Ионоселективные электроды для определения соединений, содержащих аминогруппу тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

йа правах рукописи

НЕМИЛОВА Марина Юрьевна

ИОНОСЕЛЕШВНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ АМИНОГРУППУ (ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ТОСТЬ-ХОЗЯИН")

02.00.02 - Анвлятзчесгая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соксканяе ученой степени кандидата химических паук

Москва - 1995

Работа выполнена в лаборатории электрохимических методов анализа кафедры аналитической химии Химического факультета МГУ ии.М.В.Ломоносова.

Научные руководители:

кандидат химических наук, доцент Н.В.Шведене кандидат химических наук,

1

старший научный сотрудник И.В.Плетнев

Официальные оппоненты:

доктор химических наук,

профессор Л.Н.Быкова

кандидат химических наук,

старший научный сотрудник Р.Д.Цингарелли

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный Университет, Химический факультет, кафедра физической химии

Защита диссертации состоится " 25 " мая 1995 г в 16 часов на заседании диссертационного совета Д053.05.60 при Химической факультете МГУ им.М.В.Ломоносова по адресу: Москва, Воробьевы горы, МГУ, .Химический факультет, ауд. 337.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ.

Автореферат разослан " 24 " ОДР&^Я 1995г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наух

(6,т.у-

И.И.Торочеиникова

Актуальность темы. Макроциклические и нециклические нейтральные переносчики активно используются в мембранах ионоселектив-ных электродов (ИСЭ), обратимых к щелочным, щелочноземельным, а в последние годы и некоторым органический катионам. Связывание последних обычно происходит за счет образования водородных связей, ион-дипольных, диполь-дилольных взаимодействий. Избирательность такого комплексообразования "гость-хозяин" определяется электронным и стерическим соответствен "хозяина" и "гостя".

Следует отметить, что приложениям комплексообразованкя "гость-хозяин" в анализе органических соединений уделяется еще мало внимания. В частности, к настоящему времени предложено ограниченное число ИСЭ, обратимых к органическим "гостям"; при их разработке используют далеко не все классы синтетических "хозяев". В то хе время основное достоинство комплексообразования "гость-хозяин" - высокая селективность, достигаемая точным подбором реагента, стерически и электронно комплементарного определяемому соединению, позволяет рассчитывать на широкие возможности макроцик-лических и ациклических нейтральных переносчиков в составе пластифицированных мембран ИСЭ, обратимых к органическим катионам.

Чувствительные и селективные к органическим соединениям ИСЭ на основе нейтральных переносчиков могут найти широкое применение в клиническом анализе, фармакологии, при контроле за содержанием компонентов смеси при биокаталитическом синтезе пищевых продуктов и лекарственных препаратов; особенно существенны экспрессность, селективность и возможность автоматизации ионометрическик измерений.

Цель работы. Изучение транспортных и электродных свойств некоторых макрогете-роцислов, каликсаренов, и ациклических полиэфиров - подандов, а также селективности поливинилхлоридных (ПБХ) мембран на их основе; разработка ИСЭ для определения органических катионов, содержащих первичную аминогруппу.

Научная новизна. Получены данные о транспортной активности нейтральных реагентов - фосфорилсодержащих подандов с различной

длиной полиэфирной цепи и адамантилкаликс[8]арена при переносе йрганических соединений с первичной аминогруппой, и выявлена взаимосвязь между иоиофорными и электродными свойствами этих лигандоп в растворах хлоридов октиланмония, метилового эфира феннлаланина и новокаина.

Найдено, что ПВХ-пластифицированные мембраны оптимального состава на основе азамакроциклов, каликс[§]арепов и фосфорилсодер-жащих подандов обратимы к протонироваиныи катионам октиламина, гу-аннднка, метиловых эфиров феннлаланина и фенилглицина, а также новокаина в широком диапазоне концентраций определяемого иона и рН. Получено увеличение селективности таких мембран к определяемому катиону в присутствии щелочных, щелочноземельных и некоторых органических ионов в результате замены атомов кислорода на азот в молекуле макроцикла, при введении слохноэфирных заместителей в "нижний обод" каликсарена и при увеличени длины полиэфирной цепи фос-форилсодержащего поданда.

Показано, что октиламмониевый ИСЭ (пластификатор о-нитрофенилоктиловый эфир) на основе фосфорилсодерхацего поданда сохраняет теоретическую электродную функцию в динамическом режиме и иохет быть рекомендован в условиях непрерывного проточного (НПА) и проточно-инжекционного анализа (ПИЛ). Найдено, что предел обнаружения ОА в динамических условиях ниже, чем в стационарных, а селективность в ряде случаев выше. Обнаружено явление кинетической дискриминации некоторых катионов а условиях ПИА.

Практическая значимость. Разработаны ИСЭ на основе нейтральных реагентов - циклических оксаазамакроциклов, 'адамантилкаликс-(8}аремов и фосфорилсодержащих подандов, обратимые к катионам октиламмония, гуанидиния, новокаина, метиловых эфиров феннлаланина и фенилглицина в широком диапазоне концентраций потенциалопределя-югцнх ионов. Электроды обладают малым времением отклика (10 с), хорошей селективностью - 10 ) и функционируют в широком

» / j

интервале рН.

Методом "введено-найдено" оценена правильность н воспроизводимость ионометрического определения первичных аминов в растворах

сравнения (3^=0,08).

Предложены методики определения метиловых эфиров фенилаланина и фенилглицина в модельных растворах, имитирующих состав смесей биокаталитического синтеза аспартама и ампициллина, а такхе методика определения новокаина в амлульной и фармацевтической формах.

На защиту выносятся: 1. Результаты изучения скоростей переноса солей первичных 1МИНОВ через хлороформную мембрану, содерхащую нейтральные пере-шсчики, в зависимости от природы и строения ионофора и <ереносимого катиона.

2. Результаты изучения основных электродных характеристик и •.елективности ПВХ-мембран на основе ДБ18К6 и его азааналогов в >астворах октиламмония в зависимости от состава мембранной фазы.

