CC BY
32
УДК 544.77.022.532:534-1:543.632.9: 543.48
Р. Ф. Бакеева, Т. С. Горбунова, Л. И. Сафиуллина,
О. Е. Вахитова, Е. А. Васютина, Л. М. Юсупова, В. Ф. Сопин
МОДИФИКАЦИЯ 5,7-ДИХЛОР-4,6-ДИНИТРОБЕНЗОФУРОКСАНА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ АНАЛИТИЧЕСКОГО РЕАГЕНТА
И КОМПОНЕНТА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ КОМПОЗИЦИЙ.
Ч. II СОЛЮБИЛИЗАЦИЯ В СМЕШАННЫХ МИЦЕЛЛАХ
Ключевые слова: 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксан, додецилсульфат натрия, оксиэти-лированный нонилфенол АФд.м, смешанные мицеллы, спектрофотометрия, солюбилизация.
4,6-dinitro-5,7-dichlorobenzofuroxane, sodium dodecyl sulfate, oxiethylated alkylphenol, mixed
micelles, solubilyzation.
Спектрофотометрическим методом изучена солюбилизация 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана в смешанных мицеллах неонола и додецил-сульфата натрия. Определена солюбилизационная емкость мицелл, а также влияние температуры на солюбилизацию ДХДНБФО.
Using the spectrophotometric method we have studied the solubilization of
4,6-dinitro-5,7-dichlorobenzofuroxane (DNDChBFO) in the mixed micelles consisting from sodium dodecylsulfate (SDS) and oxiethylated alkylphenol (APh9-10) and SDS+ АPh9-10 . We have defined the micellar solubilyzation R and the influence of temperature on the solubilyzation.
Как известно, динамичные наноразмерные агрегаты, такие как мицеллы, обладают способностью солюбилизировать органические и неорганические соединения [1]. Это весьма полезное свойство используется, в частности, для ускорения ряда органических реакций при проведении их в мицеллярных или жидкокристаллических средах [4,5], а также для транспорта и повышения растворимости лекарственных препаратов для повышения их биологической активности [1-3]. Количественно оценить растворимость субстрата в мицеллах можно, пользуясь моделью распределения между двумя фазами, либо рассматривая процесс солюбилизации как ассоциацию субстрата с определенными центрами в мицелле за счет электростатических, гидрофобных взаимодействий, образования водородных связей и т. д. Место солюбилизации зависит от структуры субстрата, расположение которого возможно на поверхности мицеллы, радиально углеводородным цепям, в углеводородном ядре и в полиоксиэтиленовом слое неионных ПАВ [4,5].
В предыдущем сообщении показано, что введение 5,7-дихлор-4,6-
динитробензофуроксана, ДХДНБФО приводит к снижению ККМ мицелл ДСН в бинарном растворителе Н2О (80%) +ДМСО (20%), что косвенно указывает на его солюбилизацию. ДХДНБФО оказывает слабое влияние на мицеллообразующие свойства АФд-ю. Наиболее предпочтительной для модификации аналитических реагентов является система, состоящая из смешанных мицелл ДСН и АФд-ю при соотношении адфд-ю / аДсн = 0,75 / 0,25, поскольку в этом случае достигаются минимальные значения ККМ. Для подтверждения и характеристики солюбилизации мы воспользовались спектрофотометрическим методом.
Экспериментальная часть
В работе использовали анионное ПАВ додецилсульфат натрия (ДСН), фирмы «KOCH-LIGHT LABORATORIES LTD», использовано после трехкратной перекристаллизации из этанола.
Неионогенное ПАВ оксиэтилированный нонилфенол АФ 9 _ ю стандартный образец ОАО «Нижнекамскнефтехим». Молекулярная масса 661 г/моль.
5,7-Дихлор-4,6-динитробензофуроксан (ДХДНБФО) синтезирован по известной методике [6] и представляет собой кристаллы желтого цвета пластинчатой формы. Хорошо растворим в органических растворителях (ДМСО, ацетонитрил), но не растворяется в воде и гексане.
ДФ g - 10
ДXДHБФO
Для приготовления растворов использовали воду, очищенную на установке «Millipore compact laboratory high purity system». Электрическое сопротивление воды 18,2 МОм. В качестве растворителя использовали диметилсульфоксид (ДМСО) фирмы «Chemapol» х.ч.
Спектрофотометрические измерения проводили на приборе UV VIS Specord в спектральном диапазоне от 200 до 600 нм. Пределы допустимой погрешности, установленные в спектральном диапазоне от 390 до 1100 нм, составляют ± 0,8 нм, а в спектральном диапазоне от 200 до 390 нм ± 0,4 нм. При измерении оптической плотности растворов использовали кварцевые кюветы с толщиной поглощающего слоя 0,1; 0,5; 1,00 см.
