CC BY
7Порфиразины Porphyrazines
Макрогэтэроцмклы
http://macroheterocycles.isuct.ru
Статья Paper
DOI: 10.6060/mhc120783l
Исследование ассоциации тетраметилтрибензотетраазахлорина в бинарных смесях полярных растворителей и в коллоидных растворах НПАВ
А. П. Ластовой,а'ь@ Г. В. Авраменкоа
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, 125480 Москва, Россия
ьФедералъное государственное унитарное предприятие Государственный научный центр "НИОПИК", 123995 ГСП
5, Москва, Россия
®Е-шаИ: a.p.lastovoj@mail.ru
В работе исследовано поведение безметалъного тетраметилтрибензотетраазахлорина (Н2ТВТАС) в бинарных смесях полярных растворителей; рассматривается иммобилизация Н2ТВТАС в коллоидных растворах неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ). Посредством УФ-ВИД спектроскопии изучено явление ассоциации Н2ТВТАС в растворах НПАВ. Обосновано влияние условий и времени хранения растворов на ассоциацию Н2ТВТАС, иммобилизованного в растворах НПАВ. Описан вероятный механизм ассоциации Н2ТВТАС в бинарных смесях растворителей в результате образования солъватированных агрегатов, в электронных спектрах которых наблюдается значительное уменьшение интенсивности поглощения и уширение основных полос поглощения, что наиболее заметно для главного максимума Q-полосы. Ассоциаты, особенно в присутствии воды, имеют электронный спектр, существенно отличающийся от спектра мономерной формы исчезновением главного максимума Q-полосы при 748 нм, а также изменением формы ЭСП в области 550-650 нм и 670-780 нм, что является результатом образования агрегатов. Показана обратимость ассоциации при добавлении ДМСО как со-растворителя в количестве более 40% об. к растворам Н2ТВТАС в Р1иготс F-68.
Ключевые слова: Тетраазахлорин, агрегация, Н-ассоциат, face-to-face, УФ-ВИД спектроскопия, неионогенные ПАВ.
Investigation of Tetramethyltribenzotetraazachlorin Association in Binary Mixtures of Polar Solvents and in Colloidal Solutions of Nonionic Surfactant
Anton P. Lastovoy,a'b@ and Gregory V. Avramenkoa
aD. I. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, 125047 Moscow, Russia bResearch Institute of Organic Intermediates and Dyes, 123995 Moscow, Russia @Corresponding author E-mail: a.p.lastovoj@mail.ru
The phenomena of association often occurs in concentrated solutions ofporphyrins and their analogues, where high content of a substance leads to specific and nonspecific intermolecular interactions, changing their physico-chemical and spectral properties. Photochemical properties of porphyrin solutions including tetraazachlorins strongly depend on the degree of aggregation. The association suppresses the fluorescence and ability of these compounds to initiate formation of singlet oxygen, which is the basis for photodynamic therapy. Understanding the factors of tetraazachlorins aggregation in solution is important for selection of appropriate materials, preventing it, and for creation on their basis of pharmaceutical preparations containing tetraazachlorins as active components. In this paper we investigate the behavior of metal-free tetramethyltribenzotetraazachlorin (H2TBTAC) in binary mixtures of polar solvents and in colloidal solutions of nonionic surfactants. The phenomenon of H2TBTAC association in
solutions of nonionic surfactant is studied by means of UV- VIS spectroscopy. The influence of the conditions and time of storage solutions on the association ofH2TBTAC immobilized in a matrix of nonionic surfactant is substantiated. We describe the probable mechanism of H2TBTAC association due to the formation of associates of a higher level. They are characterized by a significant decrease in the intensity of the absorption and broadening of the main absorption bands, it is noticed for the main Q-band maximum. Associates especially in the presence of water have the electronic spectrum, which differs from that of the monomeric form of the disappearance of the main Q-band maximum at 748 nm, and the change in the form of electronic spectrum in the range 550-650 nm and 670-780 nm. The reversibility of the association was observed when co-solvent (DMSO) in an amount of more than 40% vol. was added to aqueous solutions of Pluronic F-68 containing H2TBTAC. We have hypothesized a face-to-face aggregation to take place in the investigated solutions. The specific solvation of tertiary nitrogen atoms of tetraazachlorin agregates with proton-donor solvents (especially water) leads to the formation H-association of H2TBTAC in binary solution. When H2TBTAC is immobilized in colloidal solutions of nonionic surfactants degree of tetraazachlorin association depends on the hydrophilic-lipophilic properties of the high-molecular substance. The lower HLB increases the content of monomeric form in the solution.
