CC BY
126
Э(Р) = n(P)/k= m(P)\ M(P)ki; 0(P2O5)=m(P2O5)/M(P2O5)k2;
Э(Р) = Э(Р2О5); m(P2O5) = m(P) M(P2O5) k2 /M(P) ki;
m(P2O5) = 6,2 x 142 x 2/ 31 x 4 = 14,2 г
Данная методика решения задач по химии была опробована на уроках химии в 8 классе средней школы Санкт-Петербурга и дала хорошие результаты.
Установление межпредметных связей при изучении химии и математики, а также других предметов естественнонаучного цикла позволяет усилить интерес учащихся к естественным наукам, развивает внутреннюю мотивацию к учебе, способствует формированию целостной картины мира.
А. О. Аверьянов
Создание комплексов включений ряда циклодекстринов и физико-химические способы их характеризации
Комплексы включения предоставляют обширные возможности в использовании во многих областях науки и технологии. Речь идет о таких значимых и востребованных областях, как создание квантовых компьютеров, магнитных наночастиц, квантовых точек, различных сенсоров; их применении в области биологии, медицинском диагностировании, транспортировки лекарственных препаратов, пищевой промышленности и др.
Циклодекстрины - это представители циклических олигосахаридов, свойства которых определяются уникальной структурой: молекула имеет форму усеченного конуса с гидрофобной внутренней полостью. Вне этой полости располагаются гидроксильные группы. Данное свойство дает возможность для инкапсулирования различных частиц, обладающих гидрофобностью.
Известно, что образования комплексов включений можно достичь различными лабораторными методами, такими как соосаждение, нейтрализация, перемешивание, распылительная сушка, лиофильная сушка, выпариванием растворителя и др.
Свойства циклодекстринов позволяют создавать комплексы с включением различных молекулами. Основные типы образующихся композиций можно описать следующим соотношением - 1:1, 1:2 и 2:1 (гость:хозяин). Также могут образовываться комплексы со стехиометрией 2:2. Возможность образования тройных комплексов также была рассмотрена в ряде работ. Группой ученых под руководством Майтидеса были представлены результаты по комплексам
412
гидроксипропил-р-циклодекстрина с терпидином (Mytides P., Rozou S., Benaki D., Antoniadou-Vyza. Terpyridine [hydroxypropyl-beta-cyclodextrin] 1:3 complex used as chelating agent for the determination of iron with a sensitive, selective and fast liquid chromatographic method // Anal. Chim. Acta 566 (1), 2006, 122-129).
В другой работе, группа профессора Лофтссона исследовала возможность образования агрегатов комплексов-включений р-циклодекстрина в водных средах а также проводила их характеризацию (Loftsson T., Masson M., Brewster M. Self-association of cyclo-dextrins and cyclodextrin complexes // J. Pharmaceut. Sci. 93, 2004, 1091-1099). Данные агрегаты могут обладать существенно большей растворимостью, а также повышать растворимость липофильных лекарственных препаратов посредством образования мицеллоподобных структур.
Группой Ботелла были получены комплексы р- и Y-циклодекстрина с p-каротином в водной среде (Botella S., Martin M., del Castillo B., Menendez J., Vazquez L., Lerner D. Analytical applications of retinoid-cyclodextrin inclusion complexes. Characterization of a retinal-beta-cyclodextrin complex // J. Pharmaceut. Biomed. Anal. 14 (8-10), 1996, 909-915). Полученный продукт далее характеризовался методами динамического светорассеивания и ЯМР. Результаты анализов доказывают образование больших агрегатов, имеющих строение, подобное мицеллам,
Группой польских ученых под руководством Гирнаса были исследованы комплексы p-циклодекстрина с хлорогеновой и кофеиновой кислотой ^rnas P., Neunert G., Baczynski K., Polewski. Beta-cyclodextrin complexes with chlorogenic and caffeic acids from coffee brew: Spectroscopic, thermodynamic and molecular modelling study // Food Chemistry 114, 2009, 190-196). Полученные продукты были исследованы с помощью спектроскопических методов, а также проведено молекулярное моделирование и термодинамические расчеты. Для подтверждения образования комплексов были изучены спектры поглощения обозначенных кислот. При этом, с увеличением концентрации p-циклодекстрина наблюдалось изменение интенсивности пиков, с одновременным батохромным сдвигом характеристического максимума. Полученные данные коррелировались с флуоресцентным анализом. Спектры флуоресценции хлорогеновой и кофеиновой кислот с различным содержанием р-циклодекстрина доказывают их комплексное взаимодействие. Авторы доказывают это заметным сдвигом максимума пика, который является следствием включения молекул в менее протонированную среду полости р-циклодекстрина.