Определение солюбилизации ДХДНБФО в системе ДСН + АФд-ю + Н2О проводили при суммарной концентрации ДСН и АФд-ю равной 3-10-4 моль/л и аАФд-ю: аДСН = 0,75 : 0,25. Для достижения равновесных концентраций солюбилизата в мицеллярной и водной фазах избыточное количество ДХДНБФО добавлялось к 10,00 мл воды или раствора ДСН и АФд-ю, раствор нагревали до 600С, затем многократно встряхивали, и оставляли стоять 2 часа. После этого раствор фильтровали на воронке Шота. Концентрацию солюбилизированного ДХДНБФО, то есть, содержание в фильтрате, определяли спектрофотометрически при 420 нм, с использованием градуировочных графиков, аналогично методике, предложенной в [4].
Обсуждение результатов
5,7-Дихлор-4,6-динитробензофуроксан плохо растворим в воде, что ограничивает возможность его применения в качестве аналитического реагента и компонента биологически активных композиций. В водных растворах мицеллообразующих ПАВ ДХДНБФО частично растворяется, что связано с его солюбилизацией. Согласно литературным данным, эффективность солюбилизации повышается при использовании систем, содержащих смешанные мицеллы [7]. На рис. 1 представлены УФ-спектры поглощения ДХДНБФО в отсутствие и присутствии ПАВ, где регистрируются две полосы поглощения при 320 нм и 420 нм. Максимум полосы, находящийся в области длин волн 320 нм, не чувствителен к природе растворителя и к присутствию ПАВ. Вторая полоса поглощения ДХДНБФО в ми-целлярной системе смещается в коротковолновую область (420 нм).
Область солюбилизации ДХДНБФО в смешанных мицеллах можно оценить на основании данных о его растворимости. ДХДНБФО хорошо растворяется в диполярных растворителях (ДМСО, ацетонитрониле), плохо растворим в неполярных растворителях (гексане) и в воде. Следовательно, проникновение его в гидрофобное ядро мицелл маловеро-
ятно. Спектры поглощения ДХДНБФО в различных растворителях представлены на рис. 1. В полярных растворителях (ацетонитриле, этаноле, гексаноле) полосы поглощения (ПП) находятся при 400 нм. В ДМСО наблюдаются три ПП при 254, 327 и 467 нм. В бинарном растворителе (ДМСО (20%) + Н2О (80%)) последняя полоса поглощения смещается до 436 нм. В присутствии смешанных мицелл в системе ДСН + АФд.ю (Сдсн/Сдфэ-ю = 0,25 / 0,75; СпаВ, общ = 1,6-10-4 моль/л) + ДМСО (20%) + Н2О (80%) эта ПП находится при 420 нм, что близко к ПП ДХДНБФО в ацетонитриле, гексаноле и этаноле. На основании вышесказанного можно предположить солюбилизацию ДХДНБФО в полярном слое мицелл.
1,3 -I
1,2 -
1,1 - д
1,0 - Л\
0,9 - /'Л
0,8 -
0,7 - \ /Л
0,6 - \ / \
< 0,5 - \ \
0,4 - \ V
0,3 - /К _ 5
—^ \ \ у \ 6
0,2 - Ч. ^ \
0,1 - 3 —4
0,0 - 1 ——
-0,1 -
-0,2 - ■ 1 ■ 1 ■ 1 ■ 1 ■ 1 ■ 1 ■ 1 ■ 1 ■ 1 1
150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
X, нм
Рис. 1 - Спектры поглощения растворов 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана, (I =
0,1 см, СдХдНБФО = 5*10-4 моль/л): 1 - в гексаноле; 2 - в ацетонитриле; 3 - этаноле; 4 - в диметилсульфоксиде; (I = 0,1см, СдХдНБФО = 5-10-4 моль/л); 5 - в бинарном растворителе ДМСО (20%)+Н2О (80%); 6 - в системе ДСН + АФ9-10 (Сдсн/Сдфэ-ю = 0,25 / 0,75; Спав, общ =1,6-10'4 моль/л) + ДМСО (20%) + Н2О (80%)
На рис. 2 представлена изотерма солюбилизации, представляющая собой зависимость мольной солюбилизации (Эт) или солюбилизационной емкости мицелл, СЕМ от количества свободного ДХДНБФО при СПАВ = 3-10-4 моль/л.
Эт = Э/СПАВ ,
где СПАВ - общая концентрация ПАВ (АФд-ю + ДСН), Э - количество солюбилизированного ДХДНБФО, моль/л.
Согласно [4] наклон изотерм солюбилизации при малых концентрациях рассматривается как мера взаимодействия между ПАВ и солюбилизатом. Достаточно высокие значения наклона (2,09) свидетельствуют о сильном взаимодействии между компонентами смешанных мицелл и ДХДНБФО.
На рис. 3 показана зависимость солюбилизации (Э) от концентрации ПАВ в изученных системах. Количество солюбилизированного ДХДНБФО увеличивается с ростом концентрации ПАВ и достигает максимальных значений при концентрациях ПАВ ~ 2-Сккм (вдвое превышающих ККМ) (рис. 3). Максимальная солюбилизационная емкость наблю-
дается для системы при аАФ9-10 : адСН = 0,75 : 0,25. Для этой же системы ранее выявлен наибольший синергетический эффект по отношению к ККМ.