Keywords: Tetraazachlorin, aggregation, H-associate, face-to-face, UV-vis spectroscopy, nonionic surfactants.
Введение
Тетраазахлорины являются гидрированными производными тетраазапорфина. В настоящий момент в литературе мало сведений об этих соединениях,11"51 ввиду чего изучение их физико-химических свойств представляет большой интерес. С точки зрения практической значимости, тетраазахлорины, как и большинство аналогичных соединений, имеют большой потенциал для применения, например, в качестве сенсибилизаторов для фотодинамической терапии (ФДТ) онкологических заболеваний.[6,7]
Явления ассоциации (агрегации) часто проявляются в концентрированных растворах порфиринов и их аналогов, при этом возникают специфические и неспецифические межмолекулярные взаимодействия, вследствие чего могут меняться физико-химические и спектрально-люминесцентные свойства порфиринов. [89] Фотохимические свойства растворов порфиринов и их аналогов, в т.ч. тетраазахлоринов, сильно зависят от степени их ассоциации,1101 что является критичным фактором при использовании этих соединений в ФДТ, т.к. при ассоциации гасится их флуоресценция и исчезает способность инициировать образование синглетного кислорода, что лежит в основе ФДТ.[11" 13] Изучение факторов агрегации тетраазахлоринов в растворах является важным моментом при выборе соответствующих веществ, ее предотвращающих, и для создания на их основе лекарственных препаратов, содержащих тетраазахлорины в качестве активных компонентов.
Достаточно много работ посвящено изучению влияния растворителей на агрегацию водорастворимых порфиринов.[14-16] Существует два предельных типа агрегации. Первый тип - это face-to-face агрегация, характеризующаяся гипохромным и гипсохромным сдвигом полос в электронных спектрах поглощения (ЭСП) отно сительно полос мономерных форм и их значительным уширением.[817-19] Ко второму типу относят face-to-edge агрегацию, которая характеризуется батохромным сдвигом полос поглощения и острыми максимумами, но, главным образом, в отличие от face-to-face агрегатов,
face-to-edge обладают сильной флуоресценцией.[818,20] Последние исследования подтверждают, что агрегация имеет место как в неводных, так и в водных растворах. В литературе встречается мало упоминаний о применении НПАВ для предотвращения агрегации порфиринов в растворах.[13,21] В связи с этим основной задачей нашей работы было объяснить природу изменений в ЭСП тетра-метилтрибензотетраазахлорина в растворах НПАВ, смоделировав аналогичное поведение в бинарных смесях полярных растворителей.
Экспериментальная часть
Материалы
Безметальный тетраметилтрибензотетраазахлори
н (H2TBTAC) (Рисунок 1) синтезирован в ФГУП ГНЦ «НИОПИК».[221 В работе использовали ряд неионогенных ПАВ с различным значением гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ): Pluronic F-68 (Sigma) (ГЛБ 29), Lutrol F-127 (BASF) (ГЛБ 22) - блок-сополимеры этиленоксида и пропиленоксида, Cremophor EL (Fluka) (ГЛБ 12-14) -полиэтоксилированное касторовое масло, а также Эмуксолы 2, 3 и 6 (опытные образцы ФГУП ГНЦ «НИОПИК»), которые представляют собой полигликолевые эфиры а-токоферола (Рисунок 1), отличающиеся содержанием этиленоксидных и пропиленоксидных блоков.
В качестве растворителей использовали бензол (для спектрофотомерии), тетрагидрофуран (ТГФ), хлороформ, этанол 95 %, ацетонитрил (HPLC-gradient grade), диметилсуль-фоксид (ДМСО, 98 % димексид), дистиллированную воду, фильтрованную через систему Milli-Q. Хлороформ предварительно перегоняли, остальные растворители использовали без очистки.
Электронные спектры поглощения (ЭСП) регистрировали на УФ-ВИД спектрофотометре Hewlett Packard 8453, используя кварцевые кюветы с длиной оптического пути 0,1, 0,2 и 1,0 см.
Получение коллоидных растворов неионогенных ПАВ с иммобилизованным H2TBTAC
Навеску H2TBTAC добавляли к расплаву Pluronic F-68, интенсивно перемешивая при нагревании. Добавляли дистиллированную воду, так, чтобы концентрация Pluronic F-68 составила 4 %, затем перемешивали до полного
CH3
n + p = 30-150 m = 2-50
Рисунок 1. Структурные формулы H2TBTAC (1) и Эмуксола (2).
