Масс-спектрометрия углеводных фрагментов терминальных групп рецепторных молекул в адсорбированном на поверхности высокодисперсного кремнезема и конденсированном состояниях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

НАЩОНАЛЬН^ АКАДЕМШ НАУК У КРАЙНИ 1НСТИТУТ ХТМ11 ПОВЕРХН1

КУЛИК Тетяна Володимир1вна

УДК 541.183+543.226+547.917

МАС-СПЕКТРОМЕТР1Я ВУГЛЕВОДНИХ ФРАГМЕНТ1В - ТЕРМШАЛЬНИХ ТРУП ЕЦЕПТОРНИХ МОЛЕКУЛ В АДСОРБОВАНОМУ

НА П0ВЕРХН1 ВИСОКОДИСПЕРСНОГО КРЕМНЕЗЕМУ ТА КОНДЕНСОВАНОМУ СТАНАХ

01.04.18 - ф1зика 1 х1м1я поверхш

Автореферат

дисертацп на здобуття паукового ступеня кандидата хЫчних наук

Кшв - 2000

Дисертащею е рукопис

Роботу виконано в 1нституп xiMii поверхш HAH Украши.

Науковий кер1вник: доктор фiзико-математи ч н и х наук,

ПОКРОВСЬКИЙ Валерш Олександрович,

провдашй науковий сшвробшгак, 1нститут xiMii noBepxHi HAH Украши

Офщшт опоненти: доктор xiMinmix наук, професор

ТЬОРТИХ Валентин Анатолшович

головний науковий спшробпник, 1нститут xiMii noBepxHi HAH Украши

доктор xiMiHHHx наук, професор Я1ЩМИРСБКИЙ Вггалш Костянтинович, завщувач кафедри ф1зично1 xiMii' Кшвського нацюнального ушверситету ¡м. Тараса Шевченка

Провщна оргашзащя: 1нстититут бюоргашчно! xiMii та нaфтoxiмii

HAH Украши

Захист вщбудеться «/¿Р » /&6&&С&2000 року.о /О годиш на засща спещал1зовано1 вчено! ради Д 26.210.01 в 1нституп xiMii' поверхш HAH Украши (03022, м.Кшв-22, проспект Науки, 31)

3 дисертащею можна ознайомитись у бШлютещ 1нституту xiMii' поверхш HAH Украши (03022, м. Кшв-22, проспект Науки, 31)

Автореферат роз!сланий «. » 2000 року.

Вчений секретар спещал1зовано! вчено! ради

одько г

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. Висока бюлопчна актившсть дисперсного кремнезему щодо окремих клггин та живих органпмт визначае його як перспективний носш при створа пи ¡ммобшзованих препарата сорбщйно'1 дц, в тому чист з викорисгшшям бюмолекул. Деяю з вуглевода в адсорбованому на кремнезем! сгаш при введешь в захисге середовища для низькотемпературно! обробки генофонду сшъськогосподарськш тварин сприяли виживанню кштин в процеа крюобробки, що свщчить про перспекгавтеть дослщжень по створенню ¡ммобшпонаних систем за учистю вуглевода 1 високодисперсних мшеральних носдв. Серед метода дослвдження таких препарата мас-спектрометр1я в найбшыпш м!р1 дае змогу визначити 11 1хш ф1зико-х1шчш характеристики, яю зумовлюють можлив1 трансформаци '¿х в живих системах, шляхи розкладу 4 учасп окремих бюмолекул в бюх1м1чних реакщях. Кр1м того, останшм часом мас-спектромстр1я стала одним з основних метода в досгцдженш бюмолекул, особливо тих, що мстять у своему склад вупхевода. Саме завдаки викорисганшо мас-спектромегрц вдалося пщгвфдити наявшсгь вуглевод-вуглеводноГ взаемода в оргашзмах, яка в останш роки привфтае все бшьшу увагу як нова галузь бюгизнавання.

Щодо вивчення бюмолекул в адсорбованому стага, а особшшо на поверхш високодисперспих окатав, то мас-спектрсметричм дослвдження в цьому напрямку розпочалися тшьки осганшм часом 1 дотепер досить обмежега. 3 уах вщомих вар1ант1в цього методу темпфатурно-програмована десорбщя з мас-спектрсметричною реесгращею летких компонент (ТПД МС) виявилася найбшьш перспективного для дослщження процеав, шо вщбуваклъся з бюмолекулами на повфхш. Це обумовлено двома причинами.

По-перше, застосування методу ТПД МС дае можшв1сгь порштагн терм1чзи пфетворення бюмолекул в здсорбованному сташ з пфетвореннями в конденсованному сгаш, дослщженими методом тфмгаюго анатзу. Таке пор1вняння дозволяе ¡денгифшувати шляхи пфегворень бюмолекул ¡, найважливиле, всгановши спещфчш особливосп реакцш, обумовлеш пфебуванням доспджуваних бюмолекул в адсорбованому сгаш.

По-друге, використання тфМ1чних метода дослщження розширюе дапазон темпфатури пфетворень бюмолекул як в адсорбованому. так 1 в конденсованому сгаш. Поравняло висога темпфатури дають змогу бюмолекулам здолати активащйш бар'фи таких реакцш, яи не вщбуваються при низькш темпфатури При цьому угворюютъся сгабшьш бюлогтчно акговш продукта, недосяжш для дано1 сисгеми адсорбент-адсорбат за звичайних низькотемпературних умов. Завдяки мас-спектрометри щ продукта

можна щеншфкувати 1 сгпвставига з бюлопчно активними молекулами, що даоть в спорщнених або еволюцшно вщцалених бюлопчних системах.

