Теоретический расчет параметров метода трехпараметрической характеристики хроматографических фаз II. Параметр водородной связи и характеристика гидрофильности

  • Елена Александровна Зайцева Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-3257-5656
  • Анатолий Михайлович Долгоносов Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-9102-8046
Ключевые слова: газовая хроматография, неподвижная фаза, гидрофильность, энергия адсорбции, межмолекулярные взаимодействия, водородная связь

Аннотация

Селективность разделения в газовой хроматографии определяется природой неподвижной фазы. В рамках предложенной авторами ранее модели межмолекулярных взаимодействий и разработанного на ее основе теоретического метода трехпараметрической характеристики хроматографических неподвижных жидких фаз делается количественная оценка способности молекул к участию в дисперсионных, диполь-дипольных взаимодействиях и в водородных связях. Метод доказал свою эффективность при описании свойств неподвижных фаз различных классов. Свойства неподвижных фаз и молекул сорбатов описываются двумя характеристиками селективности: полярностью и гидрофильностью, которые могут быть рассчитаны по прямой задаче по структурной формуле вещества и по обратной задаче по экспериментальным данным в виде индексов удерживания Ковача или констант Роршнайдера-МакРейнольдса; применяемая модель внутренне непротиворечива, оба способа расчета равны в равной степени. Удобным и наглядным способом классификации неподвижных фаз по методу трехпараметрической характеристики является карта селективности, которая в сочетании с принципом подобия свойств применяется для выбора наиболее селективной к заданным сорбатам неподвижной фазы; этот выбор может быть сделан без проведения экспериментов.

Предлагаемая работа раскрывает определения параметров вероятности образования водородной связи и гидрофильности, это вторая часть серии статей, посвященных определению параметров используемого метода. Основным инструментом для описания межмолекулярных взаимодействий послужила разработанная ранее в лаборатории сорбционных методов ГЕОХИ РАН теория обобщенных зарядов. С ее помощью выводятся ключевые характеристики предлагаемого метода – обобщенные заряды и вероятность образования водородной связи. Энергия водородной связи впервые оценивается теоретически как произведение минимально возможной энергии электронной связи между гидридом донора и атомом акцептора, обусловленной свойствами соответствующих гидридов, на вероятность ее возникновения, которая зависит от структуры взаимодействующих молекул. В работе даны определения и выражения для энергии водородной связи, и вероятности ее образования (параметра Н-связи) и гидрофильности. Представлены результаты детального расчета параметров водородной связи и гидрофильности для веществ разных классов, включающих в себя газохроматографические неподвижные фазы.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Елена Александровна Зайцева, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия

к.х.н., старший научный сотрудник лаборатории сорбционных методов, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

Анатолий Михайлович Долгоносов, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, Москва, Россия

д.х.н., ведущий научный сотрудник лаборатории сорбционных методов, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН), Москва, Россия

Литература

Sokolov N.D. Vodorodnaya svyaz’, Uspekhi Fizicheskikh Nauk (Soviet Physics-Uspekhi), 1955; 57: 205. (In Russ.)

Pauling L. Nature of forces between large molecules of biological interest, Nature, 1948; 161: 707-709. https://doi.org/10.1038/161707a0

Hobza P. Theoretical studies of hydrogen bonding, Annu. Rep. Prog. Chem., Sect. C: Phys. Chem., 2004; 100: 3-27. https://doi.org/10.1039/B313660B

Hobza P., Havlas Z. Blue-shifting hydrogen bonds. Chemical Reviews, 2000; 100(11): 4253-4264. https://doi.org/10.1021/cr990050q

Chopra P., Chakraborty Sh. Computational study of red- and blue-shifted C-H···Se hydrogen bond in Q3C-H···SeH2 (Q = Cl, F, H) complexes. Chemical Physics, 2018; 500: 54-61. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2017.11.010

Qingzhong Li, Haiping Liu, Xiulin An, Baoan Gong, Jianbo Cheng. Effect of methyl group on the cooperativity of CH···O blue-shifted hydrogen bond in HCHO–HCHO–HCHO cyclic complex. Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, 2008; 861(1-3): 14-17. https://doi.org/10.1016/j.theochem.2008.04.002

