ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ В ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННОМ СВЕТЕ РАСТВОРОВ ХИТОЗАНА В ВОДНО-КИСЛОТНЫХ ФАРМАКОПЕЙНЫХ РАСТВОРИТЕЛЯХ

ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ В ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННОМ
СВЕТЕ РАСТВОРОВ ХИТОЗАНА В ВОДНО-КИСЛОТНЫХ
ФАРМАКОПЕЙНЫХ РАСТВОРИТЕЛЯХ
Малинкина О. Н.1, Фомина В.И.1, Шиповская А. Б.1,2
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
1
ОНИ НС и БС, отдел высокомолекулярных соединений
2
Институт химии, базовая кафедра полимеров
Е-mail: Olga-Malinkina@yandex.ru
Получение водорастворимых и биологически активных производных
природных полисахаридов, в частности хитозана, способствует становлению и развитию новых подходов в медикаментозной терапии, стимулирующих инициирование собственных защитных процессов организма,
направленных на самоисцеление. С целью повышения биологической активности в настоящее время всё большей популярностью пользуются многокомпонентные системы, содержащие, кроме полисахарида, и лекарственные вещества. Ввиду этого для перевода хитозана в водорастворимую
форму нами были выбраны несколько биологически активных органических кислот фармакопейного ряда – одноосновные оптически активные аскорбиновая и молочная кислоты, а также оптически неактивная двухосновная янтарная кислота, выполняющие важную роль в метаболизме живого организма и широко используемые в пищевой и косметической промышленности в качестве антиоксиданта Е 300, консерванта Е 270 и антиокислителя Е 363 соответственно.
Для большинства биологически активных соединений существует
тесная взаимосвязь между биологической активностью и их пространственной структурой [1], для установления которой используют оптические методы, в частности спектрополяриметрию. Однако имеющиеся в литературе исследования растворов хитозана касаются только его спектрополяриметрического поведения в присутствии уксусной и соляной кислот [24]. В работе [2] получены кривые дисперсии оптического вращения (ДОВ)
для различных молекулярных масс полимера. В статье [3] изучено влияние
температуры, рН раствора и ионной силы растворителя на величину
удельного оптического вращения растворов ([α]λ ). В работе [4] исследовано влияние концентрации полимера (Сп) на конформацию макромолекул
хитозана в уксусной кислоте. Данных по определению оптической активности растворов хитозана в кислотах фармакопейного ряда в литературе не
обнаружено.
Цель настоящей работы – изучение методом спектрополяриметрии
оптических свойств разбавленных растворов хитозана в водно-кислотных
растворителях на основе органических оптически активных и неактивных
кислот с разной степенью кислотности, а именно – аскорбиновой (C6H8O6),
молочной (C3H6O3) и янтарной (C4H6O4) кислот, обнаружение особенностей поведения данных растворов в плоскополяризованном свете.
Объекты исследования – свежеприготовленные растворы хитозана
̅
(𝑀η = 200 кДа, СД = 82 мольн.%, ЗАО «Биопрогресс») концентрации
Сп = 0.3 г/дл в водных растворах аскорбиновой, молочной и янтарной кислот (х.ч.) в диапазоне концентраций Ск = 1.0 – 10.0 г/дл.
Спектры оптической активности растворов регистрировали на автоматическом спектрополяриметре PolAAr 3001 фирмы Optical Activity Ltd
(GB) в интервале длины волны λ = 365 – 589 нм в термостатируемой кювете при температуре 25ºС. Удельное оптическое вращение растворов
оC
([α]λ25 , град·мл·дм -1·г -1) определяли по формуле (1):
[α]25℃
=
λ
(α−α0 )∙ 100
Сп ∙ 𝑙
,
(1)
где α – измеряемый угол оптического вращения раствора, град; α0 – измеряемый угол оптического вращения растворителя, град; Сп –концентрация
полимера в растворе, г/дл; l –длина оптического пути, дм. Погрешность
измерения углов оптического вращения составила ±0.001 град.
Экспериментальные кривые ДОВ обрабатывали с применением одночленного уравнения Друде (2):
𝐾
[α]Тλ = 2 2 ,
(2)
λ − λ0
где К и λ0 – вращательная и дисперсионная константы. Для определения
констант использовали графические преобразования Лоури (зависимость
1/[α] – λ2), Янга - Доти ([α]·λ2 – [α]) и Геллера (1/[α]·λ2 – 1/λ2).
