научная статья по теме ОКТА[(4-БЕНЗО-15-КРАУН-5)ОКСИ]ФТАЛОЦИАНИНАТ МАГНИЯ В ВОДНО-МИЦЕЛЛЯРНЫХ РАСТВОРАХ ДЕЗОКСИХОЛАТА НАТРИЯ Химия

Текст научной статьи на тему «ОКТА[(4-БЕНЗО-15-КРАУН-5)ОКСИ]ФТАЛОЦИАНИНАТ МАГНИЯ В ВОДНО-МИЦЕЛЛЯРНЫХ РАСТВОРАХ ДЕЗОКСИХОЛАТА НАТРИЯ»

ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2014, том 50, № 5, с. 496-505

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ НА МЕЖФАЗНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

УДК 547.898+541.18+661.185.23+661.183.22

ОКТА[(4'-БЕНЗО-15-КРАУН-5)ОКСИ]ФТАЛОЦИАНИНАТ МАГНИЯ В ВОДНО-МИЦЕЛЛЯРНЫХ РАСТВОРАХ ДЕЗОКСИХОЛАТА НАТРИЯ

© 2014 г. Н. Ф. Гольдшлегер1, А. С. Лобач1, В. Ю. Гак1, И. П. Калашникова2, 3,

В. Е. Баулин2, 3, А. Ю. Цивадзе2

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук 142432, Московская обл., Черноголовка, просп. акад. Семенова, 1 e-mail: nfgold@icp.ac.ru 2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук 119991, Москва, ГСП-1, Ленинский просп., 31 3Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологически активных веществ Российской академии наук 142432, Московская обл., Черноголовка, Северный проезд, 1 e-mail: mager1988@gmail.com Поступила в редакцию 14.01.2014 г.

Изучена агрегация окта-[(4'-бензо-15-краун-5)окси]фталоцианината магния (Mgcr8Pc) в растворах биосовместимого анионного поверхностно-активного соединения — дезоксихолата натрия (ДХН). На основании данных ЭСП показано, что на формирование мономеров Mgcr8Pc в мицеллярных растворах ДХН влияет как увеличение концентрации ПАВ, так и изменение ионной силы раствора при введении хлорида натрия. Установлено влияние химической структуры биосовместимого анионного ПАВ на процесс мономеризации краун-содержащих фталоцианинов, что открывает возможности для применения соединений этого класса для флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии.

Б01: 10.7868/80044185614050088

ВВЕДЕНИЕ

Благодаря комплексообразующим, электрофизическим, оптическим и другим свойствам, фтало-цианины (ФЦ) и их супрамолекулярные агрегаты находят применение в молекулярной электронике, химических сенсорах, катализе, а также в биологии и медицине, в том числе фотодинамической терапии (ФДТ) [1, 2]. Агрегация в полярных средах и низкая растворимость в воде остаются основным ограничением использования фталоцианинов в медицине. Мономолекулярное состояние фталоциа-нинов в водной среде предпочтительнее для применения их в качестве сенсибилизаторов при флуоресцентной диагностике и фотодинамической терапии. Одной из возможностей предотвращения агрегации ФЦ в водной среде является использование поверхностно-активных веществ, молекулы которых благодаря самоорганизации образуют различные супрамолекулярные комплексы, создавая с их участием необходимое микрогетерогенное, совместимое с биологической средой, окружение для ФЦ.

Окта-[(4'-бензо-15-краун-5)-окси]фталоциани-ны солюбилизируются в водных растворах анионного додецилсульфата натрия (ДСН) с образованием мономеров и димеров при концентрации поверхностно-активного вещества (ПАВ), близкой к критической концентрации мицеллообразования (ККМ) и ниже ее соответственно [3—5]. В биологических системах необходимо использовать биосов-метимые и биоразлагаемые ПАВ для предотвращения агрегации ФЦ.

