научная статья по теме МИЦЕЛЛЫ АМФИФИЛЬНЫХ СОПОЛИМЕРОВ В КАЧЕСТВЕ СРЕДЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРОКСИОКСАЛАТНОЙ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ РЕАКЦИИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ Химия

Текст научной статьи на тему «МИЦЕЛЛЫ АМФИФИЛЬНЫХ СОПОЛИМЕРОВ В КАЧЕСТВЕ СРЕДЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРОКСИОКСАЛАТНОЙ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ РЕАКЦИИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия Б, 2015, том 57, № 4, с. 301-312

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОЛИМЕРЫ

УДК 541.64

МИЦЕЛЛЫ АМФИФИЛЬНЫХ СОПОЛИМЕРОВ В КАЧЕСТВЕ СРЕДЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПЕРОКСИОКСАЛАТНОЙ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ РЕАКЦИИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ1 © 2015 г. А. В. Романюк, Н. С. Мелик-Нубаров

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Химический факультет 119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3 Поступила в редакцию 10.12.2014 г. Принята в печать 13.03.2015 г.

Исследована пероксиоксалатная хемилюминесцентная реакция бис-(4-нитрофенил)оксалата или бис-(пентахлорфенил)оксалата с перекисью водорода в присутствии тетраметилового эфира гема-топорфирина IX в мицеллах или ассоциатах плюроников Б68, Ь64, Ь61 и чередующегося сополимера диметилсилоксанэтиленоксида. Наибольшее влияние на квантовый выход реакции оказывает плюроник Ь61, формирующий в растворе крупные кластеры. Влияние мицелл на эффективность реакции бис-(пентахлорфенил)оксалата выражено сильнее по сравнению с бис-(4-нитрофенил)ок-салатом. Квантовый выход хемилюминесценции растет с увеличением концентрации флуорофора и перекиси водорода, а при варьировании концентрации полимера проходит через максимум, соответствующий наибольшему количеству частиц, содержащих оксалат и порфирин.

БО1: 10.7868/82308113915040087

ВВЕДЕНИЕ

Амфифильные блок-сополимеры являются удобным инструментом проведения химических реакций между термодинамически несовместимыми реагентами. Образуемые ими мицеллы могут использоваться в качестве нанореакторов для стабилизации эмульсионной полимеризации стирола [1], метилметакрилата [2] и винилацетата [3], а также для синтеза наночастиц золота [4]. Обращенные мицеллы полиэтоксилированных ПАВ применяют при синтезе однородных гидрогелевых наночастиц [5]. В мицеллярных нанореакторах проводят реакции водонерастворимых субстратов в водной среде, например при модификации белков водонераство-римыми реагентами, когда один из компонентов (белок) находится в водной фазе, другой солюбили-зован в мицеллах, а реакция протекает на поверхности раздела фаз [6].

В настоящей работе предпринята попытка использовать указанный подход для проведения в водном растворе пероксиоксалатной хемилюми-несцентной реакции между перекисью водорода и ароматическими оксалатами в присутствии флуорофора, который выполняет функцию активатора хемилюминесценции [7].

На первой стадии нуклеофильной реакции между пероксид-анионом и оксалатом образуется высокоэнергетический интермедиат 1,2-диоксе-тандион (реакция (I)). В присутствии активатора (ACT), в качестве которого могут выступать различные полиароматические соединения, 1,2-ди-оксетандион способен передавать ему избыточную энергию и распадаться на две молекулы CO2 (реакция (II)) [8-10]:

R /

И

о

+ H2O R

2^2

-HR

R P

-H

о-о

OR O OOH

(R — электроноакцепторная группа)

O

-OH

-HR

R

O

o-o

M..

O

(I)

Vo

I iiiiinraiiACT O"'"O

+

5----5

Перенос электрона

O

MA

O O

ACT

Высокоэнергетический интермедиат

3o2 ACT + !O

[CO2,-ACT+]

Обратный перенос + электрона

2

ACT*

. ACT + hv

CO2

CO2

(ACT — молекула активатора (флуорофора))

1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 14-15-00391).