растворения неионогенного ПАВ. Раствор фильтровали через поликарбонатную мембрану (Millipore, Type GS) с размером пор 0,22 мкм. ЭСП полученного раствора снимали относительно раствора 4 % Pluronic F-68 в кювете с длиной оптического пути l = 1 см. Аналогичную процедуру применяли при приготовлении растворов в других неионогенных ПАВ. Lutrol F 127, Cremophor EL, Эмуксолы 3, 6 и 2. ЭСП снимали непосредственно после приготовления растворов, а затем через каждые сутки в течение недели.
Количественное определение содержания
H2TBTAC, иммобилизованного в коллоидном растворе НПАВ, проводили путем смыва невключенного H2TBTAC с мембраны бензолом после фильтрования. Для этого в бюкс наливали 5 мл бензола и погружали предварительно высушенную мембрану с не-включенным H2TBTAC, герметично закрывали и оставляли до полной потери окраски мембраной. Полученный раствор осу-шали при помощи CaCl2 затем снимали его ЭСП относительно бензола. Измерение оптической плотности проводили при длине волны 748 нм 3 раза, затем находили ее среднее значение. По молярному коэффициенту поглощения для данной длины волны определяли содержание невключенного H2TBTAC. Зная массу загруженного и невключенного H2TBTAC, а также объем полученного раствора, находили концентрацию H2TBTAC, иммобилизованного в растворе НПАВ.
Исследование обратимости агрегации H2TBTAC, иммобилизованного в Pluronic F-68разной концентрации
Навеску H2TBTAC растворяли в 7 г расплава Pluronic F-68, непрерывно перемешивая. Добавляли 35 мл дистиллированной воды, тщательно перемешивали при помощи магнитной мешалки до полного растворения Pluronic F-68. Разбавлением исходного 20 % раствора Pluronic F-68 с иммобилизованным H2TBTAC получали 15 % и 10 % растворы. Готовили серию из 2 %, 3 % и 4 % растворов Pluronic F-68 с иммобилизованным H2TBTAC путем разбавления каждого из исходных 20 %, 15 % и 10 % растворов смесью растворителей Н20-ДМС0, с объемной долей ДМСО 40 % об., 50 % об., 60 % об., 70 % об. и 80 % об. Снимали ЭСП полученных растворов непосредственно после их приготовления относительно смесей того же состава, не содержащих H2TBTAC, и впоследствии каждые сутки в течение недели.
Результаты и их обсуждение
Влияние природы растворителя на агрегацию
н2твтас
Электронный спектр поглощения Н2ТВТАС в бензоле, представленный на Рисунке 2А, показывает присутствие нескольких интенсивных полос, обусловленных п-п* переходами: так называемая 0-полоса в виде дублета при 748 (с колебательными спутниками при 710 и 683 нм) и при 604 нм, а также широкая полоса Соре в УФ области, типичная для всех родственных порфиринам соединений. Молярный коэффициент поглощения тетраазахлорина в бензоле для главного максимума ^-полосы при 748 нм составляет 153000 лмоль"1см"1. Экспериментально было доказано, что в бензоле тетраазахлорин не склонен к ассоциации при концентрации менее 7,2 10-5 М. Бензол является слабосольватирующим растворителем для Н2ТВТАС, в то же время он вступает в п-п-взаимодействие с макроциклом тетраазахлорина, что и обусловливает растворение.
Изучение спектров поглощения Н2ТВТАС в бинарных смесях полярных растворителей показало, что с ростом полярности системы растворителей происходит характерное уменьшение молярного коэффициента поглощения главного максимума ^-полосы (Таблица 1) и уширение ее главной составляющей, что говорит о процессах агрегации (Рисунок 2Б). Стоит отметить, что в полярных растворителях исчезает спутник ^-полосы при 710 нм. Кроме того, из Рисунка 2А видно, что спектр поглощения Н2ТВТАС в бензоле имеет более разрешенные полосы по сравнению со спектром в хлороформе. В совокупности с уменьшением молярного коэффициента поглощения более чем в два раза (около 70000 лмоль"1см"1) можно утверждать, что Н2ТВТАС склонен к частичной агрегации в хлороформе. Несмотря на чрезвычайно низкую растворимость Н2ТВТАС в ДМСО и этаноле, достигнутая степень растворения была достаточной, чтобы отразить влияние других полярных растворителей, сольватохромные изменения, а
Длина волны нм Длина волны, нм
Рисунок 2. ЭСП Н2ТВТАС при растворении в бинарных смесях растворителях. А: 1 - С6Н6 6,810"6 М (I = 1 см), 2 - СНС13 1,44 10-5 М (I = 1 см), 3 - ДМСО-ТГФ (1:1) 6,9510-5 М (I = 0,2 см). Б: 1 - ДМСО 13,910-5 М (I = 1 см), 2 - ДМСО-С2Н5ОН (95 %) (1:1) 6,9510-5 М (I = 1 см), 3 - ДМСО-СЦ^ (1:1) 6,9510-5 М (I = 1 см).
