CC BY
23
УДК 538.911:539.213.1:544.233
МЕХАНОХИМИЧЕСКИ ИНДУЦИРОВАННЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ГЛЮКОНАТАХ КАЛИЯ, НАТРИЯ И КАЛЬЦИЯ
'РЫБИН Д.С., ^ОНЫГИН Г.Н., :ПОРСЕВ В.Е., ^ЛСУКОВ Е.П., 'ЕРЕМИНА М.А., 2шарафутдинова др., 3ГУМАРОВ ГГ., 3ПЕТУХОВ В.Ю., 3ГНЕЗДИЛОВ О.И., 3АХМЕТОВ М.М., 3САЛИХОВ К.М., 45БОЛДЫРЕВ ВВ.
Физико-технический институт УрО РАН, 426001, г. Ижевск, ул. Кирова, 132 2Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН,
420088, г. Казань, ул. Арбузова, 8 3Казанский физико-технический институт КазНЦ РАН, 420029, г. Казань, ул. Сибирский тракт, 10/7 4Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, 630128, г. Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18 5Новосибирский государственный университет, НОЦ «Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии», 630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, 2
АННОТАЦИЯ. В работе обсуждаются физические механизмы деформационно-индуцированных молекулярных полиморфных превращений в нанодисперсных координационных соединениях металлов и органометаллических соединений (глюконаты калия, натрия и кальция). В результате проведения комплексных исследований с привлечением прямых структурных и структурно-чувствительных спектроскопических методов, а также квантово-химического моделирования получены данные о происходящих при механоактивации полиморфных молекулярных превращениях, установлена взаимосвязь их кинетики с аморфизацией и формированием нанодисперсного состояния молекулярных кристаллов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: механоактивация, полиморфизм, бионеорганические соединения. ВВЕДЕНИЕ
Изучение физических механизмов деформационно-индуцированных превращений в молекулярных кристаллах и развитие методов твердофазного механохимического синтеза привели к возникновению нового перспективного направления в фармацевтике (Болдырев В.В. О новых научных подходах к решению проблем фармации // Наука в Сибири. 2010. № 21, 7). Без изменения химического состава физическими методами можно перевести молекулярный кристалл в новое состояние с уникальными физико-химическими свойствами, существенно повысив биохимическую активность субстанции. Таким образом возникает принципиальная возможность не только создания высокоэффективных лекарственных препаратов, но и минимизации затрат и сроков их разработки.
Среди молекулярных кристаллов, перспективных для применения в фармацевтике, координационные соединения углеводов и их производных с металлами, являющиеся малотоксичными веществами, находят все возрастающее применение в качестве прекурсоров лекарственных соединений и средств их доставки [1 - 2].
Известно [3], что физико-химические свойства молекулярных кристаллов существенно зависят как от их морфологии, в частности, от габитуса и дисперсности кристаллов, так и от их структурного состояния, определяемого решеточным и молекулярным полиморфизмом, а также квазиполиморфизмом их сольватов. Имеются свидетельства взаимосвязи композиционного ближнего порядка в первой координационной сфере ионов металлов с физическими свойствами и реакционной способностью координационных соединений [4]. Для направленного формирования физико-химических свойств молекулярных соединений композиционный ближний порядок возможно варьировать несколькими методами [3]:
1. Изменяя укладку молекул в кристалле, т.е. создавая полиморфные решеточные модификации.
2. Создавая в кристаллической решетке высокую концентрацию структурных неоднородностей, в частности, неравновесных дефектов и интеркалированных атомов и молекул (явление квазиполиморфизма).
3. Обеспечивая пространственную реорганизацию самих молекул, в частности, модифицируя их конформацию (явление молекулярного полиморфизма).
4. Переводя вещество в аморфное состояние.
