WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:     || 2 |

«ПОЛИМЕРЫ-НОСИТЕЛИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРОВ 2-ДЕОКСИ-2-МЕТАКРИЛАМИДО-D-ГЛЮКОЗЫ С N,N-ДИМЕТИЛ- И N,N-ДИЭТИЛАМИНОЭТИЛМЕТАКРИЛАТАМИ ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НАУКИ ИНСТИТУТ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

ЗОЛОТОВА

Юлия Игоревна

ПОЛИМЕРЫ-НОСИТЕЛИ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ

ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ СОПОЛИМЕРОВ

2-ДЕОКСИ-2-МЕТАКРИЛАМИДО-D-ГЛЮКОЗЫ С N,N-ДИМЕТИЛ- И

N,N-ДИЭТИЛАМИНОЭТИЛМЕТАКРИЛАТАМИ

Специальность 02.00.06 – высокомолекулярные соединения

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

чл.-корр. РАН, д.х.н., проф.

Панарин Евгений Федорович Санкт-Петербург Список использованных сокращений ATRP-полимеризации – atom transfer radical polymerization (радикальная полимеризация с переносом атома) RAFT-полимеризациия – reversible addition fragmentation chain transfer (полимеризация путем обратимого присоединения и фрагментации) АК – акриловая кислота АСМ – атомная силовая микроскопия АЭАМГ – 2-аминоэтиламидом N-метакрилоилглицина БАВ – биологически активное вещество ВА – N-виниламин гидрохлорид ВМП – внутримолекулярная подвижность ВП – N-винилпирролидон ВФА – N-винилформамид ГПМ – 2-гидроксипропилметакрилат ГПМА – N-(2-гидроксипропил)метакриламид ДАГ – 2,2'-азобис-(2-метилпропионамидин) дигидрохлорид ДИНИЗ – динитрил азо-бис-изомасляной кислоты ДМАЭМ – N,N-диметиламиноэтилметакрилат ДМФА – N,N-диметилформамид ДЭАЭМ – N,N-диэтиламиноэтилметакрилат ИПЭК – интерполиэлектролитный комплекс КГ – 2-деокси-2-кротоноиламидо-D-глюкоза КИО – коэффициента иммунного ответа МАА – метакриламид МАГ – 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкоза МАК – метекриловая кислота МанЭМ – 2-(-D-маннопираносилокси)этилметакрилат МБсК – минимальная бактериостатическая концентрация МБцК – минимальная бактерицидная концентрация МВАА – N-метил-N-винилацетамид МГ-С3 – 3-O-метакрилоил-D-глюкоза МГ-С6 – 6-O-метакрилоил-D-глюкоза МИПГП – 3-O-метакрилоил-1,2:3,4-ди-O-изопропилиден-D-галактопираноза ММ – молекулярная масса ММА – метилметакрилат ММР – молекулярно-массовое распределение ПЛ – поляризованная люминисценция ТМАЭМ – N,N,N-триметиламиноэтилметакрилата ЭА – этилакрилат

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Поливинилсахариды

1.1.1. Синтез винилсахаридов

1.1.2. Гомополимеры винилсахаридов

1.1.3. Сополимеры винилсахаридов с гидрофильными мономерами.................. 1.2. Аминосодержащие сополимеры винилсахаридов

1.2.1. Статистические аминосодержащие сополимеры винилсахаридов............ 1.2.2. Аминосодержащие графт- и блоксополимеры винилсахаридов................ 1.3. Полимеры 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкозы

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Материалы

2.2. Методы синтеза

2.2.1. Синтез мономера 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкозы

2.2.2. Синтез полимеров

2.2.2.1. Синтез линейных (со)полимеров

2.2.2.1.1. Синтез гомополимера МАГ

2.2.2.1.2. Синтез гомополимера ДМАЭМ

2.2.2.1.3. Синтез линейных статистических сополимеров МАГДМАЭМ/ДЭАЭМ

2.2.2.1.4. Синтез люминесцентно меченых (со)полимеров

2.2.2.2. Синтез тройных сополимеров – алкилирование статистического сополимера МАГ-ДМАЭМ йодистыми алкилами

2.2.2.3. Синтез графт-сополимеров МАГ-ДМАЭМ

2.2.2.3.1. Синтез поли-МАГ с концевыми аминогруппами

2.2.2.3.2. Синтез поли-МАГ с концевыми двойными связями

2.2.2.3.3. Синтез графт-сополимеров МАГ-ДМАЭМ

2.2.3. Синтез нанокомпозиций серебра

2.3. Методы исследования

2.3.1. Оборудование

2.3.2. Определение состава сополимеров

2.3.3. Измерение величин характеристической вязкости полимеров и оценка значений ММ

2.3.4. Определение относительных активностей

2.3.5. Кинетика сополимеризации

2.3.6. Определение наносекундных времен релаксации

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Статистические сополимеры МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ

3.1.1. Кинетика сополимеризации МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ

3.1.2. Относительные активности сомономеров

3.1.3. Характеристики сополимеров МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ

балансом

3.3. Графт-сополимеры

3.3.1. Графт-сополимеры МАГ-ДМАЭМ

3.4. Свойства сополимеров МАГ с диалкиламиноэтилметакрилатами............... диалкиламиноэтилметакрилатами

