Применение метода капиллярного электрофореза для исследования комплексов меди и железа с некоторыми органическими лигандами и супрамолекулярных комплексов производных бетулина с β-циклодекстрином тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Попова Олеся Валерьевна

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ МЕДИ И ЖЕЛЕЗА С НЕКОТОРЫМИ

ОРГАНИЧЕСКИМИ ЛИГ АНДАМИ И СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРОИЗВОДНЫХ БЕТУЛИНА С Р ЦИКЛОДЕКСГРИНОМ

02.00.04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Красноярск 2015

1 * ОКТ 2015

005563386

005563386

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук.

Научный руководитель: Бурмаюша Галина Вениаминовна - доктор

химических наук, старший научный сотрудник

Официальные оппоненты: Фабинский Павел Викторович - доктор

химических наук, доцент, и.о. заведующего кафедрой неорганической химии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный технологический университет» (г. Красноярск)

Шуваева Ольга Васильевна - доктор химических наук, доцент, старший научный сотрудник, аналитическая лаборатория ФГБУН Институт неорганической химии им. A.B. Николаева СО РАН (г. Новосибирск)

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Сибирский Федеральный университет» (г. Красноярск)

Защита состоится «24» ноября 2015 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.041.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, д. 50, стр. 24, конференц-зал ИХХ'Г СО РАН (факс: +7(391)240-41-08, e-mail: dissovet@icct.ru)

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Института химии и химической технологии СО РАН, адрес сайта: wvvw.icct.ru

Автореферат разослан "/ "СГГЛ&Р 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета jiiUb-— Нина Ивановна Павленко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Исследование процессов комплексообразования в водных растворах является важной задачей в различных областях химии, биологии, медицины. Одной из основных характеристик этих процессов является константа устойчивости образующихся комплексов. Для ее определения применяют различные физико-химические методы (электрохимические, спектроскопические). В последнее время все чаще для определения констант устойчивости комплексов используется совремешшй и постоянно развивающийся метод капиллярного электрофореза (КЭ). Преимуществом метода КЭ по сравнению с другими является малый объем проб, экспрессность, возможность одновременного определения констант устойчивости комплексов для нескольких соединений. Метод КЭ в основном применяется для определения констант устойчивости комплексов в соотношении комплексообразователя и лиганда 1:1 для растворимых в воде соединений. Исследование равновесий более сложных систем методом КЭ малоизученно.

Значимыми объектами, для которых необходимо определять константы устойчивости, являются различные комплексы биогенных переходных металлов с биологически активными соединениями. В настоящее время большой интерес представляет исследование супрамолекулярных комплексов - сложных образований, которые являются результатом ассоциации двух (или более) химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами. Особый интерес представляют супрамолекулярные комплексы макроциклических молекул с биологически активными соединениями, которые могут использоваться для более эффективной доставки лекарственных веществ, в том числе практически нерастворимых. Сведения о методиках определения констант устойчивости супрамолекулярных комплексов, в состав которых входят практически нерастворимые в воде соединения, методом КЭ в литературе отсутствуют. Таким образом, разработка таких методик является актуальной задачей, решение которой позволит расширить возможности метода КЭ и увеличить круг исследуемых объектов.

Цель работы — применение метода КЭ для исследования различных комплексных соединений: комплексов переходных металлов с органическими лигандами и супрамолекулярных комплексов органических соединений с Р-циклодекстрином.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методик определения констант устойчивости комплексов переходных металлов с органическими лигандами на примере комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой методом КЭ;

2. Использование значений констант устойчивости в оптимизации разделения ионов переходных металлов в виде комплексов с органическими лигандами для определения меди (II) и железа (III) в коньяках;

3. Определение конста1ГГ устойчивости супрамолекулярных комплексов ß-циклодекстрина с растворимыми производными бетулина;

4. Разработка методики определения констант устойчивости комплексов макроциклических молекул с практически нерастворимыми соединениями: ß-циклодекстрина с бетулиновой и бетулоновой кислотами.

Научная новизна работы

• Впервые методом КЭ исследованы комплексы железа (III) с сульфосалициловой кислотой. Получено отношение констант устойчивости комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой, которое хорошо согласуется с данными других методов, что свидетельствует о применимости метода КЭ для исследования комплексов переходных металлов с органическими лигандами.