При определенных условиях все четыре способа модификации молекулярных кристаллов реализуются методом механоактивации [3]. При этом вещество подвергается интенсивным деформациям, например, в шаровых планетарных мельницах, и переводится в нанодисперсные метастабильное или лабильное состояния. Вещество в таких состояниях обнаруживает уникальное сочетание физико-химических свойств, что в ряде случаев трудно или невозможно достичь другими методами воздействия [5].
Тем не менее, при механоактивации далеко не всегда можно наблюдать деформационно-индуцированные полиморфные превращения при достижении нанодисперсного состояния вещества.
Фундаментальные физические причины структурных превращений в молекулярных кристаллах при деформировании до настоящего времени оставались неясными [3, 6]. Структурные превращения, в том числе аморфизацию высокосимметричных ионных и металлических систем при механоактивации, было принято объяснять интенсивным низкотемпературным массопереносом при достижении наноструктурированного состояния вещества после пластической деформации [7]. В то же время, в низкосимметричных молекулярных решетках такой механизм аморфизации, по-видимому, не работает [3, 8], хотя в некоторых соединениях деформирование вещества после нанодиспергирования сопровождается аморфизацией.
Нами ранее были проведены исследования по механоактивации моногидрата глюконата кальция, и впервые была получена её механохимически модифицированная нанодисперсная аморфная форма - механоактивированный кальция глюконат (МАКГ) [9]. Клинические исследования выявили ее неожиданно высокую терапевтическую эффективность при лечении заболеваний, связанных с нарушением обмена кальция в организме (диспластические и дегенеративно-дистрофические процессы, дефекты костных тканей, травматические и патологические переломы, остеопороз, заболевания пародонта и т.п.) [10].
Исследования кальция глюконата (ГК), проведенные с применением методов атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии, РСА, ЯМР, ИК, ДСК, атомно-силовой и электронной микроскопии показали что:
1) при механоактивации формируется нанодисперсное состояние с размерами частиц, не превышающими 50 нм, и их агломераты;
2) при выбранных условиях механоактивации не происходит изменений химического состава исходного кальция глюконата при взаимодействии с измельчающими телами и сосудами;
3) не образуется новых химических соединений;
4) происходит аморфизация кальция глюконата (ГК).
На основании совокупности полученных экспериментальных данных в качестве рабочей гипотезы было выдвинуто предположение, согласно которому структурные преобразования, происходящие в ГК при механоактивации, сопровождаются изменением стереохимического строения молекулы ГК и изменением химического состава первой координационной сферы кальция [11 - 12]. Необходимым условием молекулярных полиморфных превращений является формирование наноразмерных частиц и их последующее деформирование с высокой энергией накачки.
В настоящей работе на примере глюконатов непереходных металлов обсуждаются возможные физические механизмы структурных превращений в органометаллических соединениях, подвергнутых обработке в механоактиваторах.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ
Для проведения работы использовались глюконат кальция производства Fluka, глюконаты калия и натрия производства Acros, а также ô-глюконолактон производства Sigma-Aldrich. Все прекурсоры использовались без дополнительной очистки. Содержание примесных элементов при активации в пределах ошибки определения не менялось относительно исходного состояния [13]. В целом, загрязнения образцов материалом активирующих тел (сосудов и шаров) не происходило.
Механохимически модифицированные порошки получали методом механоактивации в шаровой планетарной мельнице ЛАИР по методике, описанной в [9]. Время активации (ta) составляло от 2 мин до 2 ч.
Термический анализ выполнен на дифференциальном сканирующем калориметре Diamond DSC (PerkinElmer) в атмосфере аргона при скорости нагрева и охлаждения 10 0С/мин. Для определения кинетических параметров реакции распада гидрата снимались политермы удельного теплового потока при скорости нагрева 5 0С/мин. Энергия активации процессов дегидратации и порядок реакции определялись из уравнения Аррениуса с помощью программного пакета Pyris™ KineticsSoftware.
Инфракрасные (ИК) спектры поглощения снимали на ИК Фурье-спектрометре Excalibur (VarianInc.) на таблетированных в KBr образцах при разрешении 1 см-1.
