Научная статья на тему 'Градиентные полимерные материалы на основе полиуретанов и полиизоциануратов'

Градиентные полимерные материалы на основе полиуретанов и полиизоциануратов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
84
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Аскадский А. А., Лучкина Л. В., Голенева Л. М., Киселева Т. И., Бычко К. А.

Получены и исследованы градиентные полиизоциануратные и полиуретанизоциануратные полимеры на основе олигомерных каучуков и ароматического диизоцианата, модуль упругости которых плавно меняется по длине одного и того же образца. Материалы не содержат промежуточных слоев и границ раздела. Таким образом, осуществляется плавный переход от резины к пластмассе. Изучена кинетика образования полимерных сеток, найдены оптимальные условия их получения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Аскадский А. А., Лучкина Л. В., Голенева Л. М., Киселева Т. И., Бычко К. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Gradient-modulus polymeric materials based on polyuretfanes and polyisocyanurates

Gradient-modulus materials based on polyisocyanurate networks have been prepared. For preparation of the materials rubber oligomers and aromatic diisocyanates were used. Modulus of elasticity of the materials changes smoothly along the samples. The materials are free of intermediate layers and interfacial boundaries. So, smooth transition from rubber to plastic is provided. Kinetic of formation of the polyisocyanurate networks has been investigated and optimal condition of their formation are controlled.

Текст научной работы на тему «Градиентные полимерные материалы на основе полиуретанов и полиизоциануратов»

Спектроскопическое исследование комплексов редкоземельных металлов с ципрофлоксацином и налидиксовой кислотой.

Карасева Э.Т., Полищук А.В., Медков М.А., Карасев В.Е. (karasev@ich.dvo.ru)

Институт химии, ДВО РАН, г.Владивосток,

Введение

Антибиотики из группы хинолонов являются эффективными лекарственными средствами нового поколения, успешно применяемыми для профилактики и лечения микробных инфекций. Первым представителем этого класса противомикробных средств, внедренных в клиническую практику, была налидиксовая кислота. Более эффективны как антибактериальные препараты хинолоны, содержащие в положении 6 атом фтора и различные заместители в положении 7(табл.). Исследование оптических и фотохимических свойств хинолонов, а также их комплексов важно в связи с возможным проявлением фототоксического эффекта в организме животного при приеме фторхинолонов. Фототоксичность зависит от природы заместителей в молекуле хинолона и может усиливаться под действием ультрафиолетового облучения [1,2].

По химическим свойствам хинолоны представляют собой слабые одноосновные кислоты, в некоторых условиях могут находиться в форме цвиттер-ионов [3]. При физиологическом значении pH 7,4 хинолинкарбоновые кислоты находятся преимущественно в форме аниона, которая, по мнению авторов [4] и является биологически активной формой препарата.

Способность к диссоциации в растворах по кислотному типу определяет возможность замещения подвижного иона водорода карбоксильной группы на металл с образованием комплексных соединений. Имеется лишь небольшое число работ, посвященных взаимодействию хинолонов с металлами [5-17]. В работе [5] методом pH-потенциометрического титрования определены константы ступенчатого комплексообразования редкоземельных ионов (РЗИ) с некоторыми хинолинкарбоновыми кислотами и сделаны предположения об их составе, который может претерпевать изменения по ряду РЗИ.

Сопоставление немногочисленных структурных исследований комплексов Сf с Си2+, Bi3+, Mg2+ свидетельствует о том, что молекула Cf может входить в координационную сферу комплексообразователя, либо выступать в качестве внешнесферного противоиона [6-8].

Были опубликованы данные, посвященные методам анализа хинолонов [9-13], в том числе люминесцентным методом с использованием лантанидов в качестве реагентов, что позволяет существенно повысить специфичность и чувствительность реакций. Так, в работе [9] исследованы люминесцентные реакции редкоземельных ионов - европия, самария, тербия - с некоторыми фторхинолонами - ципрофлоксацином, пефлоксацином и офлоксацином. Сделано заключение, что наибольшей интенсивностью флуоресценции обладает ион тербия в комплексе с ципрофлоксацином. Это свойство предложено использовать в целях определения содержания хинолонов в биологических материалах методом жидкостной хроматографии с люминесцентным детектированием.