E-mail: andrey.v.romanyuk@gmail.com (Романюк Андрей Владимирович).

В результате активатор переходит в возбужденное состояние, в дальнейшем оно может претерпевать излучательную дезактивацию, испуская квант света. Так как перенос энергии между интермеди-атом и флуорофором происходит вследствие химического взаимодействия, высокая локальная концентрация флуорофора и оксалата существенны для протекания реакции. Данный процесс характеризуется высоким квантовым выходом [11, 12], в некоторых случаях достигающим 34% [13]. Этот тип реакций является наиболее эффективным синтетическим источником хемилю-минесценции [14] и предполагает использование относительно доступных реагентов, что делает пероксиоксалатную реакцию удобной для создания хемилюминесцентных наноконструкций.

Пероксиоксалатная реакция могла бы быть использована в различных областях фармакологии и диагностики. Поскольку раковые клетки продуцируют повышенные количества перекиси водорода [15, 16], композиции на основе оксала-тов пригодны для выявления очагов опухолевого роста [17—19] и других воспалительных процессов [20]. Кроме того, использование в качестве флуо-рофоров порфиринов, способных в возбужденном состоянии передавать энергию кислороду, переводя его в синглетную форму, делает возможным создание системы избирательного уничтожения опухолей [21—24]. Наконец, генерация синглетного кислорода в клеточных эндосомах за счет реакции между оксалатом, порфирином и перекисью водорода представляет интерес для повышения эффективности трансфекции клеток, например при ДНК-вакцинации, или для борьбы с генетическими заболеваниями.

Однако применение пероксиоксалатной хеми-люминесцентной реакции для систем, функционирующих в водных средах, ограничено спонтанным гидролизом наиболее активных оксалатов. Кроме того, эти соединения, как правило, мало растворимы в воде. Следовательно, для придания растворимости производным щавелевой кислоты и флуорофору, стабилизации системы по отношению к гидролизу, а также для локального концентрирования компонентов необходима солюбили-зация гидрофобных компонентов пероксиоксалатной реакции в мицеллах.

В настоящей работе изучена пероксиоксалат-ная реакция в мицеллах амфифильных триблок-сополимеров этиленоксида (ЭО) и пропиленок-сида (ПО) общей формулы ЭОиПОтЭОи. Нижняя критическая температура растворения системы ППО—вода для полимера с М„ = 2 х 103 варьируется от 28—29°С при его концентрации 2.5 х 10-3 моль/л до 20—21°С при концентрации (40—80) х 10-3 моль/л [25], поэтому блок ППО в физиологических условиях в значительной степени дегидратирован и преимущественно составляет гидрофобное ядро

мицелл плюроников, гидрофильная опушка которых состоит из блоков полиэтиленоксида [26]. Варьирование степени полимеризации гидрофобного и гидрофильного блоков позволяет в широких пределах изменять размер мицелл [27— 29] и их полярность [30]. Указанные блок-сополимеры обладают хорошей тканевой совместимостью, отсутствием иммуногенности и низкой токсичностью [31, 32]. Ранее мицеллы плюроника F127 использовали для стабилизации наноча-стиц, содержащих оксалат и нанокристаллы активатора [20].

Цель настоящей работы — сравнительное исследование влияния мицелл плюроников, содержащих 30 звеньев ПО и различающихся длиной гидрофильного блока, на квантовый выход описанной выше пероксиоксалатной хемилюминес-центной реакции, протекающей в водной среде с участием бис-(пентахлорфенил)оксалата и бис-(4-нитрофенил)оксалата.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали коммерческие препараты полимеров: плюроник L61 (ЭО2ПО30ЭО2) ("BASF", Германия), плюроник L64 (ЭО13ПО30ЭО13) ("Sigma-Aldrich", США), плюроник F68 (ЭО76ПО30ЭО77) ("Serva", Германия) и чередующийся сополимер диметилсилоксана и этиленоксида (сополимер 1) ("Polysciences", США). Характеристики сополимеров, использованных в настоящей работе, приведены в табл. 1.

