2014-й год, годовой - Тверской государственный университет

MIDUICTEPCTBO OIiPA30BAHIDI" HAYKU POCCuitCKOA: <l>E.llEPAUUU
<l>e.llepanLHOe rOCYJlapCTBeHHOe 61O,U)l(e'fHoe 06Pa30B8TeJ1hHOe yqpe)KJleHHe BbIClllerO
npO¢eCCHOHaJI1HOrO 06PaJOBaIfHSI
«TBepCKOH
rOCYAapCTBeHHbln YHHBepcrrren)
(TBrY)
Y JU<: 541.49
N,012013674 72
YTB EPlK,llAlO
~~~~~~niO'Y BIlO {(TBepCKo~
M ,n .
OT'IET 0 HAyqHO-HCCJIE~OBATEJIhCKoi1 PAIiOTE
.N2 2.1.2.
«PeweHue KOMrtrleKCHblX npo611e.M. no HanpaBll.eH UIO
°Pa:Jpa60mKQ mexHO.!lOZUU nOJIytieHWl u npw.ceHeHWl HO(JblX MamepUQ/106 OJJR MUKpO- U HaHQ­
3fleKmpoHuKu, MeiJU'IUHbl U XUMu.eCKUX npoU36oiJcm6" HO 603e
HOl( HOHomex­
l-IOfl02UU U zemepocmpyKmyp TBTY» no HHP N. 2.1.2.6. «P03po6omKQ u nOfly.eHue HOBblX nepcneKmu611blX MemO/l­
.nOKOMYLIleKC08 HQ ocn08e 6UOflOZ Ul.ieCKU QKmU8HblX JlUZQH006» IlpopeKTop
no HI1,l\
_ _ .\.L'-'-=-=--/_ _ (Il.T.H. , npoq,eccop, 11,A. KaruryHOB)
r
.unReb, ,naTa
PYKOBO)lHreJIh npOeK'T8
v"" ,_
Lu I '" ( <1>eo"'0"060 MA.)
no.unHCb, llaTa
TBepb 20 14
CIIHCOK HCnOJIHHTEJIEU HCIIOJIHHTeJIb
IIo.o;nHCb, .o;aTa
M.A.tl>eO<j>aHooa
РЕФЕРАТ
В работе представлены результаты экспериментального и теоретического изучения химических равновесий в сложных многокомпонентных
системах вида Zn2+ – гепарин – аминокислота (глицин – Gly-, аргинин –
Arg-, пролин – Pro-) по данным pH-метрического титрования водных растворов (I = 0,15(NaCI), t = 37°С) при соотношении 1 : 1 : 1 исходных концентраций составляющих компонентов системы методом математического
моделирования. Расчет показал наличие в системах множества комплексных форм, включая тройные комплексы. Определены константы устойчивости обнаруженных комплексных форм, построены и проанализированы
диаграмма распределения комплексных форм в исследуемых системах,
выявлены интервалы pH для выделения смешаннолигандных комплексов.
Отчет
62 с., 3 ч., 29 рис., 5 табл., 17 источников, 2 приложения
Ключевые слова: комплексы, биометаллы.
Объект исследования: гепарин, биометаллы, аминокислоты.
Цель работы: синтезировать комплексы биометаллов с гепарином.
Методы (методология) проведения работы: pH-метрическое титрование,
метод математического моделирования, органический синтез.
Результаты работы:
Таблица 1
№
п
Индикаторы
1 Характеристика работы:
- основные результаты работы;
- новизна результатов работы;
- описание особенностей
Результаты
Синтезированы комплексы биометаллов с
гепарином
проведения работы в отчетном периоде.
2 Области и масштабы использования полученных
результатов:
- направления использования;
- практическое использование полученных результатов;
- социально-экономический
эффект
3 Ресурсы:
- финансовые (сколько и
на что);
- материально-технические
(какие и на что);
- трудовые:
кол-во ППС,
молодых ученых,
аспирантов,
студентов,
затраченные на выполнение поставленных целей и
задач
4 Проблемы, возникшие при
реализации НИР и пути их
решения
Таблица 2
1
2
3
3.1
3.2
3.3
Полученные данные будут востребованы
при создании баз экспертных систем, направленных на моделирование бионеорганических равновесий.
Социально-экономический эффект обусловлен широким вовлечением студентов и
молодых ученых в научную работу что
положительно скажется на рейтинге
ТвГУ
125000 руб. зарплата сотрудников,
накладные расходы
материально-технические - нет
кол-во ППС- 1
привлечено к работе без оплаты:
молодых ученых - 1
аспирантов - 2
студентов – 5
нет
Показатели
Количество заявок на получение охранных документов на результаты интеллектуальной деятельности, полученных в рамках реализации проекта (не
менее 2, в том числе не менее 2-х заявок на патент)
Количество планируемых к защите диссертаций на
соискание ученой степени кандидата и доктора наук, подготовленных в рамках реализации проекта
Количество публикаций:
в том числе:
монографии
учебники и учебные пособия
статьи в зарубежных и российских научных журналах в изданиях, индексируемых в базах данных
Scopus и Web of Science
Плановый показатель
Единица
2014
измерения
год
2
Фактический
показатель
за 2014 год
3
ед.
ед.
0
0
0
1
2
0
2
1
ед.
ед.
ед.
ед.
статьи в российских научных журналах из списка
ВАК (кроме статей, указанных в п.3.3)
(не менее 2-х на каждого исполнителя проекта
ежегодно, включая ППС, инженеров, специалистов,
научных работников, аспирантов)
другие статьи, тезисы докладов конференций
(не менее 2-х на каждого исполнителя проекта
ежегодно, включая ППС, инженеров, специалистов,
научных работников, аспирантов)
3.4
3.5
2
4
2
16
ед.
ед.
Участие в отечественных и зарубежных конференциях за 2012-2014 гг.
Таблица 3
№
Название конференции
Место и время проведения
Тверь, 2012
1.
V Всероссийский с международным участием медикобиологического конгресса молодых ученых
2.
Всероссийская
конференция
чтения»
студенческая
«Каргинские
Тверь, 2012
3.
XI научная конференция аспирантов и студентов химикотехнологического факультета
Тверь, 2012
Авторы и название доклада
А.А.Шабаев, О.А Тихомиров
Воздействие Калининской
АЭС на режим содержания
железа в воде озер –
охладителей.
Ю.В.Францева, М.А Феофанова, В.В.Новикова
Физико-химические исследования гепаринатов 3-d переходных металлов.
Ю.О.Семенова,
Е.В.Журавлев,
Н.А.Горбачева
Термодинамические
характеристики комплексов
гепарина
с
3Dпереходными металлами.
П.В.Фраткин
Избыточная
свободная
энергия цилиндрических
объектов нанометровых
размеров.
Е.В.Журавлев,
О.В.Виноградов
Смешанные
комплексы
гепарина и различных антибиотиков.
Ю.В.Францева,
В.В.Новикова Смешенолигандное комплексообразование ионов меди и
ниниуеля с геприном и
некоторыми аминокислотами (глицин, аргинин).
И.С.Цветков
Металлокомплексы высокомолекулярного гепарина с 3-d переходными металлами.
Ю.В.Францева,
Е.В,Журавлев,
М.А.Феофанва
Комплексообразование
ионов меди, никеля и кобальта с высокомолекулярным гепарином и некоторыми аминокислотами (глицин, аргинин).
4.
XXII Всероссийская молодежная научная конференция, посвященная 100-летию со дня
рождения А.А.Тагер
Екатеринбург,
2012
5.
Итоговая научно-техническая
конференция по программе
«УМНИК»
Тверь, 2012
В.В.Новикова
Разработка методики регулирования концетрации
ионов магния в сердечной
мышце при использовании
антиаритмических препаратов.
6.
Международный молодежный
форум «Ломоносов 2013»
Москва, МГУ
2013
Скобин М.И., Крюков
Т.В., Тормозова И.А.,
Кустарёв Б.А., Соколова
Е.М. Смешаннолигандное
комплексообразование
ионов Cu(II), Ni(II) и
Co(II) с
высокомолекулярным гепарином и некоторыми
аминокислотами
Новикова В.В., Цветкова
И.С., Феофанова М.А.
Методика регулирования
концентрации ионов магния и кальция в сердечной
мышце при использовании
антиаритмических препаратов
Журавлев Е.В. Химические равновесия в системе
гепарин-ампициллинH 2 O-NaCl в среде физиологического раствора
7.
Всероссийская конференция
студентов, аспирантов и молодых ученых
Екатеринбург,
2013
Скобин М.И., Крюков
Т.В.,
Тормозова И.А.
Ионно-молекулярные равновесия в системах с участием высокомолекуляр-
ного гепарина, ионов
Cu(II), Ni(II), Co(II) и некоторых аминокислот
Журавлев Е.В., Тормозова
И.А., Теплов И.В., Феофанова М.А. Химические
равновесия в системе гепарин – ампициллин в
среде физиологического
раствора.
8.
Всероссийская
конференция
чтения»
студенческая
«Каргинские
Тверь 2013 г.
М.И. Скобин, Т.В. Крюков, И.А. Тормозова, Б.А.
Кустарёв, Е.М. Соколова
СМЕШАННОЛИГАНДНОЕ
КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ
ИОНОВ CU(II), NI(II) И CO(II)
С
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫМ ГЕПАРИНОМ И НЕКОТОРЫМИ
АМИНОКИСЛОТАМИ
9.
XII научная конференция аспирантов и студентов химикотехнологического факультета
10.
Всероссийская
конференция
чтения»
студенческая
«Каргинские
ТвГУ, 2013
1. Потеха Е.В., Скобин
М.И., Крюков Т.В., Тормозова И.А., Кустарёв
Б.А. Смешаннолигандное
комплексообразование
ионов Cu(II), Ni(II) и
Co(II) с высокомолекулярным гепарином и аминокислотой глицин
Потеха Е.В., Скобин М.И.,
Крюков Т.В., Тормозова
И.А., Кустарёв Б.А.,
Францева Ю.В. Ионномолекулярные равновесия
в системах: ион биометалла (Cu(II), Ni(II), Co(II)),
высокомолекулярный гепарин – аминокислота аргинин.
Журавлев Е.В. Комплексообразование в системе:
Ca2+ - гепарин – ампициллин
Тверь 2014 г.
Е.В. Журавлев, Е.В. Потеха «Исследование процессов комплексообразования
в системе гепариноксациллин-кальций»
М.И. Скобин, Т.В. Крюков, Е.В. Потеха «Метал-
локомплексы высокомолекулярного гепарина с
микроионами d-элементов
(Zn2+, Fe3+, Mn2+) и аминокислотами (глицин, аргинин)
11.
