Разработка ВЭЖХ-методик определения гликолурила, его N-метильных и N-метилольных производных – синтонов супрамолекулярных соединений

Актуальность темы исследования
Бицикликлические бисмочевины (гликолурилы) используются в качестве синтонов
для получения ряда важнейших супрамолекулярных соединений, перспективных биологически-
активных веществ и ряда соединений с большой практической ценностью. На основе
гликолурила и его производных могут быть созданы вещества с уникальными
контролируемыми свойствами – кукурбитурилы, бамбусурилы, тиараурилы, «молекулярные
зажимы» [1; 2; 3; 4] и др. Гликолурил и материалы на его основе исследуют в качестве
компонентов органических полупроводниковых материалов [5], вспомогательных веществ
лекарственных препаратов: пролонгаторов и молекулярных контейнеров контролируемого
высвобождения [6; 7; 8], материалов со свойствами «молекулярного узнавания»
и молекулярных сенсоров для экспрессного анализа амфифильных компонентов: поверхностно-
активных веществ, бактериальных эндотоксинов и биогенных аминов [9; 10; 11]. В настоящее
время на основе гликолурила, его N-метильных и N-метилольных производных
в промышленных масштабах изготавливают лекарственные препараты [12], взрывчатые
вещества [13; 14; 15; 16] и сшивающие агенты для производства полимеров специального
назначения [17; 18].
Существенным качеством гликолурила и его метилпроизводных является крайне низкая
токсичность и отсутствие канцерогенных свойств [19; 20; 21]. Для использования гликолурила
и его производных в супрамолекулярной химии, микроэлектронике, для синтеза перспективных
фармакологически активных веществ и «молекулярных машин», необходимо строго
контролировать качество исходного гликолурила, в особенности содержание примесей,
близкородственных соединений и изомеров, для чего необходимо разработать эффективные
методики анализа гликолурила, его N-метильных и N-метилольных производных.
Степень разработанности темы исследования
В открытой научной литературе не описано надежных методов количественного
определения гликолурила, его примесей и родственных соединений, а также N-метил-
и N-метилолпроизводных. Основные труды, посвященные гликолурилу и близкородственным
веществам касаются вопросов синтеза и исследования некоторых физико-химических свойств,
при этом в настоящее время проблема анализа примесей гликолурила не решена: крупнейшие
производители проводят анализ его чистоты с использованием элементного анализа.
Цель работы – разработать методики анализа гликолурила, его родственных примесей,
N-метил- и N-метилолпроизводных методом жидкостной хроматографии. Для достижения
поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
1. Разработать методику хроматографического разделения родственных примесей
гликолурила;
2. Идентифицировать ключевые примеси гликолурила;
3. Разработать способ препаративного выделения изомерно чистых N,N′-диметил-
гликолурилов, и установить их структуру;
4. Установить оптимальные условия ВЭЖХ-разделения и определения гликолурила и его
N-метилпроизводных.
5. Идентифицировать N-метилольные производные гликолурила и разработать методику
их анализа.
Научная новизна
Разработаны и оптимизированы экспрессные методики анализа гликолурила, его
родственных примесей, N-метил- и N-метилолпроизводных методом жидкостной
хроматографии. Оценены метрологические характеристики разработанных методик анализа.
Идентифицированы ключевые, в том числе две ранее не описанные в литературе, родственные
примеси гликолурила методом хромато-масс-спектрометрии. Разработана методика
хроматографического препаративного разделения и выделения в виде индивидуальных веществ
изомеров N,N′-диметилгликолурила; структура выделенных изомеров подтверждена методами
ЯМР-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования
полученных результатов в проведении анализа гликолурила, его N-метилол и N-метил-
производных методом жидкостной хроматографии на всех этапах производства
соответствующих веществ. Значительная часть результатов диссертационной работы
использована при проведении специального курса «Выделение и идентификация примесей
в фармацевтических субстанциях и лекарственных препаратах» для работников
фармацевтической и химической промышленности, а также при составлении магистерского
курса «Физико-химические методы анализа органических соединений и фармацевтических
субстанций».
Разработанная методика хроматографического препаративного разделения и выделения
изомерно чистых N,N′-диметилпроизводных гликолурила используется в Лаборатории
органического синтеза Томского государственного университета для получения высокочистых
образцов N,N′-диметилгликолурилов, применяемых в качестве синтонов для получения новых
гетерофункциональных соединений.
Положения, выносимые на защиту
1. Методика анализа родственных примесей гликолурила методом ВЭЖХ.
2. Способ препаративного выделения изомерно чистых N,N′-диметилгликолурилов
из реакционной смеси методом препаративной ВЭЖХ.
3. Условия хроматографического экспрессного разделения и одновременного
определения гликолурила и его N-метил-производных.
4. Методика экспрессного анализа N-метилолпроизводных гликолурила.
5. Результаты идентификации примесей и N-замещенных производных гликолурила
методом хромато-масс-спектрометрии.
Достоверность результатов работы подтверждается тем, что данные получены
с использованием современного аналитического оборудования, прошедшего своевременную
метрологическую поверку. Идентификация соединений и подтверждение их структуры
проведены с использованием инструментальных физико-химических методов анализа.
Проведена оценка метрологических характеристик разработанных методик; методики анализа
апробированы на реальных исследуемых объектах.
Работа выполнена автором или при непосредственном участии автора. Личный вклад
автора заключается в планировании и разработке дизайна экспериментов, непосредственном
проведении исследований, получении и интерпретации данных, оформлении результатов
исследований, подготовке публикаций и текста диссертации.
Апробация результатов
Результаты работ представлены на XIII Международной конференции студентов
и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2016)
и XIV Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития
фундаментальных наук» (Томск, 2017).
Публикации по результатам работы
По теме диссертации опубликовано 3 статьи в рецензируемых научных журналах,
рекомендованных ВАК, входящих в наукометрические базы данных Scopus и Web of Science,
а также тезисы четырех докладов, представленных на международных научных конференциях.
Результаты работы защищены двумя патентами РФ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральной целевой программы
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-
технологического комплекса России на 2014–2020 годы», Соглашение № 05.604.21.0251,
уникальный идентификатор работ RFMEFI60419X0251.
Автор выражает благодарность:
– сотрудникам Лаборатории органического синтеза ТГУ: заведующему лаборатории,
к.х.н. В.С. Малькову за организацию работ по синтезу исследуемых соединений;
м.н.с. С.И. Горбину за синтез гликолурила, 2,8-диметилгликолурила, тетраметилгликолурила
и тетраметилолгликолурила; с.н.с., к.х.н. Н.Ю. Селиховой за помощь в проведении
экспериментов и обработке результатов; м.н.с. В.Р. Кущербаевой за синтез смеси
2,4- и 2,6-диметилгликолурила;
– сотрудникам Лаборатории физико-химических методов анализа ТГУ: заведующему
лаборатории Д.В. Новикову за помощь в работе и организацию образовательных курсов;
м.н.с. О.А. Котельникову за получение ЯМР-спектров; м.н.с. Н.Б. Дементьевой за помощь
в получении масс-спектров высокого разрешения; м.н.с. Е.В. Томиловой за синтез
монометилгликолурила;
– сотруднику Лаборатории каталитических исследований ТГУ с.н.с., к.х.н. М.А. Салаеву
за помощь в подготовке публикаций и консультационную поддержку.