Биологически активные производные полиакриловой кислоты тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

российская академия наук

уфимский научный центр ИНСТИТУТ органической химии

•■> и (4

о НЮН 1097

На правах рукописи Абчаева Клавдия Алсыковна

БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ПОЛИАКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

02. 00.06- химия высокомолекулярных соединений

Автореферат

диссертации на соискание ученой иепенн

кандидата химических наук

Уфа-1997

Работа выполнена в Иркутском институте органической химии Сибирского Отделения Российской Академии Наук

Научный руководитель: академик РАН М.Г. Воронков

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН

Ю.Б. Монаков

доктор химических наук Р.Х. Кудашев

Ведущая организация: Российский химико-технологический

университет им. Д.И. Менделеева

Защита диссертации состоится 16 мая 1997года в 14°° час, на заседании специализированного совета К 002. 14. 01 в Институте органической химии Уфимского научного центра РАН по адресу: 4500054, г. Уфа, проспект Октября. 71.

С диссертацией можно ознакомиться и научной библиотеке УН1Д РАН Автореферат разослан 1997г.

Ученый секретарь

специализированного совета ■")

кандидат химических наук Ф.А. Валеев

Актуальноеib юмы. Синтетические и природные высокомолекулярные соединения широко испольпчотся для пролонгации депепшя фнзиологи-iccKii акшишлх веществ.

Наиболее широко для тгой пели используются крахмал, производные кллюлозы . поливинилпирролидон. поливиниловый спир: и некоюрые фугие типы полимеров. Однако, до настоящего времени для пролонгации текарственного действия почти не применялись полимеры, обладающие собственным физиологическим действием, как. например, полиакриловая <ислота.

Особый интерес в медицинской и санитарно - гигиенической практике тредставляют полимеры, одновременно обладающие антимикробной штивностью и высоким коэффициентом водопоглощения. Они могут ^пользоваться в качестве антисептического перевязочного и гампонажного материала, например, для лечения гнойных ран, язв, крматитов и т.д.

Целыо настоящей работы является синтез и н ¡учение новых апологически активных производных полиакриловой кислогы(ПЛК). а ¡менно. продуктов ее конденсации с известными лекарственными ipenapaiaMii (салициловая, ацетилсалициловая. аскорбиновая кислоты). Гакже предполагалось получить кобальтовые соли ПАК. обладающие чомплексом полезных для медицинского использования свойств, в тастности. сочетанием антимикробной активности и высоким ¡одопоглощением.

Научная новизна и практическая значимость работы. Вышеназванные Зиологически активные производные ПАК ранее не были известны. Их лштез позволяет создать полимерные биологически активные вещества, тролонгирующие действие лекарственных препаратов, химически связанных с ПАК, а также придающие им новое или измененное фармакологическое действие. Впервые получены антимикробные кобальтовые соли ПАК

Публикации, апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 10 статей, 2 авторских свидетельства и 4 тезисов докладов. Основные разделы работы были представлены на 111 Конференции молодых ученых химико-технологического факультета РПИ [Рига, 1989); IX Всесоюзном Симпозиуме по целенаправленному изысканию текарственных веществ (Рига, 1990); IV Всесоюзной Конференции 'Водорастворимые полимеры и их применение" (Иркутск, 1991).

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 110 лр. Она состоит из введения. 3 глав, выводов и списка цитированной

литературы, включающей 294 наименования. В первой главе обобщены литературные данные о биологическом действии полиакриловой кислоты и ее производных. Вторая глава посвящена обсуждению собственных результатов автора. Третья глава является экспериментальной частью работы.

Основное содержание работы

За последние десятилетия все интенсивнее разрабатываются методы синтеза биологически активных полимеров. Они основаны либо на полимеризации непредельных производных соединений, обладающих определенным лечебным или стимулирующим воздействием на организм, либо на химическом взаимодействии физиологически активных веществ (ФАВ) с биологически инертной полимерной матрицей.

Наконец, введением в полимерную молекулу ионов некоторых металлов (Си, ^п, Со, N1 и др.) удается получить эффективные

антимикробные средства.

С целью пролонгации и изменения фармакологического действия лекарственного вещества нами разработаны пути их связывания с полимерной матрицей, которая сама обладает биологической активностью, а именно с полиакриловой кислотой (ПАК). Для этого выбраны 3 синтетических метода: 1. Введение в молекулу ФАВ легко полимеризующейся акрилоилокси-группы и дальнейшая полимеризация полученного мономера.

2. Конденсация полиакрилоилхлорида (ПАХ) с лекарственными средствами, содержащими подвижный атом водорода.

3. Получение солей и комплексов ПАК с биологически активными веществами.

В качестве исходных лекарственных препаратов мы выбрали наиболее распространенные - салициловую кислоту (СК), ацетилсалициловую кислоту (аспирин) (АС) и аскорбиновую кислоту (витамин С) (АСК). Для создания на основе ПАК антимикробных средств мы выбрали ее кобальтовые соли. Этот выбор основывался на том, что соединения кобальта токсичны для микроорганизмов. В то же время кобальт в низких дозах не только безвреден, но и необходим человеческому организму, т. к. Со является одним из микроэлементов жизни.

1. Синтез 2-акрил011Л0ксибе1130Й110Й кислоты

Физиологически активный мономер 2-акрилоилоксибензойная кислота (АОБК) синтезирована нами реакцией натриевой соли 2-гидрооксибен-чойиой кислоты с акрилоилхлоридом, который является одним из широко используемых и эффективных ацилирующих агентов.

Разработанный нами мешд синтеза АОБК позволил увеличит!, ее выход 2 раза (70%) по сравнению с существующим, а также исключить трудоемко стадию промежуточно! о выделения Na-соли 2-акрилоилоксибензомноп ислоты [1, 2]. Это доспи нуто пропусканием хлористого водорода в тече-ие 1-5 часов через раствор акрилоилхлорида в бензоле, в котором суспеп-ирован салицилат натрия при мольном соотношении 1:2. Роль HCl сво-,11 гея к постепенному высвобождению свободной АОБК и предупреждение образования смеси ашндридов салициловой, акриловой кисло i и ЮБК.

