CC BY
38
УДК 548.73
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ 2- И 4-ФТОРАКРИДОНА МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ ДИФРАКЦИИ
© 2013 С. Ю. Белоусов1, С. А. Ефанов2, Е. В. Грехнёва3,
Т. Н. Кудрявцева4, Яр Зар Хтун5
1 главный государственный таможенный инспектор Экспертноисследовательского отдела №1 (г. Курск) e-mail: [email protected]
2начальник Экспертно-исследовательского отдела № 1 (г. Курск)
Филиал ЭКС ЦЭКТУ
3канд хим. наук, доцент каф. химии e-mail: [email protected] 4канд хим. наук, ст. научный сотрудник каф. химии, руководитель НИЛ органического синтеза e-mail: [email protected] 5аспирант каф. химии
Курский государственный университет
Методом рентгеновской дифракции определены кристаллографические параметры 4-
фторакридона и 2-фторакридона, выяснены различия в их строении.
Ключевые слова: 2-фторакридон, 4-фторакридон, рентгеновская дифракция, кристаллическая структура
Возрастающая роль производных акридона в качестве ценных красителей, индикаторов, флуоресцентных меток, полупродуктов для синтеза многих биологически активных соединений, среди которых присутствуют перспективные и весьма эффективные антибактериальные, антигрибковые, противоопухолевые, противовирусные и другие препараты, ставит задачи по детальному изучению их структуры и свойств [Girdhar и соавт. 2010]. Одной из важных аналитических задач является изучение параметров кристаллического строения данных соединений, поскольку физикохимическое состояние вещества, в том числе его кристаллическая структура и возможность существования его в различных полиморфных модификациях, может рассматриваться как один из фармацевтических факторов, в значительной степени влияющих на терапевтическую эффективность лекарственного средства [Singhal и соавт. 2004].
Рентгеновский фазовый анализ - один из широко используемых методов качественного и количественного анализа, применяемый как для научноисследовательских работ, так и для контроля в производстве, в том числе фармацевтическом. Метод позволяет проводить анализ кристаллографических параметров, текстуры, остаточных напряжений для любых твердых кристаллических материалов, благодаря чему имеется возможность контроля состава продуктов синтеза,
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
контроля фазовых переходов при термической и химико-термической обработке [Богдан 2012]. Настоящая работа посвящена определению таких кристаллографических параметров поликристаллических 4-фторакридона и 2-фторакридона, как положение и относительная интенсивность дифракционных максимумов, соответствующие им межплоскостные расстояния. На основании данных об уширении пиков на дифрактограммах произведен расчет областей когерентного рассеяния, связанных со средним размером кристаллитов в направлении дифракционных векторов.
Методика измерений
В процессе проведения дифрактометрических измерений использовалась классическая схема фокусировки по Брэггу-Брентано. Она обеспечивает высокую интенсивность дифрагированного излучения и высокое разрешение.
Рентгеновский пучок выходит из окна трубки под углом 6° относительно горизонтальной оси. При повороте образца на угол 0, счетчик (кристалл-детектор) поворачивается на угол 20. Дифрагированное излучение 1(20) регистрируется в процессе 0/20-сканирования.
Угловое положение пиков на дифрактограмме определяется соответствующим межплоскостным расстоянием. Правило дифракции Брэгга
где X - длина волны рентгеновского излучения, 9 - угол дифракции, d - период кристаллической решетки.
Каждое кристаллическое вещество имеет свой набор дифрактометрических линий, отличающихся по положению и интенсивности. Набор линий - дифрактограмма может использоваться как «отпечаток пальцев» для идентификации соединений в составе образца. Полуширина дифрактометрических пиков зависит от размера зерна поликристаллов. С учетом возможной анизотропии размеров в разных направлениях полуширина пика в шкале 29 определяется по формуле Селякова-Шерера:
где L - средний размер кристаллита в направлении дифракционного вектора, X -длина волны, 9 - угол дифракции в радианах.
