CC BY
13УДК 541 (64+49): 532.73
С.В. Шилова, А.Я. Третьякова, А.Н. Безруков, В.П. Барабанов
ПОЛИМЕР-КОЛЛОИДНЫЕ КОМПЛЕКСЫ КВАТЕРННЗОВАННОГО ПО ЛИ-4-В ИНИ Л ПИРИДИН А И ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ В ВОДНО-МЕТАНОЛЬНЫХ
СРЕДАХ
(Казанский государственный технологический университет)
Потенциометрическим методом с использованием селективных электродов изучено формирование полимер-коллоидных комплексов в процессе связывания додецилсульфат а натрия частично кватернизованным поли-4-винилпиридином в водно-метанольных средах различного состава. Получены количественные характеристики взаимодействия полиэлектролита с ПАВ: определены степени связывания и константы диссоциации комплексов полиэлектрилит-ПАВ. Методом кондуктометрии исследовано влияние добавок метанола на мицеллообразование в системе вода-додецилсульфат натрия-метанол. Установлено» что при введении метанола до 0,2 мол. долей сохраняется механизм связывания ПАВ полиэлектролитом, характерный для водных безспиртовых сред.
Изучение процесса комплексообразования в системе полимерный электролит-ПАВ, а также структуры и состава образующихся полимер-коллоидных комплексов, относится к числу актуальных направлений современной физикохимии высокомолекулярных соединений. Уникальные возможности для направленного изменения свойств полимер-коллоидных комплексов путем вариации химической структуры как исходного пол и электролита, так и присоединяемого к нему низкомолекулярного ПАВ лежат в основе их применения для создания новых функциональных материалов. Кроме этого изучение ассоциации в системе полиэлектролит-ПАВ имеет фундаментальное значение для развития представлений о самоорганизации макромолекул синтетических и биологических полимеров [1-5]. Комплексообра-зование, протекающее в иеводиых и смешанных, вод но -ор га н и ч ее ки х растворителях, существенно отличается от процессов в водном растворе. В то же время целенаправленный выбор растворителя можно рассматривать как один из наиболее эффективных методов воздействия на химические процессы.
Ранее нами были изучены закономерности к о м п л е к с о о б р а з о в а н и я частично к ватер ни зо ванных производных поли-4-винилпиридина с анионным ПАВ в водно-этанольных средах с варьируемым содержанием неводного компонента [6]. Данная работа является продолжением исследований комплексообразования между полиэлектролитами на основе поли-4-винилпиридииа и ПАВ в смешанных водно-органических средах.
Объектами исследования служили разбав-
ленные водно-метанольные растворы поли-4-винил-Ы-бутилпиридиний бромида (ПВПБ) со степенью полимеризации 900. В данной работе использовали образец со степенью кватернизации 71%, Синтез и очистка образцов полимера описаны ранее (7). В качестве анионного ПАВ использовали додецилсульфат натрия (ДСН). ПАВ очищали трехкратной перекристаллизацией из этанола. Чистоту ДСН контролировали по величине критической концентрации мицеллообразования (ККМ) в воде, которая по данным кондуктометрии и тензиометрии соответствовала литературным значениям (8,4 ммоль/л). Очистку растворителей (воды и метанола) проводили по методике [8].
Равновесную концентрацию ПАВ определяли потенциометрическим методом с использованием модифицированного промышленного гетерогенного мембранного электрода ЭМ-Вг-01, селективного к додецилсульфат иону [9]. В качестве электрода сравнения использовали каломельный электрод фирмы СЯУТШ (тип 102). Все измерения проводили при 298К в термостатируемой ячейке, конструкция которой позволяла одновременно проводить потенциометрические и виско-зиметрические измерения. Электродная функция выполнялась во всем исследуемом интервале концентраций ПАВ. Тангенс угла наклона зависимостей э.д.с = 1\-^сПАв) в области концентраций ниже ККМ ДСН составлял (53-61 )/рсПлв мВ в водно-метанольных смесях различного состава. Все потенциометрические измерения выполняли на потенциометре М-120 МКЖОТЕСНЫА с точностью ±1 мВ при 298К.