Мета роботи. Виявлення законо.чпрносгей терм1чно1 деструкци молекул ряду вуглеводвшсних сполук в коцденсованому та адсорбованому на поверхш високодисперсного кремнезему (ВДК) станах. Всгановлення механЬ\ив зв'язування' бюмолекул з поверхнею ВДК за допомогою мас-спектромегричних метода дослщження.

Завдання дослщження:

- Дослщити адсорбцшэ щанкобаламшу та ряду моноцукр1в глшопротшдв природного походження поверхш ВДК.

- За допомогою методу ТПД МС вивчити терм!чш перегворення вгтамЬпв В| 1 В12 та ряду вуглевода в ковденсованому та адсорбованому станах.

- З'ясувати, вплив адсорбцц на поверхш кремнезему на тершчну сгабшьшсгь згаданих впамшв. Встановиги мехашзми зв'язування вшшшш та вуглевода з поверхнею кремнезему.

Наукова новизна:

Вперше здшснено пор1внялъний анализ тфшчного розкладу вшьних та адсорбованих бюмолекул (В], В12, вугаеводи) за допомогою методу ТПД МС. Всгановлено специф1чш особливосп реакцш, обумовлеш адсорбщоо дошджених бюмолекул на поверхш. Здайснено мас-спекгрометричний анатз незамицених моно- та оллхщукр1в, зроблено припущення, що при термол1з1 вуглевода, що м1сгаъ гаранозш кшьця, перебд-ае твердофазна реакцш з вцдшенням замиценого у-шрону в молекулярнш фopмi.

Всгановлено основш закономрносп адсорбцц вуглевода на поверхш кремнезему зокрема виринальну роль амшогрупи та потмолекулярний характер адсорбцй'. Запропоновано математичш модезв на основ! метода статисгичного аналцу для опису Ьотерм поламолекулярно! адсорбцц амшоцукр1в на поверхш ВДК. Всгановлено вщмшшсть в термолга цукр!в 1 амшоцукр!в: наявшсгь в молекул! вуглевода амшогрупи призводитъ при термол1з1 до розриву горанозного кшьця в а-положенш до гетероатома азота.

Практично значения роботи.

Отримаш модифжоваш кремнеземи можугь бути викорисгага як псгтенцйш лшарсью засоби протиане\нчно1, сорбцшно! да та як крюпротектори. Кремнезем, модифшований К'-ацегалглюкозамшом, може бути моделлю сингешчних шжопротошв у зв'язку з там, що синтез природних глкопроташв на сьошдш проблематичний, а застосування нативних шжопротошв для дослщження вуглевод-вуглсводно! взаемоди утруднене через неможлшсгь визначити структуру, що вщповщае за

бюгазнавання. Огримат результата терм1чного розкладу адсорбоваиого 1 вшьного щштеобаламшуможутьмати практичне значения як для медицини, так 1 для екологп у зв'язку з проблемою бютрансформаци ртуп та и сполук в живих оргатзмах 1 довкшп у нейротропну та гепатотоксичну метищлугь. Метод тершчного анализу з мас-спектрометричною реестрашею легких компонент (ТА МС) може бути викорисганий для аналззу незамцдених вуглеводо, що мае значения для всгановлення можливих цикшв угворення бензгирешв в природному середовнод. ТПД МС можна рекомендувати для всгановлення мехашзгшв адсорбци бюмолекул на поверхш неоргагачних носив, для отримання шформацц про будову адсорбцшних комплексов та термину сгабшьшстъ модифжованих кремнезем1в.

Особисгай внесок здобувача. Експфиментальш доотщження, математична обробка результата виконаш здобувачем самоспйно. Постановка задач, обговорення результата, формулювання висновюв проводились опально з науковим кер1вником д.фп.-мат. наук В.О.Покровським та канд. бюл. наук Н.П.Галаган.

Апробащя робота. Матфали дисертащйно! робота були представлен! щд час робот школи-семшару "Применение масс-спектрометрии в биологии и медицине" (Харюв, 1992 р.), на щор1чнш науковш конффенци 1нституту х1мп повфхш НАН Украши "Актуалыи проблеми х!ми, ф1зики га технолога повфхнГ (Ки1в, 1998р.), на Третьо.му Украшсько-Польському симпоз1ум1 "Теореп^ше 1 експфимеитальне вивчення мжповфхневих явищ га '¿к технолопчне застосування" (Льв1в, 1998).

Пубдакацн. За темою дисертацй опублжовано 5 статгей та тези 3 доиовщей.

Структура та обсяг робота. Дисертащя викладена на 135 сторшках.

Робота складаегься з всгупу, огляду лтератури. 6 роздшш з анагазом отриманих результата власних дослижень, висновюв, перелжу лгтератури (169 джфел). Текст шюстровано 4таблицами та 36 рисунками.

ЗМСГРОБОТИ

В пеушому роздии проаналвовано лггературу з питань: 1) вуглевод-вуглеводакм взаемоди та застосування метода мас-спектромегри для й виявлення, 2) перспективносп викорисгання ВДК як матриц! для адсорбци вуглевод^сних бюмолекул, 3) застосування методов мас-спеюрометри для всгановлення сгруктури вуглеводамкних бюмолекул, 4) застосування методу ТПД МС дая дооодження адсорбци'.

В другому роздии дано перелж використаних реактив1в та устаткування; наведет методика ТПД МС та схема експфиментально1 установки; описаш метода математочно! обробки результат.