Экспериментальная часть
Для получения рентгеновских дифрактограмм были взяты поликристаллические образцы 2- и 4-фторакридона, синтезированные на кафедре химии Курского государственного университета. Работа проводилась на рентгеновском дифрактометре MiniFlex II фирмы Rigaku (Япония), имеющем рентгеновскую трубку с анодом из меди (длина волны излучения X=15,4 нм), напряжение на трубке 30 кВ, ток трубки 15 мА. Измерение дифрактограмм проводилось методом сканирования по углам 29 (9/29-зависимое) в диапазоне углов от 5 до 60°. Выбор данного диапазона позволяет получить основные разрешенные рефлексы hkl фаз, присутствующих в исследуемых материалах. Скорость сканирования 1 градус в минуту, разрешение 0,01 градуса. Гониометр вертикального типа, радиус 150 мм, скорость позиционирования по углу 29 - 500 ° в
nX=2d sin 9,
(1)
w(29) = 0,94X/[L cos 9],
(2)
Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. № 3 (27). Том 2
Белоусов С. Ю., Ефанов С. А., Грехнёва Е. В., Кудрявцева Т. Н., Яр Зар Хтун. Изучение особенностей кристаллической структуры 2- и 4-фторакридона методом рентгеновской дифракции
минуту. Детектор SC-М (кристалл-сцинтиллятор NaI) с монохроматором на дифрагированный пучок. Для исследования поликристаллических образцов
использовалась малоотражающая кремниевая кювета.
Результаты и их обсуждение
Рентгеновские дифрактограммы, измеренные для образцов 4-фторакридона и 2-фторакридона, приведены на рисунках 1 и 2.
На дифрактограмме 4-фторакридона выявлено 40 рефлексов, на дифрактограме 2-фторакридона - 14. На основании положений рефлексов на шкале 29 вычислены межплоскостные расстояния для соответствующих hkl фаз. По значениям ширины пиков на половине их высоты, после соответствующего пересчета, по формуле (2) вычислены средние размеры кристаллитов в направлении дифракционного вектора. Соответствующие результаты представлены в таблицах 1 и 2.
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
Результаты исследования дифрактограммы 4-фторакридона
Таблица 1
Номер пика 2-9 (град.) d (ангстр.) I отн., % w (град.) L, нм
1 10.251 8.622 17 0.218 38.2
2 10.763 8.2129 100 0.202 41.3
3 11.707 7.5526 2 0.178 46.7
4 13.555 6.527 16 0.179 46.6
5 14.499 6.104 5 0.182 45.9
6 16.051 5.5171 21 0.178 47.0
7 16.565 5.3472 18 0.177 47.5
8 17.5793 5.0408 1 0.178 47.0
9 19.745 4.4926 9 0.169 50.0
10 20.449 4.3395 35 0.169 49.9
11 20.824 4.262 4 0.156 53.9
12 21.565 4.117 7 0.152 55.7
13 22.944 3.8729 9 0.164 51.6
14 24.186 3.677 5 0.282 30.1
15 24.576 3.6192 6 0.157 54.1
16 26.135 3.4069 78 0.188 45.4
17 27.326 3.2610 89 0.165 51.8
18 28.2805 3.1531 2 0.180 47.4
19 28.96 3.081 1 0.361 23.5
20 29.49 3.026 5 0.173 50.6
21 29.689 3.0066 8 0.188 47.6
22 30.457 2.9325 4 0.183 47.0
23 31.24 2.861 2 0.212 40.4
24 31.810 2.8108 7 0.266 32.4
Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. № 3 (27). Том 2
Белоусов С. Ю., Ефанов С. А., Грехнёва Е. В., Кудрявцева Т. Н., Яр Зар Хтун. Изучение особенностей кристаллической структуры 2- и 4-фторакридона методом рентгеновской дифракции
Продолжение Таблицы 1
25 32.42 2.759 2 0.213 41.9
26 33.5663 2.6676 2 0.183 47.4
27 36.6768 2.4482 2 0.183 47.8
28 38.3285 2.3464 2 0.183 48.0
29 40.11 2.2465 1 0.588 15.3
30 42.05 2.1468 6 0.214 42.2
31 44.000 2.0562 6 0.173 51.8
32 44.90 2.0169 2 0.193 47.0
33 45.457 1.9937 2 0.152 60.9
34 46.035 1.9700 7 0.151 59.9
35 47.474 1.9136 5 0.172 53.4
36 49.30 1.847 2 0.324 28.9
37 50.5532 1.804 1 0.183 50.1