Согласно современным представлениям механизм взаимодействия пплхлоридов с гидроксилсодержащими соединениями трактуется как ре-кция присоединения-отщепления. При этом промежуточно образуется ад-1укт, в котором карбонильный атом углерода становится тетраэдрическим.

Реакции ацилирования подобного типа являются равновесными процес-ами. Повышение температуры увеличивает скорость прямой реакции по равнению с обратной, приводит, следовательно, к возрастанию выхода :онечного продукта. Наблюдаемую зависимость выхода АОБК от условий )еакции (табл.1) можно обьяснить следующим образом. При взанмо-leiiCTBHii акрилоилхлорпда с салицилатом натрия в отсутствие хлорисюю ¡одорода протекают две параллельные реакции:

СН2-СН-СОС1 -г HOC6H4COONa CH,=CH-C(0)OC6H4COONa -г HCl

CH:=CH-C(())0C„IU'()01I + NaCl (1)

CH2=CH-COC! - NaOOC-C(>ll4-OH CH2=CH-C(0)0(0)C-C6R,-0H + NaCl (2)

Введение хлористого водорода, легко разрывающего ангидридную свяя.. юдавляет побочную реакцию (2). Однако, избыток хлористого водорода расщепляет сложноэфирную связь в целевом продукте, что понижает его ^ыход (при пропускании HCl в течение Зч. при 20 °С и - в течение 4-5 ч. при 50 °С).

Синтезированная АОБК охарактеризована методами элементного диализа, тонкослойной хроматографии 'H. 'JC ЯМР, ИК-спсктроскопии и тотенциометрического титрования. Это позволило разработать методы контроля за чистотой мономера.

Сравнение ИК-спектров поглощения хлорангидрида акриловой кислоты, салицилата натрия и продукта их взаимодействия (АОБК) в интервале 1600-1800 см1, позволяет сделать следующие отнесения частот. Группа С=0 в хлорангидриде поглощает в области 1780 см-'. Колебания группы СООН в салицилате натрия характеризуются полосами поглощения с vas 1600 см"'. В спектре АОБК, наблюдаются полосы поглощения:

1600, 1690 и 1720см-1. Полосы 1690 и 1720см"' мы отнесли к поглощении: карбонильной группы сложноэфирного фрагментов структуры АОБК г карбоксила, что хорошо согласуется с литературными данными.

В спекрах ЯМР |3С АОБК наблюдаются сигналы со следующими величинами хим. сдвигов: С=0 165.66, 164.26; С= 133.38, 128.06; СбН< 149.90, 139.97, 131.59, 126.39, 124.44, 123.90(м.д.). Дяя сравнения получен спектр салициловой кислоты.

'Н ЯМР-спектр АОБК содержит сигналы в области а (м.д.): 5.8, 6.4 (СН2); 6.2 (=СН); 7.0-8.2 (СбШ); 9.4 (СООН).

Чтобы определить содержание в АОБК примеси ангидрида проведено ее потенциометрическое титрование в ацетоне и в воде.

Оно показало, что чистота полученной АОБК составляет 99.7%. Величина рКа в воде АОБК равна 4.14. Меньшая кислотность АОБК, чем у ацетилсалициловой кислоты может быть обьяснена большим стерическим эффектом группы 2-СН2=СН-СОО по сравнению с 2- СНзСОО.

АОБК представляет собой бесцветный порошок с Тпл =114°, растворимый в полярных органических растворителях. Это соединение обладает антигельминтной активностью.

2. Полимеризация 2-акр11ЛоилокснбешоГшой кислоты

Полимеризация АОБК проводилась в присутствии трех различных инициаторов радикальной полимеризации (персульфат калия, динитрил азо-бисизомасляной кислоты (ДИНИЗ) и перекись бензоила (ПБ) [3]. При этом изучалось влияние условий процесса (природа растворителя, количество и характер инициатора) на выход и характеристическую вязкость иоли-2-акрилоилоксибензойной кислоты (ПАОБК) (I).

Из табл.2 следует, что АОБК является весьма активным мономером, образующим полимер с высоким выходом. В изученных условиях можно выделить 2 класса инициаторов: 1- вызывающие быструю полимеризацию с количественным выходом ПАОБК и с низкой молекулярной массой, 2 -КгБгОз, в присутствии которого образуется полимер с более высокой молекулярной массой, но с низким выходом. Молекулярная масса ПАОБК в первые часы полимеризации, инициируемой 3% ПБ невелика ([г)]=0.09 дл/г). При увеличении продолжительности процесса до 6 часов характеристическая вязкость увеличивается вдвое, но все же остается незначительной (0.18дл/г). Это, очевидно, связано, с передачей цепи на растворитель (ди океан).

Полученный в диоксане олигомер АОБК представляет собой бесцветный порошок, растворимый в полярных органических растворителях.

Полимер, синтезированным н бензоле имеет более высокую молек\ляри\ю массу ( [ц] = 0.56 д.ч/г ) н расширим только в ДМФА. ДМСО и пиридине.

Таблица 2

Полимеризация АОБК при 60 °С.

Растворитель Ининиаюр Время, час Выход,% N. лд/1

диокеан п/бензоила, 3% 2 90 0.07

п/бензоила, 3"» 4 99 0.09

п/бензоила, 3% 6 95 0.18

п/бензоила. 3% 8 95 0.18

п/бензоила, 3% 12 94 0.17

п/бензоила, 1% 12 95 0.08

диниз, 3% 12 98 0.13

КгБгОз, 3% 12 45 0.20

бензол п/бензоила, 3% 12 75 0.56

Табл.2 свидетельствует, что выход и характеристическая вязкосз ь ПАОБК сильно зависит и от природы растворителя. Так, н диоксане обра ¡уе гея лишь олигомер с выходом вплоть до количественного. В то же время при полимеризации АОБК в бензоле образуется полимер с выходом до 75% и [г|]=0.56дл/г.

Строение ПАОБК охарактеризовано методами ЯМР 'Н и ПК-спектроскопии.

Сильное поглощение 753-760см-' отвечает колебаниям С-Н в о-заме-шенном бензольном кольце. Максимумы в области 1494, 1588 см~' отнесены к колебаниям бензольного кольца. Поглощение при 1640 см-' (колебания алифатической С=С) в спектре полимера отсутствует. Полоса поглощения в области 1740см-' подтверждает присутствие карбонильной группы. Максимум поглощения С=0 эфирной группы находятся в более длинноволновой области, чем V С=0 в эфирных и карбоксильных группах мономера (1720 и 1700 см-' соответственно).