ТретШ роздЫ ("Адсорбцш вггамшу Вц на поверхш високодисперсних оксида") шстгаь результата вивчення адсорбци В12 на поверхш високодиспфсних оксида алюмшио 1 кремнно. Для ¡зотерми адсорбци В12 на поверхш кремнезему за допомогою математичного анатзу вдалося щщбрати р1вняння:. А=-ЗЕ-05С2 + 0.0556С, яке описуе процес адсорбци' з Досигь високим коефшденгом дегермшаци (№=0,998). Для високодасперсного кремнезему всгановлено таю. фЬико-х1м1чш парамегри адсорбци: А=24 мкмоль/г, К=2,95 • 103 л/моль, - 19,81 кДж/моль (№=0,9926). Для оксиду алюмшда адсорбщю в штервал! рН=3-8 спектрофотометр ичио не зареестровано.

Лшшна залежшсгь в координатах 1цА, рН, яка описуегься р1внянням -1§А=0,1275рН+5,1639 (112=0,9976), характерна для адсорбци щанкобаламшу на поверхш кремнезему (рис. 1):

л

Ч ' о,

а 2 + 2 г

< О

„ у = 0,1275х + 5,1639 ---^о,. № = 0,9976

--6,5 - ^А + 6

6

РН

8 10 12

Рис. 1. Залежшсгь величиям адсорбци Впта логарифма величини адсорбци вщ рН розчину, з якога проводилася адсорбщя.

Вщомо, що в кислому середовищ щанкобаламш протонуетъся по основу тому дня адсорбцд молекули Вц визначапьними е протонодонорш 1 нуклеофшьш властивосп активного центру поверхш. Можна припустити, що при ¡ммобшЬацц вггамшу реашзусться мехашзм етекгрофшьного замвдення протона силанольно! групи катюном (Н+Вп). Площина коринового кшьця при такому способ! ¡ммобиюацц розмицусться паралельно поверхш адсорбента, а прошонамщш утрупування, бенз1мщазол 1 рибофураноза вноотъ додатковий вклад в етерпю адсорбци.

Роздт четвертый ("Термол1з вггамиш В12 та В1 в коцденсованому та адсорбованому на поверхш ВДК станах") шсгить мас-спеетрометричш дат про термола та теорешчне обгругаування мехашз\ив зв'язування вказаних вггамивв з поверхнею ВДК.

Застосування автоматизовашл сисгеми реестращ мас-спектр1в дозволило бшьш детально дослщити кшегику термохпзу вшьного вяамшу В12 в обласп температур 220-500° С. В табл.1, наведет основш стада' терм1чного

розкладу Bi2. На першш стада розривасться зв'язок Co-CN з вндшенням молекул HCN (27 а.о.м.). Друга стада характеризуегься максимумом при 230° С, який формуеться за рахунок вщцлещга молекул ацетамщу (59 а.о.м.), третя сгащя - максимумом при 350° С, який формуеться за рахунок видшенкя пропюнамщу (73 а.о.м.), трол1в (152, 125, 81 а.о.м.), а також замкцених фурашв (114, 98, 84, 68 а.о.м.), яи угворюютъся в результа-ri десгрукци рибофуранозного циклу (щш. рис.2(А)).

1ddo-0

I ■ I

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Т.С

А

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 т,с

Б

Рис.2. Термограми для 59,67,73,98 а.о.м. для вшьного В12 (А), термограми для 98,73,67,59,27 а.о.м. для адсорбованого Ви (Б).

Таблиця1

Стада' перинного розкладу вшьного (В|2>в i адсорбованого (Biî)a щанкобаламшу

(Bl2)ß (В 12)А т, °С Стада «Молекулярний» ÍOH, масове число Фрагменги в мас-mexipi, а.о.м.

В i 1 150 Десгрукщя коринового кшьця звцдаенням пропюнамщу CH3CH2CONH2 73 CH3CH2CN+-55 СНзСК+ - 41 СН2=СН-С№ - 40 HCN* - 27

д с трогав ÇH2CH2CONH2 (М+-Н20)-134 (Mf-HCN) -125

У á 152 (M+-CH2=CHCONH2> 81

т H 67 (M+-CH2=CHCONHr Сиг)«?

я фурашв н<к <ЧУ>-снгон 114 (МЧ))-98 (М+-СН20) - 84 (М'-СНгО-О) - 68

1 2 200 Розрив зв'язку Co-CN HCN 27 27

2 3 230 Вцццегшення ацегамщних угруповань CH3CONH2 59 СНзСОЫН2+-59 CH3CN+-41 CH2=C=N:+-40

3 4 350 Деструкщя коринового кшьця: пропюнамщ CH3CH2CONH2 73 CíbCHjCN+-55 CH3CN+-41 CH2=CH-CN+-4)

гароли 152 (M^-HCN)- 125 (M+-CH2=CHCONH2> 81 (M+-CH2=CHCONHr СЩ-67

фурани 114 (МЧЭ) - 98 (M*-CH20)-84 <M*-CH20-0) - 68

Основш стада тфлячного розкладу В12 в адсорбованому сташ пщсумоваш в таблти 1. Вщмнгестю в тфМ0Ш31- вшьного та адсорбованого В12 е наявшсть на тфмограмах максимуме при аномально низькш темпфатур1 -150° С для 73 а.о.м. (пропюнамщ), 9В а.о.м. (фуран)^ 67 а.о.м. (nipon) для адсорбованого вггамшу (див. рис.2(Б)).

Як бачимо на рис. 2(Б), ti утруповання, ям розташоваш 3i сторони некоординовано'1 нуклеотидно! частини (рибофураноза, пропюнамщш фупи), а отже розмвдеш ближче до повфхш кремнезему в адсорбованому сташ i тому здшснюють основний внесок в енфпю адсорбци, пфеходятъ пщ час адсорбци у спабозв'язану форму.