3. Результаты изучения электродных свойств и селективности (ембран на основе каликс[8]аренов с различными заместителями в верхнем и нихнем ободе" в растворах гидрохлоридов первичных шинов: октиламмония, метиловых эфиров фенилаланина и 1енилглицина, а такхе новокаина в зависимости от состава мембран, [рироды определяемого катиона и пластификатора.

4. Результаты изучения фосфорилсодерхащих подандов как ктивных компонентов ПВХ-мембран в растворах октиламмония, гуани-иния, метиловых эфиров фенилаланина и фенилглицина, а такхе овокаина в зависимости от длины полиэфирной цепи электродноактив-ого вещества, состава мембраны и природы пластификатора.

5. Результаты изучения динамического поведения октилам-онийселективного электрода на основе поданда П-Э в условиях НПА

ПИА.

6. Методики ионометрического определения октиламмония, етиловых эфиров фенилаланина и фенилглицина, а такхе новокаина в астворах сравнения, модельных и реальных объектах с нспользовани-м разработанных ИСЭ.

, Апробация работы, результаты диссертации доложены на VI Всесоюзной конференции по аналитической химии органических ведестп. Москва, 1991; Международной конференции по экстракции органических соединений', Воронеж., 1992 (ISECOS-92); международной конференции Eurosensors VB1, Тулуза, Франция, 1994; IV Конференции по электрохимически« метода« анализа (ЭМА), Москва, 1994; X Конференции по экстракции, Уфа, 1994; симпозиуме "Проточный аналиэ-94", Москва, 1994; Ломоносовских чтениях, МГУ, Москва, 1994.

Публикации. По результата« диссертационной работы опубликовано 6 статей и 7 тезисов докладов; получен патент России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на /^«¿страницах машинописного текста, состоит из введения, четы-, рех глав, общих выводов, таблиц ирисунков. Список литера-

I

туры включает наименований отечественных и зарубежных авто-

ров. В приложение включено свидетельство о вцдаче патента.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1 содержит обзор литературы, посвещенный комплексо-образованию макроцнклических (краун-эфиров и каликсаренов) и нециклических реагентов с органическими катионами по типу "гость-хозяин". Рассмотрены транспортные свойства нейтральных переносчиков при переносе органических солей через жидкую объемную мембрану; теоретические аспекты функционирования ИСЭ, обратимых к органическим катионам, и данные об известных электродах. В главе II описаны методика и техника эксперимента. В главе III представлены результаты изучения ионофорных и электродных свойств мембран на основе нейтральных переносчиков. Глава IV содержит практические примеры использования разработанных ИСЭ для определения первичных аминов. Далее следуют общие выводы и список литературы.

РЕАГЕНТЫ, РАСТВОРЫ, АППАРАТУРА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА В качестве нейтральных реагентов "хозяев", выступающих в роли электродноактивных компонентов (ЭАК) ПВХ-мембран использованы макроциклические соединения:

в: %

ДБ18К6 (дибензо-18-краун-б)

гл

„В

ТОДА

(тетраоксадиаза-макроцикл)

каликс[8)арены с различными заместителями

ободе":

ОК.

К-1 К-2 К-3 К-4

К,* Н; Ай; Аб; н = АЛ;

га Ъ

КАын ниА/

^н ни'

ТОТА

(триоксатрназа-макроцикл)

в "верхнем и нижней

11 = СОСН, 2 3

??2= сосн3

V СН2СООС2Н5 к2= ср3

а также фосфорилсодержащие поданды с различной длиной полиэфирной «_ , п

цепи

РЬг

и о

РРЬ2 II

о

П-1 п=0 П-5 п=4

П-2 п=1 П-б п=5

П-3 п=2 П-7 п=б

Л-4 п=Э

В качестве соединений-"гостей" использованы гидрохлориды первичных аминов: октнламина (ОА), беиэиламина (ВА), эфиров аминокислот - валика, тирозина, феннлглицина (МЭФГ), фенилаланина (МЭФА), а также сульфат гуанидина (ГУ) и новокаин (НО).

Пленочные ПВХ-мембраны готовили растворением в тетрагидро-фур&не нейтрального лиганда, используемого в качестве электродио-активного компонента (ЭАК) и составляющего 1-10Х от общей мембранной массы (0,2 г), ПВХ-порошка марки С-70 ЭО-ЗЗХ масс и пластификатора: дибутилфт&лата - ДБ* или орто-ннтрофенилоктилового эфира -о-Н»ОЭ - 60-ббХ. (в соотношении ЛВХ:пластиФикагор=1:2 в случае макроциклов) и 45-49,5Х масс. (ПВХ: пластификатор = 1:1 при использовании лодандов).

Эксперименты по транспорту солей проводили в и-образном сосуде; хлороформная мембрана разделяла водный раствор переносимой

со'ли (источник) и дистиллированную во'ду (приешшк). Изменение концентрации первичного амина в приемнике устанавливали фотометрически по реакции с о-фталевым альдегидом в присутствии меркаптоэтано-ла или потенциометрически с использованием Ag/AgCl электрода второго рода для контроля за изменением содержания С1 . При измерении э.д.с. системы:

0,1М

Ag/AgC 1, UC1

Исследуемый раствор

Ag/AgC1

ПВХ- Раствор

мембрана сравнения применяли ионоыер И-130; величину рН крнтролировали стеклянным электродом ЭСЛ-43-07. В качестве внешнего электрода сравнения использовали хлоридсеребрянный электрод марки ЭВЛ-1МЗ, заполненный

0,1М растзором хлорида лития. Измерения всех значений потенциалой

о

проводили при температуре 20+2 С.

Изучение поведения октиламмониевого ИСЭ в динамических условиях проводили с помощью одноканальной проточно-инжекционной системы, состоящей из перистальтического насоса, подводящих коммуникаций, электрохимической ячейки больного объема и индикаторного электрода с насадкой, реализующей конфигурацию "отражающая стенка".