Всероссийская конференция
студентов, аспирантов и молодых ученых
Екатеринбург,
2014
Е.В. Журавлев, Е.В. Потеха «Исследование процессов комплексообразования
в системе гепариноксациллин-кальций в
среде физиологического
раствора»
12.
Международный молодежный
форум «Ломоносов 2014»
Москва, МГУ,
2014
Скобин М.И, Крюков Т.В.,
Потеха Е.В. ««Металлокомплексы высокомолекулярного гепарина с
микроионами d-элементов
(Zn2+, Fe3+, Mn2+) и аминокислотами (глицин, аргинин, пролин)
Е.В. Журавлев, Е.В. Потеха «Комплексообразование в системе Ca2+ - гепарин – оксациллин в среде
физиологического раствора»
Саакян А.А. «Метод тонкослойной хроматографии
для количественного определения антибиотиков
при совместном присутствии»
13.
VIII Всероссийскую конференцию с международным
участием молодых учёных по
химии «Менделеев-2014»
СанктПетербург
2014 г.
А.А. Саакян «Метод тонкослойной хроматографии
для количественного определения антибиотиков
при совместном присутствии»
14.
XIII научная конференция аспирантов и студентов химикотехнологического факультета
ТвГУ, 2014
Журавлев Е.В. «Изучение
процессов комплексообразования гепарина с антибиотиками пенициллинового ряда потенциометрическим методом анализа»
Крюков Т.В., Скобин М.И.
«Исследование систем содержащих ионы металлов
(Mn2+, Fe3+, Zn2+), гепарин
(ВМС) и аминокислоты
(глицин, аргинин, пролин)
Потеха Е.В., Францева
Ю.В. «Физикохимическое исследование
твердого комплекса гепарината меди(II)
15.
СТУДЕНЧЕСКИЙ
НЫЙ ФОРУМ 2014
НАУЧ-
16.
Итоговая научно-техническая
конференция по программе
«УМНИК»
Электронная
конференция
Скобин М.И. «Комплексообразование в системах
гепарин - ион металла
(Zn(II), Fe(III), Mn(II)) –
аминокислота (глицин,
аргинин)»
Цветкова И.С., Феофанова
М.А. «Процессы комплексообразования кальция и
магния с анаприлином»
Новикова В.В., Феофанова
М.А. «Исследование кислотно-основных и комплексообразующих
свойств соталола»
Журавлев Е.В. «Расчет
химических равновесий в
системе Ca2+ - гепарин –
оксациллин в среде физиологического раствора»
ТвГУ 2014
Т.В. Крюков, Разработка
способов получения комбинированных препаратов
на основе высокомолекулярного гепарина, аминокислот и биометаллов с
улучшенными фармацевтическими свойствами
М.И.Скобин Создание лекарственной композиции
на основе биометаллов,
аминокислот и гепарина
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: Дальнейшие исследования систем будут направлены на практическое использование полученных комплексов.
СОДЕРЖАНИЕ
страница
ВВЕДЕНИЕ
11
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
12
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
42
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
56
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ, ИЗДАННЫХ В
РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА
61
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ЗАЯВКИ, ОХРАННЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, ПОЛУЧЕННЫЕ В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА
62
ВВЕДЕНИЕ
Практически каждый химик сталкивается с необходимостью расчета равновесного состава химических систем. Эта информация необходима для
прогнозирования поведения гомогенной системы при оптимизации условий синтеза соединений, при маскировании мешающих компанентов, при
изучении процессов комплексообразования.
Ранее для расчёта сложных равновесий использовали различные упрощения, которые, с одной стороны, значительно сокращали объём вычислений, но, с другой стороны, не позволяли получить точного решения.
Сейчас же развитие техники позволяет решить задачу определения равновесного состава химической системы или расчёта констант образования
компонента для системы любой сложности, в том числе и для тройных
систем вида: гепарина, аминокислоты (глицин, пролин, аргинин) и металла (цинк(II)) от pH среды.
Целью работы является экспериментальное и теоретическое изучение химических равновесий в сложных многокомпонентных системах вида Zn2+ – гепарин – аминокислота (глицин – Gly-, аргинин – Arg-, пролин –
Pro-).
Для достижения этой цели были поставлены взаимосвязанные задачи:
1. определить состав и количество образующих смешаннолигандных
комплексов с помощью метода математического моделирования;
2. установить зависимость концентраций тройных комплексов, состоящих из высокомолекулярного гепарина, аминокислоты (глицин,
пролин, аргинин) и металла (цинк(II)) от pH среды;
3. рассчитать константы устойчивости тройных комплексов гепарина с
цинком и аминокислотой;
1.1. Гепарин
1.1.2. История открытия гепарина
Гепарин является одним из старейших препаратов, использующихся в
медицине. Он был первоначально получен из клеток собачей печени, поэтому его называли «hepar» или «ηπαρ» с греческого «печень». Открытие
гепарина обусловлено научной деятельностью двух человек − Джея Маклина и Уильяма Генри Хауэлла.
В 1916 году Джей Маклин был на втором курсе обучения в университете Джона Хопкинса, работая под руководством доктора Хауэлла, он стал
исследовать липоиды-фосфатиды печени и сердца. Исследуя липоидыфосфатиды, студент заметил, что они не только не повышают свертывание
крови, а, наоборот, проявляют антикоагулянтную активность. Наблюдения
студента Дж. Маклина были опубликованы в Американском журнале физиологии в 1916 году. Генри Хауэлл в 1918 году ввёл термин «гепарин»
для найденного антикоагулянта. В начале 1920-х годов доктор Хауэлл отделил водорастворимые полисахариды от
антикоагулянта, полученная
смесь также была названа «гепарином», хотя она отличалась от изначальной. После чего работа Дж. Маклина оказалась в центре внимания исследовательской деятельности доктора Хауэлла. Дальнейшие исследования
привели к открытию полисахаридов.
Профессор Эрик Джопс из Каролинского университетского госпиталя опубликовал результаты своих исследований по структуре гепарина в
1935 году, что позволило шведской компании «ВИТРУМ» запустить производство гепарина для внутривенного использования в 1936 году. С 1933
по 1936 года в Университете Торонто была усовершенствована техника
производства не содержащего токсичные вещества раствора гепарина, который можно было использовать в солевом растворе. Первые испытания
гепарина на людях началось в мае 1935 года, и в 1937 году стало ясно, что
гепарина будет безопасным, легко доступным и эффективным антикоагу-
лянтом. До 1933 года гепарин был малодоступным, чрезвычайно дорогим
и токсичным и никакого медицинского значения не имел [5].
1.1.3. Общие сведения о ВМС гепарин
Итак, гепарин — кислый серосодержащий гликозаминогликан, впервые
выделенный из печени.
Как это ни парадоксально, гепарин, являясь одной из наиболее изученных молекул нашего организма, относится к числу соединений, для которых биологическая роль все еще до конца не выяснена. Вероятная причина этого кроется, очевидно, в огромном количестве химических структур
этого полисахарида в разных тканях и у разных видов, существенно различающихся по своему спектру биологического воздействия. Также гепарин проявляет регулятивные и защитные функции, которые непосредственно связанны с его кислотно-основной сущностью. Гепарин способен
ингибировать все фазы свертывания крови, вступая во взаимодействие с
форменными элементами, белками плазмы, тромбоцитарными факторами.
Рис. 1. Механизм связывания ВМС гепарина с антитромбином III.
Интересно отметить, что образующиеся в кровотоке комплексы гепарина с тромбином, фибриногеном, а также биогенными аминами способны
растворять нестабилизированный фибрин. Следует отметить, что немаловажными в этом отношении будут являться модулирующие свойства гепа-
рина по отношению к биологически активным веществам эндогенной или
экзогенной природы. Связываясь с гепарином, эти вещества могут менять
свою активность (например, усиливая или ослабляя свои типичные эффекты), или кардинально изменять свои функции. Известно, что молекулярные комплексы гепарина, например, с аминокислотами, обладают мощным антикоагулянтным эффектом, кроме того являясь и антиагрегантами,
и фибринолитиками. Отдельно компоненты комплекса такого набора
свойств не проявляют. Совершенно очевидно, что одной из первопричин,
вызывающих такой всплеск активности является химическая природа
макромолекулы гепарина [5, 6].
1.1.4. Получение ВМС гепарина
В живых организмах гепарин синтезируется в виде протеогликана,
состоящего из белка серглицин, с которым ковалентно связаны многочисленные линейные полисахаридные цепочки гепарина. После синтеза полисахаридные цепочки гепарина могут разрываться в определенных местах, образуя полидисперсную смесь более коротких цепочек полисахаридов с молекулярными весами в интервале 5000-25000 Да. В таком виде гепарин обычно содержится в гранулах тучных клеток в виде комплексов с
основными протеолитическими ферментами (протеазами). В настоящее
время гепарин, применяемый в медицине, выделяют из тучных клеток, содержащихся в слизистой оболочке (мукозе) тонкого кишечника свиней.
Средняя молекулярная масса цепей так называемого высокомолекулярного гепарина (ВМГ) составляет 12000 Да.
Теперь рассмотрим данный вопрос поподробнее. Прежде всего, необходимо подчеркнуть, что в настоящий момент нет полной ясности
относительно механизмов биосинтеза гепарина. Исходные вещества,
необходимые организму для образования гепарина - глюкоза и неорганический фосфат. Сульфатация происходит в тучных клетках сразу же
вслед за полимеризацией. Напротив, некоторые учёные считают, что пе-
ренос сульфата происходит на низкомолекулярные предшественники.
Предполагают также, что способность управлять переходом сульфата в
N - десульфированный гепарин проявляет микросомальная фракция из
гомогената мастоцитов опухоли и что свободные аминогруппы необходимы для энзиматической N - сульфатации гликозаминогликанов [3,
6].
Гепарин существует преимущественно в жесткой валентной комбинации с белками и практически не обнаруживается в заметных количествах как экстрацеллулярный компонент соединительной ткани.
Прочная связь гепарина и белка при этом обусловлена соединением
сульфатных и карбоксильных групп полисахарида с NH-группами аргинина белка. Менее прочно с этим комплексом посредством свободных - СОО- − групп белка связан гистамин [2].
Наиболее богаты гепарином легкие и печень млекопитающих. Гепарин обнаружен также в потовой жидкости. Важнейшим источником
для получения гепарина в фармакологических целях является ткань
легких и капсула печени быка. Гепарин обнаружен в эритроцитах и лейкоцитах. Около 90% гепарина крови связано с форменными элементами.