Отримаш результата можугь мати практичне значения як для медицини, так i для екологц у зв'язку з проблемою бюгрансформацд pryri та и сполук у живих оргашзмах та довкшл! у нейротропну та гепатотоксичну мегилртугь. Розрахунком нами всгановлено, що коефгщент токсично! трансформаци piyri сгановить 1136. Тому здатшсть похщних В12 у водних розчинах мегилювати юни piyri (II) i високий bmicr В12 в навколишньому сфедовипц вказують на те, що мегилртугь утворюеться в природних умовах за допомогою похщних В12, а це збшьшуе небезпеку ртутного забруднення довкитля.

Для зразмв вшыюго впамщу В: отримаш результата шюсгруються рис.З(А), на якому приведена термограма, що характеризуй кшетику тфмол1зу. Найбшьш в1рогщна штфпретащя харакгерних лшш мас-спектри, вказуе на видшення у молекуляршй фор.\ц тлазолу (I) (М=143 а.о.м.),

що щддаегься дата фрагментацй' теля юшзацй пщ дею електронного удару. На пфшш стада' спосгерл-асться видшення НВг, ознак деструкцп шестичленного циклу сфед продукта термолизу не спостфгаеться. Можна припусптги, що вщбувасться розтжнення шестичленного циклу 1 його пол1Мфизащя в конденсованому сттип.

По-шшому пфеб1гае процес термчно! деструкцп тамшу, адсорбованого на повфхш даспфсного кремнезему. У доотдженш обласп тенпфатур не виявлено шяких ознак ввдшення НВг. Видшення легких продукпв тфмолпу починастъся при темпфатурах вшде 300° С, див. рис.З(Б). Молекулярний ¡он 1 фрагмекти, яи спосгеркжлъся в мас-спектр1, вказують на

в.

М< = 143 а.о и- , (М>»Н)=144 а.о.и.

видшення у молекулярнщ форш замлценого Tia30Jiy (II), М=125 а.о.м.:

СИ:

(itibs.un

А

1,АЬэ.ип

Б

Рис.З.ТфмолЬ вшьного тамш бромщу (A) i адсорбованого на поверхн! ВДК(Б).

Вщсугшслъ брому в газоподбних продуктах термохозу зразгав адсорбованого ■памшу дозволяе припусшга, що ¡ммобгазаодя TiaMiHy на поверхш SiC>2 супроводжустъся утворенням i0HH0ro х!м1чного зв язку М1Ж канонами -памшу i дисоцшованими гщроксильними групами поверхш sSiO- . Адсорбщя молекули "памшу е наспщком багатоцентрового зв'язування и з повфхнею, в якому приймае участь позитивно заряджений ценгр т!азольного кшьця, локал1зований на атош азоту, та юнцева ОН-група.

Таким чином, засгосування мас-спектромеггри дозволило виявити зростання тфм1чно1 стабшьносп в адсорбованому стам для Bi (300° С проти 180° Q i u зменшення у випадку В12 (150° С проти 200° С). Сгальним для закономрностей тершчного розкладу вказаних адсорбованих впамтав е

шщшення в молекулярнш форм1 тих фрагмент, яга вдаовщають за зв'язування з поверхнею, зокрема "пазольного ктыхя у випадку тамшу, пропюнамщу, фуранового \ гарольного юлець для адсорбованого В12. Шляхом пор1вняпня величин змши вшьно1 енерга Пббса при адсорбцй впамшв з величинами сумарно1 енерга акгивацц видшення в молекулярнш форм1 фрагмента, що, вфопдно, вщповщають за зв язування з поверхнею, вдалося знайти сгаввщношення, яке зв'язуе ц величини: £Еш-=2,218(-ДС)+0,289. № =0,9977.

Процес термолизу дуже складний, вщбувасться з розривом багатьох х1м1чних зв'язюв, тому впровадження дпя нього бшып досконало'1 матемагачно! модеш потребуе додаткових достдцжень.

В п'япюму роздии ("Тфмол13 найбшьш розповсюджених цукр1в") наведеш результата по тфмол1зу шести вуглеводдв: моноцукр1в (глюкоза, галактоза, фруктоза) 1 трьох ол1гоцукр1в (сахароза, лакгоза, рафшоза), що М2сгять як моноцукрову оданицю глюкозу.

1нтфпретащя лшш мас-спектр!в дозволяе зробити прштущення (рис. 4), що гад час термолпу глюкози при темпфатур1 близько 29ДО С вщбувасться твердофазна реаиця з вщщепленням водш вишленням в молекулярнш форм! у-гарону (I) М=12б а.о.м.. що мае псевдоароматичну структуру \ дат в юшзацшнш камдм фрагментустъся пщ даю еяектронного удару:

СНЮН

термошз, т >200° С )-

О

СНгОН/ I - у-трон

рНгОН

пл:сняв1 грибки

О

ОН Н \ II - койева. кислота

^ВИрсбнИЦТЕО соподу / \

о< о _ /

)НМ(

III - мальтоп

Щцвфдженням можливосп пфебду тако1 реакцй' е той факт, що пгасшш фибки засвоюкггь глюкозу 1 ксилозу, продукуючи при цьому койеву кислоту, що мае структуру у-гарону, а виробнищво солоду супроводжусться ухворенням мальтолу, який е Ьомфом сполуки (I). Таким чином, в живш

природа можлиш таю бюхаичш реакци, яю дозволякпъ переходите вщ вуглеводо до молекул 31 структурою у-горону.

Розклад фруктози починасться вже при 130° С. Мас-спеюр характер изуегъся набором лшш з низькими значениями мае. Це, можливо, пояснюстъся там, що фруктоза ¡снуе у фуранознш форм].

