Қазақстан Республикасының білім жəне ғылым министрлігі
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
жүктеу/скачать 31,15 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
- Список литературы
- Получение пористой платформы на основе диатомита с каталитическими и сорбционными свойствами
- Ключевые слова
- Түйін сөздер
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
489 Таблица 1 – Межатомные расстояния в исследованных модельных молекулах
Межатомное расстояние, Å Хлоргексидин Монобромзамещенное соединение Дибромзамещенное соединение r (C-Cl
1 ) *) 1,68 1.76
- r (C-Cl
2 ) 1,69 - - r (C-Br 1 ) - 1,91 1,87
r (C-Br 1 ) - - 1,87 r (C ар -N 1 ) 1,45 1,40 1,45
r (C-N 2 ) 1,29 1,52
1,29 r (C-N
3 ) 1,45 1,40 1,46
r (C ap -N 4 ) 1,45 1,40 1.45
r (C-N 5 ) 1,46 1,40
1,45 r (C-N
6 ) 1,29 1,52 1,29
Из таблицы видно, что расстояния между ароматическими атомами углерода и связанными с ними атомами хлора в молекуле хлорбензидина практически одинаковы (1,68 и 1,69 Å, соответственно), что свидетельствует об одинаковой прочности данных связей. При замене одного из атомов хлора на атом брома связь между ароматическим атомом углерода с оставшимся атомом хлора слабеет, что приводит к увеличению соответствующего межатомного расстояния, а это позволяет предположить о возможности увеличения химической активности этого атома хлора. Расстояние между ароматическим атомом второго бензольного кольца и атомом брома, замещающим атом хлора, имеет значение 1,91 Å, что указывает на более слабую связанность с бензольным кольцом атома брома по сравнению с атомом хлора. Так как бром также является биоактивным компонентом, то можно предположить, что это соединение будет проявлять более сильные антибактериальные свойства. Замена двух атомов хлора на атомы брома приводит к стабилизации прочности связей атомов брома с разными бензольными кольцами, так как наблюдающиеся между этими атомами и атомами углерода бензольных колец межатомные расстояния становятся одинаковыми и равными 1,87 Å. В молекулах, содержащих по два атома хлора или брома, наблюдается полное совпадение расстояний между атомами углерода и связанными с ними атомами азота. В модельной молекуле, в которой с разными бензольными кольцами связаны либо атом хлора, либо атом брома, рассматриваемые расстояния отличаются от аналогичных в молекулах с одинаковыми атомами галогенов: одни из них становятся короче, другие – длиннее. Последние производные хлоргексидина, вероятно, будут обладать более сильными антибактериальными свойствами. На внутренней остовной части исследованных молекул замена атомов хлора на атомы бромы не сказывается из-за их удаленности от места замены. Таким образом, анализ межатомных расстояний показывает, что введение в молекулу хлоргексидина одного или двух атомов брома приводит к ослаблению связанности последних с бензольными кольцами в исследованных молекулах, что соответствует уменьшению ковалентности и увеличению ионогенности связей между ароматическим углеродом и атомами брома. Это должно способствовать увеличению растворимости бромзамещенных молекул в воде по сравнению с хлоргексидином, что вносит положительный вклад в их фармакологические свойства. В качестве дескрипторов реакционной способности исследованных молекул были взяты следующие электронные характеристики: общая энергия молекулярной системы (E tot
), стандартные энтальпии образования (∆ f H o ), энергии верхней занятой (E ВЗМО ) и
нижней свободной (Е НСМО
) молекулярных орбиталей, зарядовые характеристики (q) на гетероатомах и дипольные моменты (μ) молекул в целом. ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
490 Значения указанных параметров представлены в таблице 2. Таблица 2 – Дескрипторы реакционной способности молекул хлогексидина и его бромзамещенных
Дескриптор Хлоргексидин Монобромзамещенное соединение Дибромзамещенное соединение E tot
, ккал/моль -122772,51 -123617,73 -124462,45 ∆ f
o ,ккал/моль 98,84 112,59
126,82 E ВЗМО , эВ -9,24
-8,99 -9,18
Е НСМО
, эВ -0,51
-0,39 -0,38
q (C 6 ) -0,100 -0,087
-0,122 q (Cl
7 ) 0,079 0,069 q (Br
7 ) 0,002
q (C 3 ) -0,095 -0,081
-0,073 q (N
10 ) -0,207 -0,139 -0,140
q (N 11 ) 0,049 0,010
0,010 q (C
25 ) -0,090 -0,074 -0,073
q (N 26 ) -0,175 -0,165
-0,171 q (N
27 ) 0,086 0,083 0,083
q (C 33 ) -0,081 -0,126
0,112 q (Cl
34 ) 0,079 q (Br 34 )0,008 q (Br 34 ) 0,008 μ, D 1,153
2,133 2,411
