Синтез сетчатых сополимеров производные этинилпиперидола и их взаимодействие с сывороточным альбумином тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

ТАШКЕНТСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В. И. ЛЕНИНА

На правах рукописи ШАРИФОВА ЗЕБУНЙСО БАЗАРОВНА

СИНТЕЗ СЕТЧАТЫХ СОПОЛИМЕРОВ ПРОИЗВОДНЫХ ЭТИНИЛПИПЕРИДОЛА И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СЫВОРОТОЧНЫМ АЛЬБУМИНОМ

(02.00.06 — Химия высокомолекулярных соединений)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических йаук

Ташкент — 1990

Работа выполнена в лаборатории химии медико-биологических полимеров Института химии им. В. И. Никитина АН Таджикской ССР.

Научный руководитель:

Кандидат химических наук, ст. н. с. Халиков Д. X.

Официальные оппоненты:

Доктор химических наук, член-корр АН УзССР Аскаров М. А. Кандидат химических наук, доцент Бабаев Т. М.

Ведущая организация: Казахский государственный университет им. С. М. Кирова, г. Алма-Ата.

Защита диссертации состоится « //» 1991 г.

в часов на заседании специализированного совета

Д 067.02.05 при Ташкентском государственном университете им. В. И. Ленина по адресу: 700095, Ташкент, Вузгородок, ТашГУ, химфак, ауд. 225.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТашГУ.

Автореферат разослан « 19э/г,

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук

Шестерова И. II.

• О^щая характеристика работы

Актуальность проблемы. Одной из основных задач интенсивно развивающейся области науки - химии медико-биологических полимеров является проблема создания полимерных материалов с направленным физиологическим действием. Важным аспектом данной проблемы является разработка новых видов высокоэффективных сорбентов дли контакта с биологическими жидкостями, в чаотности для очистки крови от токсических продуктов метаболизма путем гемосорбпии. Для уопешного применения полимерных материалов в качестве гемосорбентов необходимо решение проблем ге ко с о вме с тим ос ти, гемодинамики, токсикологии, а4 такйо придания им селективности по отношению к эадотоксинаи. Используемые в настоящее время сорбенты,„главным образом на основе активированных углей, для извлечения эндотоксинов из биологических жидкоотей характеризуются отсутствием избирательности и недостаточной гемосовместиыостыо.

Шесте с тем разработка любого полимер^ предназначенного для контакта о биологическими жидкостями, предусматривает изучение его воздействия на сывороточные белки, поскольку они являются основными компонентами биологических жидкостей и участвуют в переносе многих токсических метаболитов.

В связи с этим создание гемосошестишх-сорбентов на основе синтетических полимеров и изучение закономерностей их взаимодействия о сывороточными белкаш является важной и актуальной задачей.

Для решения поставленной задачи' особый интерес в качестве мономеров представляют производные этинилпииеридола. Наличие ряда Функциональных групп в их структуре, а такгга сопряженная система двойной и тройной связей дает возможность широко варьировать строение и молекулярные параметры, придавая, тем самым, полученным полимерам заданные свойства.

Целып данной работы является исследование закономерностей синтеза, изучение $нзуко-химических и сорбционных свойств сетчатых сополимаров на основе производных этинилшшеридола, выяснение механизма их комплексообразовакия с сывороточным альбумином.

Научная новизна. Впервые синтезированы сетчатые сополимеры проипвддннх этинилпиперидола и изучены их физико-химические и сорб-циошше свойства. IIa основании изучения электрохимических свойств ' синтезированных сетчатых сополимеров сделан вывод о малом взаимном влиянии функциональных групп при их ионизации иди взаимодействии с различными агентами. Обнаружена трехсгуяеичатос?* гидрага:ши

сотччсих соподиморос, ,1

•/.?:/ч(лш изоторш и кинетика сорбции САЧ сетчатши сополимерами произведшие этшэдллйпорвдсла в зак'.сш/.ости от стеие'.;а сшивания, состипа сополимеров и условий средн. Для термодинамического анализа иродосса сорбции проведен учет всех ц^тс^юв, вливших на изменение свободной энергии системы, состоящей из равновесной фазы сопатого соцояпшра и ¡«сгворз бедка. Показано, что термодинамически выгодное протекание процесса сорбция САЧ определяется не только распределением компонентов между (]^зя!гя, но и количеством и активность» поди в <1ше коняга, коса ери ткы»;м взаимодействием между цепями сополимера н иоаакуксл.и альбумина, причем в устойчиЕооти комплексов сущосгг.е;шу» роль играет гидрофобное взаимодействие в гидрофильной среде.

Обоснована т:озг>сжнооть использования синтезированных сололима-ров производных этишиишпоридола в качество гемосошостиммх материалов, что и родом с не три ров юо в экспериментах не киволшх.

Дг^ктн^еока» ценность работы, Результаты проведенного исследования вносят существошшй вклад в расширение круга -полимеров, обладавших сор^ционними свойствами. Синтезированные в работе сетчатые сополимера на основу производных егинилшшеридола ыожно рассматривать как сорЗеиты длг удадрния избытка сывороточнь'х белков, имунных комплексов и эндотоксинов путем геыосорбшш.

- закономерности синтеза сетчатых сополимеров на основе производных зтышлдтшридоля;

- незначительной взаимное, влияние функциональных групп синтезированных сетчатых сополимеров щм кх ионизации;

- три уровня гидратации сетчатых сополимеров прозводных &тинил-цкпешдола в зависимости от относительной влажности;

- кооперативы^ характер взаимодействия синтезировгшшх сетчатых сополимеров с сывороточным альбумином человека;

- двухступенчатый - необратимый (в начальной стадии процесса) и обратимый - механизм сорбции сывороточного альбумина гидрогелями производных отикллшшеридола;

- Еозмохнобть ириыенекия сетчатых сополимероч производных эштягшёридоло в качестве гемосошсстимых материалов.