Использование указанных соединений в качестве люминесцентных реагентов требует изучения процессов, связанных с первичными актами переноса электронной плотности по электрон-транспортной цепи сопряжения молекул и оценкой возможности снижения безызлучательных потерь энергии. В данной работе исследованы спектрально-люминесцентные свойства соединений некоторых РЗИ с ципрофлоксацином (Cf ). Полученные данные сопоставлены со спектроскопическими характеристиками аналогичных соединений налидиксовой и хинальдиновой кислот.

Экспериментальная часть.

Использован препарат «Ципрофлоксацин» для инъекций (Индия), налидиксовую кислоту выделяли из лекарственного препарата «Неграм» путем перекристаллизации из этанола. Для синтеза брали азотнокислые соли редкоземельных металлов квалификации х.ч и ч.д.а. Соединения синтезировали в водной или водно-этанольной среде при различных мольных отношениях металл - лиганд. Для получения комплексных солей с депрото-нированным лигандом создавали слабощелочную среду, с этой целью добавляли в раствор по каплям раствор аммиака или гексаметилентетрамин до

pH 7-9. Спектры поглощения соединений в инфракрасной области спектра снимали на спектрометре Specord-75. Образцы готовили в виде суспензий в вазелиновом масле. Спетры люминесценции снимали на спектрометре СДЛ-1 (ЛОМО) при возбуждении светом ртутной лампы ДРШ-250 (366нм). При исследовании спектров возбуждения люминесценции облучение производили светом ксеноновой лампы с использованием монохроматора КСВУ. Спектры люминесценции записывали при 300К и 77К. Электронные спектры поглощения снимали на спектрофотометре СФ-256.

Результаты и обсуждение.

В области рН 7-9 в растворах самария, европия, тербия, диспрозия и тулия с налидиксовой кислотой и ципрофлоксацином образуются комплексы, обладающие люминесценцией, характерной для соответствующего редкоземельного иона. Анализ штарковской структуры спектров люминесценции р.з. ионов в водно-органических растворителях, в присутствии ципрофлоксацина указывает на сложную картину комплексообразования и возможность одновременного присутствия разных по составу и строению комплексов. Одной из причин такого поведения фторхинолонов с лантанидами может быть наличие нескольких функциональных групп (табл.) с их потенциальной возможностью взаимодействовать с ионом-комплексообразователем.

Таблица

Максимумы спектров поглощения и люминесценции органических

лигандов

Название вещества

Структурная формула

Погл. Х,нм

Люм, Х,нм

Пиразин [21]

Хинальдиновая кислота

Налидиксовая кислота ( 1-этил-7-метил-4-оксо--1.4-дигидро-[1,8]нафти-ридин-3-карбоновая кислота) [22]

Ципрофлоксацин *

( 1-циклопропил-6-.

фтор-1.4-дигидро-4-

-оксо-(1-пиперазинил)-

-3-хинолинкарбоновая

кислота

324 328

220 245 300 330

235 260 310 325

270 320 340

340(фл.) 379 (фосф.)

538 (фосф.)

360 (фл.) 430 (фосф.) 443 (фосф.)

460(фл.) 530 (фосф.)

• * Пунктиром выделены фрагменты молекул фторхинолона, влияющие на антибактериальную активность: 1 - домен, участвующий в образовании координационной связи, 2 - домен, определяющий проникновение фторхинолона в клетки, 3 - домен, ответственный за самоассоциацию молекул.

Наиболее перспективными при исследовании процессов комплексо-образования, состава и строения комплексов являются соединения европия, обладающие интенсивной люминесценцией и информативной линейчатой структурой спектров [18].