Хим. сдвиги (Й) н спекфач ЯМР 'Н свидетельствуют, что при полиме-риишии 2-акрилоилоксибензойной кислоты образуются полимеры. Так. величины 5 "Н ЯМР'Н равны 6.80-7.84 м.д. (т. 4Н ароматические проз о- ni.il: 3.10 м.д. (г«. 1Н СН); 2.00м.д. (в8. 2Н СН2).

По данным термогравиметрического анализа температура начального разложения ПАОБК 99°С.

Совместные исследования с лабораторией фармакологии ИрИОХ СО РАН, показали биосовместимость ПАОБК с тканями организма и ее антитромбогенную активность [4,5].

3. 2-Г11дроксиэт11ла1М1М()11иевые соли полп^-акрилоилоксибеизоГшоП кислоты

Исследованиями, проведенными в ИрИОХ СО РАН, установлено, что превращение биологически активных карбоновых кислот в их соли с ами-носпиртами повышает их биологическую активность и растворимость в воде, а также придает им некоторые новые полезные фармакологические свойства.

Мы задались целью проверить этот эффект на П АОБК.

Для этого была изучена реакция ПАОБК с 2-гидроксиэтиламинами с общей формулой: NR.RjRs, где Ri=H, СН2СН2ОН, СНз; R2=H, СН2СН2ОН, СНз; R3=CH2CH20H, а именно 2-гидроксиэтиламином ( Ri,R2=H; Яз=СН2СН2ОН) (II); бис(2-гидроксиэтил)амином (Ri=H; R2,R3=CH2CH20H) (III); трис(2-гидроксиэтил)амином (Ri,R.2,R3=CH2CH20H) (IV); [6]; диметил(2-гидроксиэтил)амином (Ri,R2=CH3; R3=CH2CH20H) (V) [7].

Реакция солеобразования между ПАОБК и 2-гидроксиэтиламинами II-V протекает по ионному механизму с промежуточным образованием водородной связи ОН—N. Этот процесс можно отразить общей схемой:

-СООН + N^ -COO-H—N^ -COOHN^ (3)

Реакцию (3) проводили в среде диоксана и ацетона или ДМ СО. Эти растворители обладают разной диэлектрической константой (е) и диссоциирующей способностью, что имеет важное значение в реакциях солеобразования. Как известно, в растворителях с е<15 свободные ионы практически не образуются, как например, в диоксане (е 4). В этом растворителе исследованный полиэлектролит (ПАОБК) ионизирован, но не диссоциирован, что затрудняет взаимодействие реагентов.

ДМСО, напротив, является диссоциирующим растворителем с достаточно высокой диэлектрической проницаемостью (е 48.9). Однако, молекулы ДМСО блокируют свободные ионы водорода, присоединяющиеся к органическим основаниям (2-гидроксиэтиламинам) при образовании соли ионной формы.

В растворителях со средним значением £=20-30 соотношение свободных и ассоциированных ионов сильно зависит от рода электролита. Ацетон является оптимальным растворителем для изученной реакции. В его среде (е 20) число свободных ионов превышает число ассоциированных, т.е. в этом растворителе полиэлектролитные свойства ПАОБК более ярко выражены.

При добавлении аминосппртов II-V к ацетоновому раствору ПАОБК в осадок выпадают порошкообразные аддукты (образование осадка обычно

¡аверншегся через 40-60 мин. после начала реакции). Элементный состав полученных солей приведен в (аил. 3.

Таблица 3.

Продукты взаимодействия ПАОБК с NRiRjRj (мольное соотношение -СООН: N— 1:1. продолжительное! ь реакции 1час).

Соединение Ri R2 R3 [CN], % Тразл., *С Выход, % а, г/г

II н Н (СШЪОН 5.43 260-280 70 67.5

III н (СН2)2ОН (СНз)зОН 3.25 220-235 70 27.5

IV (СН2)20Н (СН2)2ОН (СНгЪОН 2.48 205-210 65 27.5

V СНз СНз (СНгЬОН 4.15 120 70 -

На начало термического разложения соединений 1I-V оказывают влияние несколько факторов, из которых главным является возможность перехода аммонийных групп в амндные и летучесть применяемого амина. Именно сочетанием этих факторов обьясняется сложная зависимость начала термического разложения or строения элементарного звена полимера.

Проведя специальный эксперимеш с улавливанием летучих веществ (срмолиза. мы обнаружили, что основным легко летучим соединением на ранних стадиях разложения у полимеров I1-IV является вода, а у полимера V - диметилэтаноламин.

В ИК-спектрах аддуктов присутствуют полосы в области 1400 и 1580 см"', соответствующие валентным колебаниям группы СОО". а также полосы поглощения аммониевого иона. Так, в спектре аддукта II присутствуют полоса в области 2920 см"1, в аддукте III - полоса в области 2700 см"', в а.т-i\Kie IV- полоса в области 2500 и в V - полоса в области 2500 см" .

В спектре ЯМР 'Н аддукта II имеются сигналы протонов NCH2 (т. в области 2.98 м.д.), ОСНг (т. в области 3.60 м.д.), СбЩ (т. в области 7.70 м.д.. д. в области 6.72 м.д., м. в области 6.20 м.д.) и сигнал NCH2CH,0 (в области 3.50 м.д.). Аналогичные ПМР-спектры имеют аддукты 1II-V. в спектре V также содержится сигнал СН3 (в области 2.00 м.д.).

Свежеполученные 2-гидроксиэтиламмониевые соли ПАОБК хорошо растворимы в воде, ДМСО. ДМФА. образующиеся растворы устойчивы при хранении. В то же время в высушенном состоянии аддукты, защищенные от влаги воздуха, через 24 часа теряют растворимость, кроме диметил-(2-гидроксиэтил)аммониевой соли ПАОБК (V). Это, по-видимому, обусловлено образованием межмолекулярных водородных связей после удаления растворителя.