Рентгеноструктурный анализ (РСА) проводился на дифрактометре ДРОН-3 (ОАО «Буревестник») в монохроматизированном СиКа-излучении.
13
Спектры твердотельного C-ЯМР получены на спектрометре AVANCE 400 фирмы Bruker в режиме кроссполяризации с вращением «под магическим углом». Образцы помещались на 4 мм ротор, вращающийся со скоростью 15000 об/с. Измерения проводились при комнатной температуре. В качестве внутреннего стандарта использовался адамантан, по
13
которому проводились настройки 90° импульса для С.
Конформационный анализ проводился полуэмпирическим методом PM3 в программном пакете Hyperchem 8.0. Последующая геометрическая оптимизация, проведенная в программном пакете ADF2010.02, была реализована по алгоритму Бройдена-Флетчера-Гольдфарба-Шанно методом функционала электронной плотности (DFT) в трижды расщепленном слэтеровском базисе с двумя поляризационными функциями (TZ2P) и обменно-корреляционным функционалом Беке-Лина-Янга-Пара (BLYP) [14 - 16]. Контроль достижения минимума на поверхности потенциальной энергии и отнесение линий ИК спектров осуществлялись после расчета нормальных колебаний.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Объемная доля аморфной фазы ГК при активации монотонно возрастает и при ta = 40 мин достигает 100 %. Дальнейшее увеличение времени механообработки не приводит к каким-либо качественным изменениям рентгеновских дифрактограмм. Таким образом, установлено, что при выбранных параметрах механоактивации ta = 40 мин является достаточным для исчезновения трансляционной симметрии и образования некристаллического топологического порядка в гидрате глюконата кальция (рис. 1, 2). Очевидно, что аморфизация является следствием происходящего в системе изменения молекулярного строения вещества. В то же время, при исследовании МАКГ методами масс-спектрометрии никаких новых продуктов обнаружено не было. Примеси характерные для исходного ГК присутствуют и в МАГК в неизменном виде. Однако температуры, при которых начинается регистрация выхода сублимированного иона m/z 160 при термическом испарении, характерного для начала деструкции ГК по связи Ca-O, для ГК и МАКГ существенно отличаются. Так в исходном ГК он регистрируется при температуре 210 оС, а в МАГК - при температуре 180 оС. Это вызвано ослаблением межмолекулярного взаимодействия, которое, как установлено в [17], обусловлено существованием интермолекулярных водородных связей между спиртовыми группами анионов глюконовой кислоты и координационной водой.
Рис. 1. Рентгеновские дифрактограммы глюконата кальция в излучении механоактивированных образцов в интервале от 0 до 60 мин
Рис. 2. Зависимость объемной доли аморфной фазы глюконата кальция от времени механоактивации
Такие изменения межмолекулярного взаимодействия находятся в согласии с данными ДСК: эндотермический пик 130 оС на зависимостях теплового потока от температуры нагрева (рис. 3), соответствующий процессам разрушения донорно-акцепторной связи между молекулами координационной воды и катионами кальция [18 - 20], исчезает при одновременном появлении около 70 оС широкой полосы, соответствующей выходу интеркалированной воды, что говорит о распаде кристаллогидрата в процессе механоактивации. Потери массы образцов после нагрева составляют величину ~ 4,8 %, как до, так и после активации, что при пересчете на молекулярную массу соответствует молекулярной массе воды.
J_к_II_I_I_I_I_I_L
ЗО 6G 90 120 ISO
Temperature / °С Рис. 3. Кривые ДСК (10С мин-1) для ta = 0 (исходное состояние); 8; 20; 60 мин
При изучении кинетики реакции установлено, что энергия активации дегидратации уменьшается с 285 до 98 кДж/моль за один час механической обработки при порядке реакции равном 2 в обоих случаях. Последнее дополнительно подтверждает распад кристаллогидрата и превращение сильно связанной с ионом кальция координационной воды в интеркалированную воду, слабо связанную с окружающими ее кислотными остатками. Приведенные данные термического анализа и термогравиметрии позволяют утверждать, что процессы распада кристаллогидрата при механоактивации не вызваны термическим нагревом, а обусловлены деформационно-индуцированными изменениями в молекулярной системе.