Для рафшози (рис.5), сахарози 1 лакгози термотз також вщбуваегься, в1рогщно, з ввдщенням молекули (I). До того ж при вказаних процесах спосгер1гасться помггне пщвищення штенсивносп лшш 126, 97 а.о.м. На термоаналггачних крив их рафшози 1 сахарози реесгрусться три максимуми видалення сполуки (I) 4 й фрагмента: при 270е С, 340° С1500° С.

1,ЙЬб 2000

1500-

1000

18

31

,43

44 60 61

«и>

ю

,72

110

,126

. I, „I..

1:232 С

210

и/2

1,ЙЬ5,иП

1000л

250 -

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Т,С

о

Рис. 4. Термол1з ппокози.

I,ЙЬ5.ип

1000 т

750

500

О

о

100 200 300 400 500 £00 700 800 900 1000 Т. С

Рис. 5. Термошз рафшози.

Дослдження термогазу вуглеводш е актуальном для пояснения молекулярних мехашз\ив угворення бензшрешв природним шляхом, яйцо взяти до уваги, що на третьему м1оц по ктькосп надходжень цих небезпечних канцерогешв у довкихля стоять л1ст пожеиа • горшня деревини, струкгурним елементом яко! е вуглевода. Вщомо, що процес угворення бензгарешв мае дв1 темлфатурга обласп: низькотемпфатурну близько 300° С 1 високотсмпфатурну вище 800° С. Саме тому можна припустити, що угворення циюпчних ароматачних продукт, яке спостф1гаегься при тфможи вуглево/цв близько 300° С е загальним! може розглядатися як модель угворення таких сполук в природних умовах щд даею високих темпфатур -пожела, або ж шддзею фермента у звичайних природних умовах довкшля.

В июстому роздт ("Адсорбщя моноцукр1в, що входять до складу шкопротеМв тваринного походження, на поверхт ВДК") наведено дошдження адсорбцц семи моноцукрш на повфхш кремнезему. Цей ряд було вибрано том}', що до складу гшкопрогййв тваринного походження входить лише сш моноцущв: фукоза, маноза, глюкоза, галактоза, М-адешлнейрамшова кислота, Ы-ацегалглюкозамш 1 галактозамш. Адсорбцио достцджували в широкому дапазош концегарацш: 5 - 10"5-2 • ДО-2 моль/л, з водно'1 фази в статичному режим1 при темпфатур! 21-23° С.

Адсорбцио на пдроксильованш повфхш кремнезему було виявлено лише для К'-ацепшглюкозам^ну 1 галактозамш}': ф1зико-хишчн! параметр» адсорбцц наведет в табл.2. Огже присугшсть амшофупи в молекуш вуглеводу робить можливою адсорбщю амшоцукрш, а додаткова присупвсть карбоксильно1 групи в молекул! N -ацетилнейрам1ново1 кислота унеможливлюе процес зв'язування з повфхнею. Цей факт дозволяе зробити висновок, що для успшно! адсорбцй' вушеводних мономф1в необхщна наявтсгь амшохрупи у склад цукру, або на повфхш кремнезему.

Таблиця2

ФЬико-зишчш параметри адсорбцй' вуглеводш на повфхш високодиспфсного кремнезему

№ Вуглевод А^о, к, -ДО, со, а, е,% Я2 Де-

п. мкмоль/ л/моль кДж/ нм2 мкмоль/ сорб.

п г моль м2 %

1 Ы-ацегил-глюкозамш 656 75 10,70 0,76 2,19 64 0,96 25

2 Галактозамш 417 83 11,0 1,2 1,39 41 0,98 15

Вщомо, що форма ¡зогерми визначасгься природою взаемоди адсобата з адсорбентом, тому з форми Ьотерми можна робити висновки вщносно мехашзму адсорбцй'. 3 ц1а точки зору процес адсорбцй' амшоцукр1в на гщроксштьованш повфхш кремнезему характеризуемся ¡зотфмами полмолекулярно! адсорбцй', ям зпдно з класифйсащею Джайлса можна вщнесги до типу БЗ (рис.6).

Ч-1-1-1-1-Н

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 С, мкмоль /л

Рис.6. 1зотфма адсорбцй К-ацегилппокозамшу на повфхни високодиспфсного кремнезему.

Математична обробка ¡зогерм адсорбцй амшоцущв дозволила отримати р1вняння, яга описуютъ процес адсорбцй' з високими показниками поллюшально'1 кореляцц (Я2=0,9961, Я2=0,9957). Той факт, що величина адсорбцй с полшом1альною функщао конценграцй, може вказувати на те, що

при р!зних концентрашях вщбувасться адсорбщя у вигляш да-, три-, тетрамер1в амшопукр1в,- При -цьому збшыпенням концентраци адсорбата внесок асошаттв в адсорбщю зросгае. Викладене вище може гадгверджувати наявшсгь в даному випадку слабко'1 вуглевод-вуглеводно! взаемода.

В сьомом у роздЫ («Мас-спектрометр1я амшоцукр1в в конденсованому та адсорбованому на поверхн! ВДК станах») наведеш результата дослщження ашноцукр5в методом ТПД МС.

В мас-спектрах пдрохлориду галактозамшу та Ы-ацегилглюкозам1ну при температурах вище 100° С найбшьш штенсивш гаки знаходяться в обласп низьких масових чисел (30-50 а.о.м.), шо пояснюсться иггенсивгаш перебегом терм!чного розкладу. В мас-спектр1 (рис.7) пдрохлориду галактозамшу спосгф1гаеп>ся наб^р лшш: 100, 99, 85, 69, 60, 58 а.о.м. Найбшьш ¡мов1рна штфпретащя хошй мас-спектру вказуе на видшення в молекуляршй форм1 оксазолу, який угворюсться в результа-п деструкцп молекули амшоцукру. ПОВ 'яЗЗНО! з розривом зв'язюв С2-С3 1 С4-С5: 119 в .о.