также смоделировать агрегацию для объяснения явлений ассоциации H2TBTAC в растворах НПАВ.
Помимо очевидной face-to-face агрегации тетраазахлорина в ДМСО[16,19] и бинарных смесях растворителей на его основе, нельзя пренебрегать специфической сольватацией H2TBTAC молекулами растворителя. В литературе[16,23] описываются случаи специфической сольватации порфиразинов различными растворителями. Утверждается, что при агрегации уменьшается макроциклический эффект, в связи с чем ослабевает экранирование координационного центра (H2N4), что делает его доступным для сольватации электронодонорными (ДМСО, MeCN, ТГФ) или протонодонорными растворителями (C2H5OH, H2O), причем протонодонорные растворители вступают во взаимодействие с третичными атомами азота =N-, а электронодонорные во взаимодействие с центральными иминоводородами -NH, при этом формируются комплексы с переносом протона (КПП), называемые H-ассоциатами. Образование КПП чаще
всего сопровождается батохромным сдвигом полос
поглощения.[23]
Нами было замечено, что при использовании воды в качестве одного из компонентов бинарного растворителя форма ЭСП тетраазахлорина существенно меняется. При увеличении содержания воды в бинарных смесях C2H5OH-H2O (Рисунок 3) наблюдается уменьшение интенсивности главного максимума 0-полосы и его батох-ромный сдвиг (Таблица 1), уширение всех полос поглощения, а также размытие второй составляющей 0-полосы при 605 нм и колебательных спутников при 684 и 706 нм. Все это говорит об образовании агрегатов, предположительно высокого порядка, причем настолько крупных, что часть из них выпадает в осадок. Анализ данных Таблицы 1 показывает, что для бинарной смеси протонодонорных растворителей С2Н50Н-Н20 с увеличением акцепторного числа[24] (т.е. с увеличением содержания воды в смеси) максимум главной составляющей 0-полосы батохромно сдвигается с 743 нм на 753 нм, что хорошо объясняется теорией образования КПП (Н-ассоциата).[23]
Таблица 1. Сдвиги длины волны поглощения гл авного максимума 2-полосы в зависимости от вида растворителя (СС -слабосольватирующий, ПД - протонодонорный, ЭД - электронодонорный).
Растворитель Вид растворителя Диэлектрическая проницаемость растворителей и их смесей[24] Акцепторное число смесей растворителей[24] Длина волны поглощения главного максимума 2-полосы, нм Молярный коэффициент поглощения, л-моль"1-см-1
C6H6 СС 2,3 - 748 152300
CHCl3 слабый ПД 4,8 - 748 70000
ДМСО ЭД 48,9 - 747 4250
,flMCO-C2H5OH (1:1) ЭД+ПД 36,6 - 744 15700
ДМСО-CHjCN (1:1) ЭД+ЭД 43,2 - 741 13000
ДМСО-ТГФ (1:1) ЭД+ЭД 28,2 - 745 48700
C2H5OH ПД 24,3 37,9 743 15500
C2H5OH-H2O (4:1) ПД+ПД 35,1 41,3 744 9200
C2H5OH-H2O (3:2) ПД+ПД 46,0 44,7 748 2050
C2H5OH-H2O (1:4) ПД+ПД 67,7 51,4 753 1330
0.6
ф
| 0.4 о ¡5 о с
0.2
0.0
----5:0 (C2H5OH-H2O)
---4:1 ■■■■3:2 -1:4
300 400
500 600 700 Длина волны,нм
800
900
Рисунок 3. ЭСП H2TBTAC (4,13 10-5 М) в C2H5OH-H2O с различным соотношением компонентов бинарной смеси растворителей.
Электронодонорные растворители не вызывают явного батохромного сдвига, в отличие от протонодо-норных, однако изменение длины волны главного максимума 0-полосы, вероятно, тоже связано с соль-ватохромными эффектами. Все вышеописанные эксперименты позволили смоделировать и объяснить явления агрегации, наблюдаемые при иммобилизации Н2ТВТАС в растворах НПАВ.