Известно большое количество других источников гепарина и гепариноподобных веществ. Так ткани многих морских животных содержат вещества с высокой антикоагулянтной активностью. Гепарин также выделен из кожи крыс. Показано, что выделенное вещество представляет собой
высокомолекулярное соединение с разветвленной структурой, а не агрегат
низкомолекулярных. Его молекулярный вес 1100000 Да, а коэффициент
седиментации 12.8 S. Препарат гепарина в 16 раз более вязок, чем гепарин из муцина свиньи. Китовый гепарин впервые был выделен из легких и кишечника кита – полосатика. Отличительная особенность его
структуры заключается в том, что он содержит N – ацетилглюкозамин,
к которому присоединены другие группы гепарина. Молекулярный вес
- гепарина близок к весу гепарина полученного из тканей крупного
рогатого скота [4, 8].
1.1.5. Структура мономерного звена ВМС гепарина
Мономерное звено гепарина – это дисахарид, представленный уроновой кислотой. Моносахарид уроновой кислоты может быть или
α -Lидуроновой кислотой или β -D-глюкуроновой кислотой. Моносахарид β D-глюкозамина может быть незамещен, сульфатирован или ацетилирован по аминогруппе. Аминосульфатированный глюкозамин допускает 3-ои 6-о-сульфатацию. Аминоацетилированный глюкозамин может быть 6о-сульфатирован [3].
Из рассмотренных выше моносахаридов можно образовать 32 дисахарида. При рассмотрении всех разновидностей дисахаридов характерных для гепарина видно, что его мономерное звено может быть вообще не
сульфатировано или включать от одной до трех сульфогрупп.
Рис. 2. Цепочка из разнообразных мономерныхзвеньев, которые могут
входить в состав структуры ВМ гепарина
В работе с использованием метода жидкостной хроматографии определялся количественный состав по дисахаридам мукозного гепарина.
Перед анализом гепарин был предварительно обработан тремя видами
ферментов, что позволило практически полностью разорвать полисахаридные цепочки по гликозидным связям на отдельные дисахариды. В образовавшихся дисахаридах невозможно было отличить конформационные
особенности, характерные для идуроновой и глюкуроновой кислот. По-
этому кольцо уроновой кислоты единообразно обозначено как∆ UA для
несульфатированного
моносахарида
и ∆как
для
UA(2S)
2-о-
сульфатированного. На основании всего вышеизложенного можно рассчитать средние параметры мономерного звена нефракционированного гепарина [9, 10].
На рис. 3 представлена структурная формула наиболее распространенного дисахаридного звена. Далее все структурные предположения будут излагаться с учётом, что полимерная цепь построена из таких мономерных звеньев.
Рис. 3. Структурная формула мономерного дисахаридного звена гепарина
Плазма крови на 90% состоит из воды. Поэтому в плазме гепарин
ведет себя как полиэлектролит, проявляя кислотные свойства. Способностью к ионизации обладают карбоксильная и сульфогруппы в дисахаридных звеньях.
Таблица 1.
Усредненные параметры дисахаридного звена высокомолекулярного
гепарина
Название
Величина
Среднее число анионных узлов на дисахарид
3.586
Доля анионных узлов, занятых атомами Na
0.8
Доля анионных узлов, занятых атомами H
0.2
Средняя молекулярная масса
610.8
Таким образом, наиболее сильным отрицательным зарядом должно
обладать полностью ионизированное трижды сульфатированное мономерное звено. Высокая плотность отрицательного заряда препятствует
сворачиванию полимерной цепи в клубок, поэтому анионные узлы остаются доступными для взаимодействия с противоионами [12].
1.2. Цинк
1.2.1. Физические и химические свойства цинка
Цинк — голубовато-серебристый блестящий металл средней твердости, на воздухе тускнеет, покрываясь тонкой пленкой окисла, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Металл Ьсокой чистоты пластичен, и его можно прокатывать в листы г;фольгу. Технический цинк довольно ломок при обычной температуре, но при 100 - 150°С становится
тягучим и может прокатываться в листы и вытягиваться в проволоку. Выше 200°С делается снова хрупким и его можно растереть в порошок, что
обусловлено превращением цинка выше 200°С в другую аллотропную
форму. Цинк кристаллизуется в гексагональной решетке.
Рис. 4. Электронное строение атома цинка.
Цинк — сильный восстановитель. На реакции цинка с ионами меди
основана работа химического элемента Даниэля. Нормальный электродный потенциал цинка – 0.7618 В. Электрохимический Эквивалент 0.3388
мг/кулон. Перенапряжение водорода на цинке доставляет 0.75 В.
Цинк не разрушается под воздействием сухого воздуха при комнатной температуре, но начиная с 225°С скорость окисления быстро возрастает. В атмосфере влажного воздуха цинк постепенно разрушается с образованием основного гидрокарбоната цинка с различным соотношением
ZnO, СO 2 , Н 2 O. При температуре красного каления он может окислиться
парами воды с выделением водорода и двуокиси углерода, восстанавливающейся при этом до окиси углерода. При достаточном нагревании на
воздухе сгорает ярким зеленовато-синим пламенем с образованием окиси
цинка и значительным выделением энергии (83 ккал). Цинк в виде цинковой пыли — пирофорен. Газообразные хлор, фтор, бром и йод не реагируют с цинком на холоду, но в присутствии паров воды реакция может идти с воспламенением и выделением большого количества анергии (для
фтора 172.7 ккал, для хлора 95.55 ккал, для брома 78.4 ккал, для йода 49.8
ккал) [17].
В соответствии с местом, занимаемым цинком в ряду напряжений,
он легко растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода.
При растворении цинка в азотной кислоте, водород не выделяется, а
идет на восстановление Кислоты, при этом концентрированная кислота
восстанавливается до окислов азота, разбавленная — до аммиака. Растворение в концентрированной H 2 SO 4 сопровождается выделением не водорода, а двуокиси серы.
Смесь порошка цинка с серой при нагревании реагирует со взрывом.
Сероводород действует на него уже при комнатной температуре, но образующаяся пленка сульфида защищает цинк от дальнейшего воздействия
сероводорода. С азотом даже в парах цинк не взаимодействует, но довольно легко при температуре красного каления реагирует с аммиаком, обра-
зуя нитрид цинка Zn 3 N 2 . Карбид цинка ZnC 2 образуется при нагревании
цинка в токе ацетилена, разлагается водой и разбавленными кислотами.
Металлический цинк может реагировать с йодалкилами с образованием
смешанных цинкорганических соединений, которые при нагревании диспропорционируют с образованием алкилов цинка, например Zn(CH 3 ) 2 .
Простейшие из них представляют собой жидкости с неприятным запахом,
которые дымят и самовоспламеняются на воздухе, водой разлагаются с
выделением гидроокиси цинка и углеводородов [13, 17].
Цинк непосредственно не вступает в реакции с углеродом,
водородом и другими элементами. При нагревании металлического цинка в парах фосфора до 440—780°С образуются фосфиды
Zn 3 P 2 и ZnP 2 . Известен гидрид цинка ZnH 2 — белое твердое вещество, получается при взаимодействии Zn(CH 3 ) 2 с алюмогидридом
лития LiAlH 4 .
В расплавленном состоянии цинк неограниченно смешивается со
многими металлами: Сu, Ag, Аu, Cd, Hg, Са, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Sn, в
твердом
СОСТОЯНИИ
образует гомогенные смеси в весьма ограниченной
степени. Помимо этого со многими - металлами цинк образует соединения, например с Сu, Ag, Аи, Mn, Fe, Со, Ni, Pt, Pd, Rh, Sb, Mg, Ca, Li, Na,
K.
ЦИНК ДОВОЛЬНО легко растворяется в щелочах, а также водных растворах аммиака и хлорида аммония, особенно при нагревании. •Скорость
растворения цинка не только в щелочах, но и в кислотах зависит от его
чистоты. Очень чистый цинк растворяется медленно, и для ускорения
процесса рекомендуется вводить в раствор несколько капель сильно разбавленного раствора сульфата меди (возникновение гальванических пар)
[13].
1.2.2. Соединения цинка
В химических соединениях цинк двухвалентен. Ион Zn2+ бесцветен,
может существовать в нейтральных и кислых растворах. Из простых солей
цинка хорошо растворимы в воде хлориды, бромиды, иодиды, нитраты,
сульфаты и ацетаты. Малорастворимые соединения: сульфид, карбонат,
фторид, фосфат, периодат, арсенат, арсенит, хромат, оксалат, силикат,
цианид, ферроцианид.
Для цинка известно большое число основных солей. Согласно
теории
Вернера,
последние
рассматривали
как
«ол-
соединения» или какμ -гидроксосоединения. Для твердых солей
это предположение отвергнуто рентгенометрическими исследованиями, но остается весьма вероятным для растворов. Считают, что
вокруг иона цинка группируются молекулы гидроокиси цинка
(или другого металла) ввиду своего дипольного характера согласно уравнению:
Исходя из таких представлений становится хорошо объяснимым
растворение окисей или гидроокисей тяжелых металлов в растворах солей
цинка, в том числе применение хлорида цинка в качестве «паяльной жидкости».
Гидроокись цинка Zn(OH) 2 выделяется из растворов cолей цинка
при действии щелочей в виде белого аморфного осадка [13, 14]
При стоянии он постепенно приобретает кристаллическую структуру. Скорость кристаллизации зависит от природы соли, из раствора которой проводят осаждение. Так, из растворов, содержащих хлориды, кристаллическая гидроокись цинка получается значительно быстрее, чем из
растворов нитратов. Она обладает амфотерным характером (с преобладанием основных свойств), константа диссоциации основания равна 1.5*10-9,
кислоты 7.1*10-12. Осаждение гидроокиси цинка начинается при рН = 6 и
заканчивается при рН = 8.3. При увеличении рН до 11-11.5 осадок снова
растворяется. В щелочном растворе гидроокись цинка ведет себя как ангидро-кислота, т. е. переходит в раствор в виде гидроксоцинкат-ионов за
счет присоединения ионов гидроксила; образующиеся соли называются
цинкатами (гидроксоцинкатами). Известны соли три-, тетра-, гексагидроцинкатов: Me[Zn(OH 3 )], Me 2 [Zn(OH) 4 ], Me[Zn(OH) 6 ]. Некоторые из
цинкатов были выделены в твердом состоянии, например Na[Zn(OH) 3 ],
Na a [Zn(OH) 4 ], Na a [Zn(OH) 4 ]*2H 2 O, Ba 2 [Zn(OH) 6 ]. Они образуются только
при избытке щелочи. Некоторые из образующихся соединений наряду с
конституционной содержат кристаллизационную воду. В большинстве
случаев последняя легко отщепляется, например при нагревании солей.