60.В..О./ №12 ОН М+ - 99 а.о.м.

179 и.о. (119-НО-Нг)+= 99а.о.м.

Замкцений оксазол (99 а.о.м.) щддастъся фрагментацц в юшзашйнш камф1 мас-спсктромегра: (М + Н)+=100 а.о.м., (М - СН:)+ =85 а.о.м., (М - СН20)+=69 а.о.м„ (М - СНзСЫ)+=58 а.о.м„ (Ш=С=С=0)+=55 а.о.м., (СНзСК)+=41 а.о.м., (СНзО)+=31 а.о.м.

I. агЬ Т 2

т а

в б 4 2

зс

э

Е5

,1

СО 56

35 Э4-

|||.|||||»И

Рис.7.Мас-спектр при темпфатур1 205 °С пдрохлориду галактозамшу в ковденсованому стал.

Термошз гщрохлориду галакгозамшу вщбувасться в три основш стада'. На першш стада', максимум тфм1чно! деструкцц 210° С, вщбувасться видшення в молекулярнш форм замиденого оксазолу. При цьому спостф1гасться видшення до 90% хлороводню. Друга стада - невеликий максимум при 320° С формусться за рахунок лмй: 60, 55, 54, 41 а.о.м. Трегя стада - широкий максимум при 430° С формусться за рахунок ненасичених продукта тфм1чно! деструкци.

Нами було дослщжено тфмолЬ галакгозамшу та Ы-ацегилглюкозамшу адсорбованих на повфхш високодисперсного кремнезему. Мас-спектри адсорбованих амшоцукрш характеризуешься лгаями з низькими значениями. При тфмолЫ адсорбованого галакгозамшу вщсутня стада з утворенням оксазолу. Тфмолзз адсорбованих амшоцукр1в проходить в да1 стада'. Максимум близько 160 0 С формусться за рахунок 55 1 54 а.о.м. Широкий максимум при 380° С формусться за рахунок 55,54,43,42,40,41 а.о.м.

Таким чином, застосування методу ТПД МС дозволило встановити, що при адсорбци на повфхш кремнезему спосщмгастъся розширення тфмоаналгтчних максимум!в, а також '¿х змкцення у низькотемпфатурну область.

За допомогою мас-спектромфи всгановлено суггев1 вщмшносп в тфмолз1 амшоцукр1в 1 моно- та ол1гоцукр1в, що не м1сгять амшофупи в свой молекула На приклад вуглевода, дослщжених в роздЫ 5, було показано, що сгабшьшстъ транозного кшьця в процеа Тфмолиу збф1гасться. А присугшсгь в молекул! вуглеводу амшофупи призводигь до розриву транозного кшьця в а-положенш до гегфоатома азоту. Отже присугшсгь в молекуш вуглеводу амшогрупи кардинально мшяе не тшьки мехашзм адсорбци, але й шляхи ц'тершчного розкладу.

висновки

1. Всгановлено законом!рносп адсорбци впвмшу В12 на повфхш високодисперсних оксида кремню 1 алюмишо: вирипальна роль прсггонодонорних акгивних центров повфхш, залежшсть вщ величини рН, багатоценгровий характф зв'язування, вщсутшсгь зв'язування з повфхнею оксиду алюмишо. Процес адсорбци' щанкобаламшу на поверхш високодаспфсного кремнезему описусться р1вняннями: -1ЕА=0,1275(рН)+5,1639 (№=0,9976), А= -ЗЕ-05С2 + 0.0556С (№=0,998).

2. За допомогою методу ТПД МС дослщжено шляхи тфм1чного розкладу вггамиив В1 1 Вц у вшьному та адсорбованому на повфхш

__ кремнезему станах. Показано, що поршняно з конденсованим станом терм1чна

стабшьшспъ адсорбованого ватину В] зростае, а терлпчна сгабтьшсгь адсорбованого В12 знижусться. Встановлена залежшсть м1ж величиною змши вшьно! енфгй Пббса при адсорбцй та енфпоо активацц видшення фрагмента, що вщповщають за зв'язування з поверхнею: 1^=2,218(^0+0,289, ЯЬ=0,9977.

3. На пщсгав1 анатзу мас-спектрометрично1 шформаци зроблено припущення, що при термол131 моно- та олтэцукр1в, що М1стять шранозш кшьця, вщбувасгься твфдофазна реакщя з ввдщешмм у-гарону в молекулярнш форм1 Показано, що ТПД МС е ¡нформативним методом дослщження незамкцених моно- та ол1гоцукр1в, а також динамки '¿х пфетворень у довюлл1.

4. Дослщжено адсорбцшш властивосп повфхш високодиспфсного кремнезему по вщношенню до ряду моноцукр1в, що входятъ до складу шкопроташв тваринного походження. Показана виршюльна роль амшогрупи при адсорбцй на повфхш кремнезему. Огримано р1вняння, яга описують процес адсорбцй' К-ацепшглюкозамшу I галактозамшу з високими показниками полшомальноУ кореляцц (1^=0,996!, Я2=0,9957), шо дозволяе прогнозувати адсорбщйш процеси в широкому иггфвал! концентрацш.

5. Встановлено, що присугшсгь в молекул! вуглевода амшогрупи призводитъ до змши шляху тершчного розкладу вуглевода з розривом гаранозного кшьця в а-положенш до атома азоту, тодз як при й вщсутносп основним продуктом тфмол1зу е зампцений у-гарон.

6. Для амшоцукр1в, адсорбованнх на поверхш кремнезему, показано, що темпфатура початку тфмодеструкцй зсуваеться в сторону бшьш низьких темпфатур поршняно з IX розкладом в конденсованому сташ.

