Исследование и определение критической концентрации мицеллообразования солей фосфония методом ЯМР спектроскопии

Cоли фосфония являются малоизученным и весьма перспективным классом фармакологически активных фосфорорганических соединений. В нашей работе были исследованы две соли фосфония. А именно было изучено мицеллообразование данных солей и соответственно получено значение критической концентрации мицеллообразования.

Определение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) солей фосфония методом ЯМР спектроскопии

На сегодняшний день в литературе описаны синтезы и защищено соответствующими патентами небольшое количество четвертичных солей фосфония. На основе четвертичной соли фосфония группой российских ученых под руководством академика РАН Скулачева В.М. создан и проходит изучение новый препарат, замедляющий старение. Предположили, что старение – это не накопление поломок в организме, а запускаемая программа. Автор полагает, что программа связана с избыточным накоплением активных форм кислорода. Соответственно, можно попытаться создать средство, которое будет бороться с этим ядом.

Таким образом, следует, что соли фосфония являются малоизученным и весьма перспективным классом фармакологически активных фосфорорганических соединений. 

Метод

Регистрация 1D ¹H и 2D-¹H-¹H-ЯМР-спектров фосфониевых солей в водных растворах (H2O + D2O / 95% + 5%) проводили на 500 МГц ЯМР-спектрометре ( Bruker, AVANCE II-500) при 298 К. Спектрометр работает в режиме внутренней стабилизации резонансной линии 2H. 1H ЯМР-спектры регистрировали с использованием 90 ° импульсов, задержка релаксации 2 с и спектральной шириной 12,00 частей на миллион. Химические сдвиги измерены относительно воды. Раствор с мицеллами приготавливался непосредственно перед производились измерения.

Материалы

Синтез четвертичных солей фосфония (общая методика)

В круглодонную колбу отмеряли эквимольные количества исходных галоидных алкилов и нагревали до температуры близкой к температуре кипения веществ. Затем медленно при помешивании и нагревании добавляли соответствующие трифенил- или трибутилфосфин. Смесь выдерживали сутки, образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали и сушили.

Были исследованы две соли фосфония: (1-додецил)трифенилфосфоний бромид и (1-гексадецил)трибутилфосфоний бромид .

1. Контроль образования мицеллярных систем в растворе методом ЯМР ¹Н спектроскопии

1.  (1-додецил)трифенилфосфоний бромид

Был изучен ЯМР ¹Н спектр (1-додецил)трифенилфосфоний бромида при различной концентрации в водном растворе. При изменении концентрации данной соли происходит смещение ЯМР ¹Н сигналов, что объяснимо с позиций быстрого химического обмена между мономерами фосфониевой соли и мицеллярной формой на его основе.

Рассмотрим более подробно изменение разности химических сдвигов протонов от концентрации в водном растворе. Исходя из данной зависимости, можно говорить о том, что при концентрациях соли в растворе менее чем 0,3 г/л в растворе соль существует в мономерной форме; в области концентраций от 0,3 г/л до 4,8 г/л в растворе присутствуют как мономерная, так и мицеллярная формы. При концентрациях более чем 4,8 г/л, исходя из неизменности разности химических сдвигов протонов в растворе реализуется лишь мицеллярная форма. Полученное значение критической концентрации мицеллообразования 2,36 г/л (0,0046 М).

1. (1-гексадецил)трибутилфосфоний бромид

Сделали аналогичные измерения для второй соли. Для данной соли можно говорить о том, что при концентрациях в растворе менее чем 0,2 г/л соль в растворе существует в мономерной форме; в области концентраций от 0,2 г/л до 1,0 г/л в растворе присутствуют как мономерная, так и мицеллярная формы. При концентрациях более чем 1,0 г/л, исходя из неизменности разности (Δδ, м.д.) химических сдвигов протонов в растворе реализуется лишь мицеллярная форма. Полученное значение критической концентрации мицеллообразования 0,62 г/л (0,00122 М).

2.Контроль образования мицеллярных систем на основе фосфониевых солей в растворе методом двумерной ЯМР NOESY спектроскопии

Данный способ определения основан на различии интенсивностей и знаков кросс-пиков в двумерных NOESY ЯМР спектрах. Относительно малые молекулы имеют слабые по интенсивности кросс-пики в спектрах ЯМР NOESY и характеризуются обратным знаком интегральных интенсивностей по отношению к интенсивностям диагональных пиков.

Увеличение концентрации солей в водном растворе приводит к формированию мицеллярных систем. Интегральные и диагональные кросс-пики находятся на одной стороне. Следовательно, этот факт подтверждает образование мицелл.

3. Контроль образования мицеллярных систем на основе фосфониевых солей в растворе методом DOSY

При образовании в растворе мицелл должен возрастать характеристический гидродинамический объём, что должно отразиться на подвижности молекулярных агрегатов. В связи с этим, следующим шагом были проведены измерения коэффициента самодиффузии при разных концентрациях.

Эти эксперименты, действительно, дали прямое и убедительное доказательство ассоциации исследуемых молекул.

 

1. Харламов С.В. Строение супрамолекулярных систем на основе амфифильных азотсодержащих соединений, а также тетра(метилвиологен)-каликс[4]резорцинарена по данным диффузионной ЯМР спектроскопии: дис. … канд. хим. наук Инст. орган. и физич. химии им. А.Е. Арбузова, Казань, 2008
2. Блохин Д.С. Пространственное строение декапептида Val-Ile-Lys-Lys-Ser-Thr-Ala-Leu-Leu-Gly в комплексе протеин – мицеллы додецилсульфата натрия/ Д.С. Блохин, С.В. Ефимов, А.В. Клочков, А.Р. Юльметов, А.В. Филиппов, А.В. Аганов, В.В. Клочков // Ученые записки казанского университета – 2011 – № 153 – с. – 59 – 70.

In this work two phosphonium salts have been investigated, namely micelle formation of these salts have been studied and therefore the critical micelle concentration received.