Коэффициенты набухания (а) нерастворимых 2-гидроксиэтиламмоние-вых солей ПАОБК (Н-1У) в физиологическом растворе представлены в табл.3. Максимальным коэффициентом водопоглощения обладает аддукт ПАОБК с 2-гидроксиэтнламином (II). По-видимому, бис- и трис(2-гидроксиэтил)амины сильнее блокируют гидрофильные СООН-группы ПАОБК.

Выход полимера и степень превращения карбоксильных групп зависит от мольного соотношения реагентов. При этом степень превращения полимера характеризует его количество, прореагировавшее с соответствующим 2-гидроксиэтиламином (II-V) с образованием выпадающего в осадок аддук-та. С увеличением количества 2-гидроксиэтиламина П-У выход полимера возрастает. В соответствии с этим возрастает степень связывания карбоксильных групп полимера при повышении количества 2- гидроксиэтилами-на и достигает почти 100% в случае II. Реакционная способность изученных аминоспиртов при их взаимодействии с ПАОБК весьма высока, особенно активным является 2-гидроксиэтиламин (II).

Выход полимера и степень превращения карбоксильных групп зависит от продолжительности реакции при эквимольном соотношении реагентов. Длительность реакции мало влияет на выход полимера, который становится постоянным уже через 1 час. Степень связывания карбоксильных, групп с увеличением продолжительности реакции возрастает и перестает изменяться для II через 3 часа, для Ш-У через 5 часов. Очевидно выпавший в осадок аддукт продолжает взаимодействовать с аминоспиртом, находящимся в растворе или захваченным внутрь осадка.

Меньшая активность бис- и трис- 2- гидроксиэтиламинов (Ш-1V) и ди-метил-2-гидроксиэтиламина (V) в реакции с ПАОБК, по-видимому, обусловлена стерическими факторами (недостаточной доступностью атома Ъ1).

По данным исследований, проведенных совместно с лабораторией фармакологии и с заводом Сухого, диметил-(2-гидроксиэтил)аммониевая соль ПАОБК (V) обладает биосовместимостью с тканями организма и проявляет антитромбогенную активность [4,5]. Этот полимер предложен в качестве покрытия для имплантантов.

4. Модификация полиакрилоилхлорида лекарственными препаратами

С целью получения нового типа биологически активных полимеров нами осуществлена конденсация салициловой (СК), ацетилсалициловой (АС) и аскорбиновой (АСК) кислот с полиакрилоилхлоридом.

Реакция конденсации полиакрилоилхлорида с ФАВ является оптимальным методом получения биологически активных полимеров. Их ацилирование полиакрилоилхлоридом, синтезированным нами по

ранее описанной методике, осуществляли в диоксане в присутствии Et^N как акцептора HCl. Использованный растворитель является 1акже акцептором HCl и способен разрушать внутримолекулярные водородные связи, повышая тем самым реакционную способность | идроксильных и карбоксильных групп. В его среде, вероятно, происходит повышение концентрации атакующих анионов за счет протонирования растворителя.

Кроме того, в диоксане растворяются исходные реагенты, а продукты их взаимодействия выпадают из раствора в виде осадка.

Схему реакции можно представить в следующем виде:

~CHrCH~ + OR (C"H5bN>- ~СН,-СН~ + (C:H5bN-HC! (4) ¿ОС1 Й ¿(O)OR

где R= С6Н4СООН-2, -(O=)CC6Hi0(0)CH3

4.1. Вкшмодействие полиакрилоилх.торила с салициловой кислотой

Осуществлена конденсация полиакрилоилхлорида с салициловой килотой в присутствии Et?N в среде диоксина [7].

Процесс протекает с образованием сложноэфирной связи макромоле-кулярпого остова только с фенольным гидроксилом салициловой кислоты, а второй реакционный центр - карбоксильная группа остается незатронутой, так как идет обратная реакция расщепления ангидридной связи оксоиие- вым комплексом диоксана с HCl.

Схему основной реакции можно представить следующим образом:

~СН,-СН~ + 0-С6Н<-СООН-2 i^líu. -СН:-СН~ - (CMUbN-HCl (5)

¿OC1 Н ¿(0)0С-С6И4С00Н

В А

Однако реакция (5) протекает не полностью. В полученных полимерах сохраняются звенья -СН;-СН- (В).

COCI

Для удаления активного хлора продукт реакции промывали влажным эфиром, а затем пентаном. В результате в конечном полимере появилось 22-27% звеньев -СНг-СН- (С) и сохранилось лишь 2-4% звеньев В.

СООН

Влияние продолжительности (т) и температуры (Т) реакции конденсации ПАХ с CK на выход и состав образующегося полимера отражается табл. 4.

Таблица 4.

Условия конденсации ПАХ с СК (мольное соотношение 1:1) и состав __полученных полимеров._

т, час Т, °С Выход, % Состав полимера, мол. %

А В С

8 50 42 72 - 4 24

24 50 51 75 3 22

32 50 60 74 2 24

8 85 59 73 2 25

24 85 64 72 2 26

32 85 66 71 2 27

Данные таблицы 4 свидетельствуют, что во всех полученных полимерах содержание звеньев А, В и С (71-75%; 2-4%; 22-27%, соответственно) достаточно постоянно и не зависит от температуры и продолжительности реакции. Однако, выход полимера возрастает с температурой реакции и оказывается максимальным при 85 °С.

Таким образом, в отличие от полимеров, синтезированных полимеризацией 2-акрилоилоксибензойной кислоты (см. разд. 2.), высокомолекулярное производное СК, полученное модификацией ПАХ, имеет другие структуру и свойства.

Состав и структура, образующихся полимеров исследованы методами элементного анализа, ИК-, 'Н ЯМР-спектроскопии.

В ИК-спектрах полимеров присутствуют следующие характеристические полосы поглощения: уширенная полоса в области 1700-1720см-1, отвечающая поглощению карбонильной группы; уширенная полоса в области 1050-1120см-1, характеризующая поглощение сложноэфирной группы; полосы в области 770-1580см1- колебания бензольного кольца.

В спектрах ЯМР 'Н присутствуют сигналы со следующими величинами хим. сдвигов: 1.55 (СНг); 2.22 (СН); 6.97 и 7.81 (С6Н4) м.д.