Дцробация работь.Основние результаты работы били доложены на Г, УП и У!Л Всесоюзных симпозиумах "Синтетические полимеры модищш- . ^скоп.- назначения" (Рига, 1Э8х; Шнек, 1965; Киев, 1983), 28-и

микросимпозяуме по макромолекулам "Поли;,юру в медицина л биология" (Прага, Чехословакия, 1984), Всесоюзной конференция "Сорбцпошше методы детоксикации и иммупокоррекции в хирургии" (Ташкент, 1984), Всесоюзной конференции "Старание я стабилизация полимеров" (Лушпнбо, 1989), Всесоюзной конференции по радикальной полимеризации (Горький, I98S).

Публикации. Но материалам диссертации опубликованы II научных статей и тезисов докладоз.

Вклад звторд - работу состоит в самостоятельном проведении эксперимента, обработке поточенных результатов и активном участии в сбсуядзшш результатов и выводов.

Структура и объем диссертационной работ». Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка испольован-ной литературы и приложения. Работа изложена на 137 страницах кжш-нописного текста. Иллюстрационный материал представлен 42 рисунками и 12 таблицам!, список использованной литературы вклгнает 138 наименований.

Во введении охарактеризована актуальность проблей; я сформулированы задачи и конечная цель исследования,

В литературном обзоре, которой составляет первую главу диссертации и состоит из двух разделов: "Реакционная способность ненасыщенных производных этинллпяперидола в реакциях радикальной полимеризации" и "Взаимодействие сывороточных белков с синтетическими полимерами", проведен анализ имощихся по ксстаящее время исследований отечественных и зарубежных ученых по изучению указанных в названиях разделов проблем. . .'- ■

В экспериментально,'! часта, представляющей вторую главу диссертации, приведены характеристика исходных веществ и использованных реагентов,'методики синтеза £ изучения'физико-химических свойств сетчатых сополимеров производных этинилдиперидола.

3 третьей главе - "Результаты и их обсуждение" - изложены данные, полученные в результате проведения исследования в соответствии с цельп и>бсти.

3 приложении к.диссертации представлены акты испытаний синтезированных сетчатых сополимеров, отражающие практическую ценность полученных результатов.

Основное содержание рябош

I. Особенности формирования сетчатых сополимеров • производи« этинилпиперидола

При совместной полимеризации моно- и (^функциональных мономеров образуются сетчатые полимеры, свойства которых определяются как природой исходных веществ, так и условием формирования сетчатой структуры.

При сиитезе сетчатых сополимеров в качестве монофункциональных кономоров были использованы вшшл - (ВЭТП) и изопропенилэтинил-тршетилшпервдол (ИПЭТП) и N- шнлллирролидон (N - ЕЛ), в качество бифункциональных - N,N- мотилен-бис-акриламид (BIC) и диме-такрилат эгиленгллколя (ДМАЭГ). Реакцию сополимеризации осуществляли как в водной среде, так и в этаноле с применением радикальных инициаторов - соответственно персульфата аммония и динитрила азоизомасяяной кислоты (ДАК).

В таблицах I и 2 приведе!ш данные по характеристике, сетчатых сополимеров, синтезированных при различных соотношениях исходных компонентов в этаноле.

Таблица I

Характеристика двойных сетчатых сополимеров > производных этинилпиперидола

Доля компонентов в : исходной реакцион, : смеси. моль« : Количество : инициатора,: ■тсс% : По'Ю4, моль/г So, г/г

ИЗ ТП : БИС : ДАК : в воде : в физ.р-ре

95,23 4,77 1,5 7,49 7,6 5,2

91,93 8,07 1,5 12,75 4,0 2,9

88,85 11,14 1,5 17,76 3,5 3,0

66,00 14,00 1,5 22,39 2,1 1,9

64,17 15,83 1,5 25,40 1,5 1,3

88,15* 11,85. 1,0 11,8 8,2 5,9

63,22 16,78 1,0 16,94 6,3 4,8

к ИПЭТП.

Приведонныо экспериыентадьные данные показывают, что нахао~ мость гидрогелей, полученных на основе очного монофункционального мономера (двойные сетчатые сополимеры) уменьшается с ростом содержания бифункционального 'мономера в реакционной среде.

Видно также (табл.1 и 2), чГо степень набухания гидрогелей зависит от природа мономера: в ряду N - Ш, ЬЭТП и Ш13ТП уменьшается влияние сшвагадего агента, т.е. при одинаковом содеряганпи

Таблица 2

Характеристика тройных сетчатых сополимеров производных этишшшлеридола

вольная доля коыпоион- : Кол-во : Мольная доля зиеньев . : пс • ю4 г/г

'а/и. тов в исходной |)еакци- ; инкцаа-: в гидрогеле, в % моль/с

онпой смеси, в това :

; иЩ :

КЭТИ : Ы- Ш : БИС : масс% : ВЭТП : Ы-Ш : БйС ! !в воде :в фкз.р-ре

Т ± 49,03 45,03- 1,04 1,5 79,43 18,27 2,29 2,59 9,7 6,3

2 49,03 49,03 1,94 0,5 78,70 19,00 2,30 2,61 73,3 26

3 22,83 68,65 8,59 1,0 40,64 49,72 9,64 14,43 4,7 3,9 1

4 13,52 78,06 2,42 1,5 32,60 64,70 2,70 3,89 . 16,7

5 9,80 88,63 1,52 1,0 16,59 81,89 1,52 2,43 6,9 5,3

6 22,99353 68,96. 8,06 1.0 55,96!к3е,39 7,64 ' 9,10 ' ' 23 9,8

7 — 96,65' 3,35 1,5 — — _ .6,18 .4,0 3,8

8 23,40*® 70,21 6,39*** 1.0 53,15®* 40,23 с.бг5035 .8,35 16,8 8,6

» _ для йодметилярованных образцов; ** - КПЗТП; 5X55 - дадэг

- ь

сшивающего агента в составе сетчатого сополимера набухаемость гидрогелей на основе ШЫП больше, чем гидрогелей на основе БЭ'Ш

При включении в состав сетчатого сополимера второго монофункционального мономера - Н- Ш (тройные сетчатые сополимеры) и постоянном содержании бифункционального мономера зависимость степени иабухяния от мольной доли звеньев производного атанидпиперидола имеет экстремальный характер (рио.1).