3.4.2. Взаимодействие сополимеров МАГ-ДМАЭМ с ДНК

диалкиламиноэтилметакрилатами

3.4.4. Иммуномодулирующие свойства

3.4.5. Антимикробная активность

3.4.6. Противоопухолевая активность

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

БЛАГОДАРНОСТИ

ВВЕДЕНИЕ

высокомолекулярных соединений является разработка методов синтеза полимеров-носителей биологически активных веществ (БАВ). Использование гидрофильных полимеров-носителей для модификации БАВ позволяет решать такие важные задачи, как снижение токсичности БАВ, пролонгация действия, контролируемое снятие БАВ с носителя и регулирование его содержания в биологических жидкостях и тканях, направленный транспорт активного вещества в требуемый орган-мишень, в некоторых случаях удается повысить эффективность БАВ. В связи с этим вопросы синтеза и изучения свойств новых полимеров-носителей привлекают внимание широкого круга исследователей. К настоящему времени в качестве носителей БАВ нашли применение как синтетические (поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль, поливиниламиды и многие другие), так и природные полимеры (полисахариды, белки). К полимерам-носителям предъявляются требования водорастворимости, нетоксичности, биоинертности (т.е. отсутствия антигенности, канцерогенности и т.д.). В последние годы в качестве перспективных носителей БАВ рассматриваются удовлетворяющие всем этим требованиям полимеры на основе винилсахаридов. Вследствие наличия остатков сахаров в составе этих полимеров они обладают биоспецифичностью, т.е. способны связываться с рецепторами клеток определенной природы, что предполагает возможность их использования в системах целевого транспорта БАВ.



Создание полимеров-носителей представляет собой комплексную задачу, т.к. способность полимеров связывать БАВ и возможность синтеза полимерных производных с оптимальными свойствами определяются многими факторами, такими как природа функциональных групп, обеспечивающих модификацию БАВ, природу и лабильность связи БАВ-полимер, молекулярная масса полимера, микроструктура и конформация макромолекул, наличие гидрофобных участков для связывания плохо растворимых в воде веществ, архитектура полимера. Регулирование снятия активного вещества с полимераносителя может быть достигнуто, в частности, использованием рН- или термочувствительных полимеров.

аминосодержащими мономерами, в частности, с аминоалкилметакрилатами.

Такие полимеры способны сочетать свойства, присущие гомополимерам обоих типов, например, специфически связываться с имеющимися на поверхности клеточных мембран рецепторами, что характерно для сахаров, и при этом интерполиэлектролитных комплексов.

Среди полиаминоалкилметакрилатов наиболее широко используются полимеры на основе N,N-диметиламиноэтилметакрилата (ДМАЭМ) и N,Nдиэтиламиноэтилметакрилата (ДЭАЭМ). Они обладают антимикробными, противовирусными свойствами, способны восстанавливать ионы серебра и золота и стабилизировать образующиеся наночастицы металлов, проявляют рНи термочувствительность. поли-ДМАЭМ является одним из наиболее перспективных полимеров для применения в генной терапии. Вместе с тем, в литературе к началу данной работы отсутствовали сведения о сополимерах одного из наиболее перспективных для синтеза полимеров-носителей 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкозы ДЭАЭМ.

Актуальность данной работы заключается в необходимости разработки способов получения новых полимеров-носителей, обладающих собственной биологической активностью, – функциональных водорастворимых аминосодержащих поливинилсахаридов, используемых, в частности, для образования интерполиэлектролитных комплексов с ДНК.

Целью работы является разработка методов синтеза водорастворимых полимеров-носителей БАВ – сополимеров МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ различной архитектуры, варьируемого состава, молекулярно-массовых параметров, гидрофильно-гидрофобного баланса, исследование их структуры и свойств.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

исследование закономерностей радикальной сополимеризации МАГ с ДМАЭМ, ДЭАЭМ: изучение кинетики и определение относительных активностей сомономеров; синтез статистических сополимеров МАГ с диалкиламиноэтилметакрилатами различного состава и молекулярной массы;

диалкиламиноэтилметакрилатами; синтез дифильных сополимеров с регулируемым гидрофильно-гидрофобным балансом;

полимеров в водных растворах, их иммуномоделирующих, противоопухолевых и антимикробных свойств, восстанавливающей способности и характеристик нанокомпозиций серебра на их основе, исследование свойств комплексов полученных сополимеров с молекулами ДНК.

Методы исследования. В работе использованы современные методы синтеза и анализа, физико-химические методы исследования полимеров (поляризованная люминесценция, ИК, УФ и ЯМР спектроскопия, тонкослойная хроматография, потенциометрическое титрование, вискозиметрия, дилатометрия, атомно-силовая и просвечивающая электронная микроскопия, электрофорез).

Научная новизна работы заключается в следующем:

разработаны методы синтеза ранее не описанных водорастворимых рН-чувствительных полимеров-носителей БАВ – статистических двойных и тройных сополимеров винилсахарида МАГ с диалкиламиноэтилметакрилатами и их четвертичными аммониевыми солями, а также графт-сополимеров в широком диапазоне составов, молекулярных масс и варьируемой гидрофобности;

впервые исследован процесс сополимеризации МАГ с ДМАЭМ или с ДЭАЭМ: изучена кинетика и определены относительные активности синтезированных полимеров в растворах;

впервые обнаружена способность сополимеров МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ восстанавливать ионы серебра и стабилизировать образующиеся нанокомпозиции Ag0, ускоряя при этом процесс восстановления по сравнению с восстановлением с помощью соответствующих гомополимеров и их смесей.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

синтезированные сополимеры и нанокомпозиции серебра на их основе перспективны в качестве иммунодепрессантнов и антибактериальных веществ;

диалкиламиноэтилметакрилатами обладают противоопухолевой активностью, могут быть использованы для целей генной терапии.