Данная работа посвящена изучению поведения окта-[(4'-бензо-15-краун-5)окси]фталоциа-нината магния (Mgcr8Pc) в растворах анионного биосовместимого дезоксихолата натрия (ДХН), одного из представителей солей желчных кислот (СЖК) [6, 7]. Такие исследования ранее не проводились. В основе рассмотрения ДХН как солюби-лизирующего ФЦ агента лежит способность молекул СЖК к самоассоциации и образованию смешанных агрегатов с гидрофобными соединениями [8, 9]. Это позволяет рассматривать их также в качестве потенциальных систем для доставки лекарственных средств к биологическим мише-

М^сг8Рс

Рис. 1. Структурные формулы окта[(4'-бензо-15-краун-5)окси]фталоцианината магния, дезоксихолата натрия, доде-цилсульфата натрия и натриевой соли карбоксиметилцелллюлозы.

ням. Молекула ДХН содержит гидрофобную стероидную часть с двумя гидроксильными группами и гидрофильный фрагмент натриевой соли валериановой кислоты (рис. 1). Амфифильные молекулы ДХН характеризуются "плоскостной" дифильно-стью, выражающейся в формировании выпуклой (гидрофобной) и вогнутой (гидрофильной) поверхностей. Из-за структурных отличий между ДХН и традиционными мицеллообразующими ПАВ, например, ДСН, механизмы их самоорганизации, а также форма и размеры мицелл существенно отличаются (рис. 1) [10—12]. Поэтому сравнение су-прамолекулярной организации М§сг8Рс в водно-мицеллярных растворах анионных ПАВ — ДСН [3] и ДХН — представляет и самостоятельный интерес.

На рис. 2 приведены модели мицелл ДХН, которые могут образовываться в растворе с участием различных типов нековалентных взаимодействий.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Свежесинтезированный М§сг8Рс медленно растворяется в Н2О. На рис. 3 приведен электронный спектр поглощения (ЭСП) водного раствора ФЦ, из

которого следует, что растворение металлофтало-цианина сопровождается его агрегацией. Об этом говорит широкая неструктурированная полоса при 630—750 нм. Она хорошо описывается набором из 3-х компонент, максимумы которых лежат в области поглощения кофациального димера (пик 1, X = 640 нм), агрегатов более высокого порядка (пик 2, X = 735 нм), вероятно, наночастиц (см., например, работу [13]) и мономера М§сг8Рс (пик 3, X = 695 нм). Оптическая плотность такого раствора не изменялась в течение длительного времени.

Рис. 2. Схематическое изображение моделей мицелл ДХН: первичные (а и б), диско- (в) и спиралевидные (г) мицеллы (для последних — вид сверху) [7].

0.50

300

400

500

600

700 800 X, нм

A

0.7

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2

2 С: —

' ' с

№ [ДХН], M [NaCl], M

1 0.0064 -

2 0.012 -

3 0.018 -

4 0.018 0.11

5 0.018 0.28

к

0 20 40

60 80 100 Время, ч

120 140 160 180

Рис. 3. ЭСП водного раствора М£сг8Рс. Под кривой приведено разложение по функциям Гаусса.

MgcrsPc в водных растворах ДХН. Присутствие ПАВ оказывает влияние на состояние М§сг8Рс в растворе [3, 4]. Рисунок 4 представляет изменение во времени оптической плотности М§сг8Рс в микрогетерогенной среде — водно-мицеллярных растворах дезоксихолата натрия — при увеличении концентрации ДХН и последующем введении №С1.

В таблице приведены некоторые параметры мицелл для ДХН и ДСН. В отличие от ДСН, для которого характерны мицеллы фиксированного размера, средний размер агрегатов (мицелл) ДХН монотонно увеличивается с увеличением концентрации ПАВ. Гидродинамические радиусы (Я/,) мицелл дезоксихолата натрия лежат в интервале ~0.75—2.5 нм при концентрациях ДХН порядка 0.01—0.1 М [11]. Для мицелл ДХН по сравнению с мицеллами ДСН характерны меньшие числа агрегации и большая полидисперсность. До концентрации дезоксихолата натрия ~50 х 10-3 М среднее значение составляет 2—5 молекул, но

Рис. 4. Изменение оптической плотности Mgcr8Pc (X = 686 нм) в водно-мицеллярных растворах дезоксихолата натрия; [Mgcr8Pc]о = 9.2 х 10-6 М, [ДХН]0 = = 2.7 х 10-3 М (нижняя точка на оси ординат). Стрелки указывают на введение ДХН или №С1.