Одной из причин наблюдаемой взаимосвязи степени набухания от природы ыонокерних звеньев может являться наличие дефектов в структуре гидрогеля в Еида отрезков цепей, прикрепленных к цроотранст-веиноИ сотке только одним концом.

Рис. 1. Зависимость отеиени набухания гидрогелей от содержания звеньев ВЭТП в сетчатом сополимере; Пс'Ю4 = 4,1 (I) и 12,8 моль/д (2).

Дефектность сетчатой отруктуры, как известно, связана о реакционной способностью мономеров и их растущих радикалов, т.е. определяется соотношением констант рсота (Кр) и. обрыва (К0) цепи в реакциях радикальной полимеризации. При'этом чем больше отношение Кр/К 0 , тем меньше отмоченная дефектность структуры сетчатого полимера,а механические свойства гидрогеля лучше.

Чисденное значение отношения этих констант, полученное различным! авторами при изучении кинетики радикальной полимеризации,

и М- Ш

ф

> То 4С ¿0 "¿0

ЮО

- э -

а также наши данные, полученные при изучении сополимеризации ИПЭТП и Ы- Ш в отсутствие бифункционального монсмера, в частности, расчитанные с использованием метода Майо и Лшса значения констант сополимеризации, которые составляли к 4,081^ 0,906 (ИПЭТП) и ?2 - 0,262^0,152 ( N -Ш), еввдотелъотвупт о мало!', реакционной способности растущего радикала ИПЭТП, Исходя из этого, изучено влияние различных факторов, приводящие к возрастанию величины Кр/К*^ . Одним из таких факторов является концентра от мономера. На основании изучения кинетики гомополимериззцил 1313 ТО в этаноле обнаружено, что величины К^/К^^ возрастают с ростом концентрации мономера в реакционно!! смеси. ПК - и УФ - спектроскопические. исследования показали, что причина кинетического эффекта возрастания скорости реакции полимеризации от концентрации мономера заключается в уменьшения величины К0 в результате увеличения вязкости среды. Сказанное подтверждается аппроксимируемостью кинетических данных линейной форме уравнения Корта ()» при этом с ростом концентрации ИПЗТЛ в растворе одновременно возрастает молекулярная Масса получаемых полимеров. Ееличики характеристической впзкости поли-ИПЗШ, полученные при концентрациях мономера в этаноле 0,70 и 1,23 моль/л, соответственно равны 0,16 и 0,24 дл/г. Набухяемость сетчатых сополимеров, лолучсиних в таких ко условиях, но при содержания сшивающего агента диметахрвлата этиленгликоля 3 и 5/' по отношения к монофункциональному мономеру, оказалась равной соответственно 29 и 17 грамм' Н^О па грамм сухого геля. Эти данные подтверждают вышеуказанное представление о влиянии дефектов сотки на се водопоглощаквди способность.

другим фактором, изменяющим Кр/К0^, является природа мономеров. Анализ данных литературы и результаты'настоящей работы показывают, что отношение КрД0'2 уменьшается в ряду N-51, в&тп и ИПЗТП. В этом ряду каблтдастся возрастание набухаемости сетчатых полимеров (табл.1), полученных, при прочих равных условиях, что также подтверждает влияние дефектности структуры на набухаемость гидрогеля. .

Наконец, одним из важп&Яших факторов, приводящих к изменений) скорости полимеризации и "молекулярной масон попииерч, является природа растворителя. Наибольший эффект в возрастании скорости полимеризации был достигнут при использовании водного раствора, особенно при низких'значениях рН среды, что,по-видимому, обусловлено увеличением величины Кр вследствие деяокализации электронной

плотности двойной связи в результате образования ^г-комплекса о участием тройной связи мономера и протона растворителя и уменьшении величины К0, вследствие гидратации растущих полимерных цепей. Исследование гидратации макромолекул будет излокено в доследующих главах.

Таким образом, полученные результаты позволяют осуществить целенаправленный синтез гидрогелей и в определенной степени регулировать структуру и свойства сетчатых сополимеров производных этиниялиперидола.

2. Некоторые физико-химические свойства сетчатых „ сополимеров производных этияилпиперидола

Исходя из полифункциональности сополимеров производных этиния-пиперидола и подиэлектролитной природы растворов белков,'процесс их взаимодействия в данной работе рассматривался с позиции гетерогенной реакции ионного обмена, представляющего собой сложный Процесс - обмена ионов мевду фазами и переноса растворителя:

«Л1' + 2 А*1 + гД1' н20 =гг

Общее уравнение для расчета изменения свободной энергии обменного процесса

лС = + л^ + аС +

учитывает вклады изменения свободной энергии гипотетического обменного процесса ( лС» ), изменение суммарной котдентрации компонентов системы ( ), переноса растворителя ( д(?1, ), различия свободной энергии моноионных форм ионита ( д ) и изменение свободной энергии при кооперативном взаимодействии ( л ).

Для количественного анализа адсорбционного процесса, характеризующегося кооперативностыо взаимодействия, можно использовать уравнение Хилла

где п - характеризует степень кооперативное™ процессе.

Учет этих факторов может дать конкретную характеристику избирательности данного гидрогеля к взятым субстратам.

Особенности иокизашш сетчатыхоопо,лимеров. Сорбционные свойства сетчатых сополимеров по отношению к различным молекулам обусловлены силам«, взаимодействия, которне зависят от степени ионизации йушаягонаяьных групп, влияющего на структурные характеристики и

кондормацнокиое состояние цепей между узлами проогранотпенной сотки.