10 4 Э., I I ёи/ё
Рис. 2 - Изотерма солюбилизации ДХДНБФО смешанными мицеллами. Бв - концентрация ДХДБФО в объеме; (аАФ9.10 : аДСН = 0,75 : 0,25, СПАВ=3-10'4 моль/л, ККМ=7,9110-5 моль/л)
4,8- 3
®
4,4- /
э
4,0- /
2
3,6- / а
П 3,2-е 2 . ^ "
/ 1
СО 28-
э /
2,4- /V
2,0- У
1,6- я 11111111111
0 1 2 3 4 5
104 Йу дд, моль/л
Рис. 3 - Зависимость солюбилизации (Б) от концентрации ПАВ в системах: 1 -адф9-ю : аДСН = 1,00 : 0; 2 - аАФ9.10 : адСН = 0,25 : 0,75; 3 - аАФ9.10 : адСН = 0,75 : 0,25 в системе АФ9-10 + ДСН + Н2О
Нами оценено влияние температуры на солюбилизацию ДХДНБФО. На рис. 4 представлено изменение солюбилизации с ростом температуры для системы АФд-ю + ДСН + Н2О при адфэ-ю : адСН = 0,75 : 0,25. Повышение температуры приводит к росту солюбилизации. Система интересна тем, что при 80 оС наблюдается полное растворение ДХДНБФО в отсутствие ДМСО, следовательно, она может быть использована для проведения анализа. Таблица 3 - Солюбилизационная емкость Бт смешанных мицелл к ДХДНБФО в системе АФ9.10 + ДСН + Н2О; Хтах = 420 нм; С пав > С ккм)
Соотношение аАФ9-10 : адсн 104 С ПАВ*, моль/л 104 Б, моль/л Бт тах = СЕМ моль/моль
1,00 : 0 2,000 2,475 1,238
0,25 : 0,75 1,800 3,360 1,871
0,75 : 0,25 1,600 4,540 2,844
*С ПАВ = С АФ9-10 + Сдсн
51
4-
3- /
■3 1 2- /
СО /
4 /
1 -
0-
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
1 0С
Рис. 4 - Зависимость солюбилизации (Б) ДХДНБФО от температуры в системе ДСН + АФ9-10 + Н2О при аАФ9-10 : идсн = 0,75 : 0,25
Таким образом, показано, что в системе ДСН + АФ9-10 + Н2О концентрация солюбилизированного ДХДНБФО в смешанных мицеллах достигает высоких значений (Эт), что должно привести к увеличению эффективности его воздействия как лекарственного препарата. Солюбилизация ДХДНБФО смешанными мицеллами ДСН + АФ9-ю может рассматриваться как эффективный и доступный способ получения наноразмерных лиотропных частиц с лекарственным веществом ДХДНБФО. Кроме того, это один из возможных
путей для модификации ДХДНБФО для последующего применения в качестве аналитического реагента для определения ароматических аминов и новокаина, о чем будет сообщено в последующих публикациях.
Литература
1. Савин, С.Б. Поверхностно-активные вещества / С. Б. Саввин., Р. К. Чернова, С. Н. Штыков -
М.: Наука, 1991. - 253 с.
2. Whitworth C.W., Carter E.R. //J.Pharm. Sci. 1969.- V/ 58. - p.1285
3. La, S. B. Okano, T., Kataoka, K. /J Pharm. Sci. -1996. V. 85. - p/854.
4. Миттел, К. Мицеллообразование, солюбилизация и микроэмульсии / К. Миттел; пер. с англ. -М.: Мир, 1980. - 597с.
5. Bakeeva, R.F. Solubilization of p-Nitrophenyl dimethyltiophosphate by the lamellar mesophase of system decylammoniun chloride/decylamine/water R.F.Bakeeva, YU Tartykova, L.A.Kudryavtseva, R.M. Mukhamadeyeva, R.R.Shagidullin, A.Kh. Plyamovaty / /Mol.Mat. - 1994. - Vol. 3. - Р. 279-287.
6. Chatin A. P., Atkins К. Method for preparing explosive compounds Pat U.S. U754040, 28.06.88. Appl. 25.02.85
7. Bhat, P.A. Effect of Surfactant on Partitioning of Model Hydrophobic Drug, Naproxen, between Aqueous and Micellar Phases /P.A.Bhat, G.M. Rather, A.A. Dar // J.Phys. Chem. - 2009. - Vol. 113. -P. 997 - 1006.
© Р. Ф. Бакеева - д-р хим. наук, проф. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ, [email protected]; Т. С. Горбунова - канд. хим. наук, доц. той же кафедры; Л. И. Сафиуллина - студ. КГТУ; О. Е. Вахитова - инж. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ; Е. А. Васютина - асп. каф. химии и технологии органических соединений азота КГТУ; Л. М. Юсупова - д-р хим. наук, проф. каф. химии и технологии органических соединений азота КГТУ; В. Ф. Сопин - д-р хим. наук, проф., зав. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ.
