авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Термодинамические характеристики взаимодействий циклодекстринов с некоторыми биоактивными молекулами.

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ОБУХОВА Наталья Анатольевна

Термодинамические характеристики взаимодействий циклодекстринов с некоТорыми биоактивными молекулами.

02.00.04 – физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Иваново – 2006

Работа выполнена в Институте химии растворов Российской академии наук

Научный руководитель доктор химических наук,

старший научный сотрудник

Агафонов Александр Викторович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук,

профессор Макаров Сергей Васильевич

доктор химических наук,

старший научный сотрудник

Мамардашвили Нугзар Жораевич

Ведущая организация Институт физической химии и электрохимии

им. А.Н.Фрумкина РАН

Защита состоится «1» июня 2006 года в 10 часов на заседании

диссертационного совета Д 002.106.01 при Институте химии растворов

РАН по адресу: 153045, г.Иваново, ул. Академическая, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии растворов РАН.

Автореферат разослан «28» апреля 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ломова Т.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Супрамолекулярная химия, или химия межмолекулярных связей, изучающая ассоциацию двух или большего числа частиц (молекул, ионов, радикалов), а также структуру образующихся ассоциатов, основоположниками которой были Ч. Педерсен, Д. Крам и Ж.-М. Лен, является на сегодняшний момент одним из наиболее интенсивно развиваемых направлений современной химической науки. Объектами изучения супрамолекулярной химии являются исключительно невалентные взаимодействия (водородная связь, электростатические, ван-дер-ваальсовы, гидрофобные взаимодействия), которые приводят к образованию прочных и вместе с тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов, к числу которых относятся и комплексы включения типа «хозяин-гость».

Способностью образовывать комплексы включения с различными органическими субстратами с высокой селективностью (избирательностью) обладают природные и модифицированные макроциклические лиганды – циклодекстрины. Термодинамические характеристики взаимодействия циклодекстринов с различными молекулами имеют большое значение как для разработки теоретических аспектов супрамолекулярной химии, так и для решения ряда важных практических задач. Молекулы циклодекстринов можно рассматривать в качестве моделей центров реакционного связывания ферментов и веществ – каналообразователей, избирательность комплексообразования которых определяет многие каталитические и биохимические процессы. В аналитической химии и хроматографии применение циклодекстринов перспективно для разделения оптических и структурных изомеров. В пищевой, косметической и текстильной промышленности циклодекстрины рассматриваются в качестве инкапсулирующих материалов для ароматических веществ, красителей, биоактивных добавок. В фармацевтике с циклодекстринами связывают перспективы повышения растворимости и активности лекарственных препаратов, направленной доставки лекарства к больному органу. Интересна проблема повышения устойчивости лекарств и витаминов к воздействию природных оксидантов. Вместе с тем, современное состояние теории и экспериментальных обобщений в данной области не позволяют априори предсказать возможность образования соединений гость/хозяин циклодекстринов с различными молекулами.



Учитывая изложенное, комплексное физико-химическое исследование энергетики и механизма межчастичных взаимодействий биологически активных молекул – витаминов с макроциклическими олигосахаридами – циклодекстринами, обладающими различным характером связывания молекул гостей, является актуальным. Работа выполнена в рамках приоритетного направления «Супрамолекулярные и наноразмерные самоорганизующиеся системы для использования в современных высоких технологиях» по теме «Физико-химические свойства растворов сахаридов», № гос. регистрации 01.2.00 103066; поддержана грантами Российского фонда фундаментальных исследований (проекты № 03-03-96411 и № 02-03-32694), награждена дипломом за победу в конкурсе молодых ученых на Всероссийском научном Симпозиуме по термохимии и калориметрии (1-3 июля 2004г, Нижний Новгород).