Guoqun Liu, Lin Ping, Hui Li. C–H···O hydrogen bond in chloroform–triformylmethane complex: Blue-shifted or red-shifted? Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2007; 66(3): 643-645. https://doi.org/10.1016/j.saa.2006.04.004

San-Chi Wang, Prabhat K. Sahu, Shyi-Long Lee. Intermolecular orbital repulsion effect on the blue-shifted hydrogen bond. Chemical Physics Letters, 2005; 406(1-3): 143-147. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2005.02.070

Bushuev Yu.G. Strukturnye svoistva zhidkostei s razlichnymi tipami mezhmolekulyarnykh vzaimodeistvii po dannym komp'yuternogo modelirovaniya /Diss… dokt.khim.nauk, Ivanovo, 2001. 345 p. (In Russ.)

Dolgonosov A.M. Model' statsionarnogo neodnorodnogo elektronnogo gaza, Russ. J. Inorg. Chem., 2000; 45: 897-903.

Dolgonosov A.M. Determination of the size and energy of atoms within the framework of a multicomponent electron gas model, Rus. J. Phys. Chem., 2000; 74: 324-334.

Dolgonosov A.M. Teoriya obobshchennykh zaryadov dlya mezhatomnykh vzaimodeistvii, Russ. J. Phys. Chem. A, 2001; 75: 1659-1666. (In Russ.)

Dolgonosov A.M. Obobshchennyi zaryad v opisanii adsorbtsii v oblasti Genri, Russ. J. Phys. Chem. A, 2002; 76: 993-998. (In Russ.)

Dolgonosov A.M. Effekt ekranirovaniya v mezhatomnykh vzaimodeistviyakh, Russ. J. Phys. Chem. A, 2002; 76: 2015-2019. (In Russ.)

Dolgonosov A.M. O razlichii vesovykh mnozhitelei dlya  -elektrona i dlya -elektrona v raschetakh mezhatomnykh vzaimodeistvii, Russ. J. Phys. Chem. A, 2003; 77: 764-767.

Dolgonosov A.M. Zavisimost' atomnogo radiusa i potentsiala ionizatsii ot atomnogo nomera soglasno teorii mnogokomponentnogo elektronnogo gaza, Russ. J. Phys. Chem. A, 2008; 82: 2079-2084. (In Russ.)

Dolgonosov A.M. Model Elektronnogo Gaza i Teoriya Obobschennykh Zaryadov Dlya Opisaniya Mezhatomnykh Vzaimodeistviy i Adsorbtsii (Electron Gas Model and Theory of Generalized Charges for Description of Interatomic Interactions). M., LIBROKOM, 2009. (In Russ.)

Dolgonosov A.M. Understanding hydrogen bonding in terms of the theory of generalized charges, Journal of Structural Chemistry. 2019; 60(11): 1693-1702.

Dolgonosov A.M., Zaitceva E.A. Kharakteristika polyarnosti nepodvizhnoj fazy v gazovoj chromatografii na osnove teoreticheskogo opisaniya mezhmolekulyarnyh vzaimodejstvij. I. Sluchaj otsutstviya vodorodnyh svyazej. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2014; 14(4), 578-590. (In Russ.)

Dolgonosov A.M., Zaitceva E.A. Kharakteristika polyarnosti nepodvizhnoj fazy v gazovoj chromatografii na osnove teoreticheskogo opisaniya mezhmolekulyarnyh vzaimodejstvij. II. Sluchaj vodorodnyh svyazej. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2015; 15(3): 321-332. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2015.15/280 (In russ.)

Zaitceva E.A., Dolgonosov A.M. Teoreticheskaya ocenka kharakteristik selektivnosti gazochromatograficheskih nepodvizhnyh faz. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2018, 18(5), 676-689. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2018.18/594

Zaitceva E.A., Dolgonosov A.M. Trekhparametricheskaya model' mezhmolekulyarnyh vzaimodejstvij kak osnova dlya klassifikacii i vybora nepodvizhnyh faz dlya gazovoj chromatografii. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2019; 19(5): 525-541. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2019.19/1167 (In Russ.)

Dolgonosov A.M. Polyarnost' i gidrofil'nost' — fundamental'nye nezavisimye kharakteristiki chromatograficheskih nepodvizhnyh faz. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2015; 15(3): 312-320. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2015.15/279 (In Russ.)