Полученные полимеры - бесцветные порошки без запаха, Температура начального разложения 122 °С. Они растворимы в полярных органических растворителях и не растворимы в воде. Характеристическая вязкость [г|] растворов в диоксане (20°С) 1дл/г.

По данным лаборатории фармакологии ИрИОХ СО РАН синтезированные продукты конденсации ПАХ с СК практически нетоксичны (ЬРзо 1130 мг/кг). Они обладают антимикробной активностью.

Минимальные бактериостатические концентрации в отношении штаммов стафилококка, протея, кишечной и синегнойной палочек составляют 0.25; 0.5: 0.25 и 0.25 мг/мл соответственно.

4.2.Взаимодействие ацетилсалициловой кислоты с полиакрилоилхлорндом

При взаимодействии ацетилсалициловой кислоты (АС) с полиакрилоилхлорндом в присутствии (Ets)N как акцептора HCl в среде диоксана [9] процесс протекает по схеме :

~СН,-СН~ + 0((>н-С6Н4-0(0)ССП3 <C'H<>,N> -СН.-СН-

¿OC1 ¿(0)0(0)С-С6Н4-0(0)ССН:,

В D

- (CjHjfcN ■ HCl (6)

Реакция 6 протекает лишь частично. В образующемся полимере сохраняются звенья -СНг-СН- (В). Влияние продолжительности (t) и

COCI

температуры (Т) реакции на выход и состав полученных полимеров представлено в табл. 5.

Таблица 5.

Условия конденсации ПАХ с АС (мольное соотношение 1:1).

т. час Т, °С Выход, % Состав полимера, мол. "о

D В

8 50 35.0 11 89

24 50 41.0 8 92

32 50 49.0 7 93

8 85 50.0 8 92

24 85 55.0 7 93

32 85 60.0 7 93

Данные табл. 5 свидетельствуют, что в реакции конденсации ПАХ с АС вступает только 7-11% хлора и в образующемся полимере остается 89-93% звеньев В. Это указывает, что в протекающей макромолекулярной реакции существенную роль играют стерические затруднения и конформационный эффект разворачивания цепей

Наибольший выход полимера (60%) наблюдается при проведении реакции в течение 32 часов и при 85°С. В изученных условиях соотношение звеньев Э и В практически не зависит ни от температуры, ни от продолжительности реакции.

Состав и строение полимеров исследовались методами элементного анализа, ЯМР 1Н-, УФ- и ИК-спектроскопии. В ИК-спектрах, еннтезиро-

ванных полимеров присутствуют следующие характеристические полосы поглощения: уширенная полоса в области 1690-1720 см"' (С=0), малоинтенсивная полоса в области 1780 см"' ((О)С-О-С(О)), полосы поглощения ароматического кольца 770, 1580 см"', широкая полоса в области 1020-1280 см"1 (С-О-С).

В УФ-спектрах полимеров наблюдаются максимумы поглощения в области 295, 231 и 204 нм. По сравнению со спектром АС в спектре полученных полимеров наблюдается красный сдвиг максимумов поглощения. Наибольший - для самой длинноволновой полосы (ДА.=22 нм). Кроме того, в спектрах изменено и соотношение интенсивностей полос. Эти эффекты обусловлены наличием ангидридного фрагмента 0=С-0-С=0 в продуктах конденсации АС с ПАХ.

В спектрах ЯМР 'Н наблюдаются сигналы в области 1.57 м.д. (СЬЬ), 2.25 м.д. (СНз), 2.26 м.д. (СН), 7.24-7.91 м.д. (СбН4).

Полученные полимеры представляют собой бесцветные порошки, без запаха, с температурой начального разложения 125 °С и характеристической вязкостью [г)] (растворов в диоксане) 1 дл/г. Они хорошо растворимы в полярных органических растворителях.

По данным лаборатории фармакологии полученные полимеры нетоксичны (ЬОзо 2000 мг/кг) и обладают антимикробной активностью. 4,3. Конденсация полиакрилоилхлорида с аскорбиновой кислотой

Нами найдено, что взаимодействие ПАХ с АСК может протекать с образованием сложноэфирной связи за счет гидроксила у Сз [10], Эта реация протекает по схеме:

-СН2-СН- + НО ОН (СгНзЫ^ _сн2-СН- + (С2Н5^ НС1 (7) ¿ОС1 \-1 ¿=0

6

ОН

ю он

Взаимодействие ПАХ с АСК проводилось в присутствии трнэтиламина в среде диоксана.

Влияние условий процесса на выход и строение, образующихся полимеров отражает табл. 6

Данные табл. 6 свидетельствуют, что полимеры, образующиеся при взаимодействии ПАХ с АСК в изученных условиях содержат 27-42%, ожидаемых звеньев Е. 13-31% звеньев В в реакцию с АСК не вступают,

остаются неизменными. Наконец, п составе макроцепи также появляются 27-60% звеньев -СНз-СН- (С), образующихся в результате гидролиза СООН

звеньев В следами воды в используемых растворителях и влагой воздуха.

Таблица 6.

Условия реакции конденсации полиакрилоилхлорида с аскорбиновой кислотой (мольное соотношение 1:1) и состав полученных полимеров.

т. час Т, °С Выход, % Состав полимера, мол. %

Е В С

8 50 51.0 29 15 55

24 50 59.0 29 15 55

32 50 70.0 27 13 60

8 85 56.0 42 31 27

24 85 62.0 27 13 60

32 85 82.0 27 13 60

Максимальное содержание звеньев Е (42%) доспи ается при проведении реакции в течение 8 часов при 85 °С. Дальнейшее проведение процесса приводит к снижению содержания в полимере звеньев Е (27% за 32 ласа). Это можно приписан, протеканию обратной реакции, растеплению )фирных связей оксониевым комплексом диоксана с HCl.

Соотношение звеньев вычислено по данным элементного анализа на С. Н и С1.

Структура полученных полимеров подтверждена методами ЯМР 'Н и И К- спектроскопии.

Данные ЯМР указывают, что в реакцию с ПАХ вступает атом водорода гидроксильной группы, находящейся в положении 3, который, как известно, значительно реакционноспособнее, чем атом водорода соседней гидроксильной группы (в положении 2). Об этом свидетельствуют одинаковые хим. сдвиги протонов при Cs и Сь в молекулах АСК и синтезированных полимеров. Так, в молекуле АСК S, м.д. при Cs иСб составляют 4.07 и 3.81. а в полимерах- 4.14 и 3.85 соответственно. Хим. сдвиги остальных фрагментов в полимерах имеют следующие значения 8, м.д.: 2.31 и 1.68- СН и СНг протоны акриловых фрагментов.