Тетраметиловый эфир гематопорфирина IX (ГП-IX, диметиловый эфир 8,13-бис-(1-метокси-этил)-3,7,12,17-тетраметил-21Н,23Н-порфин-2,18-дипропионовой кислоты) любезно предоставлен А.Б. Соловьевой.

Раствор перекиси водорода в воде производства "Реахим" (Россия) стандартизовали иодо-метрическим титрованием. Люминол, имидазол гидрохлорид, пентахлорфенол ("Sigma-Aldrich", США), трет-бутанол (аналитический стандарт для ГЖХ, "Реахим", Россия), реактив Фишера (Совместное предприятие "Титратор", Россия), а также компоненты буферных растворов использовали без дополнительной очистки.

Содержание воды в органических растворителях контролировали с помощью электрометрического титрования согласно методике [33].

Ацетонитрил производства "Sigma-Aldrich" (США) марки "для ВЭЖХ" содержит примесь воды в количестве около 60 мкг/мл (3.3 х 10-3 моль/л). Поскольку это содержание воды сопоставимо с концентрацией оксалатов в запасных растворах, растворитель обезвоживали по следующей методике. Ацетонитрил выдерживали в течение 2 ч над CaH2 без нагревания, после чего его отделяли фильтрованием на стеклянном пористом филь-

Таблица 1. Состав, структура и молекулярная масса исследованных полимеров

Полимер п т Мх 10-3

Е61 4 30 2.1

Е64 26 30 2.9

Б68 152 30 8.4

Сополимер 1 7 7 0.7

Общая формула

но{сн2-сн2-оП^-си-сн2-от СН2СН2О-П2Н

н^ .о.

л

н3С СИ3

"О'

сн3

н

тре. При остаточном содержании воды выше 10 мкг/мл (0.55 х 10-3 моль/л) к отфильтрованному ацетонитрилу добавляли свежую порцию сан2 и кипятили 3—4 ч с обратным холодильником. Затем в ацетонитрил добавляли пентаоксид фосфора (1—2 г на 150 мл) и перегоняли в атмосфере сухого аргона. Если содержание воды, определяемое по методу Фишера, превышало 10-3 моль/л, перегонку над пентаоксидом фосфора повторяли. Ацетонитрил, в котором количество воды составляло менее 10-3 моль/л, хранили в запаянных ампулах под аргоном.

Эфир и бензол осушали кипячением над металлическим натрием в течение 4—5 ч с последующей перегонкой. Триэтиламин кипятили 4—6 ч над гидридом кальция и перегоняли в токе сухого аргона. Растворители хранили в колбах, помещенных в герметично закрывающиеся полиэтиленовые пакеты со щелочью.

Оксалилхлорид ("81§та-АЫг1сИ", США) перегоняли в установке, разогретой пламенем горелки и охлажденной в токе сухого аргона, непосредственно перед использованием. Очищенный хло-рангидрид хранили в запаянных ампулах.

4-нитрофенол перекристаллизовывали из бензола, высушивали в вакуумном сушильном шкафу при комнатной температуре и хранили в темноте без доступа влаги.

Синтез бис-(4-нитрофенил)оксалата (БНФО) О О

о;

N

и

о

о-Х

/

N

о-

(БПХФО)

бис-(пентахлорфенил)оксалата

с1

проводили по модифицированной методике [12].

Реакционную колбу на 50 мл прогревали в пламени горелки и охлаждали в токе сухого аргона. 4-Нитрофенол непосредственно перед взвешиванием трижды осушали азеотропной отгонкой бензола. Затем в колбу помещали 0.95 г (6.8 ммо-ля) 4-нитрофенола или 0.50 г (1.88 ммоля) пента-хлорфенола

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»