CC BY
73
© Затрудина РШ., Ивина К.С., 2012
ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
УДК 535.33+543.4 ББК 22.344+24.461.31
ИК-СПЕКТР АМИДА р-ПИРИДИНКАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ
Р.Ш. Затрудина, К.С. Ивина
В данной работе приведены результаты измерений ИК-спектра амида Ь-пиридинкарбоно-вой кислоты, выполнено сопоставление спектра поглощения пиридина и амида Ь-пиридинкар-боновой кислоты, проанализированы различия в ИК-спектрах пиридина и амида Ь-пиридин-карбоновой кислоты.
Ключевые слова: амид /3-пиридинкарбоновой кислоты, никотинамид, колебательный спектр, спектр пропускания, анализ спектра, характеристические частоты.
Введение
Амид р-пиридинкарбоновой кислоты (никотинамид) является активным компонентом важного кофактора окислительно-восстановительных реакций никотинамидадениндинуклеотида (NAD) и его фосфата (NADP). Восстановленные NAD и NADP, в свою очередь, вновь окисляются флавопротеинами; функции NAD и никотинамида тесно взаимосвязаны. NAD, NADP и их восстановленные формы необходимы, в частности, для гликолиза, окислительного фосфорилирова-ния, многих синтетических и других процессов.
Недостаточность никотинамида является наиболее важным фактором, вызывающим клинический синдром пеллагры, и никотиновая кислота названа «фактором, предотвращающим пеллагру (РР)».
Никотинамид способствует восстановлению уровня адениловых нуклеотидов в условиях ишемии головного мозга. Профилактическое введение никотинамида при окклюзии сонных артерий предупреждает развитие некоторых нарушений в системе энергетического обмена [2].
Одним из эффективных способов исследования органических веществ является спектральный анализ. Определив характерные полосы поглощения отдельных веществ, можно судить о наличии их в смесях нескольких веществ, выделять их в этих смесях. Спектр вещества позволяет делать выводы о структуре вещества, наличии тех или иных связей, определенных фрагментов молекул и т. д. Такие исследования амида р-пиридинкарбоновой кислоты и NAD проводились в работах [3-6]. А поскольку такие вещества, как никотинамид и никотиновая кислота, мало изучены с точки зрения спектроскопии, исследование их спектральных зависимостей является актуальной задачей.
Никотинамид - амид p-пиридинкарбоновой кислоты, то есть производное от пиридина, который, в свою очередь, является ^-замещенным бензола.
ИК-спектр пиридина приведен на рисунке 1. Измерения колебательных спектров проводились на приборе Nicolet Avatar 360 с помощью ATR-технологии (Horizontal Attenuated Total Reflectance) и в виде спрессованных с NaCl таблеток. Технология прессования таблеток была взята из [10]. 5 мг вещества смешивались с 150 мг NaCl [8].
В результате измерений спектров пиридина [9] было выявлено, что пиридин обладает большим количеством полос поглощения в диапазоне от 700 до 1 800 см-1, а также ярко выраженной широкой полосой поглощения в области 3 000 см-1 (рис. 1).
Методика проведения эксперимента и полученные результаты
Авторами данной статьи были проведены измерения колебательных спектров никотинами-да на ИК-Фурье спектрометре ФСМ-1202. Суспензия никотинамида в вазелиновом масле двух различных (низкой и высокой) концентраций поочередно наносилась на KBr-подложку, и снимался ИК-спектр. Отдельно проводились измерения спектра пропускания подложки и подложки с вазелиновым маслом. Результаты представлены на рисунке 2.
Рис. 1. Зависимости коэффициента пропускания от длины волны для двух образцов пиридина: 1 - в виде спрессованных с №С! таблеток; 2 - с помощью ATR-технологии [9]
1 — низкая концентрация
2 — высокая кониентоапия
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
-1
волновое число, см
Рис. 2. ИК-спектр никотинамида: 1 - низкой концентрации; 2 - высокой концентрации, полученный на ФСМ-1202 ISSN 2222-8896. Вестн. Волгогр. гос. ун-та. Сер. 1, Мат. Физ. 2012. № 2 (17) 7 9
В таблице 1 приведены экспериментально полученные колебательные частоты никотина-мида, измеренные на ИК-Фурье спектрометре ФСМ-1202.
Таблица 1
Колебательные частоты никотинамида
Никотинамид Никотинамид
(низкая концентрация) (высокая концентрация)
частота, см коэфф. пропуск. частота, см коэфф. пропуск.