413
Заслуживает интерес методика молекулярного моделирования, которая помогает дать оценочную характеристику участия отдельных химических групп в процессе образования комплекса. Рассчитаны значения энергий в оптимизированных комплексах в вакууме и воде, в обоих этих случаях являются благоприятными для взаимодействия. Процесс комплексообразования приводит к более стабильному энергетическому состоянию. Высвобождение молекулы-гостя из полости p-циклодекстрина не происходит до тех пор, пока не будет затрачена соответствующая энергия активации. Применение метода молекулярного моделирования позволяет подтвердить полученные результаты инкапсулирования и комплексообразования, а также рассчитать энергетические параметры комплексов, учитывая конформацию молекул.
В работе Ванга синтезируется комплекс-включение феруловой кислоты и 2-гидроксипропил-р-циклодекстрина. Реакция протекает под воздействием лиофильной сушки (Wang J., Cao Y., Sun B., Wang Ch. Characterisation of inclusion complex of trans-ferulic acid and hy-droxypropyl-b-cyclodextrin // Food Chemistry 124, 2011, 1069-1075). Данный метод авторами был выбран по причине его эффективности, возможности избежать термического разложения веществ и минимизировать потери. Полученный выход в реакции составил 65 %.
Полученный продукт анализировался посредством УФ-, ИК- спектроскопии с преобразованием Фурье, рентгеновской ди-фрактометрии и сканирующей электронной микроскопии. Данные УФ-спектроскопии доказывают образование комплекса - это подтверждается батохромным сдвигом пиков максимума с 283 и 310 нм до 290 и 316 нм, соответственно. По мнению авторов, это позволяет предположить, что взаимодействие между кислотой и производным p-циклодекстрина является причиной частичного экранирования хромофорных групп в полости циклодекстрина.
Авторами были сняты ИК-спектры феруловой кислоты и 2-гидроксипропил-р-циклодекстрина, а также их физическая смесь и комплекса-включения. По данным ИК-спектроскопии были сделаны следующие выводы: полосы в комплексе при 1620, 1595, 1515, 1464, 1272 и 850 см-1 сдвинулись и стали менее интенсивными, в то время как области при 2836, 1431 и 804 см-1 исчезли. Область 3415 см-1 в спектре комплекса стала более интенсивной за счет суммирования гидроксильных групп. Это может подтверждать протекание комплексообразования. Авторы также полагают, что изменения спектров подтверждают вовлечение ароматического кольца в комплекс.
Были получены данные дифрактометрии. По ним можно сказать, что дифрактограмма смеси феруловой кислоты и
414
2-гидроксипропил-р-циклодекстрина, как и ожидалось, есть суммирующая отдельных веществ. В то время как комплекс-включение образовал широкий фон под кристаллическими пиками, который был схож с аморфным пиком циклодекстрина, но не проявлял характеристических пиков кислоты, что является доказательством образования аморфного материала.
При анализе данных СЭМ авторами были сделаны фотографии отдельно феруловой кислоты и 2-гидроксипропил-р-циклодекстрина, их физической смеси и комплекса-включения. Кислота на снимках представляется кристаллами в форме иголок, p-циклодекстрин -аморфными цилиндрическими сферами, их смесь, соответственно, -равное содержание первого и второго вещества. Яркая противоположность - изображение комплекса-включения. Это частицы неправильной формы, морфология исходных компонентов отсутствует, и представляют собой нерегулярные агрегаты небольшого размера. Такие данные позволяют говорить об образовании комплекса-включения.
Полученные результаты подавляющего большинства исследовательских групп свидетельствуют об активном развитии супрамолекулярных комплексов ряда циклодекстринов, существовании широкой возможности регулирования процесса синтеза и придания определенных параметров. Это открывает возможность для контролирования размеров в пределах нескольких нанометров, а также для получения требуемых характеристик. Уникальные свойства циклодекстринов позволяют найти его применение в самых различных направлениях.
А. И. Степчин
Сонохимический синтез CuInSe2 из молекулярных прекурсоров
Компактные наноматериалы наибольшее применение находят как конструкционные материалы новых технологий (благодаря специфическому сочетанию механических свойств) и как магнитные материалы. Полупроводниковые материалы используются как датчики, сенсоры и фоточувствительные материалы. Особенно перспективным представляется использование нанопорошков полупроводниковых материалов в качестве составляющего звена в солнечных элементах. Многокомпонентные полупроводниковые соединения со структурой халькопирита (в особенности CuInSe2) вызывают особый
415