• Впервые определены константы устойчивости супрамолекулярных комплексов ß-циклодекстрина с растворимыми производными бетулина методом КЭ;

• Предложена новая методика определения констант устойчивости комплексов макроциклических молекул с практически нерастворимыми в воде органическими соединениями методом КЭ. Впервые методом КЭ определены константы устойчивости комплексов практически нерастворимых производных бетулина с ß-циклодекстрином.

Практическая значимость работы

• Предложенные автором методики могут быть использованы для определения констант устойчивости различных комплексов: переходных металлов с органическими лигандами и супрамолекулярных комплексов, образованных органическими соединениями.

• Разработана новая методика определения железа и меди в коньяках в виде комплексных соединений с органическими лигандами методом КЭ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты определения отношения констант устойчивости комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой методом КЭ.

2. Методика определения железа (III) и меди (II) в коньяках в виде комплексных соединений с органическими лигандами методом КЭ.

3. Результаты определения констант устойчивости комплексов растворимых в воде производных бетулина (натриевые соли 3,28-дисульфата и З-ацетата-28-сульфата бетулина) с (3-циклодекстрином методом КЭ.

4. Новая методика определения констант устойчивости комплексов макроциклических молекул с практически нерастворимыми в воде соединениями методом КЭ. Результаты определения констант устойчивости комплексов производных бетулина (бетулиновая и бетулоновая кислота) с Р-циклодекстрином методом КЭ.

Личный вклад автора Все исследования, обработка и анализ результатов, подготовка и оформление публикаций выполнены автором лично или при его непосредственном участии.

Апробация работы

Результаты работы представлены на Всероссийской научной молодежной школе-конференции «Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии» (Омск, 2012, 2014); IX научной конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Красноярск, 2012); II Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» (Краснодар, 2013); конференциях молодых ученых ИХХТ СО РАН (Красноярск, 2013, 2014, 2015); конференции молодых ученых КНЦ СО РАН (Красноярск, 2014); XXVI Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Казань, 2014); XX International conference on chemical thermodynamics in Russia (Nizhni Novgorod, 2015).

Диссертационная работа выполнена в лаборатории молекулярной спектроскопии и анализа ИХХТ СО РАН в соответствии планами НИР Института «Спектроскопические, квантово-химические и электрохимические методы в исследовании структуры и моделировании процессов образования новых соединений, включая комплексы благородных металлов, и материалов на их основе» на 2011-2015 годы. Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта №14-03-32028 мол-а.

Публикации По материалам диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структу ра и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, глав с обсуждением полученных результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы (162 наименования). Работа изложена на 104 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 27 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены новизна, практическая значимость полученных результатов и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ литературных данных по комплексным соединениям переходных металлов с органическими лигандами и супрамолекулярным комплексным соединениям; методам определения констант устойчивости комплексных соединений; теории метода капиллярного электрофореза и его применении для определения констант устойчивости различных соединений. Показано широкое использование метода КЭ для определения констант устойчивости комплексов, образованных растворимыми в воде соединениями и отсутствие методики определения констант устойчивости комплексов, образованных практически нерастворимыми в воде соединениями.

Во второй главе приведены список используемых в работе реактивов, оборудования и условия эксперимента. Все основные измерения проводили на приборе КРЦКП СО РАН - системе капиллярного электрофореза с диодноматричным спектрофотометрическим детектором Agilent 3DCE G1600A (Agilent Technologies, Waldbronn, Германия).

Третья глава посвящена обсуждению полученных автором результатов.

3.1. Применение метода КЭ для определения констант устойчивости комплексов железа (П1) с сульфосалициловой кислотой.