1!а основе данных поте1щиоыетрического титрования были раосчи-Tainj электростатический потенциал (*Р) фазы оегчатого сополимера, характеристическая константа ионизации (pí^), константа кислотно-основного равновесия (рКа), параметр "п" в.уравнении Гевдерсона-Гассельбаха, характеризующий влияние соседних функциональных групп на ионизацип аминогруппы, и обменная емкость (Е) ионитов.

Величина Е для двойных сетчатых сополимеров (ЮПИ (- ТИС) в С1 -форме при изменении степени сетчатости от 2 до 20 моль?! уменьшается от 4,073 до 3,231 ызкв/г. Аналогичные изменения Е наблюдаются * н для тройных сетчатых сополимеров, В этой не области сегчатосги величины "п" и р]^ составляют I,0-f,2 и 8^0,2 соответотвенно, о значение V остается постоянным (рис.2). Электростатический потенциал Фазы иошп-а и величина рКд линейно увеличиваются ó увеличением заряда иона, однако это изменение значительно меньше, чем для известных полиэлектролитов. Замена звоньов БЭТП на ИЛЗТП з двоШшх и тройннх сетчатых сопотшшрах но приводит к изменению донной закономерности.

Peo .2. Набухание ( Ve ), pl^ и электростатический потенциал ( f ) фазы сетчатых полимеров от степени ионизации при различной сшивке: I - В-4; 2 - В-8; 3 - В-20; 4 - В-4 в 1н р-ре NaCí ,

i.

Оообениссть полимеров производных этинилпиперидола заключается также в том, что реакция кватеркизации при использовании самых рав-личных алкидирупцих агентов протекает количественно, что дало возможность использовать ее для установления мономерного состава синтезированных сополимеров путем микроаналитического определения протаьоиона.

Таким обрагюм, в сетчатых сополимерах производных эгинидян-иерпдола в силу их структур!шх особенностей ионогепкыи группы значительно отдалены друг от друга и реакционная опособнооть или их ионизация в малой стапени зависит от зарпконности соседних групп. При увеличение сетчатости сополимеров в результате возрастания плотности зарядов хг>?я и проявляется небольшое влияние электростатического потенциала на ионизяцигс функциональных гд/пп, оно в достаточной степени снимается уьвньаением концентрации звеньев при набухании ионита или образованием ионных пар.

НосУ/хаемость сетчатку сополимеров в иоде. В результате сорбции различных молекул иди обмена яснов в сетчатых полимерах происходит можфазный перенос растворителя, что приводит к изменению концентрации функциональных групп, Учет отого фактора представляет собой важную задачу, поскольку вносит определенный вклад в изменение свободной энергии системы и соответственно в избирательность ионита.

Набухаемость сетчатых сополимеров в воде исследовалась изопя-естическим методом. Анализ изотерм сорбции показывает, что взаимодействие синтезированных сетчатых сополимеров с водой происходит а зависимости от относительной влампосп( Р* /Р° ) на грех уровнях, отличающихся по сроим энергетическим характеристикам. В первой достаточно широкой области Р*/Р° (до 0,9) на мономерное звено сополимера сорбируется до трех молекул 'воды. В этом интервале относительной влажности рассчитанные величины коэффициента осмотической активности имеют значения больше единицы, что является следствием уменьшения активности воды в фазе сетчатого сополимера, а это, в свою очередь, свидетельствует о независимости друг от друга центров*адсорбции воды. Подтверждением последнего является также близкое к единице значение параметра "п" уравнения Хилла в этой области- относительной влажности,

В более высокой области относительной влажности (0,9<Р^ /Р%< *<1) количество йоды, сорбируемое сетчатым сополимером, достигает 7,5 моль"на мономерное звено, коэффициент осмотической активности становится меньше единицы, что свидетельствует об уменьшении

количества кинетически деятельных единиц, а параметр Хилла резко возрастает, принимая значения выше единицы, т.е. процесс сорбции воды принимает кооперативный характер. При этом вклад кооперативной составляющей ( лОп ) в изменение свободной энергии составляет более полови 1Ш от аО. ( - 17,24 кДж/моль; л&п =-11,71

кДд/моль). Центры адсорбции воды в сетчатых оополиморах становятся взаимозависимыми.

С увеличением степени сшивки от 2 до 20 моль!? 5 -образная $орма изотермы сорбции воды сетчатыми сополимерами ВЗТП практически не изменяется. Усредненные величины содержания воды ( V/ ор) для восьш! сетчатых сополимеров ВЭТП в зависимости от относительной влажности представлены э табд.З.

Таблица 3

. Усредненнне значения поглощения воды при различных величинах относительной влажности

Р*: ^ ср. ••• : Средняя квадратичная

: моль/экв : ошибка, г

0.0703 0,6565 0,1518

0,287 1,2960 0,085

0,492 1,4072 0,071

0,753 1,8090 0,1141

0,843 г 3,289 0,0Э2

0,924 ' 6,9639 0,267

3 рассмотренных двух областях гидратации сетчатые сополимеры независимо от степени сшивки показывают высокую проницаемость к воде, где соответствующие емкости достигаются без заметного набухания.

Полученсне данные данг основание предположить, что при сорбция более трех молекул вода из мотемерное звено вдоль цепи полимера образуется сетка водород(шх связей с участием функциональных групп макромолекул полимера и молекул воды, что было идентифицировано таюке ИК-спектрометричесйи. Да:шая гидра тированная-структура и является исходно;*: кинетической единицей, определяющей свойства синтезированиях сетчатых сополимеров при мекфазных взаимодействиях.

Дальнейшее набухание гидрогелей становится возможным пр;; контакте непосредственно с водоГ,. Показано, что на этой, третьей

стадии гидратации, на набухаемость сетчатых сополимеров влияют такие факторы, как степень сшивки (По) и ионизация Функциональных групп ( оС ), природа противоиона и мономера, а также ионная сила внешнего раствора. Так, эквивалентный объем набухшего полимера ( ) возрастает о ростом в снижением По (рис.2).