Спектры люминесценции комплексов европия с ципрофлоксацином приведены на рис.1. Как видно из рисунка, спектроскопические параметры люминесценции иона Eu3+ - характер распределения энергии по переходам и отдельным подуровням внутри переходов зависят от условий комплексообразования - кислотности среды, соотношения реагирующих компонентов, координации донорых лигандов, в том числе воды.

3+

Рассмотрим изменения, происходящие в спектрах испускания Ей по мере изменений состава реакционной среды в присутствии ципрофлоксацина. В кислых средах до рН 5-6 в растворе наблюдается голубая фосфоресценция реагента (рис.1).

Рис. 1. Спектры люминесценции: ципрофлоксацин (1); соединений

ципрофлоксацина с Ей при разных рН: 6(2); 7,5(3).

Спектры люминесценции растворов ципрофлоксацина в воде и в 2н HCl при 293К практически идентичны и представляют собой широкую бесструктурную полосу с максимумом при 465 нм. При введении европия и Cf в мольном отношении 1:3 при pH 6 в растворах наблюдается появление красного свечения. Интенсивность красной люминесценции европия в данных условиях весьма низкая. Наличие 6 компонентов штарковского расщепления

7 7

уровня F1 и более 5 для уровня F2 свидетельствует о присутствии, по крайней мере, двух неидентичных излучающих центров Eu3+. Такая картина может быть связана с началом процесса ступенчатого комплексообразования, когда в растворе присутствуют одновременно различные по составу комплексы.

Рис.2. Спектры люминесценции ионов: Тт(1), ТЬ (2); 8ш (3); Еи-СГ (4) в комплексах с СГ.

Наличие интенсивной полосы перехода 5В0-7Г0 , большая величина расщепления 7Ж1 и 7Ж2 —уровней говорит о низкой симметрии окружения Еи3+ , по крайней мере, в одном из излучающих центров.

При повышении рН в реакционной среде до значений 7,5 наблюдается изменение спектра люминесценции. Интенсивность свечения резко возрастает,

7

расщепление г^-уровней энергии характерно для индивидуального соединения. При дальнейшем увеличении рН до 8.5 спектр не меняется, что говорит о достижении максимально возможного числа координированных лигандов вокруг иона европия. Штарковская структура спектра характеризуется низкой величиной расщепления 7Ж1 и 7Ж2 — уровней, переход 5В0-7Ж0 практически не проявляется, свидетельствуя о высокой симметрии кристаллического поля лигандов вокруг центрального иона.

Мольное отношение Еи:СГ в комплексах определяли методом изомолярных серий в водных растворах при рН 8 (боратный буфер). Мольное отношение реагирующих компонентов определяли по максимуму диаграммы состав — свойство, где за свойство принята интенсивность люминесценции Еи3+ в максимуме перехода 5В0-7Г2. Общая концентрация реагирующих компонентов в растворе составляла 6х10-4М. Кривая состав-свойство имеет максимум при значении Еи:С1", равном 1:3. Это подтверждает предположение о координации к

т/ ч 1 3

1(отн) Б2- Н4

4„ 6.

»0-^2

450 500 550

V.

«0° 650 Х(нм)

европию трех кислотных остатков ципрофлоксацина. Анализ ИК-спектров выделенных соединений свидетельствует о непосредственной координации СГ редкоземельными ионами через атомы кислорода карбоксильных групп с замыканием металлоцикла. Об этом свидетельствует проявление колебательных частот 1387см-1 и 1556см-1 вместо 1700 см-1, характерных для карбоксильной группы ципрофлоксацина в свободном виде.

Интенсивную люминесценцию в аналогичных условиях проявляют ионы тербия, самария, тулия в комплексах с ципрофлоксацином, спектры и отнесение наиболее интенсивных полос, которых приведено на рис.2.

Соединения рентгеноаморфны, не имеют кристаллической структуры, обладают высокой растворимостью в воде, гигроскопичны. Полученные в растворах соединения при удалении растворителя люминесцируют на несколько порядков интенсивнее. При понижении температуры до 77К интенсивность люминесценции меняется незначительно.