Конституционно связанная вода, наоборот, удерживается весьма прочно,
например при длительном нагревании соли Na 2 [Zn(OH) 4 ] до температуры
465 °С потери воды не происходит. Значительное число цинкатов получается при сплавлении окиси цинка с окислами других металлов. Полученные этим путем цинкаты в воде практически нерастворимы. Гидроокись
цинка может существовать в виде пяти модификаций:α -, β -, γ -, δ - и ε Zn(OH) 2 . Устойчива лишь последняя модификация, в которую и превращаются все остальные менее стабильные модификации. ε -Модификация
при температуре выше 39°С начинает превращаться в окись цинка.
Процесс является равновесным, состояние равновесия определяется
главным образом температурным фактором. Стабильная ромбическая модификация s-Zn(OH) 2 образует особого вида решетку, обычно не наблюдаемую у других гидроокисей. Она имеет вид пространственной сетки, состоящей из тетраэдров Zn(OH) 4 . При обработке гидроокисей перекисью водорода образуется гидрат перекиси цинка неопределенного состава,
чистую перекись цинка ZnO 2 получают в виде желтовато-белого порошка
при действии Н 2 O 2 на эфирный раствор диэтилцинка. Гидроокись цинка
растворима в аммиаке и аммонийных солях. Это обусловлено процессом
комплексообразования цинка с молекулами аммиака и образованием хорошо растворимых в воде бесцветных комплексных катионов цинка. Произведение растворимости гидроокиси цинка равно 5*10-17. Есть указание,
что у свежеосажденной гидроокиси цинка растворимость несколько
больше и ПР = 3*10-16 [17].
1.2.3. Гидроксокомплексы цинка
В своих комплексных соединениях цинк проявляет координационные числа от 1 до 10, но наиболее распространены и устойчивы соединения с координационными числами 3, 4 и 6.
В водных растворах содержатся комплесные ионы различного состава и координационное число приближается к среднему значению, равному 4.
Комплекс [Zn(OH) 4 ]2- имеет структуру, близкую к тетраэдрической (рис.
5).
Рис. 5. Тетраэдрическая структура комплекса [Zn(OH) 4 ]2-.
Что же касается комплексов с пониженным координационным числом по гидроксогруппе, их геометрическая структура требует детального
изучения.
Рис. 6. Структура гидроксокомплексов Zn(II).
Рассмотрим строение комплексов с различным количеством гидроксогрупп во внутренней сфере, причем влияние молекул воды внутренней
сферы учитывалось в рамках модели реактивного поля. Для комплексов
цинка(II), содержащих в координационной сфере от одной до четырех
гидроксогрупп, проведена полная оптимизация геометрии. Полученные
структуры показаны на рис. 6. Как видно, частица [Zn(OH)]+ имеет угловую структуру с точечной группой симметрии Cs. Более симметричное
строение имеет нейтральная частица [Zn(OH) 2 ] с W-образной структурой.
В случае координации трех гидроксогрупп атомы кислорода и атом цинка
аниона [Zn(OH) 3 ] - образуют плоский треугольник, а все три атома водорода располагаются вне этой плоскости с углом Zn-O-H, равным 111°.
Анион [Zn(OH) 4 ]2- имеет симметрию D 2 d, более низкую, чем симметрия
правильного тетраэдра. При этом атомы кислорода находятся в вершинах
тетраэдра, а угол Zn-O-H составляет 101° [13, 14].
1.3. Пролин
Пролин - α-аминокислота, одна из двадцати, кодирующих ДНК аминокислот. Её кодонами являются CCU, CCC, CCA и CCG.
Рис. 7. Структурная формула молекулы пролина.
Данная аминокислота не является незаменимой - это означает то,
что человеческий организм может сам её синтезировать. Из 20 аминокислот, формирующих белковые молекулы, пролин уникален тем, что аминогруппа связана не с одной, а двумя алкильными группами, являясь вторичным амином.
Рис.8. Структурная формула изомерной формы L – пролина.
Рис.9. Структурная формула изомерной формы D – пролина.
Аминокислота существует в двух оптически изомерных формах — L и D.
Рис. 10. Цвиттер-ионные структуры двух энантиомеров пролина: (S)пролин (слева) и (R)-пролин.
Пролин существует в цвиттер-ионной форме. Структура цвиттер иона будет меняться в зависимости от рН раствора, учитывая, что значения
рKа глицина 1.99 и 10.96.
Циклическая структура боковой цепи пролина даёт ему исключительную конформационную жёсткость по сравнению с другими аминокислотами. Это также влияет на скорость образование пептидной связи
между пролином и другими аминокислотами. Когда пролин образует пептидную связь, азота, входящий в его структуру, не имеет связей с водородом, значит, он не может выступать в качестве донора водородной связи,
но может быть её акцептором [15].
Синтез пролина в организме включает четырехэтапный процесс, начинающийся с глутамата и представляет реакции обратные его распаду.
Одна молекула АТФ и два НАДФH + Н+ используются на моль пролина.
Рис. 11. Схема синтеза пролина в организме
Также синтез пролина вне организма может быть осуществлен циклизацией α,δ-ди-хлорвалериановой кислоты.
Эта аминокислота исключительно полезна в задержке процессов сморщивания кожи, для регенерации утерянных тканей, в заживлении ран.
Пролин участвует в восстановлении хрящевой поверхности суставов,
укреплении связок и сердечной мышцы.
Играет необыкновенно важную роль в формировании структуры
белков, поскольку обеспечивает сворачивание полипептидной цепочки в
спираль, что является существенным элементом эволюции протеинов,
прежде всего коллагеновых [15].
Пролин крайне важен для суставов и для сердца. Это важный компонент коллагенов – белков, которые в высоких концентрациях содержатся в костях и соединительных тканях. Пролин может при длительном недостатке или перенапряжении во время занятий спортом использоваться
как источник энергии для мышц. Дефицит этой аминокислоты может заметно
повысить
утомляемость.
Свободный пролин в значительном количестве содержится во фруктовых соках, например до 2.5 грамм на каждый литр апельсинового сока
[7].
1.4. Глицин
Глицин — простейшая алифатическая аминокислота, название глицина происходит от древнегреческого «glycys» — сладкий, из-за сладковатого вкуса аминокислоты.
В глицине центральный атом углерода sp3-гибридизирован, боковыми радикалами являются два атома водорода — для «глицинового» тетраэдра можно найти положение (вверху находится группа COOH), при котором порядок обхода остальных заместителей (H, N, H) одинаков в обоих
направлениях, следовательно глицин является симметричной молекулой и
не имеет оптических изомеров [15].
Рис. 12. Структурная формула аминокислоты глицин
По строению глицина видно, что он имеет карбоксильную и аминогруппу у одного атома углерода, и следовательно входит в категорию αаминокислот.
Рис. 13. Структура цвиттер-ионной формы аминокислоты глицин в интервале pH от 2,35 до 9,78.
Глицин существует в цвиттер-ионной форме. Структура цвиттер иона будет меняться в зависимости от рН раствора, учитывая, что значения
рKа глицина 2.35 и 9.78, следовательно он будет в анионной форме при
pH выше 9.78 (рис. 14), при рН ниже 2.35, раствор содержит катион карбоновой кислоты (рис. 15) [16].
Рис. 14. Структура цвиттер-ионной формы аминокислоты глицин при pH
от 9.78.
Рис. 15. Структура цвиттер-ионной формы аминокислоты глицин при pH
до 2.35.
Эффективность координации аминокислоты сильно зависит от рН
среды, поскольку протоны способны конкурировать с металлом (Hg2+ и
Pb2+) за лиганд, в данном случае аминокислота связана с ионом металла
посредством аминогруппы. Напротив, только карбоксильная группа задействована в ряде комплексов Ca2+ и Mg2+, а также при низких значениях
рН, когда аминогруппа протонирована. Карбоксильная группа способна
также участвовать как мостиковая в сложных комплексах и как бидентатный лиганд, однако образующийся четырехчленный цикл не слишком
стабилен.
Известен способ получения глицина через аммонолиз и последующее
омыление водных растворов гликолонитрила:
HO-CH 2 -CN
H 2 N-CH 2 -CN → H 2 N-CH 2 -COOH
Однако исходный гликолонитрил не является доступным реагентом,
а должен быть специально получен из формальдегида и синильной кислоты или ее солей. Необходимость применения этих сильно-ядовитых веществ в синтетической цепи - один из основных недостатков способа. К
другим относятся: проведение стадий аммонолиза и омыления в разбавленных водных растворах и количественные затраты минеральных кислот
и щелочей, что обусловливает наличие больших количеств загрязненных
сточных вод и невысокий выход глицина в расчете на гликолонитрил, который
составляет
69% или 85%.
Известен способ получения глицина щелочным гидролизом гидантоина. Выход глицина составляет 95% , тем не менее ему присущи недостатки описанного способа, поскольку для получения исходного гидантоина необходима синильная кислота (синтез Штрекера), а его гидролиз требует количественных затрат водной щелочи.
В промышленной практике наиболее распространен способ получения глицина аммонолизом монохлоруксусной кислоты (МХУК), доступного многотоннажного реагента, в водном растворе в присутствии гексаметилентетрамина:
Cl-CH2-COOH+NH 3
H 2 N-CH 2 -COOH+NH 4 Cl
Так известен способ получения глицина обработкой МХУК или ее
аммонийной или натриевой солей аммиаком и NaOH в водной среде, содержащей гексаметилентетрамин и NH4+ - ионы в молярном соотношении
с
МХУК не менее, чем 1 : 3.
Первые 1/4 - 1/2 количества МХУК обрабатывают аммиаком в мо-
лярном соотношении 1 : 2, затем оставшуюся МХУК обрабатывают водным раствором NaOH в молярном соотношении 1 : 2 при 65-70 °С. Общая продолжительность синтеза 3 часа. Выход глицина 93 % .
Глицин сдержится в белковой пище, а также вырабатывается печенью из треонина, серина или холина. Данная аминокислота является важным компонентом, она выводит из организма токсины и способствует заживлению ран, также транспортирует кислород в процесс образования новых клеток и участвует в выработке гормонов, ответственных за усиление
иммунной системы.
Аминокислота - глицин служит медиатором в некоторых случаях
постсинаптического торможения в спинном мозге. Специфическим антагонистом глицина является стрихнин.
Исследования отмечают депримирующее влияние глицина на вазомоторные рефлексы, а также влияние на функциональное состояние симпатоадреналовой системы, благодаря его вмешательству в процессы адренергической медиации.