На защиту выносятся следующие положения:

диалкиламиноэтилметакрилатами, а также последующие полимераналогичные превращения путем алкилирования йодистыми алкилами позволяют получать водорастворимые сополимеры с варьируемым составом, молекулярномассовыми характеристиками, конформационными состояниями, регулируемым гидрофильно-гидрофобным балансом; указанные сополимеры проявляют биологическую активность на молекулярном, клеточном уровне и уровне макроорганизма;

сополимеризация которого с ДМАЭМ или ДЭАЭМ приводит к получению привитых сополимеров, основная цепь которых представляет собой полидиалкиламиноэтилметакрилат, а привитые цепи – поли-МАГ;

диалкиламиноэтилметакрилатами обеспечивает восстановление ионов серебра и стабилизацию его нанокомпозиций, при этом процесс восстановления идет с более высокой скоростью, чем в случае применения гомополимеров или их смесей;

комплексообразование ДНК с графт-сополимерами МАГ-ДМАЭМ приводит к образованию более стабильных и более однородных комплексов меньшего размера по сравнению с комплексами статистических сополимеров.

Обоснованность и достоверность полученных результатов и выводов на их основе подтверждаются хорошей воспроизводимостью и согласованностью результатов, полученных при использовании независимых методов исследований.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях:

II, III, IV, VIII, IX Санкт-Петербургская конференция молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах»

(Санкт-Петербург, 31 января – 2 февраля 2006 г., 17 – 19 апреля 2007 г., 15 – апреля 2008 г., 12 – 15 ноября 2012 г., 11 – 14 ноября 2013 г.), Международная конференция по органической химии «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности» (Санкт-Петербург, 26 – 29 июня 2006 г.), 6th International Symposium «Molecular order and mobility in polymer systems» (St.Petersburg, June 2 – 6, 2008 г.), Всероссийская межвузовской научная конференция студентов и аспирантов «XXXVII неделя науки в СПбГПУ»

(Санкт-Петербург, 24 – 29 ноября 2008 г.), Всероссийская конференция молодых ученых, аспирантов и студентов с международн. участием по химии и наноматериалам «Менделеев-2013» (Санкт-Петербург, 2 – 5 апреля 2013 г.), Шестая Всероссийская Каргинская конференция «Полимеры-2014» (Москва, – 31 января 2014 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей в отечественных и зарубежных журналах и тезисы 12 докладов, получен 1 патент РФ.

Личный вклад автора состоял в участии в планировании работы, в проведении всех экспериментов по синтезу полимеров и в анализе полученных результатов, подготовке публикаций.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института высокомолекулярных соединений Российской академии наук по темам: «Синтетические и полусинтетические биологически активные гидрофильные полимеры» (2008 – 2010 гг) и «Полифункциональные, биологически активные полимерные системы» (2011 – 2013 гг) при финансовой поддержке грантов РФФИ № 08-03-00324 «Синтез на основе винилсахаридов полимерных биолигандов для связывания соединений, вызывающих нарушение обмена веществ», № 12-03-00680 «Синтез на основе поливинилсахаридов и поливиниламидов гибридных систем, обладающих полифункциональной биологической активностью».

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка используемой литературы (155 наименований). Работа изложена на 119 страницах и включает 15 таблиц и 21 рисунок.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Поливинилсахариды – водорастворимые, нетоксичные, синтетические полимеры, содержащие в боковой цепи остатки сахаров – являются перспективными полимерами-носителями [1 – 7]. Наличие в их структуре остатков углеводов обусловливает их способность к биоспецифическим взаимодействиям с рецепторами клеточных мембран и избирательному накоплению в определенных органах в зависимости от сахаридного остатка иммуномодулирующую активность [10 – 12].

поливинилсахаридов посвящено значительное число работ, опубликовано большое количество статей и ряд обзоров. Они посвящены гомо- и сополимерам винилсахаридов различной архитектуры – линейным, привитым, звездообразным, блоксополимерам, дендримерам, сшитым полимерам, полученным различными способами: свободнорадикальной полимеризацией, контролируемой радикальной полимеризацией, методом полимераналогичных превращений и др.

При использовании методов полимеризации для получения растворимых содержащими одну непредельную группу. Присутствие в структуре сахаров нескольких гидроксильных групп осложняет синтез таких производных, поэтому требуется введение защитных (диизопропилиденовых, ацетильных или полимеризации полученного непредельного монопроизводного защитные группы удаляют, что приводит к получению целевых водорастворимых полимеров винилсахаридов со сложноэфирной связью между остатками сахаров и полимерной цепью [13 – 16].

Возможен региоселективный, одностадийный, не требующий введения защитных групп синтез монозамещенных ненасыщенных производных углеводов с помощью ферментов. Так, например, ацилированием глюкозы активированными эфирами непредельных кислот с помощью щелочной протеазы были получены моноэфиры глюкозы и непредельных кислот с замещением по положению С-6 [17, 18].