7. Огримано нов1 кремнеземга сорбента, модифнсоваш Вп, галактозамшом та М-ацетилглюкозамшом. Останшй молена використовувати як модель муцишв, глжопротешш - основних носив захисних функцш слизу, яким висгелеш ва слизов! оболонки: ротова порожнина, травний канал, бронхи, легеш тощо.

8. Анализ мас-спектрометрично! шформаци, отримано'1 при термолЫ таких бюлопчно активних сполук, як впамши 1 вуглеводи, показав, що при тфмол131 у вщсутносп кисню не спосгеркжлъся 1х глибокоТ десгрукцй-, а утворюються найбшьш енфгегично випдш стабшыи циюпчш ароматичш сполуки: шрони - з вуглевошв, оксазоли - з амшоцукр1в, фурани, шроли - з Во, ■пазоли - з В]. Тобто в кожному окремому випадку реашзусться один з безл1ч1 можливих теоретичних шлях!в бютрансформацд цих сполук у природ.

Автор вважае сво!м приемним обов'язком висловита глибоку поляку за допомогу у вибор1 об'екпв дослщження, за цшш поради I зауваження при обговоренш результата дослщження, за ширий непщробний творчий ¡нгерес до робота кандидату бюлопчних наук Галаган Натали Павлшш.

ПЕРЕШК РОБГГ, ЩО ОПУБЛ1КОВАН1 ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦП

1. В.А.Покровский, Т.В.Кулик, Н.П.Галаган, В.И.Богомаз. АА.Чуйко Масс-спектрометрическое исследование цианкобаламина, адсорбированного на поверхности дисперсного кремнезема //ДАН УССР. Сер.5. - 1992. - № 2. -С.130-133.

2. В.А.Покровский, Н.Н.Власова, Н.КДавиденко, Т.В.Кулик,

B.И.Богомаз Масс-спектромегрическое исследование термолиза тиамина, свободного и адсорбированного на поверхности высокодисперсного кремнезема //Укр.хим.журн. - 1993. - Т.59. - №12.-С.1257-1260.

3. Т.В.Кулик, Н.П.Галаган, В.О.Покровський Мас-спектромегричне дошдження термолЬу цукр1в II Фармацевт, журн. -1997. - №2. - С.76-79.

4. В.О.Покровський, Т.В.Кулик, Н.П.Галаган, О.О.Чуйко Мас-спектромегричне вивчення адсорбци щанкобаламшу на поверхш дисперсних оксида // Фармацевт, журн. - 1997. - №5. - С.52-57.

5. В.В.Храпак, Т.В.Кулик Токсична трансформащя ксеноб1отиюв у довкшп//Современные проблемы токсикологии. -1998. -№ 1. -С.64-68.

6. Т.В.Кулик, Н.П.Галаган, В.И.Богомаз Мас-спектромеггрическое исследование цианкобаламина, адсорбированного на поверхности дисперсного кремнезема // Тез. школы-семинара "Применение масс-спекгрометрии в биологии и медицине". - Харьков. -1992. -С.38-39.

7. Н.Н.Власова, Н.КДавиденко, Т.В.Кулик, В.И.Богомаз Масс-спектрометрическое исследование термолиза тиамина, свободного и адсорбированного на поверхности высокодисперсного кремнезема II Там же. -

C.40-41.

8. Т.В.Кулик, В.О.Покровський, Н.П.Галаган Адсорбщя моноцукр1в ппкопроташв твариннош походження на поверхш високодисперсного кремнезему II Тез. Третъого Украшсько-Польського симпоз1уму "Теоретичне \ експеримекгальне вивчення м1жповерхневих явищ та 1х технолопчне засгосування". - Льв1в. - 1998. -С.35.

Кулик Т.В. Мас-спестрометрш вуглеводних фрагменпв - термшальних груп рецспторних молекул в адсорбованому га поверхш високодисперсного кремнезему та конаенсованому станах. - Рукопис.

Дисершдя на здобугтя наукового ступеня кандидата х1м1чних наук

по спещальносп 01.04.18 - ({лзика i mim повфхш. 1нстшуг xímíI повёрхш HAH Укршни, Кий, 2000.

В цьому досшдженш була вивчена адсорбщя вшмну В12 i ряду в углевода, яю входять до складу глжопротейив тваривдого походження. Отримано hobí сорбента, модафжоваш Вц та вуглеводами, останщ можна використовувати як синтетичш глшопротеши. Всгановлена виршшъна роль амшогрупи при термол1з1 вуглевода ra ix адсорбцп на повфхш кремнезему. Дослщжено шляхи тфшчного розкладу bitumíhíb Bi, В12 i ряду вуглевода в ковденсованому сташ i адсорбованих на повфхш високодиспфсного кремнезему i встановлено, що адсорбщя на повфхш високодисперсних оксида змшюе темпфатурш шгервали i шляхи деструкци бюмолекул. За допомогою мас-спектрометрй щентифшоваш ochobhí продукта термол!зу дослщжених BÍT3MÍHÍB i вуглевода. Проведеними дослщженнями показано, що при термол1з1 у вщсугносп кисню утворюються енфгегично вигщш стабтьш ароматочш сполуки, а саме: гарони з вуглевода; фурани, гароли з Bu; тазоли з Bi.

Ключов-! слова: тфмопрограмована десорбщя з мас-спектрометричною

реестращоо легких компонент (ТПД МС), щанкобаламш, тамш, вуптеводи. nipomi, тфмол1з, адсорбщя, деструкщя бюмолекул, синтетичш глжопротеши.