МЕМБРАНЫ НА ОСНОВЕ АЗА-КРАУН СОЕДИНЕНИЙ, ОБРАТИМЫЕ К ОКТИЛАММОШШ

Известно, что кислородсодержащие макроциклы - краун-эфиры -могут служить переносчиками в мембранных ИСЭ для определения органических соединений с первичной аминогруппой. Однако использованию таких электродов мешает присутствие щелочных и щелочноземельных ионов в исследуемых растворах. Для устранения этого влияния мы предложили в качестве ЭАК два оксазамакроцикла с набором доиорных

атомов N О, (ТОДА) и NJJ, (TOTA). Для сравнения был изучен и 2 4 3 3

дибензо-18-краун-б (ДБ18К6), О..

о

В качестве "гостя" выбрали (протонированный) октиламин, который эффективно экстрагируется в хлороформ азамакроциклом TOTA.

ПВХ-пластифицированные о-НФОЭ мембраны на основе макроциклов ТОДА, TOTA, а также ДБ18К6 в растворах гидрохлорида октиламина показывают линейную зависимость величины потенциала от логарифма

концентрации октиламмония (индифферентный электролит - О,1 М LiCl ) в широком интервале: концентраций. Однако наклон, близкий к теоретическому (60 мВ/рОА), наблюдали только у мембраны, содержащей триоксатриаза-макроцикл - TOTA. Для этой мембраны характерна и

наиболее широкая область линейности электродной функции -4 -1

(1x10 -1x10 моль/л) и самый низкий предел рбнаружения (С.1л= ЗхЮ ^моль/л) (рис.1).

Е,мВ

S0

5 4 3 2 1

Рис.1.Вид электродных функций мембран на основе макроциклов (5%) в растворах хлорида октиламмония

Увеличение содержания активного компонента мембраны - TOTA от 5 до 10% приводит к некоторому снижению наклона электродной функции. Использование пластификатора меньшей полярности (ДБФ, с -6.1) сужает область линейности и увеличивает предел обнаружения, ухудшая, в целом, электродные свойства мембран.

Использование в мембране реагента TOTA позволяет существенно улучшить потенциометрическую селективность относительно ОА 10 3) в присутствии неорганических катионов по сравнению с ДБ 18 Кб и ТОДА (рис.2); наиболее сильно мешает определению октиламина нон аммония.

1 gK

i/i -1

ЕЗЯ ЛБ18К-5' TOTA

h

Na

NH* MeNH* Me Nflt Me_NH+ BzNH* Bu NH* 4 3223 322

Рис.2. Потенциометрические коэффициенты селективности октиламмониевого ИСЭ на основе ДБ18К6 и его азааналога -TOTA (SX-ЭАК, о-НФОЭ - пластификатор)

Очевидно, за улучшение селективности ИСЭ ответственно снижение сродства к "жесткий" катионам по мере изменения набора гетеро-

атомов иакроцикла от О, к N„0, и N,0,.

6 2 3 3 3

Мешающее влияние органических катионов - метиламмония, днме-тиламмония и триметиламиония для мембран на основе TOTA тоже меньше; оно усиливается при переходе от третичных аминов к вторичный и первичным. Этот ряд противоположен ряду гидрофобности катионов и свидетельствует о доминирующей роли образования водородных связей при взаимодействии "гость-хозяин". Наиболее гидрофобные катионы бензил- и дибутиламмония оказывают наибольшее влияние на определение ОА.

Потенциал электрода остается постоянным в интервале рН 5-9, обусловленном, очевидно, областью рН существования "гостя" в катионнс^ /$орме, а "хозяина" - в нейтральной.

Для мембранного ИСЭ, обратимого к октиламмонию, на основе TOTA характерно малое время отклика .(10 секунд), которое практически не зависит от концентрации исследуемого раствора.

2

МЕМБРАНЫ НА ОСНОВЕ КАЛИКСГ81АРЕНОЙ

Каликсарены - макроциклические олигомеры фенола и формальдегида - содержат бензольные кольца с объемными заместителями в пара-положениях ("верхний обод"). Размеры и гидрофобность полости каликсарена можно варьировать, изменяя количество бензольных колец и природу заместителей; можно модифицировать реагент введением в "нижний обод" эфирных, слохноэфнрных, амидных. тиоамидных и других групп, способных участвовать в образовании водородных связей и в ион-дипольном взаимодействии с молекулами "гостей". Часто для каликсаренов при взаимодействии с ионами или молекулами реализуется конформация "конус" или "чаша" - своего рода "молекулярная корзина".

В качестве активных компонентов мембран, обратимых к органическим катионам нами были изучены каликс[8]арены с различными заместителями в "верхних" и "нижних ободах" молекулы (с.5). В качестве "гостей" (определяемых веществ) использовали хлориды октил-аммония, эфиров фенилаланина и фенилглицина, а также сульфат гуанидиния и новокаин.

Изучение транспортных свойств адамантилкаликс[8]арена К-3 доказало, что скорость переноса этим лигандом гидрохлорида ОА 4ереэ хлороформную мембрану составляет (1,1+ 0,6) х10 6 моль/час и гопоставима с известной из литературы скоростью переноса первичных гминов макроциклами. Этот результат послужил основой для разработ-си ИСЭ, обратимого к ОА и другим аминам.

Установлено, что мембрана на основе К-3, пластифицированная >-НФ0Э, в растворах ОА обладает близким к теоретическиму откликом [57+2 мВ/порядок)-. Предел обнаружения и область линейной зависи-<ости величины потенциала от концентрации исследуемого раствора не 'ступают значениям, полученным для ИСЭ на основе макроцикла ТОТА. 1спользование пластификатора меньшей полярности (ДБФ) снижает кру-•изну электродной характеристики мембран до 33+3 мВ/порядок.

Мембраны на основе каликсарена К-4 не дают отклика в раство-

г

pax хлорида ОЛ, что спязаио, по-видимому, с малой донорной активностью атомов кислорода при CF -группе.