Комплексы железа с сульфосалициловой кислотой являются достаточно

СС

изученными объектами. Сульфосалициловая кислота (H3L)он образует с ионами железа (III) три различно окрашенных устойчивых комплексных соединения, отличающихся друг от друга по составу. Соответствующие реакции комплексообразования можно представить следующим уравнением:

Fe3+ + jL3~ <-> \Fe(L)j]3~3i, (1)

где j — 1, 2 или 3. При рН 2-4 в растворе существует красно-фиолетовый комплекс в соотношении железо: сульфосалициловая кислота 1:1, в среде с рН 2-8 - комплекс

\

1

состава 1:2 красно-коричневого цвета, а при рН 6-11 преобладает комплекс желтого цвета с соотношением компонентов 1:3. При рН 12 сульфосалицилат железа начинает разрушаться с выделением осадка основных солей и гидроксида железа.

Для того чтобы исключить возможность образования системных пиков, целесообразнее всего использовать фоновый электролит на основе только лиганда. В соответствии с этим сульфосалициловая кислота была выбрана не только в качестве лиганда, но и как рабочий фоновый электролит. Известно, что буферная емкость фонового электролита максимальна при рН = рА"„. Константа кислотности

а

1.0

0.8 0.6 0.4 02 0.0

\ / \/

3 4

рп

по второй ступени для сульфосалициловой кислоты составляет рКаг = 2,51. Следовательно, рН рабочего фонового электролита должно лежать в диапазоне 2,51±1,00.

На рис. 1 приведена диаграмма распределения комплексов железа с сульфосалициловой кислотой для диапазона рН 1-7. Как видно из рис. 1, в диапазоне 2,51±1,00 образуются комплексы железа с сульфосалициловой кислотой в соотношении 1:1 и 1:2.

Константа устойчивости комплексов, образующихся по уравнению (1) согласно закон)' действующих масс при заданной ионной силе равна:

Рис. 1. Диаграмма распределения комплексов железа с сульфосалициловой

кислотой: 1 - [РеЬ]°, 2 -[РеЬ^, 3 - [РеЬг]6~. Ионная сила 0,05

ßj

= [Fe{L)j] lFe]iL]i ■■

(2)

где fij - общая константа устойчивости комплекса Fe(L)j, [Fc(L)j\, [L] и [Fe] -равновесные концентрации комплекса j, свободного лиганда и свободного иона железа (III), соответственно.

Так как комплексы железа (III) с сульфосалициловой кислотой являются лабильными, то всем ионным формам комплексов соответствует один пик на электрофореграмме, электрофоретическая подвижность которого является средневзвешенной всех отдельных ее видов:

ЧуРФ = Е"=о а) ' ß{Fe(L)j).

(3)

где с^ - мольная доля комплекса Ре(Ь)/, - электрофоретическая подвижность

комплекса Fe(Z,>l^ (или свободного металла для_/' = 0).

Учитывая, что мольная доля для каждой ионной формы комплексов железа с сульфосалициловой кислотой а, выражается как

= [МЦ,] = [МЦ;] = >

где С'/,-, - общая концентрация всех комплексных форм железа, связь измеряемого значения электрофоретической подвижности пика с константами устойчивости и концентрацией лиганда описывается уравнением:

^ДГе) = ■ (5)

В выбранной области значений рН электрофоретическая подвижность комплексных форм, исходя из уравнения (4), рассчитывается по уравнению:

- Р^РЛ^-} ■ (б)

Для кислой среды уравнение (б) может быть преобразовано в следующее уравнение:

-2- =-&-+-1-. (7)

Из экспериментальных условий электрофоретическая подвижность комплекса Иэфф< рассчитывается по уравнению:

_ ¿эфф'1ч6щ ( 1 1 \

(8)

где Ь3фф и - эффективная и общая длина капилляра; и - приложенное напряжение; 'эол и /м - времена миграции электроосмотического потока (ЭОП) и комплекса соответственно.

Кроме того, необходимо, чтобы в каждом из растворов, содержащем различную концентрацию лиганда, ионная сила была постоянной, поэтому в работе ионную силу раствора рабочего фонового электролита поддерживали постоянной, I = 0,05. Для изучаемой системы она выражается следующим уравнением:

1 = V2 dK+] + {OH-} + [H+] + [H2L-] + 4 ■ [HL2"] + 9 • [L3-]). (9)

Учитывая уравнение электронейтралыгости для изученной системы ([К+]+[Н+]=[Н2Ь" ]+2[НЬ ]+3[Ь ]+[ОН"]), уравнение (9) можно преобразовать в следующее уравнение:

