Диссертация (1150240), страница 7
Текст из файла (страница 7)
[43].Несмотряна интенсивностьи популярность исследований химиипорфиринов и линейных олигопирролов в России и за рубежом очень малоисследований, посвященных коллоидной химии этих веществ. Рассмотримосновныенаправленияисследованийвобластиколлоиднойхимии,встречающиеся в российской и зарубежной литературе.Из-за плоской структуры макрокольца порфириновые молекулы имеютсклонность к агрегации. Одним из способов уменьшить их агрегацию являетсяприсоединение объемных заместителей к макрокольцу [44]. В зарубежнойлитературе есть ряд работ, посвященных агрегации порфиринов [45-50], в РоссииМатериалы сайтов Ивановского государственного химико-технологического университетаhttp://sci.isuct.ru/component/option,com_frontpage/Itemid,1/, журнала "макрогетероциклы"http://macroheterocycles.isuct.ru/, института химии растворов им.
Г.А. Крестова РАНhttp://www.isc-ras.ru/old-site/struc1-w.htm#2, дата обращения 28.02.2014- 38 -же подобные исследования начали проводится сравнительно недавно [51-55].Существует два предельных типа агрегации порфиринов. Первый тип – это faceto-face("лицом-к-лицу")агрегация,характеризующаясягипохромнымигипсохромным сдвигом полос в электронных спектрах поглощения относительнополос мономерных форм и их значительным уширением [50, 56-58]. Ко второмутипу относят face-to-edge ("лицом-к-краю") агрегацию, которая характеризуетсябатохромным сдвигом полос поглощения и острыми максимумами, но, главнымобразом, в отличие от face-to-face агрегатов, face-to-edge обладают сильнойфлуоресценцией [50,58]. Последние исследования подтверждают, что агрегацияимеет место в неводных и в водных растворах.
В литературе встречаетсяупоминания о применении НПАВ (неионогенных поверхностно-активныхвеществ) для предотвращения агрегации порфиринов в растворах [51]. В работе[51] исследуется ассоциация безметального порфирина - тетраметилтрибензотетраазахлорина (H2TBTAC) в бинарных смесях полярных растворителей;рассматривается иммобилизация H2TBTAC в коллоидных растворах НПАВ. Длятетраазахлорина в ДМСО и бинарных смесях растворителей на его основехарактерна face-to-face агрегация. При агрегации тетраазахлорина уменьшаетсямакроциклическийэффект,всвязисчемослабеваетэкранированиекоординационного центра порфиринового кольца, что делает его доступным длясольватации электронодонорными (ДМСО, MeCN, ТГФ) или протонодонорнымирастворителями (С 2H5OH, H2O), причем протонодонорные растворители вступаютво взаимодействие с третичными атомами азота =N–, а электронодонорные вовзаимодействие с центральными иминоводородами –NH, при этом формируютсякомплексы с переносом протона (КПП), называемые H-ассоциатами.
Так,например увеличение содержания воды в смеси этанол-вода максимум главнойсоставляющей Q-полосы ЭСП батохромно сдвигается с 743 нм на 753 нм, чтохорошообъясняетсятеориейобразованияH-ассоциата (рис.1.17).Дляэлектроннодонорных растворителей не наблюдается такого явного сдвига, хотяавторы предполагают некоторый сольватохромный эффект. При иммобилизацииH2TBTAC в коллоидных растворах неионогенных ПАВ количество мономерной- 39 -формы зависит от гидрофильно-липофильных свойств ВМС и его структуры,причем, чем лучше НПАВ адсорбируются на поверхности макроцикловтетраазахлорина и чем сильнее экранируют его от взаимодействия с водой, тембольше мономерной формы H2TBTAC присутствует в растворе. Было подобраноПАВ, в котором H2TBTAC находится в мономерной форме (в растворе CremophorEL) [51].Рисунок 1.17 Электронный спектр поглощения H2TBTAC (4,13·10-5 М) в C2H5OHH2O с различным соотношением компонентовбинарной смеси растворителей [51].Один из хорошо изученных среди водорастворимых порфиринов - мезо5,10,15,20-тетракис-(4-сульфонатофенил)порфирин(ТЭС).Вработе[53]оценивается влияние рН и ПАВ анионного (додецилсульфат натрия), катионного(цетилтриметиламмонийбромид) типа и нейтрального (Тритон Х-100, ТХ-100) настабильность комплекса тетрасульфофенилпорфирина с металлом в кислой средеи образование агрегатов j-типа (рис.
1.18) и их структуру. При растворенииметаллопорфирина в сильнокислой среде происходит разрушение комплекса сметаллом и протонизация атомов азота внутри макрокольца. Диаметр молекулы- 40 -тетрасульфофенилпорфирина 2 нм, в кислой среде (рН<2) его комплекс сметаллом протонируется с вытеснением металла и образует j-агрегаты 1-10 мкм(механизм образования агрегата представлен на рис. 1.18).абвРисунок 1.18 Виды тетрасульфофенилпорфирина на главных этапах Jобразования агрегатов в кислой среде: а - мономерный металлопорфирин, б протонированный цвиттер-ион, в - димер J-типа [53].В щелочной же среде преобладают мономеры за счет электростатическогоотталкивания.