Набухаемость сетчатых сополимеров БЭТП при Ру/ = I в зависимости от степени сиивки представлена в табл.4.

Таблица 4

Зависимость набухаемости сетчатых сополимеров ВЭТП от степени сшивки >

Сополимер^ • в_2 ! В-4 | М ! Б-8 I&-I0 ÍB-I3 Í&-I6 -......—t .• .. t_* '. ' *

В-20

,мл/зкв 10,64 5,0 2,50 2,21 1,82 1,58 1,48 1,46

* Цифра у буквы указывает, на степень сшивки.

Изменение природы нротивоиона полимера В-4 • HCl na F 7 3 So|~ и Со|~ привело к уменьшению Ve, значения которого оказались равными 5,92; 4,63; 2,71 и 0,191 мл/экв соответственно, что является следствием различной гидратирующей способности противойонов ( Г", Э~), снижения концентрации осмотически активных единиц ( S0(f ) и образования ионных пар (COg-).

Таким образом, поглощение воды сетчатыми сополимерами производных этйнилпиперидола в зависимости от относительной влasneeта проходит через ряд этапов, имеющих свои собственные закономерности и особенности. Энергетическая неравномерность взаимодействия воды с сетчатым сополимером в различных областях Pw /г£- не только определяет поведение этих сополимеров при набухании в воде, но и весь комплекс их физико-химических и сорбционных свойств.

3. Сорбция сывороточного альбумина сетчатая сополимерами производных этинилпиперидсла

На основе кинетических измерений была оценена сорбпдонная способность сетчатых оополпмеров по отношении к сывороточному альбумину человека (САЧ)..Показано, что проницаемость САЧ в объем гидрогелей зависит от содержания в их составе сшивающего агента, уменьшаясь с ростом сетчагосги, причем начало резкого снижения емкости зависит от природа мономерных звеньев. Для двойных сетчатых сополимеров БЭТП наибольшая емкость достигается при степенях сшивки от 2 до в то время как для двойных сополимеров Ш1ЭТП ука-

эанная область находится в интервпло 5-8$. Различие в емкоотних характеристиках сетчатых оооолимеров ШТП и ИГГзТЛ обусловлено наличием дефектов сетки.

Рассматривая взаимодействие сетчатых сополимеров о САЧ как реакция катионо- и ашюяогенных макромолокул, оценено теоретическое значение максимальной емкости ftTm гидрогелей и определена глубина превращения ("?) по формуле

, y = /ой,

где Qm- экспериментальная во ли чина максимальной емкости. Обнаружено, что данное отношение (¥) во всех случаях ниже единицы (табл,$), При высокой степени сетчатости (В-5* HCl; здесь и .налое сокращении означает: для двойных сетчатых сополимеров - первая буква производного этинклппперидола и цифра - степень еппвки; для тройных - С£Ь или СОИ, первые цифры после букв - содерганио производного этиния-пиперидола в составе сополимера в моль?, сладупщио цифры - степень спивки) низкая величина Ч5 обусловлена ситовым эффектом, т.о. низко!' проницаемостью сетчатого полимора. Для гидрогелей меньгиой степени свинки и пысокоЛ плотности зарядов (В-4 • HCl) небольшое звачение *Р можно объяснить пространственным несоответствием зарядов полимеря и САЧ, а такно высокой жесткостью цепей меэду узла-га. При включении третьего сомономера ( N- Ш) в состав согчатого полимора оба условия становятся относительно благоприятными и максимальная величина ¥ характерна для сополимера С0В-61-3'СН33 . Величины 0. и Qm были использованы для расчета степени заполнения (6 = Q/Qm ) сетчатых сополимеров сывороточным яяьбушпом.

Изотермы сорбгди в виде функции 8- f (Ср) имеют 5 -образ ну и форму (рлс.З) и смещаются в сторону высокой концентрации САЧ с ростом ионной силы раствора (кривые 1-3).

ДиФ19ренциалы:ая величина кажущейся константы избиратольнооти ( Н0 ) возрастает с увеличением степени заполнения гидрогеля сывороточнкм альбумином (кривая 4), что может свидетельствовать с кооперзтирности процесса сорбции. Экспериментальные данные достаточно хорошо опиенвбчтея уравненной.Хияда (кривая 5). Значения параметра п оказались больпте единицы (кригая 6), при этом его; величина возрастает с увеличением 9 .

Интегральные величшш Hg уменьшатся с уменьшением степени сетчатости полимера, разбавлением макромолекулы звеньями N-Ш и о увеличением ионной'силы внешнего раствора (табл.5).

Рис.3. Изотермы сорбция СЛЧ сетчатым полимером СОВ-БХ-З'СНдЗ (1-3) в воде (I), фаз.растворе (2)л 0,2 М Natt (3), константа избирательности ( ) в зависимости от

стедени заполнения ( 6 ) (4), изотерма Хилла (5) и величина п в зависимости от 8 (6). '

Таблица 5

R.iitocTb сетчатых полимеров этинилшшеридола по (¡A4, величина изменения интегралышх составляющих свободной энергии и кажущаяся константа адсорбционного взаимодействия процесса сорбции.

Полимер : dm : г/г ! * : - AG: :кРд/моль * : ' : кЛд/моль : Й. .I0"4 МОЛЬ -J-

B-5'HCI 1,092 0,071 26,93 17,96 6,33

B-4'HCI 4,630 0,318 25,55 - 3,69 '

С0В-79-2'ГО1 6,680 0,488 23,19 11,15 1,36

COB-CI-3'CH.p I0,GS0 0,868 22,56 15,74 1,05

в 0,15М Natt 2,362 - 22,28 11,42 0,939

в 0,2?Л NaC1 0,867 . - 20,08 0,43 0,370

&-96'СН2С1С00Н 0,660 — 15,67 12,08 0,062

Полученные значения кажущейся константы избирательности характеризуют высокую сорбционную активность синтезированных полимеров по отнопешш к альбумину.