Zaitceva E.A. Obzor metodov klassifikacii nepodvizhnyh faz v gazovoj hromatografii. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2020; 20(2): 175-196. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2020.20/2772 (In Russ.)

Dolgonosov A.M., Zaitceva E.A. A model of intermolecular interaction associated with hydrogen bond formation and its application to the characterization of the selectivity of chromatographic phases on the example of polyethylene glycols. Journal of Structural Chemistry, 2020; 61: 1233.

Dolgonosov A.M., Zaitceva E.A. Factors determining the selectivity of stationary phases for geometric isomers of fatty acids in gas–liquid chromatographic analysis. Journal of Analytical Chemistry, 2020; 75; 1599.

Dolgonosov A.M., Zaitceva E.A. Selectivity map of stationary phases: a graphical method for systematizing and searching for conditions for the gas chromatographic separation of polar substances. Journal of Analytical Chemistry, 2021; 76: 898.

Zaitceva E.A. Metod opisaniya selektivnosti zhidkikh nepodvizhnykh faz v analiticheskoy khromatografii polyarnykh organicheskikh soyedineniy i ikh izomerov. Dis. … kand. khim. nauk. Moskva: Institut geokhimii i analiticheskoy khimii im. V.I. Vernadskogo RAN. 2021. P. 123 http://www.geokhi.ru/Thesis/2021/Кандидатские/Зайцева/Диссертация_Зайцева_ЕА.pdf (last accessed 29.06.2022)

Zaitceva E.A., Dolgonosov A.A. Theoretical characterization of ionic liquids as stationary phases for gas chromatography. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy, 2022; 22(5): 598-611. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2022.22/10681

Zaitceva E.A., Dolgonosov A.M. Method for the Selection of Polar Stationary Phases for Gas-Liquid Chromatography based on the Theory of Intermolecular Interaction, In: V.P. Kolotov, N.S. Bezaeva (eds) Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences: 75th Anniversary of the Vernadsky Institute of the Russian Academy of Sciences. Springer, Cham. 2023, 495. https://doi.org/10.1007/978-3-031-09883-3_29.

Dolgonosov A.M. A model of hydrogen bond formation between the molecules in vapor and liquid, Journal of Structural Chemistry. 2020; 61(7): 1045-1058. https://doi.org/10.1134/S0022476620070069

Grosberg A.Yu., Khokhlov A.R. Statisticheskaya fizika makromolekul. M., Nauka. 1989. 344 p. (In Russ.)

Zaitceva E.A., Dolgonosov A.M. Theoretical calculation of the parameters of the three-parameter chromatographic phase characterization method I. Dispersion forces parameter – generalized charge. Sorbtsionnye I Khromatograficheskie Protsessy. 2024; 24(2): 209-226. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12126 (In Russ.)

Dolgonosov A.M. The surface tension coefficients and critical temperatures of uniform nonpolar liquids from a priori calculations within the framework of the theory of generalized charges. Russian Chemical Bulletin, 2016; 65(4); 952-963.

Rahul Patil, Choyce A Weatherly, Daniel W. Armstrong. Chiral Gas Chromatography In book: Chiral Analysis. May 2018. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64027-7.00012-4

Daniel W. Armstrong, Yubing Tang, Timothy Ward, and Molly Nichols. Derivatized Cyclodextrins Immobilized on Fused-Silica Capillaries for Enantiomeric Separations via Capillary Electrophoresis, Gas Chromatography, or Supercritical Fluid Chromatography. Anal. Chem. 1993; 65; 1114-1117.

Eve Yiwen Zhou, Kang Le, and Daniel W. Annstrong. Determination and Use of Rohrschneider-McReynolds Constants for Chiral Stationary Phases Used in Capillary Gas Chromatography. Anal. Chem. 1995; 67: 849-857.

Suresh Seethapathy, Tadeusz Górecki. Applications of polydimethylsiloxane in analytical chemistry: A review. Analytica Chimica Acta, 2012; 750: 48-62

Опубликован
2025-01-04
Как цитировать
Зайцева, Е. А., & Долгоносов, А. М. (2025). Теоретический расчет параметров метода трехпараметрической характеристики хроматографических фаз II. Параметр водородной связи и характеристика гидрофильности. Сорбционные и хроматографические процессы, 24(6), 896-910. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12567