При изучении электродных свойств ПВХ-мембран, содержащих ка-ликсарены с различными заместителями в "верхнем и нижнем ободах" К-1 - К-3, в растворах новокаина найдено, что наклон электродной функции зависит, в основном, от природы заместителя в "нижнем ободе". Он имеет наибольшую величину в случае этоксикарбонилметокси-группы, обладающей выраженной способностью к образованию водородных связей (рис.3). • | '

В растворах сульфата гуанидиния электродная функция не проявляется, что свидетельствует об отсутствии структурного соответствия "гость-хозяин".

5040- Г] 30- П П

\_II II ...... .

К-1 К-2 К-3 К-3*

Рис.3.Влияние природы заместителя каликс[8]арена на наклон электродной функции в растворе новокаина *)- введена лилофильная добавка

Мембраны на основе К-3 обратимы к МЭФА и МЭФГ, однако наклон функции, близкий к теоретическому и малое время отклика - 10 секунд - наблюдали только при введении в мембрану липофилыюй добавки (ассоциат потенциалопределяющий ион : - тетрафенилборат), увеличивающей электропроводность мембраны, и использовании полярного пластификатора о-НФОЭ, £=24.

Коэффициенты потенциометрической селективности полученных ИСЭ довольно низки и в ряду присутствующих веществ - аминов их величины подчиняются тем же закономерностям, что ив случае,ИСЭ на осно-

пе азамакроциклических соединений (табл.1).

КОЭФФИЦИЕНТЫ СЕЛЕКТИВНОСТИ K?/j xlQ1 МЕМБРАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

НА ОСНОВЕ АДАМАНТИЛЗАМЕЩЕННОГО КАЛИКС[8]АРЕНА К-3

Пластификатор 0-НФОЭ ДОФ о-НФОЭ* о-НФОЭ* о-НФОЭ*

ОА МЭФА МЭФГ НО

. + Ll+ 0,50 --- 0,76 0,30 ---

Na 0,75 4,82 2, 10 6,50 1,0

К++ 0,85 4,82 7,10 18,70 1,5

NH* 4 1,90 2,40 3,40 4,60 ---

+ Cs„ ^ 2+ Са + 1,00 б, 10 --- --- ---

--- --- 0,92 0,21 1 ,6

CH3NH3 0,40 — 4, 10 8,90 1,6

«^з'гК 0,28 — 3,60 —

(CH)3NH+ 0,20 2,60 2,50 7,30 ---

«WíK 0,35 — 1 ,60 — —

(с4н9)2ын; --- — 8,70 255,0 ---

С8Н17< ___ — 9,70 348,0 ---

Триптофан 0,06 0,76 --- --- 0,01

Трет-Бутил.

эфир фенил- 34,70 355,0 --- ---

аланина

Фенилаланин --- --- --- --- 0,01

Тирозин --- --- --- --- 0,01 _

»)в состав мембраны введена липофильная добавка: ассоциат определяемый катион-ТФБ.

Характеристики разработанных электродов на основе каликсарена К-3 приведены в обобщающей табл. 3.

Для ОА-ИСЭ на основе К-3 (о-НФОЭ) потенциометрическая селективность несколько уменьшается по отношению к щелочным катионам и аммонию и увеличивается - в присутствии органических катионов по сравнению с ОА-ИСЭ на основе TOTA (рис.4).

Мембраны на основе К-3 в растворах аминов имеют широкую область рН постоянства электродного потенциала (табл.3).

lgK"

l / i

-2 -

- 3

с

ГЛЗ TI

TOTA

K-3

Na+ K+ NHt MeNH* Me2WH2 Me,jNH+

4. 3 2

Рис.4.Потенциометрические коэффициенты селективности мембранных ОА-ИСЭ на основе TOTA и K-3 (5Х ЭАК, о-НФОЭ)

МЕМБРАНЫ НА ОСНОВЕ «ОСФОРИЛСОДЕРХАЦИХ ПОДАНДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ "ГОСТЕ®" Среди открытоцепочечных полиэфирных переносчиков поданды с дифенилфосфиноксидными терминальными группами (-Р(0)РЬ2) представляют особый интерес, так как высокоактивные фосфорильные атомы кислорода резко усиливают комплексообразующу» способность, например, по отношению к ионам металлов. Мы предположили, что такие поданды должны быть высокоэффективны и в случае протонировакных аминов. Существенно, что поданды гораздо более доступны и дешевы, чем макроциклы.

При изучении переноса октилаымония через мембрану из хлороформа установили, что поданды проявляют заметные ионофорную активность. При увеличении длины полиэфирной цепи лиганда от П-3 до

П-6 скорость переноса ОА увеличивается (2,2 + 0,5)х10 6 и (3,1 + -6

0,2)х10 моль/час, соответственно. Для выявления взаимосвязи между нонофорными и электродноактивными свойствами подандов изучена обратимость мембран на их основе в растворах октиламмония.

Крутизну электродной функции, близкую к теоретической, наблюдали в растворах хлорида ОА для всех исследованных электродов, содержащих поданды. Увеличение длины полиэфирной цепи практически

1 3

но сказывается на электродных характеристиках мембран на основе подандон. В случае "фоновых" мембран, не содержащих ЭЛК, а также мембран на основе трифснилфосфиноксида (ТФФО) - модели терминальных групп, (пластификатор о-НФОЭ) и 11-6, пластифицированной ДБФ, величина отклонения от нернстовской зависимости заметно больше.

О 4 8 12

Рис.5.Влияние содержания поданда П-Э на наклон функции ОА-ИСЭ (о-НФОЭ)

Установлено, что содержание активного компонента влияет на обратимость ПВХ-менбран в растворах ОА. Оптимальными свойствами обладает мембрана, содержащая 5Я поданда (рис.5). По мере дальней-пего увеличения содержания ЭАК крутизна электродной функции незначительно уменьшается.