Kulyk T.V. Mass spectrometry of carbohydrate fragments - terminal groups of receptors molecules in condensed state and in adsorbed state on the surface of ultrafine silica. Manuscript

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of chemical sciences on the speciality 01.04.18 - physic and chemistry of surface. The Institute for surface chemistry NAS of Ukraine.

Adsorption properties of B12 and several carbohydrate were studied. Fundamental role of aminogroups in carbohydrate айзофйоп on silica surface was ascertained. New sorbents were synthesized, modified by B12 and carbohydrates. The pathways of thermal decomposition of Bi, B12 and several carbohydrates were investigated in condensed state and in adsorbed state on the surface of ultrafine silica, and it was found that ас^офйоп on the ultrafine oxide surface changed temperature intervals and pathways of biomolecule destruction. Main products of thennolysis of vitamins and carbohydrates were identified by means of mass spectrometry. As a result of study it was shown that thennolysis in oxygen-free conditions lead to formation of energetically advantageous stable aromatic compounds i.e. pyrons for carbohydrates; furans, pyrols for B12; tiasols from Bi.

Key words: temperature-programmed desoфtion with mass spectrometric registration of volatile products (TPD MS), vitamin B12, thiamin, carbohydrate,

thermolysis, pyrons, biomolecule destruction, adsorption, synthetic glycoproteins.

Кулик T.B. Масс-спектрометрия углеводных фрагментов терминальных групп рецегггорных молекул в адсорбированном на поверхности высокодисперсного кремнезема и конденсированном состояниях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 01.04.18 - физика и химия поверхности. Институт химии поверхности НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертационная работа посвящена изучению закономерностей термической деструкциии витаминов Bi и В12, и ряда углеводов в конденсированном и адсорбированном на поверхности высокодисперсного кремнезема состояниях. Установлены особенности адсорбции витамина Bi: на поверхности высокодисперсных оксидов кремния и алюминия: решающая роль протонодонорных активных центров поверхности, зависимость от величины рН, многоцешровый характер связывания, отсутствие связывания с поверхностью оксида алюминия. При исследовании адсорбции моносахаров, которые входят в состав гликопротеинов животного происхождения (фукоза, манноза, глюкоза, галактоза, N-ацетилнейраминовая кислота, N-ацегилппокозамин и галакгозамин), было установлено, что присутствие аминогруппы в молекуле углевода делает возможной адсорбцию аминосахаров, а дополнительное присутствие карбоксильной группы делает невозможным процесс адсорбции. Процесс адсорбции аминосахаров на поверхности кремнезема характеризуется изотермами полимолекулярной адсорбции, которые по классификации Джайлса относятся к S3 типу, и описываются математическими уравнениями с высокими показателями полиномиальной корреляции.

Использование метода термопрограммированной десорбции с масс-спеюрометрической регистрацией летучих компонентов позволило установить, что термолиз свободного витамина В ц протекает в три основные стадии, а термолиз адсорбированного - в четыре стадии. Те группировки, которые размещены со стороны некоординированной нуклеотидной части (рибофураноза, пропионамадные группы), и поэтому находятся ближе к поверхности кремнезема в адсорбированном состоянии и следовательно вносят основной вклад в энергию адсорбции, переходят во время адсорбции в слабосвязанное форму, что и подтверждается смещением максимумов их термического вьщеления в низкотемпературную область на 200° С. Применение масс-спектромегрш позволидо найти увеличение термической стабильности в адсорбированном состоянии для тиамина и ее уменьшение в случае цианкобаламина. Общим для закономерностей термического

разложения адсорбированных витаминов есть выделение в молекулярной форме тех "фрагментов,"которые, вероятно, отвечают за связывание с поверхностью, а именно тиазольного кольца в случае тиамина, пропионамцца, фурановых и пиррольных колец для адсорбированного В12.

На основании анализа масс-спектрометрической информации сделано предположение, что при термолизе в отсутствие кислорода незамещенных моно- и олигосахаров (глюкоза, галактоза, сахароза, лактоза, раффиноза), которые содержат пиранозные циклы, протекает твердофазная внутримолекулярная реакция дегидратации с выделением в молекулярной форме замещенного у-пирона. Установлено, что распад фуранозного кольца (фруктоза) начинается при более низких температурах и характеризуется масс-спектрами с низкими значениями масс. С помощью масс-спектромегрии установлены существенные отличия в термолизе аминосахаров и углеводов, которые не содержат аминогруппу в своей молекуле. На примере незамещенных моно- и олигосахаров показано, что стабильность пиранозного кольца в процессе термолиза сохраняется, а присутствие в молекуле аминогруппы приводит к разрыву пиранозного кольца в а-положении к гегероатому азота. Температура начала термодеструкции аминосахаров, адсорбированных на поверхности кремнезема, сдвигается в сторону более низких температур по сравнению с их разложением в конденсированном состоянии.

Получены новые сорбенты, модифицированные В12 и углеводами, последние можно использовать как модель синтетических гликопротеинов. Установлено, что адсорбция на поверхности высокодисперсных оксидов изменяет температурные интервалы и пути деструкции биомолекул. Анализ масс-спектро метрической информации, полученной при термолизе таких биологически активных веществ, как В1ггамины и углеводы, показал, что при термолизе в отсутствие кислорода не наблюдается их глубокой деструкции, а образуются энергетически выгодные стабильные соединения: пироны из углеводов, оксазолы из аминосахаров; пропионамид, фураны, пирролы из Вц; тиазолм из В].

Ключевые слова: термопрограммированная десорбция с масс-спектрометрической регистрацией летучих компонент (ТПД МС) цианкобаламин, тиамин, углеводы, пироны, термолиз, адсорбция, деструкция биомолекул, синтетические гликопротеины.