Использовав значения констант избирательности, а также резуль~ та ты иооледонзпи:: набухаемооти о льбуг.шшзиро ванных полимеров во

всей области заполнения были рассчитаны составляющие изменения свободной энергии (табл.5).-Полученные результаты дали основание заключить, что изменение свободной энергии при сорбции альбумина сетчатыми полимерами производных этинвдпиперидола обусловлены в основном отрицательним изменением составляющих, отражающих гипотетический ионный обмен, изменение концентрации резинатов и кооперативное взаимодействие. В частности, величины д&е для двух сетчатых сополимеров (В-4'ГО1 и С0В-79-2'Ш1)так же как и величин дБ* и дС^ тлеют отрицательные значения (-6,33 и -7,96 кДд/моль соответственно), что вносит определенный вклад в выгодное направление процесса сорбции СЛЧ. 'Величина Для указанных *

сетчатых сополимеров имеет небольшое положительное значение (3,15 и 2,05 кДя/моль соответственно), что может быть связано с дегидратацией полимерных цепей. Величина последнего слагаемого свободной энергии ( д в? ) из-за высокой набухаемости исходных сетчатых оополимеров близка к нулю. . ,

С целью выяснения природа взаимодействия САЧ о сетчатыми сополимерами производных этинилпиперздола было изучено влияние рН среды и ионной силы раствора. Показано, что наибольшая сорбция САЧ наб-лвдается в нейтральной области рН.чЭто обусловлено суммарным отрицательны!.: зарядом белка в этой области рН и .положительным зарядом гидрогеля. Следовательно, электростатические силы взаимодействия шляются определяющими при сорбции САЧ. Отличие от нуля адсорбции в области изоэлоктрической точки белка и небольшой максимум при рН 4,5-3 свидетельствует о наличии других видов взаимодействия, в частности, образовании водородных связеЛ и гидрофобного взаимодействия.

С увеличением ионной силы раствора наблюдцется резкое падение ' величины адсорбции СЛЧ у всех исследованных сетчатых сополимеров, причем в зависимости от состава каждому гидрогелю соответствует определенный интервал ионной силы. С увеличением мольной доли производного зтинилтшеридола в составе сополимера влияние ионной силы возрастает. Например, емкость гидрогеля С0В-У9-2 уменьшается более чем в три раза при увеличении концентрации КС1 до 0,2 моль/л, а сорбционная способность гидрогеля СОВ-17-1,5 в этой области ионной силы остается практически без изменения.

Таким образом, комплексообразование СЛЧ с сетчатыми сополимерами этиннлниперидола начинается с ионных контактов и усиливается под действиом водородных связей и гидрофобного взаимодействия.

- 18 - "

окрашфоигншс ¡шряда макромолокуди способствует коипактизгщш отруктурн и резкому сшгаошш оорбциоиной активности сополимера.

Изучена деоорбцкя САЧ из комплексен с гидрогелями путем создания линейного градиента ко.чцоиграции №1 (рис.4), и та;-ке ступеча-Т1Ш изменением иоицонтрации соли в елпируомоы раствор. Показано, что да*е яри очша высоких концентрациях соли досорбция достигает

Десорбция САЧ из комплекса под действием градиента концентрации 13С1: сетчатые соподиыери: СОВ-61-3, С1т =2,21 г/г

(1); 0т -1,46й г/г

(2); СОВ-17-1,5, 0т*1,3] г/г (3).

Возможность досорбции САЧ под действием ионной силы говорит о той, что при образовании комплекса а сетчатиы сополимером основную роль играют элоктросгатичоские силы взаимодействия. Чногичнан необратимость САЧ, вероятно, обусловлена как ионогеннш из<шыидейог-вием, так и взаимодействием, приводясшм к изменению кон^ормции белка и повимврних цепей и езду узлами сетки и в результате образованно прочных связоЧ в начвльг.оМ стадии процосса.

'Доказательством необратимо!! со{)6цйп САЧ в начале прсцесоа явились эксперименты по изучению обмина связанного в комплексе о гпдрогьлом меченого альбумина с альбумином плазмы крови.

Показано, что при сорбция САЧ в количество 10-15,» от полно!» емкое ги гидрогелей практически не наблюдается обмена связанного в комплексе САЧ о альбумином плазмы крови.

По результатам завиоимооти сорбции САЧ от температуры в интервале 10-40 С были оценены внтальпийная и антропийная о ос шелл гад,! о изменения свободной энергаи. Показано, что во всей области изменения 8 величина 45.постоянна и имеет отрицательную величину. В 'начале процесоа ( б -0,1-0,2) энгальпиМная (л Н0) и энтропийная (' Тл5. Доставляющие также отрицательны, причем абсолютное значении Д Н0, большз, чем Та30. Это может быть следствием образования

Рис.4.

МО*Го П и ¿2

контактов, сопровождающихся значительным положятелышм тепловим эффектом и потерей подвижности цепей полимера, В средней области процесс полностью определяется положительной вариацией энтропии.

Наблюдаемый характер изменения термодинамических параметроз обусловлен как высоким сродством полимера к СЛЧ (К0~10 моль и более), так и возможностью изменения конформящш макромолекуляр-ных цепей и образования максимального числа контактов при взаимодействии САЧ с гидрогелем.