-2 -

-3 ._

П-1 П-2 П-3 П-4

Рис.6. Потенциометрические коэффициенты селективности ОА-ИСЭ (5% ЭАК, о-ИФОЭ) в присутствии К+(1) и МешС (2) в зависимости от длины цепи поданда

, Среди всех изученных, мембрана на основе поданда И-3, пластифицированная о-НФОЭ, наиболее селективна к Оа в присутствии посторонних ионов (рис.6). Любопытно,что именно для поданда П-3 может реализоваться оптимйльная схема связывания протонов "гостя" атомами кислорода "через один" с участием обоих фосфорильных (наиболее основных) атомов.

Все исследованные мембранные электроды обладают крайне малым временем отклика в растворах октиламмония различной концентрации (10 с),, что может быть использовано при определении первичных аминов в проточных системах.

Для получения мембран, обратимых к гуанидинию, нам представлялось перспективным использовать поданды с относительно длинной полиэфирной цепью, так как есть данные, что крупный плоский катион гуанидиния при взаимодействии с макроциклами для образования устойчивых комплексов должен быть "вписан" в плоскость цикла большого размера.

При введении фосфорилсодержащих подандов в ПВХ-матрицу мембраны, пластифицированную о-НФОЭ, наклон линейной зависимости Е-рГУ в растворах хлорида гуанидиния увеличивается с ростом числа атомов кислорода в полиэфирной цепи и становится близким к теоретическому 56 иВ/рС для поданда П-6. в,мВ/рГУ

50

40

_1_

число О-атомов в цепи поданда

4 5 6 7 Рис.7.Зависимость наклона функции ГУ-ИСЭ (1) и МЭФА-ИСЭ(2) от длины цепи поданда (5Я ЭАК, о-НФОЭ) Дальнейшее увеличение числа оксиэтнленовых звеньев до семи

приводит к уменьшению наклона линейной зависимости (рис.7,1). Таким образом, оптимальным переносчиком для иона гуанидиния является поданд с шестью эфирными атомами кослорода (П-6). Существенно,

что именно данный лиганд должен позволять реализоваться схеме связывания "гостя", аналогичной известной в литературе для краун-эфнров. Оптимальным пластификатором является о-НФОЭ.

Одним из достоинств полученного ИСЭ является широкая область рН постоянства значений потенциалов 3,3-10,8 (табл.З). Время отклика электрода в растворах гуанидиния больше^ чем в растворах октиламмония и составляет 30 с, однако введение в мембрану, содержащую поданд П-6, липофильного аниона в виде ионного ассоциата ГУ+-ТФБ уменьшает время отклика до 10 с.

Изучение транспортных свойств подандов П-б и П-7 по отношению к МЭФА показало, что скорости переноса (2,83 + 0,02) и <5,5 + 0,5)х10 6 моль/час соответственно через мембрану из хлороформа сравнимы со скоростью переноса гидрохлорида ОА. Это позволило ожидать хороших электродных свойств для мембран на основе фосфорилсо-держаиих подандов по отношению к МЭФА.

Исследование влияния длины полиэфирной цепи поданда на электродные характеристики мембран показало, что наилучшей обратимостью к МЭФА обладает мембрана, пластифицированная о-НФОЭ, содержащая в качестве активного вещества поданд с наиболее гибкой структурой П-7 (рис.7,2), я включающая липофильную добавку МЭФА-ТФБ. Это находится в согласии с величиной скорости переноса МЭФА, имеющей наибольшую величину для П-7.

При изучении транспорта новокаина через мембрану из хлороформа, содержащую поданди с различной длиной полиэфирной цепи найдено, что скорость переноса мало зависит от длины полиэфирной цепи поданда и несколько уступает скорости переноса ОА. Наилучшие ионофорные свойства проявляет поданд П-6. В соответствии с полученными данными изготовили ПВХ-пластифицированный мембранный электрод на основе этого реагента. Вид электродных функций ПВХ-мембран в растворах "гостей" представлен на рис.8.

5 4 3 2 1

Рис.8.Электродные функции мембран (5% ЭАК, о-НФОЭ) на основе подандов в растворах первичных аминов «)в состав мембраны введена липофильная добавка

Мембраны на основе фосфорилсодержащих подандов, обратимые к ОА, показывают высокую потенциометрнческую селективность <10_3) в присутствии щелочных• щелочноземельных и некоторых органических катионов (табл.2). Наблюдаемая селективность мембран на основе П-3 к ОА выпе, чем у мембран, содержащих макроциклы -ДБ18Кб, его азааналог - TOTA и адамантнлкаликс[8J&peH - К-3.

Для мембран, на основе подандов, обратимых к ОА, ГУ» МЭ»А и НО, метающее влияние органических катионов, как и в случае мембран, содержащих К-3 и TOTA, усиливается в ряду третичный < вторичный < первичный амин; наиболее сильно мевают гидрофобные катионы дибутиламмония и бенэиламмония.

Высокую потенциометрнческую селективность наблюдали и для мембран, на основе подандов, обратимых к новокаину, ss 10'3) в присутствии щелочных и щелочно-эенельных металлов, а также значительных количеств некоторых аминокислот. Присутствие липофильной добавки в мембране увеличивает селективность электрода к новокаину относительно неорганических катионов (табл.2).