О гидродинамическом поведении макромолекул в растворе судили по данным вискози-метрического метода. Вязкость растворов ПВПБ и их смесей с ПАВ измеряли на капиллярном вискозиметре типа Уббелоде ВПЖ-1 с диаметром капилляра 0,54 мм. Ошибка при измерении вязкости не превышала 1%.
Кондукто метрический метод использовали для определения ККМ ДСН в водно-метанольных средах. Электропроводность регистрировали с помощью кондуктометра "Импульс" с диапазоном измерений 10"9 - 1С"4 См/см.
Концентрацию полиэлектролита во всей серии экспериментов поддерживали постоянной, она составляла 1,0 кг/м3. Концентрацию ПАВ
у «у
варьировали в пределах 10 —10 моль/л;
Связывание ПАВ полиионом характеризовали степенью связывания 0:
0 = СПАВ ^ПАВ
С
иг
где сПав - общая концентрация ПАВ в растворе; српав- равновесная концентрация ПАВ в растворе; сЙГ- концентрация ионогенных групп полимера в растворе.
Устойчивость ассоциатов оценивали по величине кажущихся констант диссоциации Кд:
К = снг (П - 9Х' " в) , ще П=Спав/СНГ
е
Полимер-коллоидные комплексы линейных полиэлектролитов с противополошюзаря-женньши мицеллообразующими ПАВ образуются в результате реакций ионного обмена между ио-ногенными звеньями полиэлектролита и ионоген-ными группами ПАВ. Эти соединения стабилизованы гидрофобными взаимодействиями и представляют собой разновидность самоорганизующихся систем. Дифильные ионы ПАВ, включенные в комплекс5 сегрегированы во внутримолекулярные мицеллы и именно образование внутримолекулярной мицеллярной фазы является необходимым условием образования устойчивых комплексов полиэлекхролит-ПАВ [10],
Мицеллообразование в растворе существенно зависит от растворителя, его химической природы и свойств. Введение спиртов, часто называемых соПАВ? в водные растворы ПАВ может существенно влиять на фазовое поведение систем и приводить к изменению некоторых характеристик систем, таких как ККМ, вязкость, солюбили-зирующая способность, поверхностное натяжение и других. При этом спирты распределяются между
водной и мицеллярной фазами и могут накапливаться как в межфазном слое на границе мицелла-раствор, так и внутри углеводородного ядра мицелл, что способствует стабилизации мицеллярной фазы [11]. В данной работе было проанализировано влияние добавок метанола на мицеллообразование в системе во да-ПАВ-метанол. В таблице 1 приведены значения ККМ ДСН при различном содержании спирта в системе. Из таблицы видно, что при введении небольших добавок метанола (0,024-0,100 мол. долей) значения ККМ остаются неизменными и выше, чем в водном растворе ПАВ. Следующие добавки метанола (0,147-0Д86 мол. долей) приводят к росту значений ККМ ДСН. В средах с более высоким содержанием метанола мицеллообразование в исследуемых системах не происходит. Описанный характер изменения ККМ ДСП, возможно, объясняется тем, что молекулы метанола не образуют смешанных мицелл с ПАВ, а лишь адсорбируются в поверхностном слое или на поверхности мицелл.
Таблица /.
SiianeHiiii KKM JXCH b cttereivie BO/ia-nAB-MeraHOJi Table 1/The critical concentration of formation of my-celles in surfactant solutions in aqueous methanol
Содержание метанола X, мол. доля ККМ, ммоль/л
0 8,4
0,024 10,1
0,047 10,1
0,100 10,1
0,147 15,0
0,186 15,0
0,228 —
По-видимому, изменение склонности ДСН к мицеллообразованию в водно-метанольных средах должно влиять и на формирование внутримолекулярных мицелл ПАВ в процессе связывания по лиэ л ектро литом,
Взаимодействие ПАВ с полиэлектролитами, приводящее к формированию полимер-коллоидных комплексов, наблюдается при смешении водных растворов компонентов при концентрации ПАВ выше критической концентрации агрегации (ККА). На рис. 1 приведены изотермы связывания ДСП ПВПБ в водно-метанольных средах с различным содержанием органического со-растворителя. Изотермы представляют собой зависимость степени связывания 8 от равновесной концентрации ПАВ в системе. Начальный участок изотерм отвечает формированию внутримолекулярных мицелл ПАВ в микрообъеме макромоле-кулярного клубка.