Анализ значений дескрипторов, представленных в таблице, показывает, что исследованные молекулярные системы характеризуются значительными по абсолютной величине отрицательными значениями общих энергий (E tot ), что обусловлено значительным количеством электронов у таких атомов, входящих в состав молекул, как хлор и бром. При сравнении данных характеристик наблюдается следующая закономерность: по мере замещения атомов хлора на атомы брома значение рассматриваемого параметра по абсолютной величине возрастает. Для исследованных модельных молекул характерна положительная по знаку энтальпия образования (∆ f H
), которая дает вполне корректную информацию о термодинамической стабильности. Как показывает анализ значений данной характеристики, термодинамическая устойчивость данных систем при переходе от незамещенного хлоргексидина к его бромсодержащим производным по мере увеличения числа атомов брома, замещающих атомы хлора, уменьшается. Об этом свидетельствует возрастающие по абсолютной величине значения стандартной энтальпии образования исследованных моделей. Замещение атомов хлора на атомы брома в молекуле хлоргексидина приводит также к заметному изменению зарядовых характеристик. Так, замена одного из атомов хлора на атом брома приводит к следующей зарядовой картине: отрицательный заряд на ароматическом атоме углерода, с которым связан оставшийся атом хлора, понижается по абсолютной величине. При замене этого атома хлора на атом брома рассматриваемый ароматический атом углерода, наоборот, становится более электроотрицательным, и потому может быть активным центром электростатического взаимодействия с полимерными матрицами в мультислоях. Сопряжение в бензольном кольце и связанной с ним углерод-азотной остовной частью исследованных моделей невелирует отрицательный заряд, который должен бы наблюдаться на атомах галогенов. Это приводит к тому, что во всех модельных молекулах на атомах галогенов независимо от их природы наблюдается положительный по знаку, хотя и незначительный по абсолютной величине, электрический заряд. Значение этого ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
491 заряда максимально по модулю для атомов хлора в случае их обоюдного присутствия в молекуле и минимально для атомов брома, одновременно заменяющих атомы хлора. Заряды на атомах азота, связанных непосредственно с бензольными кольцами с присутствующими в них в качестве заместителей атомами галогенов, имеют отрицательное по величине значение. Причем по абсолютной величине значения этих зарядов достаточно значительны и расположены в интервале от │0,1395│ до │0,2066│ ед. заряда. Эти результаты однозначно указывают, что и атомы азота могут быть потенциальными центрами электростатического взаимодействия в полислоях или участвовать в образовании водородных связей с полиэлектролитами в бислоях полученных пленок. Заряды на атомах углерода и азота по мере их удаления от галогензамещенных бензольных колец особого изменения от замены атомов хлора на атомы брома не испытывают и химически будут, вероятно, менее активными. Для исследованных молекулярных систем рассчитаны дипольные моменты, которые имеют следующие значения в D: 1, 153 (хлоргексидин); 2,133 (его монобромзамещенное) и 2,411 (дибромзамещенное соединение). Сравнивая эти значения с дипольными моментами известных растворителей, например: μ (Н 2 О) = 1,83 D, μ (СН 3 ОН) = 1,69 D, которые относятся к полярным растворителям, можно отметить, что все исследованные системы имеют полярную природу и будут растворимы в полярных растворителях, в частности в воде. Данный факт, вытекающий из сравнительного анализа величин дипольного момента, является очень важным показателем для оценки фармакологической активности хлоргексидина и его бромзамещенных, так как позволяет прогнозировать их взаимодействия в биосистемах. Важную роль в определении реакционной способности играют такие дескрипторы, как энергии граничных молекулярных орбиталей – высшей занятой и нижней свободной (Е ВЗМО
и Е НСМО
), поэтому для исследованных моделей были рассчитаны эти характеристики. Из рассмотрения данных характеристик следует, что отрицательный знак энергии НСМО во всех исследованных системах, несмотря на то, что в них существуют нуклеофильные (электронодонорные) центры – атомы азота, в целом позволяет охарактеризовать эти системы как электрофильные реагенты, поэтому для них наиболее характерны процессы принятия «чужих» электронов на наинизшие вакантные (свободные) орбитали. Исходя из разницы в энергиях ВЗМО и НСМО (Е ВЗМО - Е