Лигандное окружение, включая способ координации, степень сопряжения и перенос электронной плотности при замыкании металлоциклов, оказывает сильное влияние на формирование спектрально-люминесцентных свойств координационных соединений РЗИ [18-21].

В данной работе детально проанализированы спектры люминесценции и возбуждения люминесценции 8ш, Ей , ТЬ, Тш с ципрофлоксацином и произведено отнесение полос спектров к я-я*, п-я* и Г*- электронным переходам.

Для оценки координационных возможностей ципрофлоксацина, (табл., фрагмент 1.2), и, в частности, участия фрагмента 2 в общей цепи сопряжения при замыкании металлоцикла, проведен сравнительный анализ спектроскопических данных соединений европия с ципрофлоксацином, налидиксовой и хинальдиновой кислотами.

Спектроскопические свойства комплексов европия с хинальдиновой кислотой исследованы нами в работах [19-21]. Выявлена возможность координации хинальдиновой кислоты как бидентатно через карбоксильную группу, так и с участием атома азота. В последнем случае люминесцентные свойства комплекса меняются весьма существенно. Красное свечение, присущее комплексным соединениям европия состава Еи(хин)33Н20, в результате атипичного перераспределения интенсивностей штарковских

7

компонентов расщепления Р1,2 - уровней становится оранжевым - в спектре люминесценции наиболее интенсивны полосы, относимые к магнито-

5 7

дипольному Б0 - переходу (рис. 3).

1(отн)

?о - Р

"о 1 1

5п -¥

и^ 2

400

580

600

620

Рис.3. Спектры люминесценции [Еи(хин)3]п (1), [Еи(хин)33Н20] (2), Еи-па1 (3) и спектры возбуждения люминесценции Еи(СН3С00)3 6 Н20(4), [Еи(хин)3]п (5) X (нм) Еи(хин)3 '3Н20 (6)

Анализ данных рентгеноэлектронной спектроскопии показал, что в комплексе Еи(хин) .3Н20, обладающем красной люминесценцией, наблюдается только одна N18 - линия при 399 эв. В комплексе [Еи(хин)яН20] п с оранжевой люминесценцией полоса N18 представляет собой суперпозицию, по меньшей мере, двух полос с максимумами 400,1 и 401,0 эв. Заметное увеличение энергии связывания N18 - электронов свидетельствует о дополнительной координации

3+

кислоты к Еи атомом азота. Отметим также, что в комплексе с оранжевой люминесценцией величина расщепления дублета Еи 4d на 0.6 эв больше, чем в аналогичном соединении, обладающем красной флуоресценцией, что может быть связано с большей степенью локализации 4d-электронов на атоме европия.

В электронных спектрах поглощения комплекса европия с хиналь-диновой кислотой в области 200-230 нм наблюдаются интенсивные полосы хинальдинового кольца 8 пп* и Т пп* переходов. Интенсивность 8 пп* и Т пп* переходов на порядок слабее.

Спектры поглощения (табл.) и люминесценции комплекса европия с налидиксовой кислотой в целом подобны спектрам соединения европия с

хинальдиновой кислотой состава Еи(хин)33Н2О, в котором последняя координируется бидентатно через карбоксильные группы [19-21]. Характер штарковской структуры и распределение интенсивностей полос спектра люминесценции соединения европия с ципрофлоксацином (рис.2) близок к хинальдинатам европия с бидентатной координацией лигандов, что не подтверждает предположения [5] о возможной тридентатной координации хинолона с вытеснением протона, локализованного на аминогруппе. С другой стороны, интенсивность люминесценции комплексов Eu, Sm, Tb, Tm с ципрофлоксацином (рис.2) значительно превосходит люминесценцию аналогичных соединений с налидиксовой кислотой, указывая на активное участие в излучательном процессе дополнительных заместителей - пиразина и фтора.