Ассоциация Н2ТВТАС, иммобилизованного в растворах неионогенных ПАВ
На Рисунке 4А приведен спектр поглощения высокодисперсной суспензии ассоциатов H2TBTAC, стабилизированной Pluronic F-68 (PlF68). Являясь полярным гибкоцепным ВМС, PlF68 обладает высоким сродством к воде (ГЛБ 29), образуя в ней сильно гидра-тированные молекулярные клубки. Исходя из общих понятий и законов коллоидной химии, макромолекулы
данного ВМС в водном растворе располагаются таким образом, что метильные группы пропиленоксидных блоков обращены внутрь молекулярного клубка, образуя гидрофобное ядро, внутри которого происходит иммобилизация Н2ТВТАС в результате адсорбции Р№68 на поверхности тетраазахлорина.
В то же время гидрофобное ядро молекулярного клубка остается достаточно проницаемым для воды, при этом взаимодействие между водой и Н2ТВТАС оказывается сильнее, чем межмолекулярные взаимодействия Р№68 и тетраазахлорина, что приводит к его моментальной агрегации и изменению ЭСП. При этом происходит не только исчезновение главного максимума 0-полосы, уширение основных полос поглощения, но и появляется новая полоса на 802 нм. Похожие спектральные изменения мы наблюдали при растворении Н2ТВТАС в бинарной смеси этанол-вода (Рисунок 3).
При иммобилизации Н2ТВТАС в неионогенном ПАВ Lutrol F 127 (LuF127) тетраазахлорин находится частично в мономерной форме в свежеприготовленном растворе, что подтверждается присутствием четкого главного максимума ^-полосы при 746 нм (молярный коэффициент поглощения при 746 нм 12000 л моль-1 •см-1) с колебательными спутниками.
.6 .4 .2 .0 300
400 500 600 700 Длина волны,нм
800
900
300 400 500 600 700 Длина волны, нм
800
900
Рисунок 4. А: ЭСП Н2ТВТАС, иммобилизованного в коллоидном растворе 4 % РШ68 (0,086 мг/мл, I = 1 см). Б: Уменьшение интенсивности поглощения Н2ТВТАС в РШ68 на 740 нм при хранении (1 - в темноте, 2 - на свету).
Рисунок 5. А: ЭСП Н2ТВТАС, иммобилизованного в коллоидном растворе 4 % LuF127 (0,080 мг/мл, I = 1 см); а - свежеприготовленный, б - через сутки, в - через двое суток. Б: Уменьшение интенсивности поглощения Н2ТВТАС в LuF127 на 746 нм при хранении (1 - в темноте, 2 - на свету).
Расположение макромолекулы LuF127 в водном растворе аналогично расположению Pluronic F-68, однако, за счет наличия большего количества пропиленоксидных блоков, LuF127 является более гидрофобным и лучше адсорбируется на H2TBTAC, при этом ассоциация тетраазахлорина в водном растворе LuF127 происходит не так быстро, как в PlF68 (Рисунок 5А). Динамика агрегации тетраазахлорина в коллоидных растворах PlF68 и LuF127 (Рисунки 4Б, 5Б) позволяет утверждать, что со временем количество образовавшегося в системе ассоциата становится постоянным. В то же время результаты флуоресцентной спектроскопии показали их слабую флуоресценцию, что говорит о присутствии в системе незначительного количества мономерной
формы H2TBTAC, т.к., в отличие от мономеров, face-to-face агрегаты не способны к флуоресценции. Было отмечено, что при хранении растворов H2TBTAC в P1F68 и LuF127 на свету интенсивность поглощения главного максимума ^-полосы несколько ниже. При наличии мономерной формы под воздействием рассеянного солнечного света в растворах порфиринов начинают протекать фотохимические реакции, в результате чего молекулы мономеров H2TBTAC могут разрушаться, что и приводит в нашем случае к несколько большему падению оптической плотности растворов, хранившихся на свету, по сравнению с растворами, хранившимися в темноте.
На Рисунке 6А приведен спектр поглощения H2TBTAC, иммобилизованного в коллоидном растворе Cremophor EL (CrEL), причем в данном НПАВ H2TBTAC находится, по большей части в виде мономера, что подтверждается высоким значением молярного коэффициента поглощения при 748 нм (48000 лмоль"1см"1), формой ЭСП, а также высокой флуоресценцией. Высокая липофильность и разветвленная структура макромолекулы &EL также обеспечивает хорошее экранирование H2TBTAC от взаимодействий с водой, поэтому процесс ассоциации тетраазахлорина в растворе CrEL протекает достаточно медленно по сравнению с его ассоциацией в LuF127. Тем не менее, вода, содержащаяся в некотором количестве внутри гидрофобного ядра, образуемого молекулами CrEL, со временем вызывает частичную ассоциацию тетраазахлорина, о чем говорит динамика уменьшения интенсивности поглощения основного максимума ^-полосы при хранении раствора (Рисунок 6Б).