I = «1" + 3 • а2 • СНз1_ + 6 • а3 • СНз1 + [ОН"], (10)

где Спи - общая концентрация сульфосалициловой кислоты; аь а2, я, - мольные доли равновесных форм сульфосалициловой кислоты, зависящие только от рН раствора. Тогда общая концентрация сульфосалициловой кислоты рассчитывается по уравнению:

¡-IQ"']

(П)

Равновесная концентрация лиганда (сульфосалицилат-иона //. ]) может быть рассчитана по уравнению:

1 J H2L! \к .к к )

(12)

где [Н*] - равновесная концентрация ионов водорода; Ки К^ - константы диссоциации сульфосалициловой кислоты по второй и третьей ступени.

3 Н

I «■

S

о

рН=3,5

рН=3,3

А

pIM.O

рН-2,5

7 8 9 10 11 12 t, МИН

Рис. 2. Электрофореграшт комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой pH от 2,5 до 3,5.

ofio oji о ja из

Рис. 3. Зависимость 1//х,фф от l/fL*"]

Для разных концентраций лиганда в фоновом электролите получены

электрофореграммы комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой, которые приведены на рис. 2. Как видно из рис. 2, с увеличением рН и, соответственно, увеличением равновесной концентрации сульфосалицилат - ионов в растворе, время миграции комплексов уменьшается, а электрофоретическая подвижность увеличивается.

На основании уравнения (6) и по тангенсу угла наклона полученной экспериментальной зависимости (рис. 3) рассчитано отношение констант устойчивости комплексов ^ (Р2Ф1Х которое составило 10,7±0,9 (п=3, Р=0,95). Полученное значение хорошо согласуется с литературными данными (10,3 [Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. - М.: Химия, 1989. - 448 е.] и 10,8 [Инцеди Я. Применение комплексов в аналитической химии. - М.: Мир, 1979. - 376 с.]), что свидетельствует о достоверности полученных результатов и применимости метода КЭ для определения констант устойчивости переходных металлов с органическими лигандами.

3.2. Оптимизация разделения ионов переходных металлов в виде комплексов с органическими лигандами на примере определения меди (II) и железа (1П) в коньяках методом КЭ.

Непосредственное определение и изучение ионов переходных металлов методом КЭ затруднительно из-за близости электрофоретических подвижностей гидратированных ионов металлов и существующей вероятности их взаимодействия с силанольными группами стенок кварцевого капилляра, поэтому ионы переходных металлов методом КЭ определяют в виде комплексных соединений с органическими лигандами.

Оптимизация разделения ионов переходных металлов в виде комплексных соединений с органическими лигандами методом КЭ изучена при разработке методики определения железа (III) и меди (И) в коньяках, отсутствующей в литературе. Содержание этих металлов в коньяках нормируется ГОСТ Р 51618 - 2000 и в настоящее время определяется по методикам ГОСТ 26931-86 и ГОСТ 13195-73 колориметрическим, полярографическим, атомно-абсорбционным методами. Применение указанных методов требует предварительной пробоподготовки, заключающейся в минерализации проб, что значительно увеличивает продолжительность анализа. Исключить длительный этап пробоподготовки позволяет метод КЭ.

При разработке методики в качестве органических лигандов на основании значений констант устойчивости были выбраны сульфосалициловая и этилендиаминтетрауксусная (ЭДТА) кислоты, образующие устойчивые комплексы с ионами железа (III) и меди (II) (логарифмы констант устойчивости меди (II) и железа (III) с сульфосалициловой кислотой равны - 16,45 и 33,10, с ЭДТА -18,80 и 24,23, соответственно). Исследован ряд фоновых электролитов на основе сульфосалициловой

кислоты, тетрабората натрия, ЭДТА, уксусной кислоты с различным значением рН. Изучено влияние рН фоновых электролитов на разделение и определение железа (III) и меди (II) в коньяках.

Показано, что использование

сульфосалициловой кислоты в качестве лиганда и фонового электролита с рН 2,5, с применением косвенного способа

детектирования, позволяет определять в модельном растворе, содержащем ионы меди (II) и железа (III), только комплекс железа (III) с сульфосалициловой кислотой. Это может быть связано с тем, что поглощение света в УФ-области комплекса меди (II) с сульфосалициловой кислотой совпадает с поглощением фонового электролита.