Увеличение ионной силы раствора приводит к увеличениюагрегации. Скорость и степень агрегации зависит от типа металла в комплексе спорфирином. Так, например, комплекс тетрасульфофенилпорфирин с кобальтомагрегируется мало, а с никелем сильно. Авторы связывают это явление с ионнымрадиусом металлов. Добавление катионных ПАВ препятствует агрегациипорфирина в кислой среде, а анионных - не сказывается. Этот факт указывает наважностьэлектростатическойприродывзаимодействийпорфиринасмицеллярной поверхностью при первых этапах растворения [53].
В работе [52]также предполагается, что кроме гидрофобных взаимодействий с ПАВ в процессерастворенияиграютопределеннуюрольдонорно-акцепторныеиэлектростатические силы. В зарубежной литературе попадаются отдельныеработы по агрегации хлорофилла [54, 59]и гемоглобина [60-61]. В работе [51]показано, что при концентрациях более 10-4 моль/л хлорофилл b образуетолигомерные формы и с уменьшением температуры, увеличивается агрегация.Агрегация хлорофилла сопровождается появлением максимумов флюоресценциипри 725, 735 и 760 нм (для мономерных форм характерен максимум при 670 нм).- 41 -Вомногихполярныхрастворителяххлорофиллнаходитсявмономолекулярной форме, однако вода вызывает сильную агрегацию.
На процессагрегации влияет концентрация хлорофилла и природа растворителя. В работе[59] исследуется агрегация хлорофилла во времени в водно-ацетонитриловыхрастворах, содержащих от 0,1 до 30% ацетонитрила, а также влияние ионной силыраствора и концентрации хлорофилла (5·10-6, 10-5 моль/л) на процесс агрегации спомощью флуоресцентной, адсорбционной спектроскопии и циркуляционногодихроизма. При небольших концентрациях ацетонитрила уменьшается максимумспектра поглощения раствора хлорофилла с 671 и появляется максимум при 713нм.
Растворы, содержащие более 30% ацетонитрила характеризуются полосойпоглощения 745 нм, что соответствует олигомерной форме хлорофилла.Увеличениеионнойсилыконцентрация хлорида калиясказываетсявтойжепоследовательности:1 моль/л - максимум при 713 нм, большаяконцентрация вызывает появление пика 745 нм, соответствующего олигомернойформе.Из всех форм гемоглобина к сильной самопроизвольной агрегации склоненаномальный гемоглобин S, который образуется у больных с серповидноклеточной анемией.
Агрегация гемоглобина S возрастает с увеличениемтемпературы в диапазоне от 15-37 °C и c увеличением ионной силы(концентрации фосфатного буфера) [61].Оксигемоглобин стабилен до 52ºС, при больших температурах подвергаетсяденатурации и образует большие агрегаты вблизи изоэлектрической точки(рНИЭТ ≈5,5). При нейтральных рН до критической температуры процессденатурации обратим, выше - становится необратимым. По результатамдинамического светового рассеяния во времени показывает, что минимальныйразмер агрегата соответствует природному гемоглобину.
Время, за которое врастворе в растворе формируется агрегатов гемоглобина больше, чем егонаходится в молекулярной форме, около 9 часов (рис.4). Увеличение температурыспособствует агрегации, а увеличение концентрации гемоглобина замедляетагрегацию. Авторы объясняют это явление соотношением процессов диссоциации- 42 -(с нашей точки зрения корректнее называть этот процесс дезагрегацией) иагрегации: с одной стороны, чем меньше концентрация, тем больший периодвремени необходим для образования первых агрегатов, а с другой - послеобразования агрегатов гемоглобин подвергается диссоциации, скорость которойвозрастает с увеличением концентрации [60].Рис.
1.19 Распределение частиц оксигемоглобина 1 мг/мл по размерам (Sizedistributions) в процентах (Intensity %) во времени (время указано в минутах - min)в фосфатном буфере 30 ммоль/л [60].Большаячастьисследованийагрегациихлорофилла,билирубина,гемоглобина и их аналогов основана на изменении оптических свойствдисперсий:флуоресцентнаяспектроскопия(дляхлорофилла[59]),циркуляционный дихроизм, динамическое и статическое световое рассеяние,адсорбционнаяспектроскопия,дифференциальнаяинтерференционно-контрастная микроскопия [55].Китайскими учеными исследуется с помощью различных методовспектроскопии адсорбция веществ на гемоглобине [62-63] и взаимодействиегемоглобина с веществами, находящимися в коллоидном состоянии [57]. Имибыло показано, что взаимодействия гемоглобина с азокрасителями (на примерекрасителейоранжевый1иоранжевый2)сопровождаетсятушением- 43 -флуоресценциии возникает за счетобразованияводородных связей,гидрофобного и электростатического взаимодействия, ван-дер-ваальсовых сил.Кроме того, взаимодействие сопровождается небольшими конформационнымиизменениями в молекуле (частичная потеря вторичной винтовой структуры), чтоимеет токсикологическое значение [62].
Показано, что бензидин с бычьимгемоглобином образует комплекс [63], стабилизированный водородными связями.В работе [57] рассматривается образование комплекса гемоглобина с коллоиднымFe3O4. Основную роль в стабилизации комплекса играют ван-дер-ваальсовы силы,водородные связи и электростатическое взаимодействие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