КОЭФФИЦИЕНТЫ СЕЛЕКТИВНОСТИ (К?/}х103 МЕМБРАННЫХ ЭЛЕКТРОДОВ

НА ОСНОВЕ ФОСФОРИЛСОДЕРЖАЩИХ ПОДАНДОВ

(о- -НФОЭ-ПЛАСТИФИКАТОР)

"Гость" ОА ГУ НО МЭФА

П-3 П-6 * П-6 П-6 * П-6 * П-7

1Л + 0,06 6,2 1,6 --- — ---

Ма+ 0,10 68,0 316,00 0,63 0,20 ---

К+ 0,20 33,0 .12,00 1,40 0,71 7,3

К 0,25 56,0 2,00 — — 7,8

Са2+ 0,05 — --- 0,56 0, 16 ---

М82+ 0,08 — --- 0,50 0,35 ---

снзннз 0,16 26,0 29,00 --- — 5,6

(СН3)2МН2 0,10 — --- —_ — 4,8

(СН^ЯН + 0,04 2,0 ___ — — 3,3

<С2Н5)2('Н2 — 9,0 --- --- — ---

(с4н9)/н; 100,00 --- --- --- --- ---

(с6н5>сн2нн3 196,0 --- --- —

Фенилаланнн — --- --- 0,01 0,01 2,1

Тирозин — --- --- 0,01 0,01 ---

Триптофан --- --- --- 0,01 0Б01 ---

*)в состав мембраны введена липофильная добавка

Таким образом на основе трех классов реагентов-"хоэяев" разработаны ПВХ-пластифицированные мембранные электроды, обратимые к первичным аминам и родственным им соединениям (табл.3). Время отклика представленных в табл.3 ИСЭ составляет 10 с.

ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗРАБОТАННЫХ ИСЭ (5Х-ЭАК,о-НФОЭ)

ЭАК Б, Область С. 1 п Область Время

Гость мВ/рС линейности, хЮ рн жизни,

моль/л моль/л мес.

ОА ТОТА 60 +2 1х10~ -1х10"' 3 5,0- 9,0 2

ОА к-з, 57 +2 1x10 -1x10 2 4,5-10,0 3

МЭФА к_3» 62 +3 1x10 *-1х10 : 6 ' 2,0- 7,5 2

МЭФГ К-З, 59 +1 1x10 5"1х10 * 5 2,5- 7,0 2

НО к-з 43 +1 3x10 ^-7x10 .5 3,5- 7,0 3

ОА п-э, 60 +2 1x10 *-1х10 ' 7 2,4- 9,0 3

ГУ П-6 56 *3 1x10 *-1х10 * 5 3,3-10,8 0,7

МЭФА П-7 61 +2 1x10 *-1х10 3 2,5- 7,5 2

НО П-6 41 +1 1x10 -2x10 6 3,0- 7,8 2

*)в состав мембраны введена липофильная добавка

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ИСЭ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ АМИНОВ И РОДСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОА-НСЭ НА ОСНОВЕ ПОДАВДОВ В УСЛОВИЯХ ОНА

Малое время отклика и хоровая воспроизводимость измерений послужили основанием для изучения динамических характеристик разработанных электродов в условиях НПА и ПИА.

На примере ИСЭ на основе П-3, обратимого к ОА, осуществлен поиск оптимальных скоростей потока н объема вводимой пробы, обеспечивающих максимальную производительность анализа при. высокой воспроизводимости сигнала. Установлено, что оптимальное сочетание амплитуды аналитического сигнала и воспроизводимости определения (3^=0,01) достигается при скорости потока 2 мл/мин'и микрообъема пробы 100 мкл; при этом величина дисперсии пробы не превышает 2, что характерно для одноканальных систем. Следует отметить, что воспроизводимость определений аналитического сигнала в условиях ПИА превосходит возможности прямого нонометрического измерения в стационарных условиях.

Найдено,что предел обнаружения при динамических условиях несколько ниже, чем в стационарных (5x10 ^моль/л); обнаружено явление кинетической дискриминации, увеличивающее селективность

определения ОА в присутствии гидрофобных бензнламмоння и дибутиламиония. Найдено, что производительность определений октиламмония в условиях ПИА составляет 35-40 измерений в час.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТИЛОВЫХ ЭФИРОВ ФЕНИЛАЛАНШ1А Н ФЕНИЛГЛИЦИНА В МОДЕЛЬНЫХ СМЕСЯХ БИОКАТАЛИТИЧЕСКОГО СИНТЕЗА С ИСЭ НА ОСНОВЕ КАЛНКС[8]АРЕНА '

МЭФА и МЭФГ используют при бйокаталитическом синтезе искусственного заменителя сахара - аспартама и антибиотика ампициллина, соответственно. Для определения МЭФА и МЭФГ в смесях, моделирующих рабочие растворы данных процессов был выбран ИСЭ с мембраной на основе каликс[8]арена К-3 с липофнльной добавкой, показаванй наилучшие электродные характеристики в растворах гидрохлоридов этих соединений. Найдено, что присутствие всех компонентов реакционной смеси существенно не влияет на определение МЭФА и МЭФГ: значения коэффициентов селективности не превышали 0,07.

______Таблица 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЭФА НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ФЕРМЕНТАТИВНОГО СИНТЕЗА АСПАРТАМА (п= 4, Р= 0,95)

Этап Состав смеси Введено МЭФА, мг/ыл Найдено МЭФА, мг/мл 3 г

I 4х10~^М МЭФА 2x10" М Ь-АК мегатерии 2,08 2,08*0,07 0,023

II 2х10^М МЭФА 1х10~ М Ь-АК 1X10" М АСП мегатерии 1,04 1,06*0,07 0,051

III 2х10~*М МЭФА 2x10~ М Ь-АК 2х10~ М АСП мегатерии 0,02 0,020+0,002 0,060

Ь-АК - аспарагиновая кислота; АСП - аспартам;

Таблица 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЭФГ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ФЕРМЕНТАТИВНОГО СИНТЕЗА АМПИЦИЛЛИНА (п= 4, Р= 0,95)

Этап Состав смеси Введено МЭФГ, иг/мл Найдено МЭФГ, мг/мл 3 г

I 1х10~*М МЭФГ 5х10~ М 6-АПК пенциллин-амндаза 0,89 0,89+0,04 0,032

II 5х10-3М ЫЭФГ 2,5x1О" М 6-АПК 2,5x10" М АМП пенциллин-амидаза 0,44 0,44+0,01 0,019

III 1х10~*М МЭФГ 5x10~ М АМП 5x10" М ФГЛ пенциллин-амидаза 0,044 ;0,044+0,002 0,028

б-АПК - 6-аминопенциллнновая кислота; АМП - ампициллин •ГЛ - фенилглицнн

Определение концентрации МЭФА и МЭФГ в реакционной смеси проводили методом двойной стандартной добавки в трех модельных растворах, имитирующих состояния смеси в различные отрезки времени.