300 400 500 600 700 Длина волны,нм
800
900
Рисунок 6. А: ЭСП Н2ТВТАС, иммобилизованного в коллоидном растворе 10 % CrEL (0,096 мг/мл, I = 0,1 см). Б: Уменьшение интенсивности поглощения Н2ТВТАС в CrEL на 748 нм при хранении (1 - в темноте, 2 - на свету).
При хранении раствора на свету было замечено его явное фотообесцвечивание. Спустя две недели оптическая плотность уменьшилась более чем в два раза. Данный факт косвенно подтверждает наличие в растворе большого количества фотоактивных мономеров.
Спектральные свойства тетраазахлорина в свежеприготовленных растворах разных марок Эмуксола
аналогичны его спектральным свойствам в растворе CrEL (Рисунок 7А). В то же время содержание мономерной формы Н2ТВТАС в свежеприготовленных растворах 4 % Эмуксола разных марок, судя по коэффициентам молярной экстинкции при 748 нм (Эмуксол 2 - 28100 лмоль-1см-1, Эмуксол 3 - 21000 лмоль-1см-1, Эмуксол 6 - 25300 лмоль-1см-1), почти в два раза меньше, чем в растворе CrEL. Данные флуоресцентной спектроскопии также подтверждают присутствие мономерной формы H2TBTAC в растворах Эмуксолов, но в меньшем, чем в растворах CrEL, количестве.
Эмуксолы являются аналогами Р№68 и LuF127. Наличие гидрофобного фрагмента в виде токоферола улучшает адсорбцию этих НПАВ на поверхности макроциклов H2TBTAC по сравнению с адсорбцией Р№68 и LuF127. Различное содержание этиленоксидных и пропиленоксидных фрагментов в Эмуксолах разных марок приводит к разной степени экранирования тетраазахлорина от взаимодействий с растворителем и, как следствие, к разной скорости его ассоциации. При хранении растворов в течение 5 суток была отмечена явная ассоциация H2TBTAC, иммобилизованного в Эмуксоле 3 и 6 (Рисунок 7Б).
-Эмуксол 21=0,2 см
2.2п 2.0 Эмуксол 3l=0,2 см 2.2 Эмуксол 6l=0,2 см 2.0
1.8- 1.8
1.6- 1.6
1.4 1.4 ;
1.2- 1.2
1.0 1.0
0.8 0.8 1;
0.6 А 0.6
0.4 1Л Г 0.4 ;;
0.2 J 0.2
0.0 0.0
500 600 700 800 900 500 Длина волны,нм
-Эмуксол 2/=0,2 см
— Эмуксол 3/=1 см
- ■ ■ Эмуксол 6/=1 см
600 700 800 900
Рисунок 7. ЭСП H2TBTAC, иммобилизованного в коллоидных растворах 4 % Эмуксола разных марок: А - свежеприготовленные растворы, Б - через 5 суток (концентрация H2TBTAC - в Эмуксоле 2 0,152 мг/мл, в Эмуксоле 3 0,160 мг/мл, в Эмуксоле 6 0,122 мг/мл).
Мы предполагаем, что в коллоидных растворах НПАВ H2TBTAC присутствует в виде смеси мономерной формы и face-to-face агрегатов. Агрегаты, в отличие от мономерной формы, обладают слабой экстинкцией, имеют широкие полосы поглощения и не способны к флуоресценции. Форма ЭСП тетраазахлорина в свежеприготовленный растворах P1F68, а также в растворах LuF127 и Эмуксолов после недели хранения, в целом совпадает с формой спектров агрегатов высокого порядка, полученных в бинарной смеси этанол-вода. Попытка объяснить поведение тетраазахлорина в растворах НПАВ привела к выдвижению следующей гипотезы. Чем более гидрофобен ПАВ, и, вероятно, чем более разветвлена его структура, тем сильнее он адсорбируется на макроциклах H2TBTAC и экранирует
его от взаимодействия с водой, препятствуя агрегации.
CrEL не только препятствует агрегации, но и может способствовать частичному разрушению ассоциатов Н2ТВТАС в отличие от РШ68, который лишь предотвращает их дальнейшее укрупнение и седиментацию. Такое поведение было продемонстрировано в одном из опытов по моделированию агрегации в смесях растворителей. На Рисунке 8 представлены спектры Н2ТВТАС при растворении его в этаноле и водно-спиртовой смеси с последующим добавлением CrEL и РШ68. При добавлении CrEL к раствору Н2ТВТАС в спирте происходила дезагрегация Н2ТВТАС, увеличивалась интенсивность полос спектра, а при добавлении CrEL к раствору Н2ТВТАС в водно-спиртовой смеси, менялась и форма спектра. Добавление же РШ68 никаких изменений не вызывало. Это еще раз подтверждает различную способность CrEL и Р№68 адсорбироваться на поверхности макроциклов Н2ТВТАС и экранировать его от взаимодействия с растворителем.