Использование ЭДТА в качестве лиганда и фонового электролита на основе раствора тетрабората натрия с рН 9,2, который довольно часто применяют при определении ионов переходных металлов, с применением прямого способа детектирования, позволяет разделять железо (III) и медь (II) в модельной смеси. Однако, при данном рН разделению и определению металлов мешают посторонние примеси присутствующие в коньяке.

Устранить влияние посторонних веществ, присутствующих в коньяке, на разделение комплексов металлов с ЭДТА можно путем варьирования рН фонового электролита. На рис. 4 приведена зависимость мольных долей комплексов меди (II) и железа (III) с ЭДТА от рН раствора. Как видно из рис. 4, кроме комплексов РеЭДТА", СиЭДТА2", также образуются протонированные комплексы и гидроксокомплексонаты металлов.

Комплексы металлов с ЭДТА объемны, поэтому их разделение происходит, в большей степени, благодаря различию в зарядах. Эффективный заряд комплекса с ЭДТА может быть вычислен по формуле:

Рис. 4. Диаграмма распределения комплексов железа (III) и меди (II) с ЭДТА. 1 - ИеНЭДТА, 2 - РеЭДТА', 3 -Fe(OH)3ffTA2", 4 - СиНЭДТА', 5 -СиЭДТА2', 6-Си(ОН)ЭДТА3'.

2-СиЭДТА

Рис. 5. Зависимость эффективного заряда комплексов железа (III) (1) и меди (II) (2) с ЭДТА от рН

2эфф — Z"=l ai ' zi >

(13)

где а, и z, - молярная доля комплекса металла с ЭДТА (включая протонированные и гидроксокомплексонаты) и его заряд соответственно. На рис. 5 приведены зависимости эффективного заряда комплексов железа (III) и меди (II) с ЭДТА от рН. Как видно из рис. 5, хорошее разделение комплексов наблюдается при рН 4-8.

Применение ЭДТА в качестве лиганда и фонового электролита с рН 6,2 (что соответствует константе диссоциации ЭДТА по второй ступени (p/Ci = 6,16) и максимальной буферной емкости ее, как фонового электролита) не позволяет определять комплексы железа (III) и меди (II) с ЭДТА, поскольку при данном рН электроосмотический поток (ЭОП) слишком сильный и гидродинамического давления не хватает для его подавления.

Известно, что скорость ЭОП уменьшается с уменьшением рН, поэтому в качестве фонового электролита был использован 10 мМ ацетатный буферный раствор с рН 4,7 (рКа = 4,76) с добавлением 1 мМ ЭДТА. На рис. 6 приведена электрофореграмма стандартной смеси комплексов железа (III) и меди (II) с ЭДТА.

Усл. ед

ж

JL

Усл. ед

4 Б В 7 В В 10 (; мин

Рис. 7. Электрофореграмма образца коньяка "Коньяк Российский трёхлетний "Три звездочки " (г. Кизляр). 1 - СиЭДГА; 2 — РеЭДГА.

мин

Рис. 6. Электрофореграмма стандартной смеси ионов меди и железа в виде комплексов с ЭДТА с фоновым электролитом 10 мМ СНзСООН, 1 м\4 ЭДТА СрН 4, 7).

1 - СиЭДГА; 2 - РеЭДГА.

Как видно из рис. 6, в этих условиях пики железа (III) и меди (II) разделяются с разрешением К, » 1. Установлено, что определению железа и меди в коньяке с использованием фонового электролита на основе уксусной кислоты не мешают посторонние вещества, присутствующие в коньяке (рис. 7). Вероятно, при изменении рН

с 9,2 до 4,7 меняется степень диссоциации посторонних веществ, присутствующих в коньяке, и они не накладываются на пики комплексов железа (III) и меди (II) с ЭДТА. Значения электрофоретических подвижностей комплексов железа (III) и меди (II) с ЭДТА для модельной смеси и образца коньяка хорошо согласуются между собой (таблица 1). Пределы количественного определения составили 0,06 мг/л для железа (III) и 0,6 мг/л для меди (И).