НСМО ), так называемой «энергетической щели», которая составляет в эВ: для хлоргексидина - 8,73; для монобромзамещенной формы - 8,60; для дибромзамещенной формы -8,80; можно сделать вывод о том, что для исследованных систем характерны орбитально-контролируемые процессы, т.е. те процессы, которые лимитируются особенностями электронного строения. Это подтверждает вывод, сделанный выше из анализа энергии НСМО. Кроме того, знание значений энергий ВЗМО и НСМО позволяет определить «жесткость» или «мягкость» (η = (Е ВЗМО
- Е НСМО
)/2) исследованных молекул. Как показывает расчет показатель η для всех исследованных молекул по величине более 1 эВ, что позволяет сделать вывод о том, что все изученные молекулярные системы являются «жесткими» реагентами. Заключение
Квантово-химическое исследование хлоргексидина и его бром замещенных производных позволило установить особенности их геометрического и электронного строения, рассчитать основные дескрипторы реакционной способности и сделать некоторые прогнозы их фармакологических свойств, что позволит в дальнейшем дать научно-теоретическое обоснование антибактериальных покрытий на основе этих соединений.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
492 Исследования проведена в рамках проекта “Получения полиэлектролитных мультислоев с антибактериальными свойствами для медико-биологических и имплантируемых систем”
1 Голосова А. Тонкие полимерные пленки на основе мультислойной сборки // Наноиндустрия. -2007. -№4. -С. 34-36. 2 Elbert D.L., Herbert C.B., Hubbell J.A. Thin Polymer Layers Formed by Polyelectrolyte Multilayer Techniques on Biological Surfaces // Langmuir. – 1998. –Vol.15. –P. 5355–5362. 3 Sukhishvili S.A., Responsive polymer films and capsules via layer-by-layer assembly // Current opinion in Colloid & Interface science -2005. –Vol.10. –P. 37-44. 4 Bai S., Wang Z., Zhang X. Hydrogen-Bonding-Directed Layer-by-Layer Films: Effect of Electrostatic Interaction on the Microporous Morphology Variation // Langmuir. -2004. –Vol. 20. –P.11828-11832. 5 Хёльтье Х.-Д., Зиппль В., Роньян Д., Фолькерс Г. Молекулярное моделирование. Теория и практика / Перевод с англ. под ред. В.А. Палюлина и Е.В. Радченко. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015.- 322 с. 6 Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. – М.: УРСС, 2001. – 503 с. 7 Грибов Л.А., Муштакова С.П. Квантовая химия. – М.: Гардарики, 1999. – 340 с. 8 Кларк Т. Компьютерная химия. М.: Мир, 1990. – 385 с. 9 Demaison J., Boggs J.E., Csaszar A.G. Equilibrium Molecular Structures From Spectroscopy to Quantum Chemistry.– PDF CRC Press. – 280 с. References 1 Golosova А (2007) Nanoindustry [Nanoindustrya]. 4:34-36. (In Russian). 2 Pavlukhina S, Sukhishvili S (2011) Adv. Drug Delivery Rev 63:822-36. http://dx.doi.org/10.1016/j.addr.2011.03.017. 3 Sukhishvili SA (2005) Current opinion in Colloid & Interface science 10:37-44. http://dx.doi.org/10.1016/j.cocis.2005.05.001. 4 Bai S, Wang Z, Zhang X (2004) Langmuir. 20:11828-11828. DOI: 10.1021/la047968j. 5 Holtje H-D, Sippl W, Rognan D, Folkers G (2015) Molecular Modeling. Basic Principles and Applications [Molekulyarnoe modelirovanie. Teoriya i praktika] Binom. Laboratoriya znaniy, Moscow. Russia. (In Russian). 6 Stepanov NF (2001) Quantum mechanics and quantum chemistry [Kvantovaya mehanika i kvantovaya himiya]. URSS (In Russian). 7 Gribov LA, Mushtakova SP (1999) Quantum chemistry [Kvantovaya himiya]. Gardariki (In Russian). 8 Klark T. (1990) Computer chemistry [Kompyuternaya himiya]. Mir (In Russian) 9 Demaison J, Boggs JE, Csaszar AG (2010) Equilibrium Molecular Structures From Spectroscopy to Quantum Chemistry. CRC Press. ISBN: 978-1-439-81132-0.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
493 УДК 544:542.8 1 Оспанова А.К., 2 Везенцев А.И., 2 Попов М.В., 1 Максатова А.М., 1 Жумат А.*, 1 Абишева Ж., 1 Карл Ө.
1 Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан 2 Новосибирского государственного технического университета, г. Новосибирск, Россия *E-mail: asylhan.zhumat@mail.ru
сорбционными свойствами Разработаны оптимальные условия получения пористой платформы на основе диатомита, изучен состав модифицированных образцов, сорбционные характеристики носителя для извлечения токсичных металлов и каталитические свойства нанесенных на пористую платформу некоторых металлов.
