предмет однородности с помощью F-критерия. Из полученных данных следует, что различие значений адсорбции статистически значимо на образце, модифицированном как о-толуиловой кислотой, так и CsCuCl3.
По результатам, полученных в процессе моделирования кинетики адсорбции энантиомеров ментола химическими моделями, вычислили константы скорости адсорбции. Было установлено, что во всех методах константы скорости D-ментола и L-ментола различаются, причем D-ментол адсорбируется быстрее, чем L-. Из полученных данных заметно, что адсорбционное равновесие в случае обоих образцов смещено вправо.
Таким образом, различие констант скорости адсорбции, а также значимые отличия значений адсорбции энантиомеров в области до достижения адсорбционно-десорбционного равновесия свидетельствует о том, что скорость адсорбции энантиомеров ментола на полученных в условиях созревания Виедмы кристаллах о-толуиловой кислоты и CsCuCl3 различна.
Скачивания
Литература
Viedma C., Coquerel G., Cintas P. Crystallization of Chiral Molecules. Handbook of Crystal Growth. Nishinaga T.Tokyo, Japan: Elsevier, 2015: 951-1002.
Rogozhin S.V., Davankov V.A. Ligand chromatography on asymmetric complex-forming sorbents as a new method for resolution of racemates. Journal of the Chemical Society D: Chemical Communications. 1971;10: 490.
Davankov V.A., Rogozhin S.V. Ligand chromatography as a novel method for the investigation of mixed complexes: stereoselective effects in -amino acid copper (II) complexes. Journal of Chromatography A. 1971; 60(2): 280-283.
Gil-Av E., Feibush B., Charles-Sigler R. Separation of enantiomers by gas liquid chromatography with an optically active stationary phase. Tetrahedron Letters. 1966; 7(10): 1009-1015.
Liu M., Zhang L., Wang T. Supramolecular chirality in self-assembled systems. Chem. Rev. 2015;115(15): 7304-7397.
Walsh M.P., Barclay J.A., Begg C.S., Xuan J., Johnson N.T., Cole J.C., Kitching M.O. Identifying a hidden conglomerate chiral pool in the CSD. JACS Au. 2022; 2: 2235-2250.
Zinovyev I., Ermolaeva E., Sharafutdinova Y., Gilfanova E., Khalilov L., Pavlova I., Guskov V. Manifestation of supramolecular chirality during adsorption on CsCuCl3 and γ-glycine crystals. Symmetry. 2023; 15: 498-512.
Muslimov I.N., Gus'kov V.YU. Osobennosti supramolekulyarnogo hiral'nogo raspoznavaniya pri adsorbcii na poverhnosti kristallov orto-toluilovoj kisloty. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2023; 23(2): 189-198. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11143 (In Russ.)
Lagergren S. About the theory of so-called adsorption of soluble substances. Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens. Handlingar. 1898; 24(4): 1-39.
Yuh-Shan H., Mckay G. Sorption of dye from aqueous solution by peat. Chemical Engineering Journal. 1998; 70(2): 115-124.
Chien S.H., Clayton W.R. Application of Elovich equation to the kinetics of phosphate release and sorption in soils. Soil Science Society of America Journal. 1980; 44; 265-268.
Boyd G.E., Adamson A.W., Myers L.S. The exchange adsorption of ions from aqueous solutions by organic zeolites, II, Kinetics. Journal of American Chemical Society. 1947; 69(11): 2836-2848.
Alkan M., Demirbaş Ö., Doğan M. Adsorption kinetics and thermodynamics of an anionic dye onto sepiolite. Microporous and Mesoporous Materials. 2007; 101(3): 388-396.
Wang H.L., Chen J.L., Zhai Z.C. Study on thermodynamics and kinetics of adsorption of p-toluidine from aqueous solution by hypercrosslinked polymeric adsorbents. Environmental Chemistry. 2004; 23(2): 188-192.
Abraham M.H., Whiting G.S., Doherty R.M. Hydrogen bonding XVI. A new solute solvation parameter, from gas chromatographic data. Journal of Chromatography. 1991; 587: 213-228.
Yuh-Shan H. Citation review of Lagergren kinetic rate equation on adsorption reactions. Scientometrics. 2004; 1(59): 171-177.
Douven S., Paez C.A., Gommes C.J. The range of validity of sorption kinetic models. Journal of colloid and interface science. 2015; 448: 437-450.
Yuh-Shan H. Review of second-order models for adsorption systems. Journal of Hazardous Materials. 2006; 3(136): 681-689.
Sparks D.L. Kinetics of Soil Chemical Processes. New York: Academic Press. 1989; 76: 210.
Rudzinski W., Panczyk T. Kinetics of isothermal adsorption on energetically heterogeneous solid surfaces: a new theoretical description based on the statistical rate theory of interfacial transport. J. Phys. Chem. 2000; 104; 9149-9162.
Hui QIU L.L., Bing-cai PAN, Qing-jian ZHANG, Wei-ming ZHANG, Quan-xing ZHANG Critical review in adsorption kinetic models. Journal of Zhejiang University SCIENCE A. 2009; 10(5): 716-724.
Khamizov R.H., Sveshnikova D.A., Kucherova A.E., Sinyaeva L.A. Modeli kinetiki sorbcionnyh processov v ogranichennom ob"yome. ZHurnal fizicheskoj khimii. 2018; 92(9): 1451-1460. (In Russ.)
Khamizov R.H., Sveshnikova D.A., Kucherova A.E. Kineticheskaya model' sorbcionnyh processov v ogranichennom ob"yome: sravnenie raschyotnyh i eksperimental'nyh dannyh. ZHurnal fizicheskoj khimii. 2018; 92(10): 1619-1625. (In Russ.)
Khamizov R.H. O kineticheskom uravnenii psevdo-vtorogo poryadka v sorbcionnyh processah. ZHurnal fizicheskoj khimii. 2020; 94(1): 125-130.