Причины распада кристаллогидрата становятся понятными при анализе изменения колебательных спектров ГК при механоактивации и сравнении этих изменений с трансформациями спектров, происходящих при образовании кальциевой соли глюконовой кислоты.
На рис. 4 представлены ИК-спектры глюконата кальция, как в исходном состоянии, так и после механоактивации. Отчетливо прослеживаются изменения полос, соответствующих валентным колебаниям спиртовых групп, при малых временах измельчения. Спектры поглощения в исходном состоянии соответствуют приведенным в литературе (см., например, [18, 20]). Основные изменения связаны с уменьшением интенсивности полосы поглощения 3200 см-1, соответствующей валентным колебаниям координационной воды, уменьшению частот валентных колебаний CO. Смещение центра тяжести широкой полосы поглощения OH-групп в область больших волновых чисел указывает на разрыв межмолекулярных водородных связей в системе [21].
Рис. 4. ИК-спектры поглощения: а) ГК до и после механоактивации; б) ö-глюконолактон
В кристаллическом состоянии глюконовая кислота находится в виде 5-глюконолактона, гидроксильные группы которого связаны как интра-, так и интермолекулярными связями [22]. При образовании соли и внутримолекулярного комплексного соединения с кальцием 5-глюконолактон претерпевает следующие изменения. Ослабляются водородные связи, что следует из смещения линий ИК-спектров валентных колебаний гидроксильных групп 3466 и 3393 см-1 в область больших волновых чисел 3487 и 3420 см-1 соответственно, а также полосы деформационных колебаний ОН групп 1225 - 1460 см-1, валентных С-С и деформационных колебаний OCH групп 1024 - 1050 см-1 в область более высоких частот, а валентных колебаний O-C 1109 см-1 в область низких частот [20, 23 - 24] (рис. 5). Такие изменения связаны с образованием донорно-акцепторных связей кислорода гидроксильных групп с ионами кальция. Появляется плечо 2700 - 3200 см-1 на полосе связанных гидроксильных групп, обусловленное координированием молекул воды ионами кальция. Полоса 1728 см-1, соответствующая валентным колебаниям карбонильной группы, расщепляется на две полосы, отнесенные к несимметричным (1620 - 1597 см-1) и симметричным (1370 - 1235 см-1) валентным колебаниям карбоксилат-иона.
Расщепление полос несимметричных и симметричных колебаний говорит о неэквивалентности положений карбонильных групп двух анионов глюконовой кислоты, что согласуется с приведенными ЯМР данными по атомам С1 (ö = 178 и ö = 181,5 ppm) (рис. 6).
Таким образом, изменения ИК-спектров при механоактивации и в процессе синтеза ГК происходят симбатно, что указывает на увеличение числа гидроксильных групп анионов глюконовой кислоты, вовлекаемых в координационные связи с катионами кальция во время активации.
Вместе с тем, можно отметить два отличия. Во-первых, во время механоактивации происходит уменьшение интенсивности полосы 3200 см-1, связанное с распадом кристаллогидрата, и, во-вторых, появляется слабая полоса 947 см-1, присущая, по-видимому, либрационным колебаниям OH-O [21], образующихся внутримолекулярных водородных связей при координировании. Гидратированному глюконату кальция не характерны интрамолекулярные связи, т.к. внутримолекулярные расстояния между атомами водорода и кислорода превышают 2,20 Ä [17]. Однако сильные интермолекулярные водородные связи в гидратах осуществляются между соседними кристаллическими плоскостями.