Рис. 1 v Изотермы связывания для системы ДСН-ПВПБ (С'пвпЕ^иО кг/м ) при содержании метанола в системе мол. доля): / - 0; 2 - 0,024; 3 - 0,147; 4 - 0,228; 5 - 0,290.
Fig. 1. Binding isotherms of sodium dodecy(sulfate and poly - 4~ vinylpyridine bromide (the concentration of poly - 4- vinylpyridine bromide is S70 kg/m3) when methanol's concentration I -0; 2 - 0,024; 3-0,14?; 4 - 0,228; 5 - 0,290 (X, mole fraction).
Как видно из рис, I, все кривые на этом участке имеют S - образную форму, типичную для изотерм адсорбции, осложненной образованием надмолекулярных структур, ККА ПАВ в присутствии ПВПБ в водном растворе (кривая 1) составляет 4-10"° моль/л, что на 3 порядка ниже ККМ свободного ДСП, Введение в систему малых добавок метанола (кривая 2) не приводит к заметному изменению ККА ДСН по сравнению с водным раствором. Однако для систем с содержанием метанола свыше 0,1 мол. доли (кривые 3-4) необходимо отметить снижение степени связывания, при которой наблюдается насыщение микрообъема макромолекулы ионами ПАВ (выход изотерм на плато). Рост содержания метанола в системе выше 0,2 мол. долей (кривая 5) сопровождается увеличением концентрации ДСН, при которой начинается связывание, или возрастанием ККА до 4,4-10" * моль/л, а также уменьшением крутизны изотермы, что свидетельствует о снижении кооперативно ста связывания ПАВ полиэлектролитом.
Растворитель оказывает значительное влияние на устойчивость комплексов полизлектролит-ПАВ. Нами были рассчитаны константы диссоциации комплексов ДСН-ПВПБ. На рис. 2 представлены зависимости логарифма константы диссоциации комплексов ДСН-ПВПБ в водно-метанольных средах от степени связывания, С ростом степени связывания наблюдается уменьшение константы диссоциации, и, следовательно, рост устойчивости комплексов ДСН-ПВПБ для всех составов смешанного растворителя. Данная
закономерность согласуется с литературными данными по влиянию степени связывания на Кд комплексов полизлектролит-ПАВ в воде [12] и объясняется увеличением вклада гидрофобных взаимодействий алкильных радикалов электростатически связанных ионов ПАВ в устойчивость комплексов.
д кД
Рис. 2. Зависимость 1§КД от степени связывания 0 для системы ДСН-ПВПБ при содержании метанола в системе (X, мол. доля): / - 0; 2 - 0,024; 3 - 0,100; 4 - 0,147; 5 - 0,228; б - 0,290.
Fig, '2, Functinal dependence of dissertation constant's logarithm on the degree of binding for systems of sodium dodeeyisulfate and poly - 4- vinylpyridine bromide (the concentration of poiy -4- vinylpyridine bromide is 1,0 kg/m3) when methanol's concentration is / - 0; 2 - 0,024; 3 - 0,100; 4 - 0,147; 5 - 0,228;
6-0,290 (X, mole fraction).
В таблице 2 приведены значения констант диссоциации комплексов полизлектролит-ПАВ в широком интервале составов водио-метанольных смесей. Расчет Кд выполняли для 0-0,03. Как видно из таблицы, зависимость устойчивости комплексов от состава смешанного растворителя имеет сложный вид, Наибольшей устойчивостью характеризуются комплексы полизлектролит-ПАВ в водной среде (минимальное значение Кд). Небольшие добавки метанола (0,024 - ОД00 мол. долей) способствуют снижению стабильности комплексов. Максимальная устойчивость (минимальное значение Кд) среди водно-метанольных смесей различного состава отмечается при содержании неводного компонента 0,147 мол. долей. Затем наблюдается инверсия: дальнейшее повышение содержания спирта в смеси (0,228 - 0,290 мол, долей) сопровождается снижением устойчивости комплексов ДСН-ПВПБ и их разрушением.