На основании полученных данных по температурной зависимости сорбции САЧ сетчатыми сополимерами производными этинилгашеридолг сделан вывод о том, что начальный этап сорбции характеризуется формированием новой структуры гидрогеля, более сшитой, чем исходный, дополнительнце "узлы" в которой образуют адсорбированные молекулы САЧ. *

На основе кинетических данных рассчитаны коэффициенты дийузии САЧ в гидрогели, оказавшиеся почти на порядок выше, чем коэффициенты диффузии при использовании известных внсокопронкцаемых биосорбентов. Обнаруженная зависимость величины коэффициента диффузии от концентрации САЧ в растворе подтверждает формирование новой структуры сотки в начальной стадии процесса. Полученные высокие значения коэффициента диффузии (10® см^/сок и более) свидетель ствуют о высокой проницаемости сетки, образовавшейся на стадии необратимой сорбции САЧ.

Таким образом, сорбция САЧ синтезированными сетчатыми сополимерами является слокпнм процессом, протекающим но двухступенчатому - необратимому и обратимому механизму.:Высокая сорбционная активность исследованных сополимеров к белкам приводит к значительному изменению исходной и формированию новой' структуры на стадии необратимой сорбция,-благодаря чему сетчатые сополимеры производных этикиллиперидола проявляют в модельных условиях высокую емкость по отношению к молекулам САЧ. Повышенная способность к комплексо- ■ образованию позволяет характеризовать ях как потенциальные полимерные адсорбенты.

4. Применение сетчатых сополимеров производных эишилпиперидола

Основной целью-синтеза сетчатых сополимеров производных этинилпиперядола, как уже отмечалось, являетоя создание гемосор-• бентов, предназначенных для удаления избыточного бедка, билирубина

и эндогенных токсинов из сыворотки крови при интоксикации организма. Применение синтезированных сополимеров для этой цели предполагает наличие по крайней море трех качеств - достаточной емкости и избирательности по отношению к сорбируемому агенту, а такке гсмосо и.;есгимости. В данной работо основное внимание уделено вопросу гемосовместимости полученных гидрогелей и роли сывороточного альбумина в достижении этой цели.

Результаты опытов in vitro , полученные методом коагулограмм, для йодметилэтнкх производных тройных сетчатых сополимеров, содержащих соответственно 9 (C0iI-49-9) и 2% (С011-59-2) диметакрклата этяленгликоля и их комплексов с сывороточным альбумином, представлены в табл.6. Как видно из таблицы, парамотры коагулограмм крови после ее контакта с гидрогелем, особенно с альбуминизированным, во всех случаях меняются в сторону повышения гемосовместимости и существенно не влияют на систему свертывания крови.

Эти результаты стимулировали постановку более подробного ис- -следования "гемосовместимости сетчатых сополимеров этиймпиперидола в экспериментах на здоровых собаках, используя одну из бегаиновых солей синтезированных сополимеров. , •

' Таблица б

Результаты исследования плазмы крови методом коагулограмм

Гидрогель Время контакта мин :Протром-:С тепень :биновнй гтромбо-;индекс, поста : Время ре: кальцит1'--: нации, : сек :Конпопт- ¡Количест-:рация фи-:во фибрина, :бряногена: мг : :

1 а : б : а : б : а : б : а : б : а : б

С0Н-49-9 20 110 83 6 3-4 116 120 400 200 12 8

00И-49-98 20 108 82 5 4 60 98 575 300 23 13

СОВ-49-2 20 120 60 5 2-3 76 НО 375 250 16 10

003-49-2* 20 93 77 В 2-3 65 82 375 275 15 II

а - показатель до контакта, б - показатель после контакта с гелем.

X В этих опытах предварительно было связано по 50 мг альбумина на I г набухшего геля,

Испытания, проведенные на 10 здоровых беспородных собаках путем гемосорбции через гидрогели при изменения соотношения массы набухшего сорбента и веса животных ( % ) от 2 до 4 г/кг, до трех-

кратного обмена циркулирующей крови (3 ОЦК) и скорости перфузии 60 мл/мин показали, что бетаиновые соли сетчатых полимеров этинил-шшеридола, хотя и приводят к некоторому снижению практически исех показателей крови, недостоверность их различия дает основание считать, что отрицательное воздействие полимера на параметры крови отсутствует. Основное изменение количества эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов происходит после I ОЦК, далее эти показатели крови остаются практически постоянными. Оптимальное изменение параметров кроЕИ имело место при ¥=».3 или соотношении набухший сорбент-кровь 1:20. В этих условиях изменение морфологического со- ■■ отава крови находилось в пределах" физиологической нормы, а через* два дня после гемосорбция параметры крови практически но отличались от исходных.

Анализ общзго белка и ого фракций до и пооле гачооорбции показал, что с ростом величины К от 2 до 4 количество общего белка опиралось от 10 до 20$, которое через два дня полностью восстанавливалось; изменения белковой фракции обусловлены онижэгаем альбуминов и ¡С- глобулинов. В целом все эти изменения являлись недостоверными и находились в пределах физиологического колебания и воздействия гемоделюций. На основании данных сорбции САЧ полимерами этшшлпиперидола, полученных в модельных, опытах, можно ко котировать, что в физиологических условиях сорбция белков заканчивается при достижении необратимой емкости сорбентов, что, по-видимому, вносит существенный вклад в гемосовместимость материалов.

Биохимические показатели,'такие, как содержание'калия и натрия в плазме и эритроцитах, а также параметры, характеризуете состояние кислотно-щелочного равновесия, остались без изменения как при изменении величины К , так и ь промежутках между ОЦК.

Таким образом, некоторые производные сетчатых сополимеров эгиниллиперидола проявляют повышенную гемосовместимость и могут быть- использованы в операциях гемосорбции для сорбционной дето-исикащщ организма.

Сделанные выводы о гемосовмесгимости сетчатых полиморов этинил-пиперидола подтверждены в многочисленных экспериментах на собаках и при проведении геморбции в условиях клиники.

ВЫВОДЫ' ' •

I. Впервые поведена радикальная сополимеризация производных отинилнинеридола с М-винилиирролидоном и бифункциональными ыоно-

морами - слиьателлки о образованием сегчатнх сополимеров, обладающих высоко.", нпбухаомостыо в воде и способностью селективно адсорбировать сывороточный альбумин и некоторые токсические продукты метаболизма. Совокупность полученных структурио-но реологических и молекулярных параметров позволяет характеризовать их как полимерные адсорбенты.