\Л/ауепитЬег, ст"1
Рис. 5. ИК-спектры поглощения ГК до и после механоактивации (сверху) и 5-глюконолактона (снизу)
Рис. 6. Изменение твердотельных ЯМР спектров ГК на ядрах 13С при механоактивации в диапазоне от 0 до 20 мин
Данные ИК-спектроскопии, свидетельствующие о деформационно-индуцированных полиморфных молекулярных превращениях в ГК, хорошо согласуются с данными
13
твердотельного ЯМР на ядрах С. Аморфизация, сопровождающая распад кристаллогидрата, подтверждается изменением структуры спектров, уширением и перераспределением интенсивностей резонансных линий. Спектры твердофазных механоактивированных образцов со временем активации от десяти минут до двух часов практически идентичны, но сильно отличаются от спектра исходного образца. Основные изменения в спектре ЯМР связаны с формированием широкой полосы в области линий со значениями химических сдвигов 3 = 73 и 3 = 74 ррт, что соответствует позициям атомов углерода С2 и С3 [23], связанных с координированными кальцием атомами кислорода гидроксильных групп. Таким образом, можно полагать, что в процессе механоактивации ГК атомы углерода С4-С6 в основном занимают позиции, эквивалентные атомам углерода С2 и С3, а число атомов кислорода спиртовых групп, координированных ионами кальция, возрастает. На повышение координационного числа иона кальция указывает в том числе смещение центра тяжести полос С1 в область больших величин химического сдвига 3 [23], как это происходит при образовании внутримолекулярных координационных соединений глюконовой кислоты.
В первом приближении для предельного случая, соответствующего полной деструкции межмолекулярных водородных связей, проследить за возможными конформационными молекулярными изменениями ГК можно, проводя оптимизацию геометрии изолированной молекулы в основном состоянии с помощью полуэмпирических и неэмпирических методов квантово-химического моделирования (рис. 7).
В качестве исходного состояния использовались координаты атомов в молекуле ГК, определенные методом РСА на монокристалле в работе [17]. Основному состоянию изолированной молекулы ГК соответствует повышенная координация атомов кислорода гидроксильных групп анионов глюконовой кислоты по сравнению с молекулами, связанными водородными связями в кристаллической решетке. Вероятно, механоактивация глюконата кальция приводит к конформационным превращениям, являющимся следствием образования внутримолекулярного координационного соединения. Это согласуется с данными, полученными методами ИК, ЯМР и масс-спектрометрии.
Рис. 7. Строение молекулы ГК до (слева) и после (справа) геометрической оптимизации
Ион кальция, окруженный атомами кислорода и углерода в меньшей степени подвержен нуклеофильной атаке, что в конечном итоге и объясняет, по-видимому, изменение биохимической активности механоактивированной субстанции.
Аморфизация ГК при механоактивации не связана с изменением характера взаимодействия между химическими группами анионов глюконовой кислоты, т.к. механоактивация чистого кристаллического 5-глюконолактона не приводит к заметной трансформации его структурного состояния даже после 60-ти минутной обработки (рис. 8).
Таким образом, аморфизация глюконата кальция и молекулярные стереохимические превращения, очевидно, происходят при доминирующем влиянии ионов металла, которые выполняют роль центров координации.
Это подтверждают данные РСА механоактивированных образцов глюконатов калия и натрия (рис. 9). Калий и натрий, по сравнению с кальцием, являются слабыми координационными центрами и можно ожидать, что при тех же временах активации структурные изменения будут выражены слабее, чем в случае ГК. Действительно, при временах активации 40 мин не происходит значимых изменений структурного состояния глюконата калия, а на рентгенограммах глюконата натрия наблюдаются лишь начальные стадии аморфизации. Наблюдаемое на дифрактограммах перераспределение интенсивности линий объясняется текстурными изменениями и не связано с трансформацией молекул.