Таблица 2*
Значения рКа комплексов ДСН-ПВПБ в водно-
метанольных средах
Table 2* Dissotiatioii constant's logarithm for sodium
dodecy(sulfate - poly- 4- poly - 4» vinylpyridine systems
Содержание метанола X, мол. доля РКд
0 5,55
0,024 4,78
0,100 4,55
0,147 5,30
0,228 4,40
0,290 4,00
Формирование внутримолекулярных мицелл ПАВ ири комплексообразовании с полиэлектролитом приводит к сжатию макромолекулярно-го клубка и, следовательно, снижению вязкости раствора полимера, На рис. 3 представлены зависимости приведенной вязкости от относительного содержания ПАВ и полиэлектролита для растворов ДСН-ПВПБ с варьируемым содержанием метанола в растворителе. Кривая 1 характеризует изменение гидродинамических размеров макро-молекулярных клубков в процессе связывания ПАВ в воде. Как видно из рис. 3, резкий спад вязкости наблюдается уже при невысоких значениях п. В области насыщения микрообъема макромолекулы ионами ПАВ (п—>1) достигается минимум приведенной вязкости. Достижению глобулярной конформации макромолекул полимерного электролита соответствует падение вязкости исследуемых систем до значений, характерных для чистого растворителя. При добавлении в растворитель метанола (кривые 2-5) описанный характер изменения гидродинамических свойств системы полизлектролит-ПАВ полностью сохраняется. Все водно-метанольные растворы пояиэлектролит-ПАВ характеризуются падением приведенной вязкости до нуля, т.е. глобулизацией макромоле-кулярного клубка в процессе связывания ПАВ полиэлектролитом.
Анализ экспериментальных данных по исследованию добавок метанола на связывание ПАВ полиэлектролитом и устойчивость образующихся комплексов показал, что введение органического сорастворителя в систему до 0*2 мол; долей не приводит к заметному изменению параметров связывания ПАВ и устойчивости комплексов. При содержании спирта выше 0,2 мол. долей отмечается увеличение критической концентрации агрегации ПАВ в присутствии полиэлектролита и снижение кооперативности связывания ПАВ.
п
Рис. 3. Зависимость приведенной вязкости г)уд/С от п для системы ДСН-ПВПБ (Спвпб^ЬО кг/м3) при содержании метанола в системе (X, мол, доля): / - Ö; 2-0,024; 3 ™ ÜJ47; 4 -
0,228; J» 0,290,
Fig. 3. Functinal dependence of specific viscosity t[sr/C on the degree of binding for systems of sodium dodecylsulfate and poly - 4-vinylpyridine bromide (the concentration of poly - 4- vinylpyridine bromide is 1,0 kg/m3) when methanol's concentration is / - 0; 2 --0,024; 3 - 0,147; 4 - 0,228; 5 - 0,290 (X, mole fraction).
Это согласуется с характером изменения критической концентрации мицеллообразования ДСН в водно-метанольных средах. Значения ККМ ДСН растут при содержании метанола 0,024-0,147 мол, долей, затем остаются неизменными вплоть до 0,186 мол. долей и, наконец, в системах с добавками метанола выше 0,2 мол. долей мицелло-образование в системе вода-П AB -метанол не происходит, На основании вышеизложенного можно предположить, что при содержании метанола в смешанном растворителе до 0,2 мол. долей (в области существования структуры воды [13]) в исследуемой системе полизлектролит-ПАВ-вода-метанол происходят ионообменные процессы и связанные с ними конформационные превращения макромолекул полимера, характерные для водных безспиртовых растворов. При высоком содержании спирта взаимодействия полимер-растворитель, ПАВ-растворитель превалируют над взаимодействиями полизлектролит-ПАВ вследствие увеличения сродства растворителя к гидрофобным фрагментам полимерной цепи и углеводородным радикалам ПАВ, поэтому комплек-сообразование полимерного электролита с ПАВ в таких средах не происходит,
Выявленное в данной работе соответствие между изменением характера связывания ПАВ полиэлектролитом в водно-спиртовых средах и изменением критической концентрации мицелло-
образования свободного ПАВ в этих средах указывает на определяющее влияние сольвофобных взаимодействий на процесс формирования полимер-коллоидных комплексов в смешанных растворителях,
ЛИТЕРАТУРА
1, Кабанов А*В,9 Кабанов В*А* // Высокомолек* соед. 1994. Серия А/Т. 36, №2. С. 198-211.