0.7 0.6 0.5-1
а 0.4-о
о 0.3-С
0.20.1 -0.0
A
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
Б
---2
----3
500 600 700 800 900 500 600 700 800 900 Длина волны,нм
Рисунок 8. А: ЭСП H2TBTAC в C2H5OH (1) и при добавлении CrEL (2) и PlF68 (3); Б: ЭСП HJBTAC в бинарном растворителе ^Н5ОН+Н2О (1:1) (1) и при добавлении CrEL (2) и PlF68 (3).
0.4
0.3
f 0.2-
0.1
0.0
A
— 1 0.4
0.2
0.1
0.0
2 3
500 600 700
800 900 500 600 Длина волны, нм
700 800 900
Рисунок 9. А: ЭСП Н2ТВТАС в растворе PlF68 при добавлении ДМСО (1- 2 % РШ68 + 60 % об. ДМСО, 2 - 2 % РШ58 + 50 % об. ДМСО, 3 - 2 % РШ68 + 40 % об. ДМСО, 4 -2 % РШ68 без ДМСО). Б: ЭСП Н2ТВТАС в растворе РШ68 при добавлении ДМСО по прошествии 9 суток (1 - 2 % РШ68 + 50 % об. ДМСО, 2 - 2 % РШ68 + 40 % об., 3 - 2 % РШ68).
Наблюдаемые явления связаны со способностью ДМСО сильно гидратироваться в водных растворах, изменяя при этом структуру воды. Такое явление называется гидротропией.[25] При этом уменьшается сродство Р№68 к воде, что вызывает изменение конформации этого ВМС с конформации рыхлого молекулярного клубка, в виде которого он находится в водных растворах, на конформацию глобулы в присутствии ДМСО. Описанные конформационные изменения приводят к усилению межмолекулярного взаимодействия агрегатов Н2ТВТАС и Р№68, за счет чего и происходит их разрушение. Появление свободных мономеров Н2ТВТАС регистрируется по увеличению интенсивности поглощения главного максимума 0-полосы. Со временем, при достижении термодинамического равновесия, система приходит в начальное состояние (Рисунок 9Б).
Влияние ДМСО на разрушение агрегатов Н2ТВТАС, иммобилизованного в растворах Р!иттс F-68 разной концентрации
На Рисунке 9 представлены спектры поглощения Н2ТВТАС в Р№68 при добавлении ДМСО в качестве со-растворителя. Непосредственно после добавления ДМСО в концентрации 60 % об. происходит разрушение агрегатов тетраазахлорина, при добавлении 70 % об. и более ДМСО коллоидная система мутнеет и теряет агрегативную устойчивость. Добавление 40 % об. и менее ДМСО не вызывает изменений ЭСП по сравнению с раствором тетраазахлорина, иммобилизованного в Р№68 (Рисунок 9А). Было отмечено, что чем больше в растворе содержится НПАВ, тем быстрее происходит потеря системой агрегативной устойчивости. Так, в системах, содержащих 4, 3 и 2 % Р№68 и 60 % об. ДМСО, потеря коллоидным раствором агрегативной устойчивости наблюдалась спустя 1, 4 и 6 суток, соответственно.
Выводы
В настоящей статье представлены результаты исследований ассоциации H2TBTAC в бинарных смесях полярных растворителей и в коллоидных растворах НПАВ. Нами была выдвинута гипотеза о том, что в исследованных растворах имеет место face-to-face агрегация, осложняющаяся в бинарных смесях растворителей специфической сольватацией третичных атомов азота тетраазахлорина протонодонорными растворителями (в особенности водой), что приводит к образованию сольватированных агрегатов (^-ассо-циатов). При иммобилизации H2TBTAC в коллоидных растворах неионогенных ПАВ количество мономерной формы зависит от гидрофильно-липофильных свойств ВМС и его структуры, причем, чем лучше НПАВ адсорбируются на поверхности макроциклов тетрааза-хлорина и чем сильнее экранируют его от взаимодейст-вия с водой, тем больше мономерной формы H2TBTAC присутствует
Б
в растворе. Данные результаты послужили основой для разработки технологии иммобилизации H2TBTAC в растворе CrEL, где было достигнуто наи-большее содержание мономерной формы по сравнению с остальными исследованными НПАВ, что позволило изучить фотодинамическую активность соединения in vitro и in vivo.