Метаболические свойства глицина способствуют усилению восстановительных процессов, а также положительно влияют на синтез коллагена, препятствуют скорости и времени физиологического старения.
Глицин является исходным материалом для синтеза других аминокислот, а также донором аминогруппы при синтезе гемоглобина и других
веществ [7].
1.5. Аргинин
Аргинин - α-аминокислота. Впервые был выделен как экстракт из
цветов люпинов в 1886 году швейцарским химиком Эрнестом Людвигом
Эмману-ель Шульцем. В L-форме является одной из 20 наиболее распространенных природных аминокислот. Говоря о молекулярной генетике,
аргинин находится в структуре транспортной РНК, её кодонами являются:
CGU, CGC, CGA, CGG, AGА, и AGG.У млекопитающих, аргинин классифицируется как условно незаменимая аминокислота, в зависимости от
стадии развития и состояния здоровья [3].
Рис. 16. Структурная формула аминокислоты аргинин.
Аргинин является основной аминокислотой, несущей два основных
центра: аминогруппу в α -положении и гуанидиновую в δ -положении. Гуанидиновая группа благодаря резонансной делокализации заряда при протонировании является сильно основной (pKa 12.48), находится в протонированной катионной форме при pH < 10 и способна образовывать множественные водородные связи. В слабощелочных и нейтральных растворах
аргинин образует цвиттер-ион [16].
Рис. 17. Цвиттер-ионные формы аргинина.
Боковая алифатическая цепь аргинина, состоящая из трёх атомов углерода, увенчана комплексом гуанидиновой группы.
Рис. 18. Комплекс гуанидиновой группы.
Из-за присутствия положительно заряженной гуанидиновой группы
в боковой цепи, аргинин является самой основной аминокислотой.
В изоэлектрической точке аргинин обладает высоким pH из-за дополнительного положительного заряда на боковой цепи.
Для аргинина: pKa 1 = 2.2 (α-COOH группы), pKa 2 = 9 (α-группы
NH 2 ) и pKa 3 =12.5 (для гуанидиновой группы).
Рис. 19. Распределение электронной плотности в молекуле аргинина.
На кривой титрования аргинина видно три точки перегиба, относящихся к различным видам цвиттер-ионов.
Рис. 20. Распределение электронной плотности в цвиттер-ионных формах
аргинина в зависимости от pH.
Очень высокие концентрации ионов гидроксила, необходимые для
удаления последнего протона из аргинина показывают исключительно высокую основность гуанидиновой группы этой аминокислоты.
Рис. 21. Кривая титрования аргинина.
Как и аминокислоты описанные выше, аргинин также существует в
D- и L-конфигурациях.
Рис. 22. D- и L-конфигурации молекулы аргинина.
Представленные выше конфигурации отличаются ориентацией амино- и карбоксильной групп [15].
Эндогенный синтез осуществляется главным образом из цитруллина, который синтезируется в слизистой тонкого кишечника как конечный
продукт глутаминового / глутаматного метаболизма и током крови почти
весь доставляется в почки, где при участии аспартата в цикле мочевой кислоты превращается в аргинин. Последний через почечные вены поступает в циркуляцию и разносится к различным клеткам и тканям организма.
Синтез аргинина также возможен из цитруллина, орнитина и пролина, но
он выражен слабо.
В биосистемах аргинин играет важную роль в синтезе ряда анаболических гормонов, полиаминов и окиси азота. Практически вся цепочка
превращений аргинина в производные (орнитин, путресцин, спермидин,
альфа-кетоглутарат) осуществляется в трех органах — кишечнике, печени
и почках.
Также в печени синтезируются глицин и пролин. Являясь ус-
ловно незаменимой для взрослых и незаменимой для детей аминокислотой, аргинин стимулирует продукцию соматотропного гормона. Дефицит
аргинина в питании замедляет рост организма.
Кроме того, увеличивая до верхних границ уровень соматотропного
гормона, он обладает позитивным психотропным эффектом, улучшая на-
строение, увеличивая бодрость, значительно редуцирует симптомы депрессии, улучшает активность. Аргинин увеличивает скорость заживления
ран, переломов костей, травм сухожилий, положительно влияет на редукцию артритов и другой патологии соединительной ткани [7].
1.6. Метод математического моделирования (МММ) применительно к
исследованию сложных равновесий в растворе
Как известно, константа образования или устойчивости, характеризующая прочность, с которой металл связывается с лигандом или отдельной его группой, является важнейшим количественным параметров комплексов. Для равновесной реакции M+nL→MLn, константа устойчивости
имеет вид:
M + nL → MLn
βn =
[ MLn ]
[ M ][ L] n
Поскольку большинство лигандов
способно протонироваться,
наиболее распространенным и удобным экспериментальным методом определения является рН-потенциометрический метод. Одной из причин
широкого использования данного метода является относительная легкость
и простота, с которыми в настоящее время можно измерять рН с воспроизводимостью ± 0.05 единиц, с другой - то обстоятельство, что практически все равновесные реакции протекающие в воде или в содержащих воду
смесях растворителей, чувствительно отзываются (прямо или косвенно) на
изменения рН. В основу рН-потенциометрического метода положен расчет равновесных концентраций в условиях конкуренции между протоном
и ионом металла за обладание лигандом, основанный на решении системы
уравнений баланса масс и электронейтральности. Способы расчета комплексов были разработаны Бьеррумом, Шварценбахом, Леденом, Фронеусом, Россоти [1].
С момента опубликования пионерской работы Силлена для вычисления констант химических равновесий был разработан ряд достаточно
эффективных вычислительных программ расчета химических равновесий.
Совершенствование этих программных продуктов происходило параллельно с повышением эффективности методов решения экстремальных
задач – от простейших приемов линеаризации, аппроксимации, интерполяции минимизируемой функции до сложных вычислительных методов
исследования функционального поведения с привлечением градиента и
матрицы Гессе этой функции и т.д.
При переходе от простых систем к сложным, включающим несколько компонентов, процедура точного расчета равновесных концентраций, а
из них констант образования усложняется, и если закон действующих
масс и баланс по массе приложить к таким системам из нескольких компонентов, то обязательно получится сложная система нелинейных уравнений, решить которую можно, применяя итерационные методы расчета.
Отсюда становится обязательным использование прикладной математики
на этапах формирования моделей, планирования эксперимента, обработки
данных, решения вопроса об адекватности, о наличии альтернатив. Поэтому в настоящее время старые методы расчета заменены другими, в основу которых положен машинный расчет с применением методов наименьших квадратов. МММ позволяет построить математическую модель
равновесного состава раствора, а также оценить величины констант образования всех комплексных (молекулярных) форм, существующих в растворе. Для моделирования химических равновесий при проведении исследования мы использовали вычислительный комплекс New DALSFEK
[1, 12].
1.7. Прямая потенциометрия
Методы прямой потенциометрии основаны на непосредственном
применении уравнения Нернста для нахождения активности или концентрации участника электродной реакции по экспериментально измеренной
ЭДС цепи или потенциалу электрода. Наибольшее распространение среди
прямых потенциометрических методов получил метод определения рН.
Прямые потенциометрические методы часто стали называть ионометрическими методами анализа или ионометрией. Эта группа методов интенсивно развивается в связи с успехами в конструировании и улучшении качества ионоселективных электродов, позволяющих проводить быстро и точно определение концентрации или активности ионов и обладающих рядом
других достоинств.
1.7.1 Определение рН
Понятие о водородном показателе введено в 1909 г. Зёренсеном, который под водородным показателем понимал отрицательный десятичный
логарифм молярной концентрации ионов водорода: рН = - lg[H+]. Для определения числового значения рН Зёренсен предложил использовать измерение ЭДС элемента:
В то время считалось, что ЭДС элемента зависит от концентрации
вещества, а не от его активности:
Величина Е0 конц. определялась экспериментально, причем концентрация ионов водорода [Н+] в стандартном растворе вычислялась по формуле:
(1)
где а — степень диссоциации НСl, вычисленная по электрической проводимости; с НСl — молярная концентрация раствора НСl.
При этих условиях и 25°С Е0 конц. = 0.3376 В и p S Н =
; сим-
вол p S Н означает единицу рН в шкале Зёренсена. Как видно, эта величина
не является достаточно строгой мерой ни концентрации ионов водорода,
ни их активности. Действительно, величина [Н+], рассчитанная по формуле (1), не является активностью ионов водорода, так как а н + = [Н+] * γ н +, и
не равна их концентрации, поскольку в разбавленных растворах соляной
кислоты [Н+] = с НСl ввиду полной диссоциации НСl.
В соответствии с современными представлениями ЭДС элемента Зёренсена выражается уравнением:
(2)
где Е д - диффузионный потенциал.
В настоящее время величина рН считается характеристикой активности ионов водорода:
Поэтому иногда в символ рН вводят нижний индекс «а»: р а Н [1].
В соответствии с определением рН из уравнения (2) находим:
(3)
Уравнение (3) показывает, что для точного определения рН необходимы данные по диффузионным потенциалам и по активности иона Сl- в
0.1М КС1. Ни одна из этих величин не может быть получена совершенно
строго, в связи с чем найденная экспериментально величина рН также не
является вполне строгой. Эти трудности были преодолены путем введения
соответствующего ГОСТа на шкалу рН:
1. 0,1 моль/кг Н 2 О раствор НС1 (рН 1.10 при 0 °С и 1.14 при 150°С),
2. 0,05 моль/кг Н 2 О раствор тетраоксалата калия КНС 2 O 4 * Н 2 С 2 O 4 *
2Н 2 О (рН 1.666 при 0°С и 1.806 при 95°С);
3. насыщенный при 25 "С раствор кислого тартрата калия С 4 Н 5 O 4 К
(рН 3.557 при 25°С и 3.90 при 150°С);
4. 0,05 моль/кг Н 2 О раствор кислого фталата калия C 8 H 5 O 4 K (рН 4.003
при 0°С и 4.227 при 95°С);
5. 0,025 моль/кг Н 2 О раствор КН 2 РO 4 и 0,025 моль/кг Н 2 О раствор
Na 2 HPO 4 (рН 6.984 при 0°С и 7.14 при 150°С);
6. 0,08695 моль/кг Н 2 О раствор КН 2 РO 4 и 0,03043 моль/кг Н 2 О раствор
Na 2 HPO 4 (рН 7.534 при 0°С и 7.367 при 50°С);
7. 0,01 моль/кг Н 2 О раствор натрия тетрабората Na 2 B 4 O 7 * 10Н 2 О (рН
9.464 при 0°С и 8.68 при 150°С);
8. насыщенный при 25 °С раствор гидроксида кальция Са(ОН) 2 (рН
13.423 при 0°С и 11.449 при 60°С).