У пиразина, выступающего в качестве заместителя хинолонкарбоновой кислоты, существует две системы пя* - переходов [20]. Система с резкой структурой полос, отнесенной к длинноволновому п-я * переходу ( 324 нм ) и система с диффузной структурой меньшей интенсивности, отнесенной ко второму, запрещенному по симметрии переходу (328 нм). Система диффузных полос в парах при 280 нм отнесена к я-я * переходам.

Введение заместителей в молекулу пиразина [22] и их влияние на подвижку спектров поглощения подтверждает правильность отнесения фосфоресцентного (377 нм) состояния к п я * типу.

Анализ энергетической структуры обсуждаемых лигандов позволяет предположить, что для ципрофлоксацина низшим триплетным является T яя*-состояние, поскольку у Cf наблюдается длительная фосфоресценция (порядка 10 с). В этом состоит различие с налидиксовой кислотой, обладающей более короткоживущей слабой фосфоресценцией в сине-фиолетовой области, по-видимому, обусловленной пп*-фосфоресценцией, с преобладанием пя*-флуоресценции. Известно [23], что величина расщепления состояний пя*-типа тем больше, чем меньше расстояние между атомами азота в молекуле [23]. Для налидиксовой кислоты этот эффект должен проявляться максимально, что может привести к перемешиванию синглетных и триплетных состояний пп* и п п * - типа.

Наличие фторированного заместителя в ароматической п-сопряженной системе ципрофлоксацина приводит к снижению нижних вакантных уровней, что способствует более эффективному перекрыванию их с возбужденными 5D 4, 5D3, 5D2 - уровнями Tb 3+; 5 D3, 5 L6, 5 G2 - уровнями европия Eu 3+; 4G5/2, 4F 3/2, 5G7/2 - уровнями Sm3+; 1G4, XD2 - уровнями Tm3+ (рис.4 ), через которые происходит основная "накачка" энергии возбуждения метастабильных уровней излучающих центров.

Сенсибилизация люминесценции Eu3+, Tb3+, Sm3+, Tm3+ в комплексах с

ципрофлоксацином значительно

выше по сравнению с таковой для комплексов налидиксовой и хинальдиновой кислот - результат удлинения цепи сопряжения за счет пиразинового кольца, что

способствует более эффективному перекрыванию в первую очередь Т и Тп,п* уровней лигандов с возбужденными 41-конфигурациями РЗИ.

На рис. 5 приведены спектры возбуждения люминесценции ряда

изученных соединений, а в таблице приведены максимумы полос спектров поглощения и

люминесценции и произведено отнесение максимумов полос.

Относительно сложная структура оптических спектров обусловлена наличием нескольких сопряженных систем, образующихся при комплексообразовании с металлами. Основной вклад в «антенный» эффект передачи энергии возбуждения люминесценции вносят фрагменты 1 и 2(Табл.).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 4. Схема электронно-возбужденных состояний и фотофизических процессов в соединениях РЗИ с хинолонами.

717Г*+П7Г* к. Л

!(отн) 1 / 1

Г/ г 1

/У Х'Т2'6

Х - О 4 — ' ■

300 400 ^(нм)

Рис. 5. Спектры возбуждения

люминесценции ТЬ3+ (1), Еи3+ (2), 8ш3+ (3) с ципрофлоксацином, Еи(Ш3)3бИ20 (4)

Анализ спектров возбуждения

люминесценции комплексов свидетельствует о том, что наличие нескольких замкнутых систем с гетероатомами в цепи сопряжения способствует возникновению достаточно большого числа электронных уровней различной мультиплетности яя* и пя* типа, которые «оптимально» перекрываются с уровнями Еи3+, ТЬ3+, 8ш3+, Тш3+, образуя единую «колоколообразную» форму спектров

возбуждения в области 350 - 400 нм, что позволяет максимально использовать

«антенный» светосбор падающего излучения с последующей передачей на излучающий редкоземельный центр. Этот фактор, по-видимому, определяет высокий квантовый выход и слабую температурную зависимость люминесценции комплексов.