Для сравнения и отнесения частот сняты ИК-спектры ПАХ, АСК и ПАК.

В ИК-спектрах полученных полимеров наблюдается в области 1720-1730 см-' уширенная полоса поглощения карбонила ПАК и ПАХ, лактонное

кольцо поглощает в области 1280-1150 см1, гидрокснльные группы аскорбиновой кислоты - 3600-2600см>, 1075-1020 (-С-0-С-). Частоты поглощения связей С=С и С=0 лактонного кольца в ИК-спектрах полимеров смещены в низкочастотную область по сравнению со спектром АСК и составляют 1653 и 1740 см-1 соответственно.

Полученные полимеры представляют собой бесцветные порошки с начальной температурой разложения 175°С и характеристической вязкостью ¡V)] 1дл/г (растворы в диоксане). Они растворимы в полярных органических растворителях и не растворимы в воде. Они практически нетоксичны (ЬО50 2000 мг/кг). Минимальные бактериостатические концентрации полимера по отношению к штаммам протея, стафилококка, кишечной и синегнойной палочек в 2 раза ниже, чем у аскорбиновой кислоты.

Мы также пытались синтезировать мономерный сложный эфир АК с АС с целью его дальнейшей полимеризации. Однако, при реакции акрилоил-хлорида с аскорбиновой кислотой в среде ацетона в присутствии ЕиЫ , был выделен лишь продукт конденсации АСК с ацетоном - циклический кеталь - 5,6-изопропилиден-а-аскорбиновая кислота.

ОН НО

) / снкн-ооа (ОЛзьч

„ / \ + СНз-С-СНз -»•

но он

5. Водонабухающие кобальтовые соли полиакриловой кислоты

Ранее сообщалось, что кобальтовые соли ПАК (кобакрил) проявляют антимикробную активность.

Мы задались целью получить полимеры этого типа, одновременно обладающие высоким коэффициентом водонабухания, которые могут найти применение в медицинской и санитарно - гигиенической практике. Предполагалось, что введение в ПАК, обладающую высоким коэффициентом водопоглощения, координационно ненасыщенных, легко гидратирующихся ионов кобальта повысит ее водонабухаемость.

Для этого нами синтезирован ряд кобальтовых солей полиакриловой кислоты (Со-ПАК) с высоким коэффициентом водопоглощения (ос) [11].

Со-ПАК получали полимеризацией акриловой кислоты в водном раство-IC. инициируемой окислительно-восстановительной системой - персульфат ммония-нитрат двухзарядного кобальта при нагревании. Процесс заканчи-ался образованием рыхлого розоватого геля, объем которого значительно |ревытал обьем исходной реакционной смеси. содержащей 20 % AK. Толученный 1 ель пцательно промывали водой и высушивали. Высушенный юли мер представлял смесь крупинок розового и кремового цвета, оторую удалось .механически разделить. Весовое соотношение этих »ракннй зависит oi концентрации соли кобальта и инициатора в исходной еакционной смеси; при низкой [С]ОТли преобладает кремовая фракция (1). а ¡ри высокой - розовая (II).

В ЭПР-спектрах фракции I отсутствуют сигналы, а в ЭПР-спектрах >ракции II содержатся пики, характерные для парамагнитных солей двух-арядного кобальта. Это позволяет заключить, что фракция I содержит :о3+, а фракция II - Со2+.

Появление фракции 1 полимера, содержащею Со:'\ обьясняется окис.те-пем низковаленгных ионов металла персульфатом калия или аммония.

Состав и строение полученных полимеров изучали методами элементною нализа. калоримет рии и И К- спектроскопии.

Выделенные фракции отличаются не только по степени окисления ионов обальта, но и по элементному составу, водопоглощенню и плотности, а. ледовательно. и по макроструктуре.

В обеих фракциях обнаружено остаточное содержание серы, которое не даляется многократной экстракцией. Это свидетельствует, что сера входит макромолекулу в виде концевых сульфатных групп.

Таким обратом, изменение зарядности ионов кобальта в процессе политизации. а также вхождение серы в макромолекулу однозначно свиде-ельствуют об инициировании процесса полимеризации окислительно-вос-тановительной системой.

Оба типа полимеров в среднем содержат одну молекул} гидратной воды ia каждое звено. Это указывает, что ионы кобальта во внутренней сфере ильно гидратированы.

С увеличением концентрации ионов кобальта в I фракции (от 0.35 до :.!%) ее водопоглощение уменьшается. При этом между величинами а и Ссо2+] наблюдается обратная линейная зависимость.

Понижение водопоглощения фракции I полимера с повышением содержания в нем ионов кобальта следует приписать увеличению сшивки макро-юлекул полимера за счет ионов Со3+. Это также приводит к уменьшению одержания в полимере гидрофильных карбоксильных групп.

Водопоглощение фракции II полимера практически не зависит от [Сс о2+] (от 0.6 до 5.0 г/г). По-видимому, это обусловлено тем, что уменьшение содержания гидрофильных карбоксильных групп компенсируется увеличением содержания гидрофильных ионов Со2+.-

В ИК -спектрах I и II фракций Со-ПАК наряду с полосами, характерными для карбоксильных групп полиакриловой кислоты при 2500 - 3000, 1700, 1300 и 970 см1, появляются новые максимумы в области 500 - 700 см1. Их можно отнести к колебаниям карбоксилат - аниона, связанного с гидратированным ионом кобальта. Отсутствие полос в спектре в области 1540 - 1620 см-1 свидетельствует, что бидентатные структуры в этих полимерах практически не реализуются.

Интенсивность наиболее изолированной полосы в области 500 - 700 см-' оценивалась по отношению оптических плотностей полос при 615 и 1700 см-1 (Р = С)б[5/О17оо). Как и для водопоглошения а, величина р также зависит от содержания Со2+ в Со-ПАК. Для фракции I значение р линейно возрастает с увеличением концентрации ионов кобальта, а для II- остается примерно постоянной.