В ГОСТе приводятся значения рН этих растворов в широком интервале температур от 0 до 95°С или 150°С с шагом в 5°С. Шкала рН обладает внутренней согласованностью, т. е. экспериментально измеренная величина рН не зависит от того, какой из растворов был выбран в качестве
стандартного. Набор первичных стандартных растворов используется
также и в других странах — США, Великобритании, Японии и других.
Значения рН стандартных растворов устанавливают путем измерения ЭДС цепей без переноса. Для этого чаще всего используют цепь типа:
Pt(H 2 ) | буферный раствор, KCl | AgCl, Ag. В таких системах хотя и сохраняются трудности, связанные с оценкой коэффициентов активности отдельных ионов, но отпадает необходимость учета диффузионного потенциала.
Если рН x и рН ст — значения рН исследуемого и стандартного растворов, а Е х и Е ст — ЭДС элементов типа: Pt(H 2 ) | НА|| КС1, pаствоp |
AgCl, Ag - с исследуемым и стандартным растворами, то
(4)
(5)
При вычитании уравнения (5) из (4) получаем
Для экспериментального определения рН могут быть использованы
различные индикаторные электроды: водородный, хин-гидронный, стек-
лянный и др. Наибольшее практическое применение в последнее время
нашел стеклянный электрод, используемый в широком интервале рН и в
присутствии окислителей [1].
Рис. 23. Устройство стеклянного электрода.
Стеклянный электрод (рис. 23) представляет собой тонкостенный
стеклянный шарик 1, заполненный раствором НСl или каким-либо буферным раствором 2. Внутрь шарика помещают хлорсеребряный электрод 3.
Это устройство обычно закрывают защитной трубкой 4.
Перед работой стеклянный электрод некоторое время вымачивают в
0.1 М НСl. При этом ионы водорода из раствора обмениваются на ионы
натрия из стеклянной мембраны и в системе устанавливается некоторое
равновесие. Подготовленный таким образом электрод, в котором протоны
поверхности стекла находятся в равновесии с протонами раствора, может
быть использован для определения рН.
Таким образом, электродная реакция на стеклянном электроде сводится к обмену ионами водорода между раствором и стеклом:
т. е. она не связана с переходом электронов.
Ионы водорода на поверхности внешней стороны мембраны находятся в равновесии с ионами водорода в исследуемом растворе и на границе раздела возникает потенциал:
где
- активность ионов водорода в исследуемом растворе,
-
активность ионов водорода на внешней поверхности мембраны.
Аналогично на границе раздела внутрен ней поверхности мембраны
возникает потенциал:
где
и
- активность ионов водорода соответственно во внут-
реннем растворе и на внутренней поверхности мембраны.
Суммарный потенциал стеклянной мембраны будет равен:
При постоянных значениях
,
и
уравнение при-
нимает вид:
т. е. потенциал мембраны характеризует рН исследуемого раствора [11].
Измерение рН со стеклянным электродом сводится к измерению
ЭДС цепи:
ЭДС этой цепи равна:
(6)
Подставляя последние отношения в (6), получаем:
Или можно записать так:
В величину Е0 стекл входит и так называемый потенциал асимметрии,
представляющий собой разность потенциалов между двумя сторонами
стеклянной мембраны. Она возникает из-за несовпадения свойств разных
сторон мембраны и может быть измерена экспериментально, если по обе
стороны мембраны поместить один и тот же раствор. Величина Е0 стекл зависит также от константы равновесия Н+ (р-р) ↔ Н (стекло), характер изующей сорт стекла и некоторые другие свойства стеклянного электрода.
Стандартный потенциал стеклянного электрода Е0 стекл обычно не определяют. При использовании заводских рН-метров эта операция заменяется
настройкой приборов по стандартным буферным растворам, так как шкала
рН-метров проградуирована непосредственно в единицах рН.
Основными достоинствами стеклянного электрода являются простота работы, применимость в широкой области рН, быстрое установление
равновесия
и
возможность
определения
рН
в
окислительно-
восстановительных системах. К недостаткам относят хрупкость их конструкции и усложнение работы при переходе к сильно щелочным и сильно
кислым растворам. Тем не менее стеклянный электрод в настоящее время
наиболее широко применяется для измерения рН. Этому способствует
также широкий выпуск промышленностью рН-метров со стеклянным
электродом [11].
2 .Экспериментальная часть
Подготовка растворов для pH-метрического анализа
2.1. Гепарин
В данной работе для изучения химических равновесий в системах,
содержащих гепарин, ионы 3-d металла (цинк – Zn2+) и аминокислоты
(глицин – Gly-, аргинин – Arg-, пролин – Pro-) использовался стандартный
фармакологический раствор гепарина (12000 Да) в форме тетранатриевой
соли, производства «Московский эндокринный завод» - каждый миллилитр такого раствора содержал 5000 ЕД (1 ЕД = 0,0077 мг гепарина) или
38.5 мг соли.
2.2. Приготовление аминокислот
Для нужд эксперимента были приготовлены растворы аминокислот
в трёх колбах на 100 мл по навеске так, чтобы в 10 мл каждого из растворов содержалось 1.16*10-4 моль аминокислоты (соблюдаем эквимолярное
соотношение). Для этого мы взвешивали на листочке алюминиевой фольги 0.087г глицина (M = 75.07 г/моль), 0.1337г L-пролина (M = 115.3
г/моль), 0.2021г L- аргинина (M = 174.2 г/моль).
2.3. Приготовление раствора ZnCl2
Соблюдая эквимолярное соотношение компонентов, был приготовлен раствор ZnCl2 в колбе на 250 мл. Хлористый цинк получил путем растворения металлического цинка в концентрированной соляной кислоте
(при плотности соляной кислоты 1.19 г/см3). Кислоту осторожно вливали в
посуду с кусочками цинка так, чтобы уровень не привышал 3/4 глубины
посуды. При окончательном растворении цинка прекратилось выделение
пузырьков водорода. Полученному раствору хлористого цинка дали отстояться до прозрачности и аккуратно слили в колбу.
2.4. Стандартизация раствора ZnCl2
К анализируемому раствору, содержащему не более 40 мг Zn в 100
мл, прибавили буферный раствор, индикатор пирокатехиновый фиолетовый в виде 0,1%-ного водного раствора и титровали 0.01 М раствором
комплексона до перехода окраски из зелено-синей в красно-фиолетовую.
При этом использовали буферный раствор следующего состава: смесь 1 М
растворов NH4C1 и NH4OH в отношении 1 : 5.
2.5. Приготовление растворов NaCl, HCl, NaOH
Раствор соляной кислоты был приготовлен из фиксанала, концентрация кислоты 0.1н.
1.54 М раствор NaCl был приготовлен из ч.д.а его соли по навеске.
Титрант – бескарбонатный раствор гидроксида натрия готовили растворением необходимого количества 50% раствора NaOH в предварительно прокипяченной воде с последующей стандартизацией путем титрования навески сульфаминовой кислоты, предварительно очищенной перекристаллизацией.
2.6. Приготовление рабочего раствора
Для приготовления основного раствора в колбу на 100 мл было добавлено: 10 мл 1.16*10-3 М аминокислоты (глицин – Gly-, аргинин – Arg-,
пролин – Pro-), 10 мл 1.16*10-3 М раствора ZnCl2, 2 мл гепарина, 10 мл 1.54
М NaCl, 7 мл 0.1 М HCl. Далее доводили дистиллированной водой до метки и опускали в ультратермостат UTU-2/77 на 15 минут, после чего приступали к титровании.
2.7. Проведение pH-метрии
Измерения значений pH проводили с помощью И-135, укомплектованного измерительным стеклянным электродом ЭСЛ 63-07 и насыщенным хлоридсеребряным электродом сравнения. Перед началом титрования
была проведена калибровка pH-метра с помощью стандартных буферных
растворов с величинами рН, равными 1.65 и 9.18, с учетом поправки на
температуру. Титрование проводилось на фоне 0.15 М хлорида натрия.
2.8. Математическое моделирование
Исследования взаимодействие в системе Zn2+-L1-L2 ( L1: Hep4-; L2 :
Gly-, Arg-, Pro-) проводилось по экспериментальным данным pHметрического титрования водных растворов при соотношении 1 : 1 : 1 исходных концентраций составляющих компонентов системы
Нами было сделано следующее допущение: благодаря высокой
плотности отрицательного заряда макромолекула гепарина в растворе будет находиться в вытянутом, палочкообразном состоянии, поэтому анионные узлы должны оставаться доступными для взаимодействия с противо-
ионами; макромолекула гепарина представляется нами как совокупность
отдельных мономерных звеньев – дисахаридов, концентрация которых в
растворе и принимается за концентрацию самого гепарина, а монозвено –
за базисный термодинамический компонент раствора.
По уравнению материального баланса и закона действующих масс
для функции pH по базисным компонентам для всех имеющихся систем
была составлена математическая модель. Расчеты моделей химических
равновесий и определение соответствующих констант выполнены с помощью комплекса вычислительных программ New DALSFEK.
3 Обсуждение результатов
Исследование ионно-молекулярных равновесий в системах: Zn2+-L1L2 (L1: Hep4- L2: Arg-, Gly-, Pro-) было проведено при температуре 37 ºС, на
фоне 0.15 М NaCl pH – потенциометрическим методом, с использованием
метода математического моделирования. Расчет показал, что в исследованных системах идет образование смешаннолигандных комплексов,
включающих катион металла, гепарин и аминокислоту.
На рис. 24 – 26 можно увидеть, как соотносятся значений pH полученных, непосредственно, во время эксперимента и значения pH, которые
были посчитаны с использованием расчитанных констант устойчивости в
программе RSS.XLS, которая позволяет моделировать гомогенные химические равновесия. Принцип работы данной программы основан на алгоритме известной фортран-программы RRSU..K.
pH
11
10
9
8
7
pH(эксп.)
pH(ММ)
6
5
4
3
2
0,0000
0,0011
0,0022
0,0033
0,0044
0,0055
0,0066
0,0077
0,0088
0,0099
0,0110
V, мл
Рис. 24. Внешний вид кривых титрования исследуемой системы: Na4Hep –
Gly- – Zn2+. Температура 37ºС, ионная сила 0.15 NaCl. Пунктир – эксперимент, линии – расчет с помощью математического моделирования.