Наиболее простым способом синтеза монопроизводных сахаров является ацилирование их аминопроизводных, что обеспечивает замещение только по аминогруппе [10, 19 – 22]. В результате получают непредельные производные, при полимеризации которых образуются полимеры с амидной связью полимерная цепь-углевод.

В литературе описаны водорастворимые гомо- и сополимеры непредельных производных глюкозы, галактозы, маннозы, сорбозы, лактозы и других сахаридов, различающиеся природой ацильной группы, ее положением в сахаридном остатке и типом связи углевода с основной полимерной цепью.

Так, линейные гомополимеры 2-деокси-2-акриламидо-D-глюкозы (1), 2деокси-2-метакриламидо-D-глюкозы (МАГ) (2), 1-деокси-1-акриламидо-Dглюцитола (3), 1-деокси-1-метакриламидо-D-глюцитола (4), синтезированных ацилированием соответствующих аминопроизводных сахаров, получали полимеризацией в воде (в качестве инициатора использовали перекись водорода, 2,2'-азобис-(2-метилпропионамидин) дигидрохлорид (ДАГ) или окислительно-восстановительную систему персульфат аммония / пиросульфит натрия [19].

OH OH OH OH

OH OH OH OH

Гомополимеры 1,3,4,6-тетра-O-ацетил-2-акриламидо-2-деокси--Dглюкозы и 1,2:3,4-ди-O-изопропилиден-6-O-акрилоил--D-галактозы, а также статистические сополимеры этих двух сомономеров (состава 50 : 50 и (со)полимеризации в смеси толуол / дихлорметан, инициатор – динитрил азобис-изомасляной кислоты (ДИНИЗ). Удаление защитных групп приводит к получению соответствующих водорастворимых полимеров винилсахаридов ( и 5, соответственно), в которых остатки сахаров связаны с основной цепью полимера амидной или сложноэфирной связью. Ацетильную защиту снимали в смеси хлороформ / метанол в присутствии метоксида натрия в качестве катализатора. Изопропилиденовые группы удаляли в 80 % водном растворе муравьиной кислоты [14].

поливинилсахарида на его иммуномодулирующие свойства методом свободнорадикальной полимеризации (вода / ДАГ или N,N-диметилформамид (ДМФА) / ДИНИЗ) синтезированы поли-2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкоза (поли-МАГ), поли-3-O-метакрилоил-D-глюкоза (поли-МГ-С3; 6) и поли-6-Oметакрилоил-D-глюкоза (поли-МГ-С6; 7):

Поли-МАГ и поли-МГ-С6 получали радикальной полимеризацией способом), поли-МГ-С3 – полимеризацией 3-O-метакрилоилдиацетон-Dглюкозы с последующим снятием защитных групп муравьиной кислотой.

Гидрированием боргидридом натрия углеводных остатков получена ациклическая форма поли-МАГ (8) [11]:

HN OH OH

В работах [10, 11, 17] в опытах in vivo (на мышах) показано, что поливинилсахариды способны проявлять иммуностимулирующее действие.

Иммуномодулирующие свойства характеризуются значением коэффициента иммунного ответа (КИО), т.е. отношением числа клеток в организме, ответственных за выработку антител при введении антигена вместе с полимером, к числу таких клеток при введении антигена без полимера. Так, поли-МАГ проявляет активность при использованной дозе 50 мг/кг, поли-МГС3 при дозах 5 и 25 мг/кг, поли-МГ-С6 – при 5, 10 и 25 мг/кг. Наиболее высоким значением КИО характеризуется поли-МГ-С6, его использование при внутрибрюшинном введении мышам вместе с антигеном (эритроцитами барана) обеспечивает усиление иммунного ответа в 2 раза по сравнению с контрольным экспериментом – введением эритроцитов без полимера [10].

1.1.3. Сополимеры винилсахаридов с гидрофильными мономерами С целью получения водорастворимых, различающихся по своей микроструктуре статистических углеводсодержащих сополимеров осуществлена радикальная сополимеризация одного из наиболее широко используемых для синтеза полимеров-носителей БАВ мономера Nвинилпирролидона (ВП) с ненасыщенными эфирами углеводов: 3-Oметакрилоил-, 3-O-акрилоил- и 3-O-кротоноил-1,2:5,6-диизопропилиден-Dглюкозой.

характеристикой, влияющей как на свойства исходного полимера, так и полимерных производных БАВ на его основе [23, 24]. Варьирование непредельных групп мономеров вследствие их различной реакционной способности в процессе сополимеризации позволяет получать сополимеры с различным распределением звеньев по цепи. Известно, что мономеры акрилоильного, метакрилоильного и кротоноильного ряда значительно различаются по своей реакционной способности. Так, для сополимеров ВП с активными мономерами – метакриловой и акриловой кислотами характерно образование микроблоков звеньев кислоты, что особенно сильно выражено в случае метакриловой кислоты [25]. Для неактивного кротонового мономера, наоборот, единичные звенья кислоты разделены блоками ВП [26].

Сополимеризацию ВП с углеводсодержащими мономерами проводили в растворе ДМФА (инициатор ДИНИЗ), после чего удаляли защитные группы муравьиной кислотой [15]. Были получены сополимеры, содержащие 7 – 20 мол.% звеньев 3-O-метакрилоил-, 3-O-акрилоил- или 3-O-кротоноил-Dглюкозы (9), с молекулярной массой (ММ) (40 – 60)103.