Благодарность. Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Москвы. Авторы выражают благодарность Лукьянцу Е.А. за полезную дискуссию, а также Макаровой Е.А., Дудкину С.В. за предоставленные образцы тетраазахлорина и Калиниченко В.Н. за образцы Эмуксолов.
Список литературы References
1. Makarova E.A., Luk'yanets E.A. Uspekhi Khimii Porfirinov 2007, Vol. 5, 28-49 (in Russ.).
2. Makarova E.A., Lukyanets E.A. J. Porphyrins Phthalocyanines 2009, 13, 188-202.
3. Fukuda T., Kobayashi N. Dalton Trans. 2008, 4685-4704.
4. Kuzmitsky V.A., Makarova E.A., Pershukevich P.P., Shushke-vich I.K., Solovyov K.N., Tusov V.B. Chem. Phys. 2004, 298, 1-16.
5. Dudkin S.V., Makarova E.A., Fukuda T., Kobayashi N., Lukyanets E.A. Tetrahedron Lett. 2011, 52, 2994-2996.
6. Robertson C.A., Hawkins Evans D., Abrahamse H. J. Photochem. Photobiol., B 2009, 96, 1-8.
7. Nyman E.S., Hynninen P.H. J. Photochem. Photobiol. B: Biology 2004, 73, 1-28.
8. Yefimova S., Lebed A., Sorokin A., Guralchuk G., Borovoy I., Malyukin M. J. Mol. Liq. 2012, 165, 113-118.
9. Juzenas P., Juzeniene A., Rotomskis R., Moan J. J. Photochem. Photobiol, B 2004, 75, 107-110.
10. Schutte W.J., Sluyters-Rehbach M., Sluyters J.H. J. Phys. Chem. 1993, 97, 6069-6073.
11. Palewska K., Sworakowski J., Lipinski J., Nespurek S. J. Photochem. Photobiol., A 2011, 223, 149-156.
12. Kostka M., Zimcik P., Miletin M., Klemera P., Kopecky K., Musil Z. J. Photochem. Photobiol., A 2006, 178, 16-25.
13. DeRosa M.C., Crutchley R.J. Coord. Chem. Rev. 2002, 233234, 351-371.
14. Arslan S., Yilmaz I. Polyhedron 2007, 26, 2387-2394.
15. Yarasir M.N., Kandaz M., Filiz Senkal B., Koca A., Salih B. Polyhedron 2007, 26, 5235-5242.
16. Tarakanov P.A., Donzello M.-P., Koifman O.I., Stuzhin P.A. Macroheterocycles 2011, 4, 177-183.
17. Bilgifli A.T., Yarasir M.N., Kandaz M., Riza Özkaya A. Polyhedron 2010, 29, 2498-2510.
18. Günsel A., Yarasir M.N., Kandaz M., Koca A. Polyhedron 2010, 29, 3394-3404.
19. Saka E.T., Gol C., Durmus M., Kantekin H., Biyiklioglu Z. J. Photochem. Photobiol., A 2012, 241, 67-78.
20. Goto K., Omae R., Yamaji M., Shinmyozu T. J. Photochem. Photobiol., A 2008, 194, 92-96.
21. Zhientaev T.M., Melik-Nubarov N.S., Litmanovich E.A., Aksenova N.A., Glagolev N.N., Solov'eva A.B. Vysoko-molekulyarnye Soedineniya 2009, 5, 757-767 (in Russ.).
22. Barkanova S.V., Bystritskij G.I., Vorozhtsov G.N. et al. Tetraazachlorins as Photosensitizes for Photodynamic Therapy of Cancer. Patent 2278119 RF, MPK C07D487/22, C07F3/06, A61K31/40. FGUP «GNC «NIOPIK». - # 2004135497/04; published 20.06.2006 (in Russ.).
23. Berezin D.B. Makrotsiklicheskij effekt i strukturnaya khimiya porfirinov [Macrocyclic Effect and Structural Chemistry of Porphyrins] Moscow: KRASAND, 2010. 424 p. (in Russ.).
24. Moskva V.V. Soros. Obrazovat. Zh. 1999, 4, 44-50 (in Russ.).
25. Pletnev M.Yu. Kosmetiko-gigienicheskie mojuschie sredstva [Cosmetic and Sanitary Cleaners]. Khimija, 1990. 272 p. (in Russ.).
Received 27.06.2012 Accepted 24.11.2012