Таблица 1. Значения электрофоретических подвижностей (¡¿зфф-К?, м2/ (Вс)) комплексов железа (III) и меди (11) с ЭДТА (п =3,Р = 0,95)

Таким образом, разработана методика определения ионов меди (И) и железа (III) в виде комплексных соединений с ЭДТА в коньяках методом КЭ, которая является более простой и экспрессной по сравнению с юстированными. Полученные результаты могут быть использованы для анализа и исследования переходных металлов в виде комплексных соединений с органическими лигзндами методом КЭ в водных и водно-органических средах.

3.3. Определение констант устойчивости супрамолекулпрных комплексов растворимых и практически нерастворимых производных бетулина с ß-циклодекстрниом.

Производные бетулина, относящиеся к пентациклическим тритерпеноидам лупанового ряда, обладают фармакологической активностью, включая ингибирование вируса иммунодефицита человека, антибактериальное, противомалярийное, противовоспалительное, аитиоксидантное и противораковое действие. Однако, медицинское применение практически нерастворимых в воде производных бетулина весьма ограничено. В настоящее время растворимость многих лекарственных и биологически активных соединений, повышают за счет комплексообразования с циклодекстринами (ЦД), которые способны образовывать супрамолекулярные комплексы с другими молекулами органической и неорганической природы, тем самым повышая их растворимость. Молекулы циклодекстринов состоят из шести (а-ЦД), семи (ß-ЦД) или восьми (у-ЦД) остатков D-глюкопиранозы, связанных «голова к хвосту» а-гликозидной связью (рис. 8, а). Форма молекулы представляет собой полый усеченный конус. Все ОН-группы в циклодекстринах находятся на внешней поверхности молекулы, поэтому их внутренняя полость является гидрофобной и способна образовывать в водных растворах комплексы включения с другими молекулами органической и

Комплекс Стандартная смесь Образец коньяка

[СиЭДТА]2" 54,8±0,2 54,6±0,3

[РеЭДТА]" 38,7±0,2 38,5±0,3

неорганической природы. В комплексах включения кольцо циклодекстрина является «молекулой хозяином», включённое вещество называют «гостем» (рис. 8, б).

о+Ь=ф

«Гость» Ург^ ^^

«Хозяин

Супрамолекулярньш комплекс

Рис. 8. Структурная формула /?-циклодекстрина (а) и схема образования супралюлекулярного

комплекса (б)

3.3.1. Супрамолекулярные комплексы растворимых производных бетулшш с ¡1-циклодекстрин ан

Для определения констант устойчивости растворимых в воде производных бетулина (натриевые соли 3,28-дисульфата бетулина и З-ацетата-28-сульфата бетулина) методом КЭ найдены оптимальные условия эксперимента: фоновый электролит на основе 20 мМ фосфорной кислоты с различными добавками Р-ЦД (0-2 мМ), рН 2.5; напряжение -30 кВ; гидродинамическое давление 50 мБар; ввод пробы гидродинамический 50 мБар в течение 2 с.

При 1:1 взаимодействии электрофоретическая подвижность (/¡,фф) связана с концентрацией лиганда следующим образом:

Рэфф ' VI —

1 +^°'[СВ]

(14)

где /и ~ электрофоретическая подвижность производных бетулина без Р-ЦД;

Масб ~ электрофоретическая подвижность комплекса; [СО] - концентрация Р-ЦД в

фоновом электролите; V, - поправочный коэффициент на изменение вязкости.

Поправочный коэффициент на изменение вязкости для каждого раствора рассчитывали по уравнению:

Ч=Г2=£ (15)

где г.1 и г;, - вязкость фонового электролита в присутствии и без |3-ЦД; /; и 12 - время, требуемое для миграции диметилсульфоксвда (II = 0 кВ; Р = 50 мБар) от входного конца до детектора, в присутствии Р-ЦД и без него, соответственно.