Сополимеризацией ВП с 6-O-метакрилоил-, 6-O-кротоноил-D-глюкозой (полученных ферментативным способом) [17], с МАГ или 2-деокси-2кротоноиламидо-D-глюкозой (КГ; 10) [11] синтезированы соответствующие сополимеры, содержащие остаток углевода в количестве 6 – 40 мол.% и с ММ = (6 – 180)103.

Таким образом, получен ряд сополимеров ВП, содержащих остатки глюкозы, различающихся типом кислотного компонента в углеводсодержащем звене, его положением в глюкозном кольце, типом связи полимерная цепьуглевод (сложноэфирная или амидная) и микроструктурой полимерных цепей.

виниламидами, также применяемыми для синтеза полимеров-носителей, – Nвинилформамидом (ВФА) и N-метил-N-винилацетамидом (МВАА) [12, 21, 27].

В работе [12] было проведено исследование влияния структуры вышеуказанных сополимеров виниламидов с винилсахаридами, описанных в радикальной сополимеризации сополимеров 1-O-акрилоил-, 1-O-метакрилоили 1-O-кротоноилсорбозы с ВФА, МВАА или ВП (от 5 до 35 мол.% сахаридных звеньев, CH3COONa положение кислотного компонента винилсахарида, а также тип связи полимерная цепь-углевод. Обнаружено, что при внутрибрюшинном введении препаратов мышам наиболее высоким уровнем иммуномостимулирующей активности характеризуются сополимеры производных сорбозы. При этом значение КИО зависело и от природы кислотного компонента производного сорбозы, состава полимера и использованной дозы препарата [12].

Для использования в качестве моделей при исследовании взаимодействий в системе белок-углевод методом радикальной сополимеризации получены статистические сополимеры акриламида с непредельными производными глюкозамина (11) и лактозы (12) (растворитель – смесь вода / тетрагидрофуран,

OH OH OH

NH OH OH

В качестве носителей лекарств, помимо водорастворимых полимеров, используются также гидрогели с различной степенью сшивки. Гидрогели на основе сополимеров ВП с монозамещенным акрилоильным производным лактозы (13) получали радикальной сополимеризацией мономеров в водном растворе в присутствии сшивателя N,N'-метиленбисакриламида и инцииатора ДИНИЗ [30].

В качестве биосовместимых материалов предложены гидрогели на основе сшитых сополимеров N-изопропилакриламида с акриламидолактамином (14).

HO HO NH

Их получали радикальной сополимеризацией сомономеров в воде при использовании в качестве инициатора системы персульфат калия / N,N,N',N'тетраметилэтилендиамин, а в качестве сшивателя – N,N'-метиленбисакриламида [31].

Введение сахаридных остатков в состав полимеров возможно также с помощью метода полимераналогичных превращений. В работах [7, 8, 32, 33] полимеры на основе N-(2-гидроксипропил)метакриламида (ГПМА), способные к направленному транспорту в определенные органы, получали не только сополимеризацией ГПМА с углеводсодержащими мономерами, но и в результате взаимодействия аминосахаров – галактозамина, глюкозамина, маннозамина и др. – с активированными п-нитрофенильными эфирными группами сополимеров ГПМА. Полученные сополимеры, содержащие остатки галактозы, были способны к селективному взаимодействию с гепатоцитами и накапливались в печени [33]. Содержащие остатки фукозы полимеры селективно связывались с тканями кишечника [8].

гидрофильными мономерами описан синтез блоксополимеров. Их получают методами RAFT-полимеризации (Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer – полимеризация путем обратимого присоединения и фрагментации), ATRP-полимеризации (Atom Transfer Radical Polymerization – радикальная полимеризация с переносом атома), живой катионной полимеризации.

Известны блоксополимеры этиленоксида с 2-D-глюкозилоксиэтилакрилатом, 2гидроксиэтилметакрилата или 2-метакрилоксиэтил-D-глюкозида с 6-Oметакрилоил--D-глюкозидом или 6-O-метакрилоил--D-маннозидом. Описаны линейные и звездообразные блоксополимеры -капролактона с 6-Ометакрилоил-D-галактопиранозой, блоксополимеры изобутилвинилового эфира, содержащих остатки N-ацетил-D-глюкозамина [9, 34 – 36].

Для модификации БАВ в состав полимера-носителя должны входить реакционноспособными группами БАВ. Для синтеза полимерных производных БАВ наиболее часто используют альдегидные, карбоксильные, аминные группы полимера.

аминосодержащими мономерами. Такие полимеры сочетают свойства, присущие как поливинилсахаридам, так и полиаминам. Они сохраняют способность специфически взаимодействовать с лектинами и осуществлять направленный транспорт, что характерно для сахаров. При этом наличие аминогрупп обеспечивает связывание БАВ, содержащих соответствующие группы, с помощью ионных или ковалентных связей. В частности известна способность полиаминов связывать отрицательно заряженные БАВ, например, природные макромолекулы, такие, как бычий сывороточный альбумин, ДНК [37 – 40]. Полиамины взаимодействуют и с несущими отрицательный заряд клеточными мембранами, что сказывается на стабильности и проницаемости мембран и обусловливает антимикробные свойства таких полимеров.

1.2. Аминосодержащие сополимеры винилсахаридов 1.2.1. Статистические аминосодержащие сополимеры винилсахаридов Введение аминогрупп в состав полимеров винилсахаридов возможно как (со)полимеризацией соответствующих мономеров, так и реакциями в цепях.