Рис. 8. Рентгеновские дифрактограммы 6-глюконолактона в СиКа излучении до и после механоактивации в течение 1 ч
Один из механизмов аморфизации органических и органометаллических соединений на наш взгляд можно сформулировать следующим образом. При механоактивации возникновение стерических напряжений переводит систему в возбужденное состояние за счет увеличения кинетической энергии электронов связевых и невалентных орбиталей. Если валентные электроны при возбуждении переходят на разрыхляющие орбитали, то наблюдаются деструкция химического соединения и последующие реакции твердофазного синтеза.
В случае частичной делокализации электронной плотности на антисвязевые орбитали или свободные орбитали гетероатомов (например, атомов металлов) кинетическая энергия системы понижается. При этом могут наблюдаться твердофазные реакции пространственной изомеризации, приводящие к образованию полиморфных молекулярных комплексов. В этом случае исходные реагенты и продукты реакции существуют одновременно.
Diffraction Angle/Degree
Рис. 9. Рентгеновские дифрактограммы глюконата калия (a) и глюконата натрия (b) в CuKa излучении до и после механоактивации в течение 2 ч
Если молекулярные размеры или стереоорганизация реагентов и продуктов механохимической реакции существенно отличаются (в случае стереоизомеров ГК, например, в 1,5 - 2 раза) то дальний порядок в системе может разрушаться и наблюдается появление аморфной фазы.
В том случае, когда реакция изомеризации идет до конца, то аморфная фаза может трансформироваться в кристаллическую с увеличением времени механообработки субстанции. Последнее хорошо согласуется с данными, приведенными в работе [3], где аморфная фаза для ряда механоактивируемых органических соединений является промежуточной между кристаллическим реагентом и продуктом реакции.
Полученные данные показывают перспективность и необходимость проведения комплексных систематических исследований, направленных на вскрытие физико-химических механизмов механически индуцированных структурных превращений и формирование новых полиморфных состояний нанодисперсных координационных соединений металлов, как субстанций для высокоэффективных лекарственных препаратов.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 12-02-01316-а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Gyurcsik B., Nagy L. Carbohydrates as ligands: coordination equilibria and structure of the metal complexes // Coord. Chem. Rev. 2000. V. 203. P. 81-149.
2. Hartinger C.G., Nazarov A.A., Ashraf S.M., Dyson P.J. and Keppler B.K. Carbohydrate-metal complexes and their potential as anticancer agents // Cur. Med. Chem. 2008. V. 15. P. 2574-2591.
3. Shakhtshneider T. P., Boldyrev V.V. Mechanochemical synthesis and mechanical activation of drugs // In: Reactivity of molecular solids, ed. Boldyreva E. and Boldyrev V., John Wiley and sons, LTD, 1999. The molecular solid state. V. 3. P. 271-311.
4. Williams P.A.M., Barrio D.A., Etcheverry S.B., Baran E.J. Characterization of oxovanadium (IV) complexes of D-gluconic and D-saccharic acids and their bioactivity on osteoblast-like cells in culture // J. Inorg. Biochem. 2004. V. 98. P. 333-342.
5. Болдырев В.В. Методы получения и модификации лекарственных препаратов, основанные на достижениях химии твердого тела // Бюллетень СО РАМН. 2000. № 2. С. 143-148.
6. Chieng N., Zujovic Z., Bowmaker G. Rades T., Saville D. Effect of milling conditions on the solid-state conversion of ranitidine hydrochloride form // Int. J. Pharmaceut. 2006. V. 327. P. 36-44.
7. Yelsukov E.P., Dorofeev G.A., Zagainov A.V., Vildanova N.F., Maratkanova A.N. Initial stage of mechanical alloying in the Fe-C system // Mater. Sci. Eng. 2004. V. 369, is. 1-2. P. 16-22.