Таблица 7.

Коэффициент водопоглощения (а) кобальтовых солей полиакриловой

Кремовая фракция Розовая фракция

№ а. г/г 2+ а, г/г

Со°° ССо%

1 0.35 1000 0.6 445

2 0.50 890 1.3 442

3 0.93 760 1.8 451

4 1.2 640 2.0 440

5 1.5 490 2.3 453

6 1.8 385 3.4 447

7 2.1 300 5.0 439

Изменения поведения величин а и Р свидетельствуют, что полосы I области 500 - 700 см-1 относятся к колебаниям карбоксилат - анионов связанных с ионами кобальта. Это также указывает, что I и II фракции е полимерах различаются не только по составу, но и по строению.

Гелеобразование в изученной реакционной системе протекает по дву!*' параллельным направлениям с участием Со2+ и Со3+, приводящим к качественно разным полимерам. По-видимому, основной вклад в формирование сетки геля фракции I и II вносят ионы кобальта, являющиеся центрам! образования межмолекулярных сшивок.

Далее нами ситезпрованы кобалы аммиачные комплексы и соли полиакриловой кислоты в водноаммиачной среде [12]. При ном предполагалось, чю легко протекающая координация ионов с молекулами ЫН; может повысить водопоглощение полимеров.

Для их получения полимеризацию акриловой кислоты (АК) проводили и йодном растворе аммиака в присутствии персульфата калия или аммония и нитрата кобальта (НК) при нагревании. Исходные концентрации реагент», элементный состав (содержание Со, N. 5) и коэффициенты водопоглошения синтезированных полимеров представлены в табл. 8.

Таблица 8.

Элементный состав (1x1, Со, Б) и коэффициент водонабухания (а) Со-Ы-ПАК

в зависимости от концентрации исходных реагентов.

№ Концентрация, моль/л Содержание в полимере,

%

АК. ЫНз Со(Ж)зЪ М-^чОя N 1 Со Б а. г Л

1 2.5 0.5 0.2 0.25 1 6 1 2.1 1.1 39.8

о 2.5 0.7 0.2 0.25 3.9 1.9 3.5 84.9

2.5 1.0 0.2 0.25 4.8 11 2.1 116.9

4 2.5 1.5 0.2 0.25 5.7 2.4 2.4 150.0

5 2.5 2.5 0.2 0.25 6.9 2.0 1.5 220.6

6 5.0 5.0 0.2 0.25 7.6 2.3 2.5 284.0

' 7 1.0 0.7 0.001 0.1 4.8 1.3 3.8 231.3

: 8 1.0 0.7 0.002 0.1 4.9 1.5 4.0 195.5

! 9 1 1.0 0.7 0.010 0.1 4.4 1.6 4.3 121.4

¡.0 1.0 0.7 0.012 0.1 4.8 3.5 М.9

11 1.1) 0.7 0.001 0.1 6 5 0.6 6.4 198.6

12 1.0 0.7 0.002 0.1 6.5 0.9 7.3 187.6

13 1.0 0.7 0.010 0.1 6.0 1.4 6.6 173.9

14 1.0 0.7 0.012 0.1 6.5 2.2 7.3 105.3

Для полимеров 1-10 М=К.адля 11-14- М^ЬЬ

В ИК-спекграх полимеров наряду с характеристическими полосами поглощения полиакриловой кислоты 2500-3400. 1700. 1270 и 970 см-' содержатся в соответствии с выше приведенными спектроскопическими данными полосы в области 500 - 700 см-1, отвечающие колебаниям карбоксилат -аниона с ионами кобальта, а также полосы в области 1400 см-1 (СОО • симм.), 1540 см-' (СООМШ) и 1620 см1. Последняя частота может быть отнесена к колебаниям карбоксильной группы, связанной водородной связью с гексааммиачным комплексом иона кобальта. Отсутствие полосы 1300 смл указывает, что нитратанионов в полимере нет.

Коэффициент водопоглощения (а) синтезированных полимеров зависит от содержания в них как кобальта, так и азота. Азот входит в состав полимеров в виде молекул аммиака, координационно связанных с ионами кобальта и групп СООМН4. При относительно низкой концентрации аммиака в исходной реакционной смеси содержание групп СООМН4 в полимерах незначительно. Это хорошо согласуется с легкостью образования и прочностью координационных связей Со<—1МНз в гексааммиачных комплексах кобальта и со слабой интенсивностью полосы 1540 см-1 (V СОСЖШ) в спектрах синтезированных полимеров.

Сопоставление коэффициентов водопоглощения Со-ПАК и Со-Г>1-ПАК с одинаковым содержанием кобальта показывает, что коэффициент а ам-миаксодержащих полимеров значительно ниже. Это обусловлено тем, что кобальт входит в состав Со-Ы-ПАК в виде гексааммиачного катиона [Со(ЫНз)б]2+, а в состав Со-ПАК - в виде гидратированных ионов [Со(ОН2)т]п+, где т=4-6, п=2 и 3, которые естественно более гидрофильны.

Для полимеров с одинаковым значением ионов кобальта повышение концентрации аммиака в исходной реакционной смеси приводит к увеличению содержания азота от 1.62 до 7.62 %. В интервале [Сы] 1.62-6.00 % значение а плавно увеличивается, а в интервале 6-7.6 % - резко возрастает. При этом с ростом содержания азота в ИК-спектрах полимеров усиливается интенсивность полосы 1540 см1. Причем наибольшая интенсивность наблюдается в спектре полимера с содержанием азота 7.6 %. Следовательно, накопление групп СОСЖШ (более гидрофильных чем группы СООН) в полимере, которое начинается после координационного насыщения аммиаком ионов кобальта, приводит к повышению коэффициента водонабухания полимеров. С возрастанием содержания кобальта в полимерах при постоянной величине [Сл] сохраняется, как и для Со-ПАК, тенденция к уменьшению водопоглощающей способности.

В полимерах, полученных при инициировании персульфатом аммония, концентрация серы в 1.5-2 раза выше по сравнению с полимерами, синтезированными в присутствии персульфата калия. Как известно, при полимеризации акриловой кислоты, инициированной персульфатом калия или аммония, сера входит в состав образующихся полимеров в виде концевых сульфатных групп . Можно полагать, что сетка полимеров, полученных при инициировании КгБгОз, построена из более длинных макромолекул. За счет этого увеличивается свободный объем между узлами сетки, что в свою очередь приводит к возрастанию коэффициента водопоглощения.