Описан синтез методом радикальной сополимеризации в воде в присутствии ДИНИЗ сополимеров 3-O-акрилоил-D-глюкозы, 3-O-метакрилоилD-глюкозы, 6-O-акрилоил-D-галактозы, 6-O-метакрилоил-D-галактозы, 1-Oакрилоил-L-сорбозы, 1-O-метакрилоил-L-сорбозы, 1-O-акрилоилманнозы, 1-Oметакрилоилманнозы, 3-O-винил-D-глюкозы, 6-винил-D-галактозы, 1-O-винилс 2-(мет)акрилокси-этилтриметиламмоний хлоридом, 2L-сорбозы (мет)акрилокси-этилтриметиламмоний метилсульфатом, 2-метакрилоксиэтилтриметиламмоний хлоридом, 3-акрилокси-пропилдиметиламмоний гидроацетатом, 2-акрилокси-этилдиметилцетиламмоний хлоридом, 2-, 3- и 4винилпиридином, 2-метил-5-винилпиридином. Были получены сополимеры, содержащие 15 – 60 мол.% третичных или четвертичных аминогрупп [41].

Методом RAFT-полимеризации синтезированы содержащие первичные аминогруппы сополимеры 3-глюконамидопропилметакриламида (15) с 2аминоэтилметакриламидом (16) или 3-аминопропилметакриламидом (17) [42].

В качестве инициатора использовали 4,4'-азобис-(4-циановалериановую кислоту), в качестве агента переноса цепи – дитиобензоат 4-цианопентановой кислоты.

Тем же способом в присутствии сшивателя N,N'-метиленбисакриламида синтезированы гиперразветвленные статистические сополимеры 2аминоэтилметакриламида (16) с 3-глюконамидопропилметакриламидом (15) (ММ = (4.5 – 60)103, молекулярно-массовое распределени (ММР) 2.5 – 11.2) и ММР = 1.26 – 3.6). Обнаружено, что подобные полимеры способны доставлять ДНК в клетки и при этом связывать специфичные для галактозы лектины [39].

В работе [40] радикальной сополимеризацией в растворе ДМФА / вода в присутствии ДИНИЗ получены статистические сополимеры 2-(-Dманнопираносилокси)этилметакрилата (19) с ДМАЭМ.

Сополимеры содержали от 10 до 90 мол.% звеньев обоих типов. ММ составляла (17 – 42)103. Определены относительные активности сомономеров:

rДМАЭМ = 1.22, rМанЭМ = 0.98. Эти сополимеры также способны связывать как специфичный для маннозы лектин – конкавалин А, так и молекулы ДНК.

гомополимера 1-деокси-1-метакриламидо-D-глюцитола (20) хлоридом 3-хлоргидроксипропилтриметиламмония в водном растворе в присутствии NaOH – в состав поливинилсахарида введены четвертичные аминогруппы [43]:

HN HN HN

HO HO HO

OH OH OH

HO HO HO

OH OH OH

OH OH O N

В работах [44 – 51] использован другой подход. С целью синтеза систем, способных селективно связываться с лектинами на поверхности клеток и, в результате, обеспечивать эффективную доставку ДНК, была проведена модификация аминосодержащих полимеров. Взаимодействием производных гидрохлоридом, полилизином или полиэтиленимином в их состав были введены остатки углеводов. Так, в работе [44] взаимодействием полиаллиламин гидрохлорида (21) с лактоном (22), полученным окислением мальтозы, в растворе формамида были синтезированы двойные сополимеры, содержащие остатки мальтозы (6 и 14 мол.%) с ММ около 9103:

В результате получены полимеры, обеспечивающие эффективную и селективную доставку генного материала в клетки, мембраны которых обладают соответствующими рецепторами.

1.2.2. Аминосодержащие графт- и блоксополимеры винилсахаридов Помимо статистических сополимеров винилсахаридов с мономерами, содержащими аминогруппы, известны также их блок- и графт-сополимеры.

Подобные полимеры представляют особый интерес, в частности, для целей генной терапии. Так, известно, что комплексы ДНК с сополимерами, состоящими из блоков аминосодержащих звеньев и блоков нейтральных гидрофильных звеньев, обладают рядом преимуществ по сравнению с гомополимерами аминосодержащих мономеров.

При взаимодействии аминогрупп (N) гомополимеров с фосфатными группами (P) ДНК при близком к эквимольному соотношении N : P вследствие взаимной нейтрализации зарядов образуются гидрофобные структуры, склонные в водных средах к агрегации и выпадению из раствора. Кроме того, стабильностью в присутствии ферментов сыворотки крови [52, 53].

В случае блок- и графт-сополимеров аминосодержащих и нейтральных мономеров образующиеся комплексы ДНК-полимер растворимы в воде и при эквимольном соотношении N : P, их комплексы более стабильны [52, 54 – 56], при этом достигается полная защита ДНК от действия нуклеаз [52, 53]. Такие свойства, как предполагают, обусловлены тем, что блоки аминосодержащих мономеров участвуют в комплексообразовании с молекулами ДНК, при этом образующийся комплекс окружен оболочкой гидрофильных нейтральных блоков, что и обеспечивает более высокую растворимость и стабильность комплексов таких полимеров [52, 54 – 56]. В ряде случаев была достигнута более высокая эффективность доставки ДНК в клетки при использовании графт- и блоксополимеров по сравнению с гомополимерами [54, 57, 58].