Для нахождения констант устойчивости уравнение (14) преобразовали в линейную форму:

1 + ----г. (16)

Иэфф'Ч-РА (масо-РА)Р° 1™] (РАСО-РА)

Элекгрофоретическую подвижность из экспериментальных условий рассчитывали по формуле:

По тангенсу утла наклона полученной экспериментальной зависимости, которая приведена на рис. 9, с использованием уравнения (16) определены константы устойчивости комплексов растворимых производных бетулина с р-ЦД. Их значения составили 7500 ± 100 М"1 для 3,28-дисульфата бетулина и 10100 ± 500 М"1 для 3-ацетата-28-сульфата бетулина (и = 3, Р = 0,95).

3.3.2. Супрамачеку.тярные комплексы практически нерастворимых производных бетулина с/1-цнкюдекстринам

Для определения констант устойчивости комплексов включения макроциклических молекул с практически нерастворимыми соединениями методом КЭ предложена новая методика, которая основана на измерении концентрации вещества, перешедшего в растворы с различной концентрацией р-ЦД.

Образцы практически нерастворимых соединений (бетулиновая и бетулоновая кислоты) в количестве, превышающем их растворимость в воде, добавляли к водным

растворам Р-ЦД с концентрациями 0, 2, 5, 10 и 15 мМ и перемешивали при комнатной температуре. Для установления оптимального времени перемешивания полученные смеси отбирали через 2, 4, 8, 24 и 48 часов и анализировали методом КЭ. Найдено, что

часов и более длительного перемешивания не

равновесие наступает в течение 2 требуется.

I, мин

Рис. 10. Влияние концентрации Р~ЦД на площадь пика бетулоновой кислоты

Установлено, что оптимальной для метода КЭ является следующая пробоподготовка: после перемешивания смесь кислоты с Р-ЦД в водном растворе последовательно центрифугировали, фильтровали, затем снова центрифугировали.

Измерены концентрации кислот методом КЭ в отсутствии Р-ЦД и при различных его концентрациях (рис. 10). В качестве фонового электролита использовали 10 мМ тетраборат натрия с добавкой 10 % этилового спирта, рН 9,1; напряжение +10 кВ; гидродинамическое давление 50 мБар; ввод пробы гидродинамический 50 мБар в течение 50 с. По полученным данным построены диаграммы растворимости и по методу Хигучи и Конорса

(уравнение 18) рассчитаны константы устойчивости комплексов кислот с Р-ЦД:

5 = /?°-50-[С£>]+50, (18)

где 5 - растворимость кислоты в присутствии Р-ЦД; ^ - растворимость кислоты в воде; [СЬ] - концентрация Р-ЦД в растворе.

Значения констант устойчивости составили 250 ± 20 М"1 для бетулиновой и 300 ± 20 М"1 для бетулоновой кислот (п = 3, Р = 0,95).

Выводы

1. Метод КЭ применен для исследования различных комплексных соединений: комплексов переходных металлов с органическими лигандами на примере комплексов меди и железа и супрамолекулярных комплексов макроциклических молекул с биологически активными соединениями на примере комплексов растворимых и практически нерастворимых производных бетулина с Р-циклодекстрином.

2. Определено отношение констант устойчивости lg (IVßi) комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой методом КЭ (10,7 ± 0,9), которое хорошо согласуется с литературными данными. Полученные результаты свидетельствует о применимости метода КЭ для исследования комплексов переходных металлов с органическими лигандами.

3. Разработана методика определения железа (III) и меди (II) в коньяках в виде комплексных соединений с органическими лигандами методом КЭ.

4. Впервые методом КЭ определены константы устойчивости комплексов ß-циклодекстрина с растворимыми производными бетулина: 3,28-дисульфатом и 3-ацетат-28-сульфатом бетулина, которые составили 7500 ± 100 М"1 и 10100 ± 500 М"' соответственно.

5. Разработана новая методика определения констант устойчивости комплексов макроциклических молекул с практически нерастворимыми в воде соединениями методом КЭ. Впервые методом КЭ определены констаты устойчивости комплексов ß-циклодекстрина с практически нерастворимыми производными бетулина: бетулиновой и бетулоновой кислотами, которые составили 250 ± 20 М'1 и 300 ± 20 М соответственно.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях

Статьи в изданиях рекомендованных ВАК РФ

Х.Попова О.В., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Применение метода капиллярного электрофореза для определения констант устойчивости комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой в соотношении 1:1 и 1:2 // Журнал Сибирского Федерального университета. Химия. - 2014. - Т. 4. - №. 7. - С. 518525.