8. Zallen R. Models of amorphous solids // J. Non-Cryst. Solids. 1985. V. 75. P. 3-14.
9. Коныгин Г.Н., Гильмутдинов Ф.З., Быстров С.Г., Карбань О.В., Дорофеев Г.А., Елсуков Е.П., Шаков А.А., Стрелков Н.С., Тюлькин Е.П., Поздеев В.В., Шишкин С.Б., Максимов П.Н., Филиппов А.Н., Корепанова В.В. Mеханоактивированный лекарственный препарат кальция глюконат: рентгеноструктурные, микроскопические и рентгеноэлектронные исследования // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. № 13. С. 249-252.
10. Стрелков Н.С., Коныгин Г.Н., Рыбин Д.С., Поздеев В.В., Кирьянов Н.А., Яковенко О.В., Максимов П.Н., Елсуков Е.П., Ефремов Ю.Я., Шарафутдинова Д.Р., Петухов В.Ю., Гумаров Г.Г. Нанодисперсная аморфная форма кальция глюконата: биохимическая совместимость и терапевтическая эффективность при лечении заболеваний, связанных с обменом кальция в организме // Альманах клинической медицины. 2008. Т. XVII, ч. II. С. 366-370.
11. Rybin D.S., Konygin G.N., Yelsukov E.P., Porsev V.E., Sharafutdinova D.R., Efremov Yu.Ya., Gumarov G.G., Petukhov V.Yu. Mechanochemically induced structure state transformations of the gluconic acid salts // III Int. Conf. «Fundamental Bases of Mechanochemical Technologies» FBMT-2009. Novosibirsk, 2009. Р. 82.
12. Sharafutdinova D. R., Efremov Yu. Ya., Rizvanov I. H., Konygin G. N., Rybin D. S., Strelkov N. S. Composition and structure of calcium gluconate and its mechanoactivated (nanodispersed) form // Journal of Structural Chemistry. V. 51, Supplement. P. S142-S144.
13. Рыбин Д.С., Коныгин Г.Н., Елсуков Е.П., Аксенова В.В., Шарафутдинова Д.Р., Ефремов Ю.Я. Исследование механоактивированного кальция глюконата методом Фурье ИК-спектроскопии // Химия в интересах устойчивого развития. 2007. № 2-1. C. 163-167.
14. te Velde G., Bickelhaupt F.M., van Gisbergen S.J.A., Fonseca Guerra C., Baerends E.J., Snijders J.G., Ziegler T. Chemistry with ADF // J. Comput. Chem. 2001. V. 22. P. 931-967.
15. Fonseca Guerra C., Snijders J.G., te Velde G., and Baerends E.J. Towards an order-N DFT method // Theor. Chem. Acc. 1998. V. 99. P. 391-403.
16. ADF2010, SCM, Theoretical Chemistry, Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands.
URL: http://www.scm.com (дата обращения 11.01.2013).
17. Wieczorek M.W., Blaszczyk J. and Król B.W. Effects of Cation Interactions on Sugar Anion Conformation in Complexes of Lactobionate and Gluconate with Calcium, Sodium or Potassium // Acta Cryst. 1996. V. C52. P. 11931198.
18. Labuschagne F.J.W.J. and Focke W.W. Metal catalysed intumescence: characterisation of the thermal decomposition of calcium gluconate monohydrate // Journal of materials science. 2003. V. 38. P. 1249-1254.
19. Valor A., Reguera E., Torres-García E. et al. Thermal decomposition of the calcium salts of several carboxylic acids // Thermochim. Acta. 2002. V. 389. P. 133-139.
20. Konkina I.G., Ivanov S.P., Knyazeva O.A. et al. Physicochemical Properties and Pharmacological Activity of Mn (II), Fe (II), Co (II), Cu (II), and Zn (II) Gluconates // Pharmaceut. Chem. J. 2002. V. 36. P. 18-21.
21. Иогансен А.В. Инфракрасная спектроскопия и спектральное определение энергии водородной связи // В сб. «Водородная связь» / под ред. Н.Д. Соколова. М. : Наука, 1981. С. 112-155.