модификация , сорбционность, пористость .
Әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы қ., Қазақстан Новосибирск мемлекеттік университеті, Новосибирск қ., Ресей Сорбциялық және каталитикалық қасиеті бар диатомиттің негізінде кеуекті тақташа алу.
Диатомиттің негізінде кеуекті тақташа алудың оптимальды жағдайлары құрастырылды және модифицирленген үлгінің құрамы, улы металдарды сорбциялау қабілеті, кеуекті металдардың бетінде жасалған тақтайшалардың каталитикалық қасиеттері зерттелді.
сорбциондық, кеуіктілігі. 1 Оspanova А.К., 2 Vezentsev А.I., 2 Popov M.V., 1 Maksatova A.M., 1 Zhumat A., 1 Abisheva Zh., 1 Karl O. Al-Farabi Kazakh national university, Almaty, Kazakhstan Novosibirsk state university, Novosibirsk, Russia
To develop of optimum conditions of obtaining a porous platform on the basis of diatomite, the structure of the modified samples, sorption characteristics of the carrier for extraction of toxic metals and catalytic properties of some metals applied on a porous platform . Keywords: metal, structure, platform, catalytic properties , mmodification, diatomite, sorption, porous.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ
494 Введение
Oдним из пeрcпeктивных нaпрaвлeний в oблacти cинтeзa coрбeнтoв и кaтaлизaтoрoв являeтcя пoлучeниe пoлуcинтeтичecких coрбeнтoв – кoмпoзициoнных мaтeриaлoв, пригoтoвлeнныe из прирoднoгo минeрaльнoгo cырья путeм их хeмocoрбциoннoгo мoдифицирoвaния oргaничecкими и нeoргaничecкими coeдинeниями, ocaждeниeм нa них прocтых или cлoжных oкcидoв, или другoй oбрaбoткoй [1-3]. Ocoбeннo интeнcивнo рaзвивaeтcя нoвaя oблacть примeнeния нaнoмaтeриaлoв нa ocнoвe углeрoдных и нeoргaничecких нaнocтруктур [4]. Aнaлиз coврeмeннoгo cocтoяния прoблeмы oчиcтки cтoчных вoд oт нeфтeпрoдуктoв и тяжeлых мeтaллoв привoдит к зaключeнию o пeрcпeктивнocти примeнeния прирoдных минeрaлoв, в тoм чиcлe и мoдифицирoвaнных, для иcпoльзoвaния в cиcтeмaх oчиcтки. Пeрcпeктивным нaпрaвлeниeм тaкжe являeтcя иcпoльзoвaниe oтхoдoв прoизвoдcтвa в кaчecтвe coрбeнтoв для oчиcтки cтoчных вoд oт иoнoв тяжeлых мeтaллoв. Нe мeнee вaжным acпeктoм являeтcя пoтeнциaльнaя вoзмoжнocть получения многопористых платформ на основе природных и синтетических веществ с заранее предполагаемыми прикладными свойствами. Нoвым нaпрaвлeниeм являeтcя вoзмoжнocть утилизaции радиоактивных и токсичных трaвильных рacтвoрoв и ceлeктивнoe извлeчeниe мeтaллoв из oтхoдoв прoизвoдcтвa c пoмoщью модифицированных композитных материалов . Рaзрaбoткa этих нaпрaвлeний будeт cпocoбcтвoвaть минимизaции вoздeйcтвия прoизвoдcтвeнных cтoчных вoд и oпacных oтхoдoв нa oкружaющую cрeду. Применение природных минералов для очистки сточных вод приемлемо с экологической и экономической точек зрения, но зачастую такие материалы не обладают нужными сорбционными и десорбционными свойствами и их необходимо химически модифицировать. В результате модифицирования получаются сорбенты, с отличной от исходного минерала удельной поверхностью, и сочетающие в себе полезные свойства исходного материала и синтетических сорбентов [5-7]. Ценными композитными материалами на основе пористых платформ, содержащих каталитически активные металлы и их оксиды, являются экологически и экономически выгодными катализаторами нового поколения. О необходимости проведения исследований в этой области можно приводить достаточное количество аргументов, все эти факторы указывают на актуальность и необходимость проведения работ по созданию композитных материалов на основе природных минералов. Для Казахстана одним из перспективных природных материалов является диатомит, свойства которого изучено довольно широко многими отечественными и зарубежными научными школами [8-12]. Такой интерес к диатомиту вызвано его специфическими свойствами и дешевизной. В связи с этим, в данной работе приведены результаты получения пористой платформы на основе диатомита с характерными сорбционными и каталитическими свойствами. жүктеу/скачать 31,15 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|