Цель работы. Целью настоящей работы является получение термодинамических, спектральных и электрохимических характеристик взаимодействия - и - циклодекстринов и их гидроксипропил и метил- замещенных с различной степенью замещения с аскорбиновой, никотиновой, мета- и пара-аминобензойными кислотами и никотинамидом в водных растворах при 298.15К и различных значениях рН среды. В задачи исследования входило: экспериментальное доказательство образования комплексов - и -циклодекстринов, а так же их гидроксипропил- замещенных с различной степенью замещения с рассматриваемыми кислотами в водных растворах; установление типа образующегося соединения (внешнесферный комплекс или соединение включения), выявление роли периферийных функциональных заместителей в макрокольце циклодекстрина при комплексообразовании; проведение анализа влияния рН среды, природы, структуры и зарядового типа реагирующих веществ на термодинамические характеристики процессов межчастичных взаимодействий; установление закономерности изменения термодинамических характеристик комплексообразования - и -циклодекстринов с молекулами гостей, структура которых последовательно изменяется путем изменения положения функциональных заместителей.

Научная новизна работы. Впервые получены термодинамические характеристики взаимодействий в растворах - и -циклодекстринов и их гидроксипропил и метилзамещенных с аскорбиновой, никотиновой, мета- и пара-аминобензойными кислотами и никотинамидом при различных значениях рН. На основании анализа полученных экспериментально, а также некоторых литературных данных установлен различный механизм комплексообразования - и -циклодекстринов с ароматическими молекулами, содержащими в своем составе амино- и карбоксильные группы, определяемый различной степенью проникновения молекул «гостей» в полости - и -циклодекстринов и вкладом, связанным с вытеснением молекул воды из полостей циклодекстринов. Дана интерпретация влияния взаимного расположения карбоксильной и аминогруппы изучаемых соединений, а также наличия объемных заместителей в структуре циклодекстринов на термодинамические и структурные характеристики комплексообразования.

Практическая значимость работы. Выявленные закономерности взаимодействий -, -циклодекстринов и их гидроксипропил- и метилзамещенных с аскорбиновой, никотиновой, мета- и пара-аминобензойными кислотами и никотинамидом в водных растворах помогают понять особенности протекания биохимических процессов: мембранный транспорт, ферментативный катализ и могут создавать основу для синтеза новых высокоэффективных лекарственных препаратов. Обнаруженная способность циклодекстринов к комплексообразованию с молекулами витаминов в водных растворах может найти практическое использование при разработке процессов инкапсулирования и в решении проблем, связанных с повышением их растворимости в водной среде.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены и обсуждались на конференциях: IX Международная конференция “Проблемы сольватации и комплексообразования”, 28 июня- 2 июля 2004г, Плес; Всероссийский научный Симпозиум по термохимии и калориметрии, 1-3 июля 2004г, Нижний Новгород; International Conference on Supramolecular Science and Technology Prague. 5-9 Sept., 2004; 3-rd International Symp. “Molecular Design and Synthesis of Supramolecular Arch.” Kazan, Russia. 20-24 Sept. 2004; II Международная молодежная конференция- школа “Синтез и строение супрамолекулярных соединений, 26 сентября- 1 октября 2004г, Туапсе; III Конференция молодых ученых ИХР РАН, 17-19 ноября 2004г, Иваново; XV Международная конференция по химической термодинамике в России. Москва, 27 июня -2 июля 2005г.; V Всероссийская конференция молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» Саратов, 22-24 июня, 2005г.; XXX Intern. Symp. on Macrocyclic Chemistry. Germany. Dresden. 17-21 July. 2005.; European Conference on Calorimetry and Thermal Analysis for Environment. 6-11 September 2005 Zacopane, Poland; X International Seminar on Inclusion Compounds (ISIC-10) Kazan, Russia, 18-22 Sept., 2005, Р.152.; I Всероссийская школа-конференция «Молодые ученые- Новой России. Фундаментальные исследования в области химии и инновационная деятельность», 26-29 сентября 2005г, Иваново.

Вклад автора. Экспериментальное изучение процессов комплексообразования природных и модифицированных циклодекстринов с некоторыми биоактивными молекулами проведено лично. Постановка задач, обсуждение и обработка экспериментальных данных выполнено совместно с научным руководителем д.х.н. А.В. Агафоновым и постоянным соавтором к.х.н. И.В. Тереховой.