22. Hackert M.L. and Jacobson R.A. The crystal and molecular structure of 5-glucono-(1, 5)-lactone // Acta Cryst. B. 1971. B27. Р. 203-209.
23. Tajmir-Riahi H.A. Carbohydrate metal ion complexes. Interaction of 5-glucono-1,5-lactone with Zn(II), Cd(II), and Hg(II) ions in the solid and aqueous solution, studied by 13C-NMR, FT-IR, and X-ray powder diffraction measurements // Can. J. Chem. 1989. V. 67. P. 651-654.
24. Tajmir-Riahi H.A. Carbohydrate complexes with alkaline earth metal ions. Interaction of 5-glucono-1,5-lactone with the Mg(II), Ca(II), Sr(II), and Ba(II) cations in the crystalline solid and aqueous solution // J. Inorg. Biochem. 1990. V. 39. P. 33-41.
MECHANOCHEMICALLY INDUCED STRUCTURAL TRANSFORMATIONS IN POTASSIUM, SODIUM AND CALCIUM SALTS OF GLUCONIC ACID
1Rybin D.S., 1Konygin G.N., 1Porsev V.E., 1Yelsukov E.P., 1Eremina M.A., 2Sharafutdinova D.R., 3Gumarov G.G., 3Petukhov V.Yu., 3Gnezdilov O.I., 3Akhmetov M.M., 3Salikhov K.M., 4,5Boldyrev V.V.
1Physical-Technical Institute, Ural Branch of RAS, Izhevsk, Russia 2Zavoisky Physical -Technical Institute RAS, Kazan, Russia
3A.E. Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry of Kazan Scientific Center of RAS, Kazan, Russia 4Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry of the Siberian Branch of RAS, Novosibirsk, Russia ^Novosibirsk State University, Novosibirsk-90, Russia
SUMMARY. The physical mechanisms of the deformation-induced molecular polymorphous transformations in nanodispersed metal coordination and organometallic compounds (potassium, sodium and calcium gluconates) are discussed in this work. Integrated study using direct structural and structure-sensitive spectroscopic methods as well as quantum-mechanical modeling allowed obtaining the data on polymorphous molecular transformations, taking place during mechanical activation. The relationship between kinetics of such transformations and amorphisation and formation of nanodispersed state in molecular crystals is also established.
KEYWORDS: mechanoactivation, polymorphism, bioinorganic compounds.
Рыбин Дмитрий Станиславович, кандидат физико-математических наук ФТИ УрО РАН, тел. (3412) 72-87-75, e-mail: [email protected]
Коныгин Григорий Николаевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ФТИ УрО РАН, e-mail: [email protected]
Порсев Виталий Евгеньевич, кандидат физико-математических наук ФТИ УрО РАН
Елсуков Евгений Петрович, доктор физико-математических наук, профессор ФТИ, тел.(3412) 72-32-61, e-mail: [email protected]
Ерёмина Марина Анатольевна, кандидат физико-математических наук ФТИ УрО РАН, тел. (3412) 21-26-55
Шарафутдинова Диляра Рашидовна, кандидат химических наук ИОФХКазНЦРАН, e-mail: [email protected]
Гумаров Габдрауф Габдрашитович, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник КФТИКазНЦ РАН, тел. (843)231-91-01, e-mail: [email protected]
Петухов Владимир Юрьевич, доктор физико-математических наук, профессор КФТИ КазНЦ РАН Гнездилов Олег Иванович, кандидат физико-математических наук КФТИ КазНЦ РАН Ахметов Мансур Миннурович, младший научный сотрудник КФТИ КазНЦ РАН
Салихов Кев Минуллинович, доктор физико-математических наук, профессор, академик РАН, КФТИ КазНЦ РАН, тел. (843)272-05-03
Болдырев Владимир Вячеславович, доктор химических наук, профессор, академик РАН, советник РАН ИХТТМ СО РАН, директор НОЦ «Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии» НГУ, тел. (383) 332-15-50