2, Лет в А.В* и др. // В ысо комолек. соед. 2001. Серия А. Т.
43. № 9. С, 1481-1487.
3, Лезов A.B. и др, // Высокомолек. еоед. 2002. Серия А. Т,
44, № 7, С. 1137-1143.
4, Сергеев ВЛ"\ и др. // Высокомолек, соед. 2003. Серия А. Т. 45. J4s 5, С. 814-822.
5, П олуши из Г Ж, и др, // Высокомолек, еоед. 2ÖÖ4. Серия А. Т 46. №5. С. 807-814.
6. Шилова СВ. и др. II Высокомолек. еоед. 2003. Серия А. Т. 45. №8. С. 1333-1339.
7. Третьякова АНовикова Барабанов В,П. II
Высокомолек. соед. 1985. Серия Б. Т. 27. С, 664-669.
8. Вайсбергер А., Проскаузр Э.» Риддик Дж* Органические растворители. Физические свойства и методы очистки. М.: ИЛ. 1958. 520 с.
9. Федчук Т.М., Тулюпа ФЖ Тез. докл. Всесоюз. конф. «Элекгрохймическйе методы анализа (ЭМА-89)». Томск. 1989. С 348.
10. Каеаикин В.А* и др. ¡I Докл. Академии наук:. 1997. Т. 354. №4. С 498-50 L
11. Candau S., Zana R // J. Colloid Interfase Sel 1981. V. 84. P. 206-21 L
12. Фельдштейн M .M.» Szmn А.Б., Кабанов // Молек. биология. 1974, Т 8. Вып. КС 142-153,
13. Крестов Г.А* Термодинамика ионных процессов в растворах, Л.: Химия. 1984,272 с.
Кафедра физической и коллоидной химии
УДК 547.057-7Л8
Ю.А. Андреенко, ММ. Дорогое, Д.В* Кравченко, A.B. Иващенко
СИНТЕЗ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ 8-СУЛЬФАМОИЛ-13-ДИО
(Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д.Ушинского, Исследовательский институт химического разнообразия, г, Химки, Московской обл.)
Описано получение новых замещенных 8~судъфам0ш-1,3~диоксо~4-метил-2?3-дигидро~1Н~пирроло[3>4-с]хинолинов из доступных производных изатина. Разработанные методы синтеза отличаются удобством проведения реакций и выделения целевых продуктов, а также возможностью использования большого разнообразия исходных реагентов, что делает их удобными для синтеза больших библиотек новых соединений. Строение всех синтезированных соединений подтверждено методами ПМР и масс-спектроскопии* Все синтезированные соединения протестированы на ингибирующую активность в отношении каспазы-3. Найдено несколько потенциально перспективных ингибиторов каспазы-З, 1С$& для лидера среди соединений данного хемотмпа составил 23 пМ*
Поиск высокоэффективных ингибиторов каспазы-З* способных блокировать развитие апоп-тоза - управляемой формы программированной смерти клетки с характерными морфологическими и биохимическими признаками, является весьма перспективным подходом к созданию принципиально новых лекарственных препаратов. В случае повышенной активации апоптоза возникают са-
мые серьезные патологии, относящиеся к кардио-васкулярным, нейродегенеративным, инфекционным, метаболическим и т.п. заболеваниям [1], Применительно к клеткам животных и человека апоптоз в большинстве случаев связан с протео-литической активацией каскада каспаз - семейства эволюционно консервативных цистеиновых протеаз, которые специфически расщепляют бел-