Достоверность результатов исследований определяется воспроизводимостью результатов с заданной точностью; совпадением результатов, полученных разными методами; использованием методов математической статистики при обработке экспериментальных данных; согласие с литературными данными.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 статьи и 16 тезисов докладов.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 175 стр., содержит 19 табл., 46 рис. и состоит из оглавления, введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, основных итогов работы, списка цитируемой литературы, включающей 193 наименования и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Литературный обзор. Проведен анализ литературных данных по молекулярной структуре, физико-химическим свойствам, комплексообразующей способности циклодекстринов по отношению к разнообразным ион-молекулярным частицам «гостей». Рассмотрены аспекты практического использования циклодекстринов. Сделан вывод об актуальности исследования комплексообразования циклодекстринов с биоактивными молекулами: аскорбиновой, никотиновой кислотами и никотинамидом, мета- и пара-аминобензойными кислотами. Охарактеризованы важнейшие физико-химические свойства молекул «гостей» и их состояние в растворе.

Экспериментальная часть. Для изучения особенностей взаимодействий в растворах циклодекстринов и биоактивных молекул и образования комплексов «гость/хозяин» были использованы: термохимический (калориметрия растворения), спектроскопические (УФ и 1Н ЯМР) и полярографический методы.

Термодинамические измерения проводили на изотермическом ампульном калориметре растворения с термической чувствительностью 0,002 Дж и относительной погрешностью 0.6%. Измерения УФ спектров проводили на спектрофотометре SPECORD M40 в интервале длин волн 210-300 нм и на спектрофотометре UV-VIS SPECORD M40 в диапазоне 280-400нм при комнатной температуре (298.15 К). Спектры ЯМР 1Н регистрировали при 298.15К и рН 3.4 и 6 на спектрометре «Bruker AC-200» (200 МГц) в дейтерированной воде с циклогексаном в качестве внешнего стандарта. Применение температурной приставки Bruker BVT-3000 обеспечивало точность поддержания температуры ±0.10К. Электрохимическое окисление аскорбиновой кислоты было изучено методом постояннотоковой полярографии на капающем ртутном электроде по трехэлектродной схеме при помощи полярографа ПУ1.

Расчет энтальпий комплексообразования и констант устойчивости комплексов проводился с использованием программ HEAT, RSSU, FTMT, а также математическими методами.

Обсуждение результатов.

Исследование процессов комплексообразования аскорбиновой кислоты с циклодекстринами.

Аскорбиновая кислота (АК, витамин С), необходима для жизнедеятельности организма, она участвует в синтезе коллагена и нормализации проницаемости капилляров, регулировании окислительно-восстановительных процессов углеводного обмена, свертываемости крови (рис.1). В качестве природного антиоксиданта АК предотвращает вредное воздействие радикалов на клетки. Вместе с тем, подвергаясь воздействию окислителя, АК быстро переходит в неактивную форму. Представлялось целесообразным исследовать возможность инкапсулирования АК в полость ЦД для предотвращения ее окисления.

Калориметрическое, спектрофотометрическое и полярографическое исследования взаимодействий аскорбиновой кислоты с природными и модифицированными -, -циклодекстринами показало, что комплексы являются слабыми (табл.1).

Таблица 1. Термодинамические параметры комплексообразования - и гидроксипропил--циклодекстринов с аскорбиновой кислотой в воде при 298.15 К.

Комплекс K, кгмоль-1 Gc0, кДжмоль-1 Hc0, кДжмоль-1 TSc0, кДжмоль-1
-ЦД/H2A ГП--ЦД(2.1)/Н2А ГП--ЦД(4.2)/Н2А 1.9 (0.2) 4.14 (0.34) 4.27 (0.41) -1.6 (0.3) -3.52 (0.29) -3.60 (0.34) -6.0 (0.3) -12.89 (0.56) -16.20 (0.62) -4.4 (0.7) -9.37 (1.15) -12.60 (1.70)






Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.