2. Исследованы закономерности ионизации синтезированных сет-чатах сополимеров. Показано незначительное взаимное влияние фун-кцио/иль.чкх групп при их ионнзации, что определяет высокую скорость достижения состояния кислотно-основного равновесия и способствуй! повышению сорбцноншх свойств сополимеров.

3. Изучена сорбция воды сетчатыми сополимерами производными этинилпиперидола. Установлено, что в зависимости от относительной влажности имеет место три уровня гидратации синтезированных сопояишрои, отличающихся своим энергетическим состоянием, причем сформировавшаяся на первых двух этапах гидра тированная структура макромолекулы определяет набухаемость сополимера в воде.

•1. Изучены изотерма и кинетика сорбции альбумина в зависимости от степени сишвки, состава сополимеров и условий среда. Показано, что изменяя эти параметры, можно варьировать емкость, проницаемость и обратимость сорбции сывороточного альбумина. Впервые получены сетчатые сопояимерн, превосходлщко по своей сорбционной активности существующие гздрогелонне сорбенты.

5. Для термодинамического анализа реакции ионного обмена проведен учет воех факторов, влияющих на изменение свободной энергии системы, состоящей из равновесной фазы сетчатого сополимера и раствора белка. Показано, что термодинамически выгодное протекание процесса сорбции сывороточного альбумина определяется не только распределением компонентов между (¡азами, но и количеством и активностью вода в фазе ионига, кооперативным взаимодействием мезду цепями сополимера и молекулами альбумина, причем в его стабилизации судесгвенную роль играет гидрофобное взаимодействие в гидрофильно!! среде. •

6. Изучено поведение гидрогелей на основе сетчатых сополимеров этинил-пиперидбла при контакте с биологическими жидкостями, в том числе в экспериментах на живогних, и обоснована возможность применения их в качестве гемосовместимых материалов.

Список .работ, опубликованных по теме диссертации: -I. Шарифоза З.Б,, Кариева З.М., Сафиуллина Ф.Х., Калонтаров И.Я.

КомплексЪобразование полимеров на основе производных пипородоль с сывороточным альбумином // Тезисы докладов У Всесоюзного симпозиум "Синтетические полимеры медицинского назначения" -Рига, 1981. - С.81-82.

2. Халиков Д.Х., Шарифова З.Б., Сафпуллина С-.Х., Захидов А.Б., Сангокович Г.С. Исследование сорбции токсинов крови гидрогелями на основе полимерных производных этинилпиперидола // Тезисы докладов П Всесоюзн. конференций "Сорбционные методы детокси-кации и иммуноко^рекции п хирургии". - Ташкент, 1984. -С.278-279.

3. KhalikOT D.Kh,,Sharifота Z.B.,Saphiuliwi Ph.Kh.,KaloTteror J CoBplexfonration of Sertm в1Ъив1п with PolyriperidolM // Polymere in Kedioine and Biology. - 26thiricroeyBpoeiuw cii maoromoleculee. - Prague, 1984. P. 83-1.

»

4. Халиков Д.Х., Сафиуллин? Ф.Х., Ейридова З.Б., !.!ухиддинов З.К., С.'урдукалова H.IÍ., Калонтэров И.Я. Изучение комплексообразава-кия сывороточного альбумина и билирубина с гидрогеля:® на основе производных пядарвдола, достижение селективности сорбция.// Тезисы докладов УП Бсесолзн. симпозиума "Синтетические полимеры медицинского назначения" - Минск, 1985. - С.31-32.

5. Халиков Д.Х., Еярифова З.Б., Кариевэ З.М., Мирходяаев У., Таринова М.В., Смолякова Н.Г., Рахимов U.M. 0 мембрано.активннх свойствах полимерных производных этинилпиперидола. // Шсокомолек. соед. - 1986. - Т.28-Б. - Jé 2. - C.I3I-I33.

6. Халиков Д.Х., Шарифова Б.Б., Са<|иуллкна Ф.Х., М^хиддинов З.К., Нурдукалова H.H. Особенности формирования и ¡шбухаемость сетчатых полимеров этинилпиперидола // Высокомолегс.соед. - ID89.-T.3I - А. - JÍ 7. - C.I42G-I42G.

7. Халиков Д.Х., ¡¡,'ариЗова З.Б., Сафиуллина v.X., Санздкович Г.С. Синтез сетчатых полимеров йодметилата изопропонилэрншлтрг-нетилпкперидоло и их сорбцпонная активность к сывороточному альбумину // Висотомолек. соед. - 1989. - Т.31-Л. - л 10. -С.2044-2048,

8. Халиков Д.л., Шарифоза З.Б. Реакционносиособность мономеров этинилпиперидола при радикально.'! полимеризации •// Тезисы докладов Бсесоязн.конференции по радакяльноЯ поляморлзации. -Горьки!], 1989. -С.

9. Халиков Д.Х., 1Гарифсва З.Б. 0 стабилизации диацетата целлюлозы производнн'д! этинилпиперидола // Тезион докладов УЛ ¿Зсесопза.

конференции по старению и стабилизации полимеров. - Душанбе,

1989. - С.4-5.

10, Халиков Д.Х., Шарифова З.Б., Сафиуллина Ф.Х., Кариева З.М., Муродов М.К,, Вялушкипа М.Д. Сетчатые полимеры для сорбцион-ной детоксикацци биологических жидкостей // Тезисы докладов УИ Всесоюзн.симпозиума "Синтетические полимеры медицинского назначения" - Киев, 1989. - С.58-59.

11. Халиков Д.Х., Шарифова З.Б., Григана П.П. О реакционной способности мономеров этшилпиперидола // Выоокомолек.сочд. -

1990. - Т.32-А. - № 4. - С.732-737.