11
pH
10
9
8
7
pH(эксп.)
pH(ММ)
6
5
4
3
2
0,0000
0,0011
0,0022
0,0033
0,0044
0,0055
0,0066
0,0077
0,0088
0,0099
0,0110
V, мл
Рис. 25. Внешний вид кривых титрования исследуемой системы: Na4Hep –
Pro- – Zn2+. Температура 37ºС, ионная сила 0.15 NaCl. Пунктир – эксперимент, линии – расчет с помощью математического моделирования.
pH
11
10
9
8
7
6
pH(эксп.)
pH(ММ)
5
4
3
2
0,0000
0,0011
0,0022
0,0033
0,0044
0,0055
0,0066
0,0077
0,0088
0,0099
0,0110
V, мл
Рис. 26. Внешний вид кривых титрования исследуемой системы: Na4Hep –
Arg- – Zn2+. Температура 37ºС, ионная сила 0.15 NaCl. Пунктир – эксперимент, линии – расчет с помощью математического моделирования.
Для расчёта констант устойчивости были записаны компонентные
матрицы, которые можно посмотреть в таблицах 2 – 4.
В системе Zn2+ - Na4Hep - аминокислота (глицин – Gly-, аргинин –
Arg-, пролин – Pro-) гомогенность раствора нарушалась при достижении
критической величины рН, следовательно, в областях существования
твердой фазы процедура математического моделирования проведена быть
не может. Исходя из этих соображений, было принято решение ограничиться в случае системы Zn2+ – Na4hep – аминокислота (глицин – Gly-, аргинин – Arg-, пролин – Pro-) только лишь теми участками кривой титрования, на которых титруемый раствор заведомо гомогенен.
Для цинксодержащей системы в компонентной матрице учитывали
логарифмы констант образования только трёх гидроксоформ Zn(OH)i2-i
(i=1, 2, 3), а вероятность образования хлоридных комплексов считали ничтожно малой из-за их малой устойчивости, следовательно, игнорирование их в модели не приведет к существенным искажениям результатов
расчета.
Таблица 2. Компонентная матрица системы: Na4Hep – Gly-- – Zn2+.
Базис H+, Hep4-, Pro-, Zn2+.
№
Молекулярная
форма
lg(βi)
H+
Zn2+
Hep4-
Gly-
1
H+
0
1
0
0
0
2
Zn2+
0
0
1
0
0
3
Hep4-
0
0
0
1
0
4
Gly-
0
0
0
0
1
4
OH-
-1
0
0
0
6
ZnOH+
-8.67
-1
1
0
0
7
ZnOH2
16.47
-2
1
0
0
8
ZnOH3-
27.75
-3
1
0
0
9
GlyH2+
9.58
2
0
0
1
10
HepGly5-
6.02
0
0
1
1
11
HepHGly4-
10.8
1
0
1
1
12
HepH3-
3.79
1
0
1
0
13
HepGlyZn3-
lg(β)
0
1
1
1
13.40
Таблица 3. Компонентная матрица системы: Na4Hep – Pro- – Zn2+.
Базис H+, Hep4-, Gly -, Zn2+.
№
Молекулярная
форма
lg(βi)
H+
Zn2+
Hep4-
Pro-
1
H+
0
1
0
0
0
2
Zn2+
0
0
1
0
0
3
Hep4-
0
0
0
1
0
4
Pro-
0
0
0
0
1
4
OH-
-1
0
0
0
6
ZnOH+
-8.67
-1
1
0
0
7
ZnOH2
16.47
-2
1
0
0
8
ZnOH3-
27.75
-3
1
0
0
9
ProH2
8.94
2
0
0
1
10
HepH3-
2.54
1
0
1
0
11
HepPro5-
15.23
0
0
1
1
12
ZnPro+
19.18
0
1
0
1
13
HepHZn-
3.79
1
1
1
0
14
HepH2Zn
-4.39
2
1
1
0
15
HepProZn3-
lg(β1)
0
1
1
1
16
HepHProZn2-
lg(β2)
1
1
1
1
13.40
Таблица 4. Компонентная матрица системы: Na4Hep – Arg- – Zn2+.
Базис H+, Hep4-, Arg -, Zn2+.
№
Молекулярная
форма
lg(βi)
H+
Zn2+
Hep4-
Arg-
1
H+
0
1
0
0
0
2
Zn2+
0
0
1
0
0
3
Hep4-
0
0
0
1
0
4
Arg-
0
0
0
0
1
4
OH-
-1
0
0
0
6
ZnOH+
-8.67
-1
1
0
0
7
ZnOH2
16.47
-2
1
0
0
8
ZnOH3-
27.75
-3
1
0
0
9
ArgH
8.94
1
0
0
1
10
HepArg5-
2.54
0
0
1
1
11
HepH2Arg3-
15.23
2
0
1
1
12
HepH3Arg2-
19.18
3
0
1
1
13
HepH3-
3.79
1
0
1
0
14
ZnOHArg
-4.39
-1
1
0
1
15
HepArgZn3-
lg(β1)
0
1
1
1
16
HepHArgZn2-
lg(β2)
1
1
1
1
13.40
Методом pH-метрического титрования и математического моделирования были получены диаграммы распределения для систем Zn2+-L1-L2
(L1: Hep4-; L2: глицин - Gly-, аргинин - Arg-, пролин - Pro-).
При анализе полученных диаграмм распределения, следует отметить, что в случае взаимодействия гепарина с ионами Zn2+ и глицином образуется весьма устойчивый комплекс вида HepGlyZn3-, который существуе в широком интервале температур.
C, моль/л
0,00116
0,00087
Zn
Hep
Gly
ZnOH
ZnOH2
ZnOH3
GlyH2
HepGly
HepHGly
HepH
HepGlyZn
0,00058
0,00029
0,000000
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
pH
Рис. 26. Концентрационная диаграмма распределения комплексных форм
в системе Zn2+ - Na4Hep – Gly- при эквимолярном соотношении M:L1:L2.
CHep4- = 1.16*10-3 М, CZn2+ = 1.16*10-3 М, CGly- = 1.16*10-3 М, CHCl = 0.1 М,
СNaOH = 0.095 М. Температура 37ºС, фоновый электролит 0.15 М NaCl.
При взаимодействии Zn2+ с пролином и гепарином в кислой области
образуется гидрированный комплекс HepHProZn2-. В щелочной области
образуется средний комплекс вида HepProZn3-.
C, моль/л
0,00116
0,00087
Zn
Hep
Pro
ZnOH
ZnOH2
ZnOH3
ProH2
HepH
HepPro
ZnPro
HepHZn
HepH2Zn
HepProZn
HepHProZn
0,00058
0,00029
0,00000
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
pH
Рис. 27. Концентрационная диаграмма распределения комплексных форм
в системе Zn2+ - Na4Hep – Pro- при эквимолярном соотношении M:L1:L2.
CHep4- = 1.16*10-3 М, CZn2+ = 1.16*10-3 М, CPro- = 1.16*10-3 М, CHCl = 0.1 М,
СNaOH = 0.095 М. Температура 37ºС, фоновый электролит 0.15 М NaCl.
При взаимодействии гепарина с ионами Zn2+ и с аргинином отмечают образование смешаннолигандного гидроксокомплекса HepHArgZn2-,
который очень устойчив и только при pH = 7 начинает разрушаться. Однако в щелочной области наблюдается образование HepArgZn3-, хотя его
устойчивость весьма мала.
C, моль/л
0,00116
0,00087
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
demo
Zn
Hep
Arg
ZnOH
ZnOH2
ZnOH3
ArgH
HepArg
HepH2Arg
HepH3Arg
HepH
ZnOHArg
HepArgZn
HepArgHZn
0,00058
0,00029
0,00000
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
pH
Рис. 28. Концентрационная диаграмма распределения комплексных форм
в системе Zn2+ - Na4Hep – Arg- при эквимолярном соотношении M:L1:L2.
CHep4- = 1.16*10-3 М, CZn2+ = 1.16*10-3 М, CArg- = 1.16*10-3 М, CHCl = 0.1 М,
СNaOH = 0.095 М. Температура 37ºС, фоновый электролит 0.15 М NaCl.
При взаимодействии гепарина с ионами Zn2+ и аминокислотами
идентифицируются
однотипные
комплексные
формы:
HepGlyZn3-,
HepProZn3-, HepArgZn3- , однако с пролином и аргинином идет образование смешаннолигандных комплексов HepHProZn2-, HepHArgZn2-, которые
очень устойчивы и разрушается в нейтральной области pH.
C, моль/л
0,00116
HepGlyZn
HepProZn
HepHProZn
HepArgZn
HepArgHZn
0,00087
0,00058
0,00029
0,00000
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
pH
Рис. 29. Диаграмма распределения содержания значимых комплексных форм Zn2+ c Hep4- и аминокислотами (Gly-, Pro-, Arg-) в водном растворе в зависимости от его pH в присутствии NaCl (I = 0.15)при t=37oC.
Таблица 5. Итоговая база данных по логарифмам констант образования
комплексов, состоящих из высокомолекулярного гепарина,
аминокислот (глицин, пролин, аргинин) и металла (цинк(II)).
I = 0.15 (NaCl), t = 37ºC.
Равновесие
lgβ
Hep4- + Gly- + Zn2+ ↔ HepGlyZn3-
12.80853 ± 0.16
Hep4- + Pro- + Zn2+ ↔ HepProZn3-
9.54098 ± 0.29
Hep4- + H+ + Pro- + Zn2+ ↔ HepHProZn2-
16.26179 ± 0.31
Hep4- + Arg- + Zn2+ ↔ HepArgZn3-
6.53165 ± 0.4
Hep4- + H+ + Arg- + Zn2+ ↔ HepHArgZn2-
14.64779 ± 20.26
Таким образом, по результатам моделирования металл-ионных равновесий в системах: Zn2+- L1 - L2 (L1: Hep4-; L2: Arg-, Gly-, Pro-) зафиксировано образование смешаннолигандных комплексов гепарина с глицином,
аргинином и пролином состава: HepGlyZn3-, HepProZn3-, HepHProZn2-,
HepArgZn3-, HepHArgZn2-.
Заключение
1. В широком интервале рН исследованы химические равновесия в
системах Zn2+- Na4hep – аминокислота (глицин – Gly-, аргинин – Arg, пролин – Pro-).
2. Показано, что в исследуемых системах наиболее устойчивыми являются смешаннолигандные комплексы, которые существуют в
плоть до щелочной среды, средний комплекс с глицином тут является исключением.
3. Определены наиболее благоприятные интервалы pH для выделения
смешаннолигандных комплексов, которые, несомненно, могут представлять не только научный интерес, но и заинтересовать медиков.
4. Рассчитаны константы устойчивости смешаннолигандных комплексов, данные результаты подсчёта говорят, что глицин образует наиболее устойчивый комплекс, а комплексы аргинина, особенно средние, не могут этим «похвастаться».