С целью получения обладающих подобными свойствами полимеровносителей в работе [52] были синтезированы графт-сополимеры с основной цепью, состоящей из звеньев хлорида триметиламиноэтилметакрилата (ТМАЭМ; 23), и привитыми цепями N-(2-гидроксипропил)метакриламида (ГПМА; 24).

Вначале радикальной полимеризацией ГПМА в присутствии ДИНИЗ и агента передачи цепи цистеамин гидрохлорида был получен поли-ГПМА с концевой первичной аминогруппой. Далее реакцией этого полимера с пнитрофениловым эфиром N-метакрилоильного производного олигопептида Gly-Phe-Leu-Gly был синтезирован макромономер ГПМА, т.е. поли-ГПМА, содержащий на одном конце цепи непредельные группы. Затем радикальной сополимеризацией макромономера ГПМА с ТМАЭМ в растворе метанола в присутствии ДИНИЗ получены целевые графт-сополимеры. Варьированием соотношения [макромономер] : [ТМАЭМ] в исходной смеси были получены графт-сополимеры с различным соотношеним [ГПМА] : [ТМАЭМ].

В работах [13, 16] синтез блок-сополимеров 3-O-метакрилоил-Dгалактопиранозы (25) с ДМАЭМ (26) и 3-O-метакрилоил-,-D-глюкопиранозы (27) с ДЭАЭМ (28) осуществляли с помощью метода RAFT-полимеризации. В работе [13] сначала проводили полимеризацию 3-O-метакрилоил-1,2:3,4-ди-Oизопропилиден-D-галактопиранозы (МИПГП) в растворе ДМФА при 60 °С в присутствии ДИНИЗ и RAFT-агента – 1-циано-1-метилэтилдитиобензоата или 2-фенил-2-пропилбензодитиоата. В результате получен макро-RAFT-агент поли-МИПГП (ММ = 12.3103.

сополимеризация поли-МИПГП с ДМАЭМ в растворе ДМФА в присутствии ДИНИЗ, после чего для получения целевого блоксополимера со звеньев МИПГП была снята защита с помощью трифторуксусной кислоты (80 % водный раствор). Было показано, что в данных условиях гидролиза ДМАЭМ не происходило. Целевые сополимеры характеризовались ММ = (15 – 25)103, ММР = 1.17 – 1.23 и содержали 14 – 65 мол.% звеньев ДМАЭМ.

В работе [16], наоборот, вначале в присутствии дитиобензоата цианопентановой кислоты и инициатора 4.4'-азобис-(4-цианопентановой кислоты) в растворе диоксана был получен макро-RAFT-агент поли-ДЭАЭМ (ММ = 3.8103, ММР = 1.06), который далее сополимеризовали c 3-Oметакрилоил-1,2:5,6-ди-O-изопропилиден-D-глюкофуранозой в присутствии того же инициатора. Снятие защитных групп проводили аналогично способу, описанному в работе [13].

ММ полученных сополимеров составляла (7 – 9)103, ММР – 1.19 – 1.41.

Синтезированный блоксополимер сохранял способность к специфическому распознаванию конкавалина А [16].

Для синтеза графт- и блоксополимеров катионных и нейтральных мономеров, так же как и в случае статистических сополимеров, возможно использование метода полимераналогичных превращений. В работе [55] были получены графт-сополимеры с основной цепью, состоящей из звеньев полилизина, и привитыми цепями ГПМА или полиэтиленоксида. Использовали предварительно полученные поли-ГПМА и полиэтиленоксид с концевыми карбоксильными группами. Взаимодействием этих групп с аминогруппами полилизина в водном растворе в присутствии конденсирующего агента 1-этилгидрохлорида синтезированы 3-[3-(диметиламино)пропил]карбодиимид целевые графт-сополимеры.

В случае взаимодействия полимеров, содержащих на конце цепи взаимнореакционноспособные группы, получают соответствующие блоксополимеры. Этим способом получены, например, блок-сополимеры ГПМА с ТМАЭМ и ГПМА с 2-аминоэтиламидом N-метакрилоилглицина (CH2=C(CH3)-CO-NH-CH2-CO-NH-CH2-CH2-NH2, АЭАМГ) взаимодействием концевых активированных N-гидроксисукцинимидных сложноэфирных групп поли-ГПМА с концевыми первичными аминогруппами поли-ТМАЭМ или, наоборот, концевых аминогрупп поли-ГПМА с N-гидроксисукцинимидными группами поли-АЭАМГ [59, 54].

аминогруппы, более сложной архитектуры. Так, в работе [60] получены мультифункционального макроинициатора использовали дендример амидоамина 3 – 5й генерации (29). Была проведена полимеризация с раскрытием цикла содержащих углеводные остатки N-карбоксиангидридов аминокислот – O-(тетра-O-ацетил--D-гдюкопиранозил)-L-серина (30, I) или Oацетамидо-3,4,6-три-O-ацетил-2-деокси--D-глюкопиранозил)-L-серина (30, II). После количественного снятия ацетильных защитных групп (с помощью гидразингидрата в метаноле) получены целевые дендримеры, общая структура которых представлена на схеме (31). Установлено, что дендример II способен к специфическому взаимодействию с лектином – агглютинином зародыша пшеницы (WGA).