достигает значений порядка 20 при [ДХН] > 0.1 М [14].

На рис. 5 приведены спектры поглощения водных растворов Mgcr8Pc в присутствии ДХН. При концентрации ПАВ, равной 0.0027 М, т.е. примерно ККМ1 для чистого ДХН (см. таблицу), спектр раствора (кривая 1) незначительно отличается от спектра водного раствора агрегированного Mgcr8Pc (рис. 3). При низкой концентрации ПАВ или в его отсутствие определяющую роль в агрегации ФЦ играют стекинг-взаимодействия макроциклов в полярной среде [3], так как присутствие иона №+ в растворе не приводит к катион-индуци-рованной агрегации краун-содержащих ФЦ с образованием кофациальных димеров [22, 23] — диаметр иона №+ (1.7 А) соответствует диаметру полости 15-краун-5-эфира (1.7—2.2 А).

5

4

3

Значения ККМ, числа агрегации и гидродинамические радиусы мицелл дезоксихолата натрия и додецилсульфа-та натрия

ПАВ Т, (К) ККМ!, ммоль/дм3 ККМ2, ммоль/дм3 Rh, нм N agg

NaCl (0.1М)

ДХН 298 2.4 [9]а 2.34 [12]г (2.04а) 4.1 [15] 1.18 [12] 6.5 ~0.7 [16]д 2-5 [14]е; 11 [9]6, 9.1 [8]б 14 [17]в

ДСН 298 7.75 [18] 1.2 [19] 40.4 1.7 [20] 72 [21]

а Определение ККМ по флуоресценции пирена в водном растворе; б 308.2 К; в методом малоуглового рассеяния нейтронов (SANS); г по поверхностному натяжению; д ~ 2 нм при 0.2 M NaCl для вторичной (большой) мицеллы; е расчет.

500 600 700 800 X, нм

Рис. 5. (а) Спектры поглощения Mgcг8Pc в микрогетерогенной среде ДХН в отсутствие (1—5) и присутствии хлорида натрия (6). (б) Разложение спектральных кривых 1—4 и 6 в области Q-полосы по функциям Гаусса. То же для Mgcг8Pc (9.6 х 10-6 М) в мицеллярном растворе ДСН (8).

Увеличение концентрации ДХН в интервале 0.0027—0.0184 М сопровождается изменением формы полосы в области 630—750 нм (рис. 5а, кривые 1—4). При разложении спектральных кривых на гауссовы составляющие виден рост пика 3, находящегося в области поглощения мономера Mgcr8Pc (рис. 5б). При этом наблюдается гипсо-хромное смещение пика 3 от 695 до 686 нм (рис. 5а, 5б). Такое изменение Р-полосы отмечалось ранее

[3] для Mgcr8Pc в организованной микрогетерогенной среде — растворах додецилсульфата натрия при его концентрации, близкой к значению ККМ1. Увеличение количества неагрегированного Mgcr8Pc при концентрациях ДХН выше ККМ свидетельствует о частичном перемещении ФЦ из водной фазы в мицеллярную, что и приводит к изменениям в ЭСП — росту поглощения при X = 686 нм,

А

Время, ч

Рис. 6. (а) Изменение оптической плотности водного раствора М£сг8Рс при последовательном введении №-КМЦ, ДХН и №С1: [Мясг8Рс] = 1.87 х 10-5 М, [Naa] = 0.1 М, [ДХН] = 4.7 х 10-3 и 11.6 х 10-3 М (после первого и второго добавления ДХН соответственно), Nа—КМЦ — 0.64 % вес.; (б) Зависимость £з/Е£(- уя номер образца (1 - Mgcr8Pc— (№-КМЦ); 2 - Mgcr8Pc—(Na—КМЦ) — ДХН; 3 - Mgcr8Pc-(Na-КМЦ)-ДХН-Naa).

характерной для мономера Mgcr8Pc, например, в слабополярном СН2С12 или мицеллярных растворах ДСН. Однако высокая степень агрегации ФЦ сохранялась и при концентрации ДХН > ККМ (кривая 4). Это следует из формы спектральных кривых 4 и 8 и их разложения (рис. 5б) при концентрациях ДХН выше и ДСН, близкой к значениям ККМ1.

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