Литература

1. Ципрофлоксацин. К десятилетию опыта мирового клинического применения антибиотика ципробай (ципрофлоксацин) фирмы Байер, серия публикаций. Антибиотики и химиотерапия. 1997, 42 (6), 3-48.

2. Sanchez, J.P.; Bridges, A.J.; Bucsh, R.A.; at al. J. Med. Chem. 1992, 35, 361-367.

3. Montay, G.; Vigoroux, M.; Roguet, F.; Regnier M. Therapie. 1977, 32, 553-558.

4. Дворянцева, Г.Г.; Хабарова, Л.А.; Дронова, Л.Н.; Глушков, Р.Г. Хим.-фарм. журн. 1991, 25, 59-62.

5.Теслюк, О.И.; Бельтюкова, С.В.; Егорова, А. В.; Желтвай, И.И. Ж. Неорг. Химии 2000, 45, 2103-2107.

6. Djurdjevic, P.; Jelikic Stankov, M.; Odovic, J. Polyhedron 2000, 19, 1085-1096.

7. Turel, I.; Golic, L.; Bukovec, P.; Gubina, M. Journal of Inorganic biochemistry 1998, 71, 53-60.

8. Zupancic, M.; Korosec, R. C.; Bukovec, P. Jornal of Analysis and Thermal Calorimetry 2001, 63, 787-795.

9. Rieutord, A.; Vasquez, L.; M. Soursac, M.; Progпoп, P.; Blais, J.; Bourget, Ph.; Mahuzier, G. Analitica Chimica Acta. 1994, 290 (1-2), 215-225.

10. Бельтюкова, С.В.; Егорова, А.В.; Теслюк, О.И. Укр. хим. журн. 2000, 66, 115-121.

11. Бельтюкова, С.В.; Егорова, А.В.; Теслюк, О.И. Ж. аналит. химии. 2000, 55, 760-763.

12. Befal, F.; Al-Majed, A.A.; Al-Obaid, A.M. Talanta 1999, 50, 675-786.

13. Marzo, L.D. Bo. J. Chromatogr. 1998,17, 812.

14. Золин, В.Ф.; Коренева, Л.Г. Редкоземельный зонд в химии и биологии. М.: Наука. 1980. 349 с.

15. Егорова, А.В.; Бельтюкова, С.В.; Кравченко, Т.Б.; Полуэктов Н.С. Укр. хим. ж. 1987, 53, 184-189.

16. Turel, I.; Leban, I.; Zupancic, M.; Bukovec, P.; Gruber. K. Acta Cryst. 1996, C52, 2443-2445.

17. Lee, S.S.; Jung, O-S.; Lee, C.O.; at al. Inorg. Chim. Acta 1995, 239, 133-138.

18. Гайдук М.И., Золин В.Ф., Гайгерова Л.С. Спектры люминесценции европия. - М.: Наука. 1974. - 195с.

19. Карасев, В.Е.; Калиновская, И.В.; Зайцева, Н.Н.; Лифар, Л.И. Ж. неорган. химии 1987, 32, 910-913.

20. Карасев, В.Е.; Калиновская, И.В.; Мирочник, А.Г.; Зайцева, Н.Н.; Зиатдинов, А. М. Ж. неорган. химии 1989, 34, 618-622.

21. Карасев, В.Е.; Калиновская, И.В. Ж. неорган. химии 1996, 41, 768.

22. Goodman, L.; M. Kasha, M. J.Molec. Spectrosc. 1958, 2, 58.

23. El. Sayed, M.A.; Robinson, G.W. J.Chem. Phys. 1961, 34, 1840.

24. Mercas, I. D.; de la Pena, A.M.; Caceres, M.I.R.; Lopez, F.S. Talanta 1998, 45, 899-907.

25. Мокрушина, Г.А.; Чарушин, В.Н.; Чупахин, О.Н., Хим. - фарм. журн. 1995, 29, 5-19.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.