Полученные результаты свидетельствуют о тон, что данные электроды вполне могут бить рекомендованы для:определения МЭФГ и МЭФА в процессе бнокаталитичекого синтеза.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОВОКАИНА В ♦АРМАЦЕВИЧЕСКОЙ РЕЦЕПТУРЕ Н АМПУЛЫЮЙ ФОРМЕ

Новокаин относится к.ряду наиболее распространенных и нам менее токсичных анестетиков местного действия со слабым . наркотическим эффектом.

Разработанную методику с применением ИСЭ на основе К-3 с липофильной добавкой использовали при определении новокаина в

фармацевтической рецептуре и в ампульных инъекционных формах производства Новокузнецкого химнко-фармацевтического объединения "Органика" (♦) и Воронежского химико-фармацевтического завода

Таблица б

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НОВОКАИНА

В. РАЗЛИЧНЫХ ОБЪЕКТАХ МЕТОДОЙ ДВОЙНОЙ СТАНДАРТНОЙ ДОБАВКИ

Объект Введено,г Найдено,г S г

Фармацевтическая 0,1 0,094+0,007 0,06

рецептура (0,1г НО

0г2г NaCl)

Ампульная форма* 0,1 0,099+0,002 0,018

(2Х р-р новокаина)

»» Ампульная форма 0,1 0,098+0,003 0,027

(2Х р-р новокаина)

ВЫВОДИ

1. Исследованы электродные свойства ПВХ-мембран на основе

дибензо-18-краун-б и его аза-аналогов по отношению к охтиламмонию.

Все мембраны обладают потенцноиетрическим откликом в диапазоне -4 -1

концентраций (1+4)х10 -1x10 моль/л октиламмония. Наклон электродной функции - 60 мВ/рС , близкий к теоретическому, и лучший

предел обнаружения {С . = 2x10 S моль/л) обеспечивает мембрана на nln

основе триоксатриазамакроцикла (TOTA), пластифицированная о-НФОЭ. Селективность соответствующего ИСЭ заметно превосходит селективность ИСЭ на основе ДБ18К6 и тетраоксадиаэамакроцикла (ТОДА), особенно в присутствии щелочных катионов. ИСЭ функционирует в интервале рН 5 - 9} время отклика 10 секунд.

2. Изучены ионофорные н электродные свойства калике[8]аренов с различными заместителями в "верхнем" и "нижнем

оббде". Показано, что наиболее эффективным злектродноактквным соединением для всех исследованных "гостей" является адамантилка-ликс[8]арен со сяохноэфирныы заместителем в "ннхнеи ободе" (ме-токсикарбонилэтокси-группа). На его основе разработаны ИСЭ для определения октил&ммоння (C»in= 2x10 5 моль/л), эфиров аминокислот (Cain= 5x10 * моль/л) и новокаина (Cains 2x10 5 моль/л). Root —2 — 3

эффициенты селективности составляют ^ ) в присут-

ствии щелочных, щелочноземельных и некоторых органических катионов.

3. Изучены ионофорные и электродные свойства ПВХ-мембран ia основе ациклических полиэфиров - фосфорилсодерхащих подандов, отличающихся числом оксиэтнленовых звеньев, по отнооению к октил-' аммонию. Поданды проявляют высокую активность при транспорте ок-гиламмония через жидкую мембрану. Наилучшими* электродноактипными гвойствами обладает ациклический полиэфир с тремя атомами кислорода в полиэфирной цепи (П-3). В интервале концентраций 1x10 ^-lxlO1 моль/л, (См in— 7,1x10 5моль/л) при рН 2,4 - 9,0 крутизна электродной функции составляет 60 ыВ/рС, время отклика - 10 :екунд. Оптимальные эксплуатационные характеристики имеют мембра-(М, содержащие 5% активного компонента; природа пластифихатора не жазывает существенного влияния на электродное поведение. 1СЭ на основе П-Э при этом превосходят по селективности ИСЭ, :одерхащие ДВ18К6, азамакроциклы и каликсарены.

4. ИСЭ на основе поданда П-3 пригодны для определения OA в условиях проточно-инхекционного анализа. Показано улучшение неко-■орых характеристик электрода по сравнению со стационарными усло-шями. Наблюдается кинетическая дискриминация ионов бензиламмония [ дибутиламконня в системе ПИА.

5. В растворах сульфата гуанидиния только для мембраны на >снове подандов формируется потенциометрический отклик. Электродное характеристики зависят от длины полиэфирной цепи, природы 1ластнфикатора и присутствия липофильной добавки (ионный ассоциат -уанидиния с анионом тетрафенилбората). Оптимальными электродноак-ивными характеристиками обладает поданд с жестью оксиэтиленовыми

звеньями, комплементарный катиону гуаниднния.

6. В качестве активного компонента мембраны, обратимой к новокаину предложили поданд с шестью атомами кислорода в полиэфирной цепи, проявляющего наибольшую ионофорную активность при переносе новокаина через хлороформ. Наклон электродной функции увеличивается при введении'в мембрану лилофильной добавки. Потен-циометрическая селективность предложенного ИСЭ превосходит селективность полученного ранее ИСЭ на основе каликс[8]арена. Область рН функционирования ИСЭ составляет 3,0 - 7,8.