408,93 0,802 408,93 0,286
509,23 0,741 509,23 0,192
601,82 0,649 597,96 0,098
621,11 0,657 621,11 0,103
644,25 0,745 644,25 0,190
705,98 0,675 702,12 0,141
775,42 0,678 775,42 0,159
829,43 0,723 829,43 0,196
891,15 0,757
937,45 0,705 937,45 0,230
968,31 0,696 968,31 0,233
1 026,18 0,677 1 026,18 0,170
1 087,90 0,722 1 091,76 0,229
1 122,62 0,709 1 122,62 0,215
1 153,48 0,658 1 153,48 0,183
1 199,78 0,657 1 199,78 0,157
1 230,64 0,683 1 230,64 0,205
1 342,52 0,546 1 338,66 0,142
1 423,53 0,128
1 519,98 0,720
1 543,12 0,720
1 573,99 0,692 1 573,99 0,158
1 593,28 0,676 1 593,28 0,132
1 616,42 0,675 1 616,42 0,147
1 682,01 0,645 1 682,01 0,125
1 697,44 0,662 1 697,44 0,128
1 770,73 0,364
1 801,60 0,344
1 874,90 0,336
1 905,76 0,320
1 928,91 0,315
1 959,77 0,310
1 986,77 0,315
2 677,32 0,641
2 850,92 0,027
2 854,78 0,052
2 866,35 0,041
2 877,93 0,033
2 897,22 0,016 2 893,36 0,055
2 908,79 0 2 908,79 0,073
2 916,50 0,068
2 924,22 0
2 935,79 0
2 939,65 0,059
2 947,37 0,014 2 947,37 0,055
2 970,51 0,072
2 966,66 0,069
3 151,83 0,634 3 151,83 0,115
3 286,85 0,164
3 348,58 0,149
3 360,15 0,148
3 364,01 0,671
4 089,28 0,243
Поскольку молекула никотинамида содержит пиридиновое кольцо, было выполнено сопоставление спектров пиридина [9] и никотинамида. В спектре пиридина и никотинамида присутствуют одинаковые частоты, что хорошо видно из таблицы 2, где с - сильная линия, ср - средняя, сл - слабая.
Таблица 2
Сравнение колебательных частот пиридина [9] и никотинамида, полученных в эксперименте
Пиридин ATR [ 9] Никотинамид (низкая конц.) Никотинамид (высокая конц.) Пиридин NaCl [9]
v, 1/см v, 1/см v, 1/см v, 1/см
601,82 ср 597,96 с 605,57 с
686,57 с 705,98 ср 702,12 с 702,00 с
738,64 с 775,42 ср 775,42 ср 740,57 с
879,43 сл 829,43 сл 829,43 ср 881,36 сл
937,28 сл 937,45 сл 937,45 ср 939,22 сл
983,57 с 968,31 сл 968,31 ср 985,50 с
1 020,21 с 1 026,18 ср 1 026,18 ср 1 020,22 ср
1 066,50 с 1 087,90 сл 1 091,76 ср 1 066,50 ср
1 147,50 ср 1 153,48 ср 1 153,48 ср 1 147,50 ср
1 216,93 ср 1 199,78 ср 1 199,78 ср 1 216,93 ср
1 286,36 сл 1 230,64 ср 1 230,64 ср 1 286,36 сл
1 367,36 сл 1 303,94 ср 1 367,36 сл
1 425,22 с 1 423,53 с 1 438,72 с
1 573,99 сл 1 573,99 ср 1 581,44 с
1 581,43 1 593,28 ср 1 593,28 с
1 616,42 ср 1 616,42 с 1 629,65 ср
1 801,60 сл 1 814,80 сл
1 861,08 сл 1 874,90 сл 1 872,65 сл
1 918,94 сл 1 928,91 сл 1 918,94 сл
1 976,80 сл 1 986,77 сл 1 988,37 сл
2 677,32 ср 2 647,91 сл
2 821,47 сл 2 850,92 с 2 854,78 с 2 821,47 сл
2 902,46 сл 2 866,35 с
2 995,03 с 2 877,93 с 2 995,03 ср
3 018,17 с 2 935,79 с 2 939,65 с 3 018,17 с
3 076,02 с 3 151,83 ср 3 151,83 с 3 076,03 с
3 400,01 с 3 364,01 ср 3 360,15 с 3 400,01 с
Заключение
Как видно из представленных результатов, в экспериментально измеренных спектрах нико-тинамида и пиридина наблюдаются колебания, практически точно совпадающие по частоте (702 см-1, 937 см-1). Эти частоты соответствуют колебаниям C-H-связей относительно плоскости пиридинового кольца в молекулах никотинамида и пиридина.
Частоты веерных колебаний C-C-H-связей в пиридиновом кольце никотинамида смещены относительно частот тех же колебаний в пиридине. Так, колебания с частотой 1 153 см-1 у нико-тинамида соответствуют колебаниям с частотой 1 147 см-1 у пиридина; а колебания на частоте 1 199 см-1 у никотинамида - колебаниям на частоте 1216 см-1 у пиридина.