Сказанное свидетельствует, что формирование еф\к1\ры полимерной сс1кн зависит и ог молекулярной массы макромолекул.

Выводы.

1. Синтезированы ранее неизвестные биологически активные полимеры -производные полиакриловой кислоты конденсацией полиакрилоилхлорнда с гидроксилсодержащими фармакологически активными соединениями или полимеризацией их акрилоильных производных, а также кобальтовые соли полиакриловой кислоты. Они могут быть донорами микроэлементов, антимикробными препаратами, гемостатиками и т. д.

2. Разработан метод синтеза 2- акрилоилоксибензойной кислоты. Получена поли-2-акрилоилоксибензойная кислота полимеризацией при инициировании перекисью бензоила в среде диоксана, обладающая антитромбогенным эффектом и биосовместимостью.

3. Полученые соли поли-2-акрилоилоксибензойной кислоты с 2-гидроксиэтиламинами (Яз^(СН2СН:,ОН)п, где п=1-3. Я=Н. Ме.) проявляют выраженное антитромбогенное действие и бносовместимость.

4. Осуществлена конденсация полиакрилоилхлорнда с аскорбиновой и салициловой кислотами в присутствии акцептора Нс1. про 1 екающая за счсм I идроксильной группы. Полимеры проявляют аншмикробную активность по отношению к штаммам протея, стафилококка, кишечной и синегнойной палочек.

5. Проведена реакция конденсации полихлорангидрила с ацетилсалициловой кислотой с образованием смешанного полиангидрида, который может быть донором аспирина с пролонгированным действием и обладает антимикробной активностью.

6. При реакции акрилоилхлорида с аскорбиновой кислотой неожиданно образуется циклический диметилкеталь - 5,6-изопропилиден-аскорбиновая кислота, не являющаяся мономером. Полученное соединение обладает антимикробной и репарационной активностью.

7. Синтезированы водонабухающне кобальтовые соли ПАК. обладающие антимикробной активностью.

Получены два типа таких полимеров, содержащих гидратированные ноны С 'о- * или Со,+. Образование последних обусловлено окислением Сог+ в Со3+ инициатором полимеризации (персульфат калия или аммония).

8. Осуществлена полимеризация ПАК в присутствии Со2+ в водноаммиач-ной среде в присутствии персульфата калия и аммония.

Коэффициент водопоглощения полученных полимеров зависит от содержания в них ионов кобальта, азота и серы, а также молекулярной массы полимера.

Рассмотрено влияние всех этих факторов на структуру и водопоглоще-ние полимеров.

9. Изучены физико-химические свойства и биологическая активность сип-тезирован ных соедине1111 й.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. A.c. 829614 (СССР). Способ получения о-акрилоилоксибензойной кислоты. //Воронков М.Г., Анненкова В.З., Анненкова В.М., АбзаеваК.А.-1978.

2. Жданкович Е.Л., Абзаева К.А., Кухарева В.А., Банникова О.Б., Воронков М.Г. Определиние константы ионизации и анализ ИК-, ЯМР-спектров о-акрилоилоксибензойной кислоты. //Деп. ВИНИТИ № 7499-В88. 1988.

3. Анненкова В.З., Анненкова В.М., Абзаева К.А., Воронков М.Г. Синтез и полимеризация о-акрилоилоксибензойной кислоты. //ЖПХ. -1985. -№5. -с.1191-1193.

4. Анненкова В.З., Анненкова В.М. Абзаева К.А., Москвитина Л.Т.. Казимировская В.Б. Воронков М.Г. Синтез и исследование антитромбогенных полимерных материалов. //Хим.-фарм. -1989. -№11. -с.1331-1334.

5. Жданкович Е.Л., Мансурова Л.А., Скорнякова А.Б., Севастьянова H.A.. Казимировская В.Б., Слуцкий П.И., Абзаева К.А. Исследование биосовместимости новых полимерных материалов. //Хим.-фарм. -1991. -№9. -с 19-20.

6. Анненкова В.З., Абзаева К.А., Анненкова В.М., Воронков М.Г. Исследование взаимодействия поли-о-акрилоилоксибензойной кислоты с алканоламинами. //Высокомолекул. соед. -1985. -Т27Б,№5. -с.368-370.

7. A.c. 1055130 (СССР). Диметил-(2-оксиэтил)аммонийная соль поли-о-акрилоилоксибензойной кимслоты в качестве гемостатического покрытия. //Анненкова В.З., Анненкова В.М., Абзаева К.А., Казимировская В.Б.. Воронков М.Г., Шуберт P.A., Локшин М.А. -1985.

8. Жданкович Е.Л., Абзаева К.А., Банникова О.Б., Никифорова Т.И. Воронков М.Г. Модификация полиакрилоилхлорида салициловой кислотой. //Хим.-фарм. -1994. -Т.28. №12. -с.40-41.

9 Абзаева К.А.. Жданковпч Е.Л . Шерстяпникопа Л.В.. Банникова О.П . Ворон кок |\1.Г. Модификация нолиакрилоил.хлорида anci илсалициловои кисло i ой. //Хим.-фарм. -1996. Т.30, ООО.

lii. Воронком М.Г. Жданкопич l .'l . АГнаена К.А.. Банникова О.Г).. Никифорова Т.Н. Модификация акрп.тоил- и полиакрилоилхлорнда аскорбиновой кислотой. //ДАН. -1993. -Т.333, №6. -с.730-731. li Жданковпч Е.Л.. Анненкова Н -i Абзаева К.А., Страшнпкова Н.В., Бродская Э.И.. Воронков M.I . Строение и свойства водонабухаюших кобальтовых солей полиакриловой кислоты. //ДАН. -1995. -Т.340. №2. -с.204-205.

12. Жданкович Е.Л., Азарова И.Н.. Ерофеева Л.Г., Абзаева К.А., Шерстян-никова Л.В., Анненкова В.З.. Воронков М.Г. //ЖПХ. -1996. Т. 69, ООО.

Заказ Х-Тираж jíüú