Рис. – Усреднённые кривые ДОВ растворов
хитозана Сп = 0.3 г/дл в аскорбиновой (1), янтарной (2) и молочной кислоте (3) в диапазоне
Ск = 1.0 – 10.0 г/дл
Обсуждение результатов
Проведённые измерения значений удельного оптического
вращения для нескольких серий
растворов хитозана показали,
что кривые ДОВ относятся к
нормальному типу, т.е. не имеют перегибов и инверсии знака
вращения. Во всём исследуемом диапазоне концентраций
водно-кислотных растворителей влияние Ск кислоты на величину оптического вращения
не обнаружено (в пределах допустимых флуктуаций). Кривые
ДОВ, построенные в результате
оC
усреднения по [α]λ25 для серии
растворов хитозана в аскорбиновой, янтарной и молочной
кислотах (Ск = 1.0 – 10.0 г/дл),
приведены на рисунке.
Следует отметить, что в коротковолновой области спектра разброс
оC
значений [α]λ25 более существенен (до ±20 град·мл·дм -1·г -1), чем в длинноволновой (±2 град·мл·дм -1·г -1), что может свидетельствовать о наличие
полосы поглощения раствора полимера в ближней ультрафиолетовой части
спектра. Из представленных на рисунке кривых ДОВ можно видеть, что
кривая 1 находится в положительной области значений оптического вращения, в то время как кривые 2 и 3 – в отрицательной. Из литературных источников известно, что растворы хитозана в органических и неорганических
кислотах (СН3СООН, НСl) имеют только отрицательные значения удельнооC
го оптического вращения [2-4]. Положительные же значения [α]λ25 характерны для растворов олигомеров хитозана, начиная с тетрамера, у которых
преобладает противовирусная активность, в отличие от антибактериального
действия полимеров хитозана, и мономера N-глюкозамина [2].
В результате обработки кривых ДОВ, используя преобразования Лоури, Янга-Доти и Геллера, графически определили величины вращательных и дисперсионных констант в одночленном уравнении Друде. Поскольку нами не обнаружено влияния концентрации низкомолекулярного аниона в растворе на величину оптического вращения, для каждой серии рас̅̅̅0 (табл.).
̅и𝜆
творов были рассчитаны средние значения К
Таблица
Значения удельного оптического вращения, вращательных и дисперсионных констант
уравнения Друде растворов хитозана в аскорбиновой, молочной и янтарной кислотах
С п,
г/дл
Растворитель
0.3
C6H8O6
C3H6O3
C4H6O4
оC
Ск, г/дл
1.0 – 10.0
[α]25
,
589
град·мл·дм -1·г -1
+96±5
–23±3
–14±2
̅
К
(2.6±0.3)·107
(–2.7±0.8)·10-7
(–4.2±0.2)·10-6
̅̅̅0 , нм
𝜆
261±18
278±6
233±14
Таким образом, проведённая работа показывает, что взаимодействие
хитозана с аскорбиновой кислотой пространственно отличное от взаимодействия с другими органическими и неорганическими кислотами. Возможно, именно этим объясняется синергетический эффект высокого лечебного действия многокомпонентных систем на основе хитозана и аскорбиновой кислоты.
Библиографический список
1. Смирнова И.Г., Гильдеева Г.Н., Кукес В.Г. Оптическая изомерия и биологическая
активность лекарственных средств // Вестн. Московск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2012. Т.
53. № 3. С. 147-156.
2. Шиповская А.Б., Фомина В.И., Казмичева О.Ф., Тимофеева Г.Н., Комаров Б.А.
Влияние молекулярной массы на оптическую активность хитозана // Высокомолек. соед. 2007. Т. 49 Б. № 12. С. 2195-2199.
3. Шиповская А.Б., Казмичева О.Ф., Тимофеева Г.Н. Дисперсия оптического вращения растворов хитозана // Структура и динамика молекулярных систем: Сб. статей.
Йошкар-Ола: Изд-во МарГТУ. 2002. Вып. IX. Т. 2. С. 293-296.
4. Koralewski M., Bodek K.H., Marczewska K. Optical properties of chitosan in aqueous
solution // Polish. Chitin. Soc. 2006. Monograph XI. Р. 29-39.
Сведения об авторах
Малинкина Ольга Николаевна – м.н.с. отдела высокомолекулярных соединений ОНИ НС и БС СГУ, дата рождения: 16.07.1981г.
8-903-385-71-02
Фомина Валентина Ивановна – с.н.с. отдела высокомолекулярных соединений ОНИ НС и БС СГУ.
Шиповская Анна Борисовна – д.х.н., профессор, зав. базовой кафедрой
полимеров Института химии СГУ, начальник отдела высокомолекулярных
соединений ОНИ НС и БС СГУ.
Вид доклада: устный