38 53.8917 1.6998 2 0.183 50.9
39 54.89 1.6714 2 0.163 58.3
40 56.35 1.6315 2 0.153 64.7
Результаты исследования дифрактограммы 2-фторакридона
Таблица 2
Номер пика 2-9 (град.) d (ангстр.) I отн., % w (град.) L, нм
1 8.161 10.825 100 0.198 42.0
2 13.676 6.469 14 0.324 25.8
3 15.037 5.887 7 0.249 33.5
4 16.445 5.3858 8 0.197 42.5
5 17.309 5.1188 1 0.365 22.9
6 19.424 4.5659 1 0.365 23.1
7 20.201 4.3920 1 0.365 23.1
8 22.61 3.929 1 0.537 16.0
9 23.32 3.811 4 0.282 30.0
10 24.42 3.642 5 0.859 10.0
11 25.785 3.452 3 0.9812 8.7
12 28.12 3.171 1 0.369 23.4
13 29.569 3.018 1 0.366 23.5
14 33.014 2.711 1 1.015 8.6
Оценивая полученные данные, можно сделать вывод, что положение атома фтора в молекуле фторзамещенного акридона существенно влияет на особенности кристаллического строения вещества. Так, результаты расчета средних размеров кристаллитов для 2-фторакридона показали, что данное вещество, как и ранее изученный методом атомно-силовой микроскопии [Абакумов и соавт. 2009] 2-метилакридон, имеет пластинчатую форму образований с толщиной слоя от 9 нм. Дополнительным подтверждением данного факта является образование текстуры на дифрактограмме, проявляющейся в виде наличия одного пика с интенсивностью, в десятки раз превышающей интенсивность других пиков. Образование текстуры (нарушения случайной ориентации кристаллитов в поликристаллической пробе) зачастую затрудняет
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
обнаружение всех возможных дифрактометрических пиков. Результаты измерения дифрактограммы 4-фторакридона не выявили наличия выраженной текстуры, что, помимо прочего, отразилось и в значительной разнице в числе обнаруженных пиков при равных условиях измерения.
Таким образом, на основе анализа дифрактограмм 4-фторакридона и 2-фторакридона, установлены такие кристаллографические параметры, как положение и относительная интенсивность дифрактометрических пиков, межплоскостные расстояния, выявлены также величины областей когерентного рассеяния, связанных со средним размером кристаллитов в направлении дифракционных векторов. Выявлены различия как в форме кристаллитов, так и структуре кристаллов, связанные с положением атома фтора в молекуле фторзамещенного акридона.
Библиографический список
Абакумов А.В., Кузьменко А.П., Кудрявцева Т.Н., Маркович Ю.Д., Стариковский В.П. Структурирование кристаллов 2-метилакридона в растворителях с различной полярностью // Проведение научных исследований в области индустрии наносистем и материалов: материалы Всерос. конф. с элементами научной школы для молодежи. Белгород: Изд-во БелГУ. 2009. С. 3-5.
Богдан Т.В., Основы рентгеновской дифрактометрии [электронный ресурс]. М.: Москов. гос. ун-т, 2012. URL: http://www.chem.msu.su/rus/cryst/cryschem/liter/bogdan.pdf, свободный - электронная версия печатной публикации (дата обращения: 13.02.2013).
Singhal D., Curatolo W. Drug polymorphism and dosage form design: a practical perspective // Advanced Drug Delivery Reviews. 2004. № 56. Р. 335-347.
Syntheses and biological studies of novel 9(10H)-Acridone derivatives [электронный ресурс] / A. Girdhar, S. Jain, N. Jain and S. Girdhar // Acta Poloniae Pharmaceutica - Drug Research. 2010/ Vol. 67. No.2. P. 211-214. URL:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20369800, свободный - электронная версия печатной публикации (дата обращения: 14.03.2013).
Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. № 3 (27). Том 2