5. В результате работы был освоен метод математического моделирования химических равновесий, что открывает новые горизонты для
дальнейшей работы в данном направлении.
Список использованных источников
1. Россоти, Ф. Определение констант устойчивости и других констант
равновесия в растворе / Ф. Россоти, Х. Россоти. – М.: Мир, 1965.
2. Мазор Л. Методы органического анализа. М.: «Мир», 1986. – 584с.
3. Новиков Н.И. Практическое руководство по анализу органических
соединений / Н.И. Новиков,
М.А. Панюкова. – Свердловск:
Изд.
«УрГУ», 1972. –186 с.
4. Rabenstein D.L. Heparin and heparin sulfate: structure and function.
Nat.Prod. Rep., 2002, Vol. 18, p. 312-331.
5. Грицюк А.И. Клиническое применение гепарина - Киев, 1981. - 109с.
6. Ульянов А.И. Современные данные о гепарине и его биохимических
Ляпина //свойствах. / А.И Ульянов. Л.А Успехи современ-
ной био-логии. - Т-83. - С. 155 - 160.
7. Гараева С.Н. Аминокислоты в живом организме / С.Н. Гараева, Г.В.
Редкозубова, Г.В. Постолати. - Типография Академии Наук Молдовы, 2009, - 552 с.
8. Белоусов Ю.Б. Клиническая фармакология и фармакотерапия. Руководство для врачей / Ю.Б. Белоусов, В.С. Моисеев, В.К. Лепахин
- М.: Универсум, 1993. – 532 с.
9. Riesenfeld J. The antithrombin-binding sequence of heparin. Location of
essential N-sulfate groups / J. Riesenfeld, L. Thunberg, M. Höök, U.
Lindahl // The Journal of biological chemistry. - 1981. - Vol. 256. - P.
2389 - 2394.
10. Karamanos N.K. Ion-pair high-performance liquid chromatography for
determining disaccharide composition in heparin and heparan sulphate /
N.K. Karamanos, P. Vanky, G.N. Tzanakakis, T. Tsegenidis, A. Hjerpe //
Journal of Chromatography, - 1997. - №2. - Vol. 765 - P. 169-179
11. Феофанова М.А. Исследование взаимодействий высокомолекулярного гепарина и глицина с помощью методов рН-метрического тит-
рования и математического моделирования / М.А. Феофанова, А.Н.
Семенов, Е.Н. Кудрявцева // Вестник Тверского государственного
университета. -
2009. - Серия “Биология и экология”. Вып.11. -
С.69 -73.
12. Семёнов А.Н. Физико-химические закономерности образования
металлокомплексов ионов некоторых s-, d- и f - элементов с гепарином: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук / А.Н. Семенов. – Тверь, 2010. – 23 с.
13. Martell, A.E. Critical stability constants. V.4: Inorganic complexes /
A.E. Martell, R.M. Smith. – New-York.: Plenum Press. - 1976.
14.
Sigel, H. Stability and structure for monomeric cadmium (II) and zinc
(II) complexes of the 5'-triphosphates of adenosine and cytidine
inaqueous solution: isomeric equilibria in binary and ternary complexes /
H. Sigel, K.H. Scheller, R.M. Milburn // Inorg. Chem. – 1984, Vol. 23,
No. 13, p. 1933 – 1938.
15. G. P. Moss Nomenclature and Symbolism for Amino Acids and Peptides
/
Biological
&
Chemical
Sciences:
URL:
http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/AminoAcid (2014, 10 мая)
16.
Семёнов А.Н. Физико-химические закономерности образования
металлокомплексов ионов некоторых s-, d- и f-элементов с гепарином. Д Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Т., 2010. - 130 с.
17.
Живописцев В. П. Аналитическая химия цинка / В. П. Живописцев, Е. А. Селезнёва. – Москва: Изд. «Наука», 1975. – 200 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ, ИЗДАННЫХ В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА
I. Монографии
II. Учебники и учебные пособия
1.Электронное издание « Баранова Н.В., Рясенский С.С., Феофанова М.А.
Количественный анализ. Метод гравиметрического анализа: учебнометодические материалы по аналитической химии».
2. Электронное издание « Баранова Н.В., Рясенский С.С., Феофанова М.А.
Потенциометрический
анализ.
Лабораторный
практикум:
учебно-
методические материалы по дисциплине «Аналитическая химия»».
III. Статьи в российских журналах из списка ВАК
1. Химическое равновесие в системе ион Со2+ гепарин – пролин
М.А.Феофанова, Ю.В.Францева, Е.В. Журавлев, Н.В. Баранова, Е.В. Потеха
Вестник ТвГУ, Серия «Химия». 2014 №2, с. 13-19
2. Исследование комплексообразования катионов кальция с карведиолом
М.А.Феофанова, В.В.Новикова, И.С.Цветкова
Вестник ТвГУ, Серия «Химия». 2014 №2, с. 19-23
3. Комплексообразование гепарина с антибиотиками пенициллинового ряда
Н.В.
Баранова,
Е.В.
Журавлев,
Г.И.Мантров,
С.С.Рясенский,
М.А.Феофанова
Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология, 2014, Т.57, №8, с. 20-22
4. Процессы комплексообразования в системах, содержащих ионы марганца (II), высокомолекулярный гепарин ипролин
Т.В.Крюков, М.А.Феофанова, М.И. Скобин, Н.В. Баранова
Вестник ТвГУ, Серия «Химия». 2014 №3, с. 6-10
IV. Статьи в рецензируемых зарубежных журналах
1. Влияние кислотности на равновесия смешанных комплексов Со2+ с гепарином и аргинином в водных растворах при температуре 37оС
М.А.Феофанова, Ю.В.Францева, А.Н.Семенов, Н.В. Баранова, Е.В. Журавлев
Журнал Физической химии, 2014, том 88, №2, с. 361-363
V. Другие статьи, тезисы докладов конференций
Другие статьи, тезисы докладов конференций
1. Е.В. Журавлев, Е.В. Потеха «Исследование процессов комплексообразования в системе гепарин-оксациллин-кальций» Тезисы докладов на XXI
Каргинские чтения Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых «Физика, химия и новые технологии» Тверь 2014, с. 37.
2. М.И. Скобин, Т.В. Крюков, Е.В. Потеха «Металлокомплексы высокомолекулярного гепарина с микроионами d-элементов (Zn2+, Fe3+, Mn2+) и
аминокислотами (глицин, аргинин) Тезисы докладов на XXI Каргинские
чтения Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых
«Физика, химия и новые технологии» Тверь 2014 г., с. 93.
3. Е.В. Журавлев, Е.В. Потеха «Исследование процессов комплексообразования в системе гепарин-оксациллин-кальций в среде физиологического
раствора» Тезисы докладов на XXIV Российской молодежной научной
конференции, посвященной 170-летия химического элемента «Проблемы
теоретической химии» Екатеринбург 2014 г., с. 73-74.
4. Скобин М.И, Крюков Т.В., Потеха Е.В. ««Металлокомплексы высокомолекулярного гепарина с микроионами d-элементов (Zn2+, Fe3+, Mn2+) и
аминокислотами (глицин, аргинин, пролин) Тезисы докладов международного молодёжного научного форума «Ломоносов» Москва 2014г.
5. Е.В. Журавлев, Е.В. Потеха «Комплексообразование в системе Ca2+ гепарин – оксациллин в среде физиологического раствора» Тезисы докла
2014г.
6. Саакян А.А. «Метод тонкослойной хроматографии для количественного
определения антибиотиков при совместном присутствии» Тезисы докладов международного молодёжного научного форума «Ломоносов» Москва
2014г.
7. А.А. Саакян «Метод тонкослойной хроматографии д дов международного молодёжного научного форума «Ломоносов» Москва ля количественного определения антибиотиков при совместном присутствии» Тезисы
докладов на VIII Всероссийскую конференцию с международным участием молодых учёных по химии «Менделеев-2014» Санкт-Петербург 2014 г.,
с. 325-326.
8. Журавлев Е.В. «Изучение процессов комплексообразования гепарина с
антибиотиками пенициллинового ряда потенциометрическим методом
анализа» Тезисы докладов на XIII научную конференцию аспирантов и
студентов химико-технологического факультета Тверь 2014 г., с. 36-37.
9. Крюков Т.В., Скобин М.И. «Исследование систем содержащих ионы
металлов (Mn2+, Fe3+, Zn2+), гепарин (ВМС) и аминокислоты (глицин, аргинин, пролин) Тезисы докладов на XIII научную конференцию аспирантов и студентов химико-технологического факультета Тверь 2014 г., с. 41.
10. Потеха Е.В., Францева Ю.В. «Физико-химическое исследование твердого комплекса гепарината меди(II) Тезисы докладов на XIII научную
конференцию аспирантов и студентов химико-технологического факультета Тверь 2014 г.,
с. 47-48.
11. Скобин М.И. «Комплексообразование в системах гепарин - ион металла (Zn(II), Fe(III), Mn(II)) – аминокислота (глицин, аргинин)» VI Международная студенческая электронная научная конференция «СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ 2014».
12. Цветкова И.С., Феофанова М.А. «Процессы комплексообразования
кальция и магния с анаприлином» VI Международная студенческая электронная научная конференция «СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ФОРУМ
2014».
13. Новикова В.В., Феофанова М.А. «Исследование кислотно-основных и
комплексообразующих свойств соталола» VI Международная студенческая электронная научная конференция «СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ
ФОРУМ 2014».
14. Журавлев Е.В. «Расчет химических равновесий в системе Ca2+ - гепарин – оксациллин в среде физиологического раствора» VI Международная
студенческая электронная научная конференция «СТУДЕНЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ
ФОРУМ 2014».
15. Т.В. Крюков, Разработка способов получения комбинированных препаратов на основе высокомолекулярного гепарина, аминокислот и биометаллов с улучшенными фармацевтическими свойствами Итоговая научнотехническая конференция по программе «УМНИК» Тверь, 2014.
16. М.И.Скобин Создание лекарственной композиции на основе биометаллов, аминокислот и гепарина Итоговая научно-техническая конференция по программе «УМНИК» Тверь, 2014.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ЗАЯВКИ, ОХРАННЫЕ ДОКУМЕНТЫ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, ПОЛУЧЕННЫЕ В РАМКАХ
РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА
1.Патент на полезную модель «Сенсор для определения соталола» (Положительное решение о выдаче патента).
2. Патент на полезную модель «Сенсор для определения антибиотиков пенициллинового ряда» (146952)
3. Патент на полезную модель «Ручная установка для титрования» (Положительное решение о выдаче патента).