В [7] приведены частоты колебаний пиридина, отсутствующие в [9]. Некоторые из этих частот хорошо коррелируют с полосами, наблюдаемыми в ИК-спектре никотинамида (табл. 1).
Так, в спектре никотинамида колебания на частоте 408 см-1 соответствуют колебаниям на частоте 405 см-1 в спектре пиридина [7]. На этих частотах наблюдаются колебания C-H-связей относительно пиридинового кольца и изменения угла колебаний C-C-связей в пиридиновом кольце.
Частота колебаний 601 см-1 в спектре никотинамида соответствует частоте колебаний 604 см-1 в спектре пиридина [там же] и изменению угла N-C-C- и C-C-C-связей в пиридиновом кольце.
Колебания на частоте 1 026 см-1 молекулы никотинамида относятся к колебаниям на частоте 1 030 см-і молекулы пиридина [7]. С такой частотой меняются длины C-C-связей и углы C-C-H -связей в пиридиновом кольце.
Частота колебаний 1 230 см-і в спектре никотинамида соответствует частоте колебаний 1 226 см-і в спектре пиридина [там же] и изменению углов N-C-H- и C-C-H-связей в пиридиновом кольце.
Колебания никотинамида на частоте 1 573 см-і соответствуют колебаниям пиридина на частоте 1 572 см-і [там же]. С такой частотой меняются длины C-C-связей и углы колебаний C-C-H-связей в пиридиновом кольце.
Данное расхождение экспериментально полученных частот по сравнению с ранее известными обусловлено наличием у молекулы никотинамида группы CONH2, которая смещает частоты колебаний связей в кольце.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Баранов, В. И. Pасчет и интерпретация электронно-колебательных спектров пиридина и транс-1,2-ди(2’-пиридил)этилена во втором приближении параметрического метода / В. И. Баранов, А. Н. Соловьев // Оптика и спектроскопия. - 2008. - Т. І04, N° 3. - С. 357-364.
2. Закиров, И. P. Влияние никотинамида на энергетический обмен мозга в условиях острой церебральной ишемии / И. P. Закиров, И. P. Ягафаров, Н. Г. Сибагатуллин // Казан. мед. журн. - 20І0. - Т. 9І, № 3. - С. 334-337.
3. Затрудина, P. Ш. Изменение дипольного момента молекулы никотинамида в воде по данным по-луэмпирических расчетов / P. Ш. Затрудина, Е. П. Конькова // Лазеры. Измерения. Информация : сб. докл. 20-й Междунар. конф. Т. 2. - СПб., 20І0. - C. І32-І4І.
4. Затрудина, P. Ш. Изменение спектра поглощения никотинамида в водном растворе / P. Ш. Затрудина, Е. П. Конькова // Вестн. ВолГУ Сер. І, Математика. Физика. -Волгоград : Изд-во ВолГУ 20І0. - Вып. ІЗ. - С. 98-І0І.
5. Затрудина, P. Ш. Pасчет электронных спектров амидов пиридинкарбоновых кислот и их кон-формационный анализ / P. Ш. Затрудина, М. А. Корнаухова // Лазеры. Измерения. Информация : сб. докл. 22-й Междунар. конф. Т. 2. - СПб., 20І2.
6. Затрудина, P. Ш. Спектр поглощения NADH как суперпозиция спектров аденина и никотинамида / P. Ш. Затрудина, Е. П. Конькова // Химическая физика и мезоскопия. - 20ІІ. - Т. ІЗ, № 3. - С. 425-431.
7. Свердлов, Л. М. Колебательные спектры многоатомных молекул / Л. М. Свердлов, М. А. Ковнер, Е. П. Крайнов. - М. : Наука, І970. - 560 с.
8. Chemistry Research Main Page. - Electronic text data. - Mode of access: http://ed.augie.edu/~mahelber /ChemistryResearch/spectra.html. - Title from screen.
9. Pyridine. - Electronic text data. - Mode of access: http://ed.augie.edu/~mahelber/ChemistryResearch /Spectra/Pyridine.html. - Title from screen.
І0. Szafran, Z. Microscale inorganic chemistry: a comprehensive laboratory experience / Z. Szafran, R. M. Pike, M. M. Singh - N. Y. : John Wiley, І99І. - 363 p.
IR-SPECTRUM OF AMIDE OF b-PYRIDINECARBOXYLIC ACID
R.Sh. Zatrudina, K.S. Ivina
In this paper the results of experimental IR spectrum of amide of b-pyridinecarboxylic acid are presented. The spectra of pyridine and amide of b-pyridinecarboxylic acid are compared. Also the differences in IR spectra of pyridine and amide of b-pyridinecarboxylic acid are analyzed.
Key words: amide of /З-pyridinecarboxylic acid, nicotinamide, vibrational spectrum, transmission spectrum, analysis of the spectrum, characteristic frequencies.