7. Изучено поведение ИСЭ на основе фосфорилсодержащих подвидов в растворах эфиров аминокислот. Крутизна электродной функции ближе всего к теоретической в растворах метиловых эфиров наиболее гидрофобных аминокислот - фенилаланкна и фенилглицина для мембран, содержащих поданд с 7 атомами кислорода в полиэфирной цепи. Найдено, что этот поданд наиболее эффективен и при переносе метилового эфира фенилала!;яна через хлороформную мембрану. ИСЭ на основе П-7, содержащий липофилькую добавку н пластификатор с высокой диэлектрической проницаемостью, позволяет определять эфиры аминокислот в интервале концентраций 1x10 *-1х10 ^моль/л при рН 2 - 7; время отклика 10 секунд. Коэффициенты селективности ИСЭ в присутствии щелочных, щелочноземельных и органических

..pot . ,л~2

катионов К % 10 • /J

8. Разработанные ИСЭ рекомендованы для прямого потенцио-метрического определения октнламконня, гуаниднния, новокаина, эфиров аминокислот. Методом "введено - найдено" оценены их метрологические . характеристики в растворах сравнения i®^ 0,05); показано отсутствие систематической погрешности. Проведена опробация предложенных ИСЭ при контроле содержания метиловых эфиров аминокислот в растворах, моделирующих реакционные смеси процессов биокаталнткческого синтеза ампициллина и аспартама (зг<0,06) и для прямого потенциометрического определения новокаина в" фармацевтической рецептуре и ампульных инъекционных формах (sr<0,06).

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Нведсне Н.В., Плетнев И.В., Немилова М.Ю., Шеина Н.М. Ионоселективные электроды на основе М,0-макроциклов для определения первичных аминов. VI Всесоюзная конференция по аналитической химии органических веществ. Тез. докл. Москва, 1991, С. 121.

2.Немилова М.Ю., Введене Н.В., Торочешникова И.И., Лютикова И.В., Плетнев И.В. Экстракционные н ионофорные • свойства триоксатриаза-макроцнкла по отношению к аминам. //Вестник МГУ, сер.2, химия. 1992. Т.33. С.280-285.

3. Введено Н.В., Плетнев И.В., Неыилова М.Ю., Синенко О.Д., Баулик В.Е. Ионоселективные электроды на основе нейтральных переносчиков как сенсоры органических катионов. Мембранные октиламмонийселек-тивные электроды на основе фосфорилсодерхащих подандов. //Х.аналит.химии. 1993. Т.48. N 12. С.1974-1982.

4. Неыилова М.Ю., Шведене Н.В., Филимонова В.Л., Ваулин В.Е., Плетнев И.В. Ионоселективные электроды на основе нейтральных переносчиков, обратимые к органическим катионам. Пластифицированный полвннилхлоридный мембранный электрод на основе фосфорилсодержащих подандов для определения иона гуанидиния.//Х.аналит.химии. 1994. Т.49. N 4. С.418-421.

5. Nerailova M.Yu., Shvedene N.V., Sheina N.M., Pletnev I.V., Sinenko O.D. Octylanine transfer through quasi-liquid membrane by eieans of acyclic polyethers (podands). International organic substanses solvent extraction conference (ISECOS-92). Voronezh. Russia. 1992. Abstracts, V.l. P.300.

6. Nemilova M.Yu., Shvedene N.V., Pletnev I.V., Baulin V.E. Tcvetkov E.N. Macrocyclic carrier induced pri»ary amines transport through quasi-liquid membranes. International organic substances solvent extraction conference (ISECOS-92). Voronezh. Russia. 1992. Abstracts, V.l. P.306-307.

7. Немнлова М.Ю., Иведенс Н.В., Затонская В.Л., Плетнев И.В., Любитов И.Е., Ваулин В.Е. Ионоселективные электроды на основе

нейтральных переносчиков, обратимые к эфнраы аминокислот. IV Всесоюзная конференция по электрохимическим методам анализа (ЭМА), Москва, 1994. Тез. докл. С. 81.

8. Шведене II.В., Иемилова М.Ю., Кочулина О.В., Ваулин В.Е.,

t

Ковалев В.В., Кокова Э.А., Розов А.К., Плетнев И.В.. Транспорт первичных аминов через мембрану из хлороформа фосфорилсодерхацими подвидами и п-1-адамантилкаликс[8]ареном. X конференция по экстракции, Уфа, 1994. Тез. докл. С. 110.

9. Zolotov Yu.A., Pletnev I.V., Torocheshnikova 1.1., Shvedene M.V., Nemilova M.Yu., Kovalev V.V., Shokova E.A., and Srairnova S.V. Extraction and determination of amino compounds with calix[[8Jarenes.//Solv.Eitr.Res.Dev. 1994. V.l. P.123-136.

10. Шведене H.B., Иемилова М.Ю., Синенко О.Д., Плетнев И.В., Ваулин В.В.. Ионометрическое определение октилаимония в условиях ПИА. Симпозиум "Проточный аналиэ-94", Москва, 1994. Тез. докл. С. бб.

11. Введене Н.В., Иемилова М.Ю., Плетнев И.В. Затонская В.Л. Ваулин В.Е. Любитов И.В., Швядас В.К. Ионоселективные электроды на основе нейтральных переносчиков, обратимые к органическим катионам. Пластифицированные поливинилхлоридные мембранные электроды для определения эфиров аминокислот.//Я.аналит.химии. 1995. Т.50. N 4.

12. N.V.Shvedene, Nerailova M.Yu., V.V.Kovalev, E.A.Shokova,

I.V.Pletnev. Ion-selective electrodes based on adamantylealix(8] arene ionophores for determination of arainocompounds. /Eurosensors Via - Conference. Toulouse-Franae, 1994. Abstr.P.391.

13. Shvedene M.V., Herailova M.Yu., Kovalev V.V., Shokova E.A., Pletnev I.V. Ion-selective electrodes based on adamantylcalix[8]-arene ionophores for deternination of amino compounds.//Sensors and Actuators.1$95. V.27. N.l-3. P.372-376.

14.Иемилова М.Ю., Шведене И.В., Шеина Н.М., Плетнев И.В., Синенко О.Д., Ваулин В.Е., Цветков Е.Н. Мембрана иоЬоселективного электрода для определения первичных аминов. Патент России N 5016937125 от 09.07.1992.