2. Попова О.В., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Левданский В.А., Рубайло А.И. Определение констант устойчивости комплексов включения производных бетулина с ß-циклодекстрином методом капиллярного электрофореза // Доклады Академии наук. Химия. -2015. - Т. 461. -№ 1.-С.41-43.

3. Попова О.В., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Применение метода капиллярного электрофореза для определения железа и меди в коньяках // Журнал аналитической химии.-2015.-Т. 70.-№. 2.-С. 174-178.

Тезисы докладов

1. Попова Ü.B., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Оценка констант устойчивости комплексов железа (III) с сульфосалициловой кислотой методом

капиллярного электрофореза. // IX научная конференция Аналитика Сибири и Дальнего Востока. Тезисы докладов. - Красноярск, 2012. - С. 174.

2. Попова О.В., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Оценка констант устойчивости комплексов переходных металлов с органическими соединениями методом капиллярного электрофореза // Тезисы докладов II Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез». - Краснодар, 2013. - С. 36.

3. Попова О.В., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Определение железа и меди в коньяках методом капиллярного электрофореза // Тезисы докладов II Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез», - Краснодар, 2013. - С. 71.

4. Сурсякова В.В., Попова О.В., Бурмакина Г.В., Рубайло А.И. Выбор оптимальных условий определения констант устойчивости комплексов металлов методом капиллярного электрофореза // Тезисы докладов II Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез». - Краснодар, 2013,- С. 75.

5. Попова О.В., Сурсякова В.В. Изучение возможности применения метода капиллярного электрофореза для оценки констант устойчивости комплексов переходных метачлов с органическими соединениями // Сборник трудов конференции молодых ученых КНЦ СО РАН. - Красноярск, 2013. - С. 52-53.

в. Попова О.В., Сурсякова В.В., Изучение комплексообразовалия производных бетулина с р-циклодекстрином методом капиллярного электрофореза // Сборник трудов конференции молодых ученых КНЦ СО РАН. - Красноярск, 2014. - С.361-363.

7. Попова О.В., Сурсякова В.В., Бурмакина Г.В., Левданский В.А., Рубайло А.И. Оценка констант устойчивости комплексов производных бетулина с Р-циклодекстрином методом капиллярного электрофореза. // IV Всероссийская научная молодежная школа-конференция. Химия под знаком СИГМА: исследования, инновации, технологии. Тезисы докладов. - Омск, 2014. - С.144-146.

8. Попова О.В., Сурсякова В.В. Бурмакина Г.В., Левданский В.А., Рубайло А.И. Исследование комплексов включения производных бетулина с Р-циклодекстрином методом капиллярного электрофореза. // XXVI Международная Чугаевская конференция по координационной химии. Тезисы докладов. - Казань, 2014. - С. 420.

9. Попова О.В., Сурсякова В.В. Применение метода капиллярного электрофореза для определения констант устойчивости комплексов биогенных металлов и супрамолскулярных комплексов биологически активных соединений // Сборник трудов конференции молодых ученых КНЦ СО РАН. - Красноярск, 2015,- С.34-38.

10.1'орт'а О. v., Sursyakova V.V., Burmakina G.V., Levdansky V.A., Rubaylo A.I. Determination of stability constants of cyclodextrins inclusion complexes with betulin derivatives by capillary electrophoresis /'/' XX International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia (RCCT-2015): Abstracts. - Nizhni Novgorod, 2015. - P. 159.

Автор выражает благодарность за помощь в работе и поддержку к.х.н. Сурсяковой В.В., Д.Х.Н. Рубайло А.И., к.ф-м.н. Максимову Н.Г. и за предоставленные соединения д.х.н. Левданскому В.А..

Подписано в печать 28.09.2015 г. Заказ № 460 Отпечатано на ризографе на бумаге офсетной 80 г/\г Формат 60x84/16 Уч. узд. листов 1,75. Тираж 110 шт.

Отпечатано в типографии И.П. Дворядкин Б.В. г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 28, оф. 156 тел. 290-72-32 e-mail: darma@akadem.ru