1.3. Полимеры 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкозы Одними из наиболее перспективных полимеров-носителей на основе винилсахаридов являются полимеры 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкозы (МАГ):

Полимеры на его основе являются одними из наиболее изученных поливинилсахаридов, в частности, для поли-МАГ определены параметры уравнения Марка-Куна-Хаувинка [19, 61, 62], что позволяет оценить такой важный для полимеров-носителей параметр, как молекулярная масса. Синтез МАГ осуществляют реакцией глюкозамина с хлорангидридом метакриловой кислоты [19], при этом реакция ацилирования количественно протекает по аминогруппе, что позволяет избежать стадий введения защитных групп для

OH OH OH

X X OH OH

HO HO NH O

H O NH OH

O O OH OH

NH HN OH

HO N N NH OH

NH O HX OH

HO HN N HO

NH O O OH

O N N O HN

O O NH OH

HO XH HN

XH HN OH OH

H O HN X OH

HO HO X H O

X X OH OH

HO HO OH

HO HO HO

обеспечения селективного синтеза моновинильного производного углевода и последующего снятия защитных групп с полимера. Кроме того, исходным для синтеза МАГ веществом является дешевый и доступный глюкозамин, который получают из хитина.

Впервые синтез поли-МАГ описан Кляйном [19]. Свободнорадикальной полимеризацией МАГ в водном растворе при использовании окислительновосстановительной инициирующей системы персульфат аммония / пиросульфит натрия были получены высокомолекулярные полимеры, которые, по данным светорассеяния, характеризовались ММ от 9.85105 до 8.47106.

С целью варьирования ММ поли-МАГ при его получении методом радикальной сополимеризации использовали ДМФА или воду в качестве растворителей, а в качестве инициаторов – ДИНИЗ, ДАГ или систему персульфат калия / пиросульфит калия [20, 62]. В зависимости от условий получения определенные методами светорассеяния, седиментации и диффузии ММ полимеров составляли (70 – 700)103.

Методом радикальной полимеризации получают также статистические этанол, смесь изопропанол / вода (инициатор – ДИНИЗ) или воду (инициатор – ДАГ или система персульфат аммония / N,N,N',N'-тетраэтилендиамин).

Синтезированы сополимеры, содержащие 5 – 60 мол.% звеньев МАГ.

С целью синтеза полимеров с варьируемым гидрофильно-гидрофобным балансом были получены сополимеры МАГ с N-винилацетамидом или его Nалкильными аналогами: N-гексил- и N-октил-N-винилацетамидом. Радикальной сополимеризацией МАГ с N-винилацетамидом (растворитель – ДМФА;

инициатор – ДИНИЗ) были получены сополимеры, содержащие до 60 мол.% МАГ. Однако, в случае мономеров с объемными алкильными заместителями – N-гексил- и N-октил-N-винилацетамидом – удается ввести не более 25 мол.% стерическими факторами [27].

Гидроксильные группы МАГ не обладают высокой реакционной способностью, необходимой для использования полимера в качестве носителя БАВ. Для введения в полимеры МАГ высокореакционноспособных групп возможно использование как метода сополимеризации с функциональными Альдегидсодержащие сополимеры МАГ были получены с помощью обоих способов [22]. Радикальной сополимеризацией МАГ с ВП и диэтилацеталем акролеина синтезированы тройные сополимеры, и после снятия защитных диэтилацетальных групп кислотным гидролизом в водном растворе HCl при рН = 2 были получены полимеры, содержащие 3 – 7 мол.% альдегидных групп.

Другой способ введения альдегидных групп в гомополимер МАГ или его сополимер с ВП, которые получали радикальной (со)полимеризацией, заключался в окислении звеньев МАГ периодатом натрия. Он основан на том, что при обработке vic-гликолей углеводов йодной кислотой или ее солями – периодатами – происходит разрыв углеродной цепи с образованием двух альдегидных групп. В зависимости от использованного мольного соотношения [IO4-] : [звено МАГ] целевые полимеры содержали 10 – 55 мол.% альдегидных групп.

Карбоксилсодержащие статистические сополимеры синтезированы радикальной сополимеризацией МАГ с акриловой (АК) и метакриловой (МАК) кислотами (ДМФА, ДИНИЗ) [64, 65]. Определены относительные активности сомономеров: rМАГ = 3.03 / rАК = 0.5 и rМАГ = 1.07 / rМАК = 1.18 [65].

Реакциями в цепях – взаимодействием сополимеров МАГ-АК или МАГМАК с соответствующим гидроксисоединением в присутствии сополимеров были введены активированные сложноэфирные группы: пнитрофенильных, N-гидроксисукцинимидных и N-гидроксифталимидных [64]:

HO HN HO

МАГ O O OH

Известны и аминосодержащие сополимеры МАГ. В работе [66] методом радикальной сополимеризации МАГ с аллиламин гидрохлоридом в водных растворах (2,2'-азобис-(2-метилпропионамидин) дигидрохлорид) получены сополимеры, содержащие вплоть до 53 мол.% аминосодержащих звеньев, при этом сополимеры значительно обеднены звеньями амина по сравнению с составом исходных смесей, что характерно для неактивных мономеров аллильного типа.

В работе [21] для введения первичных аминогрупп в состав сополимеров МАГ использован метод полимераналогичных превращений, а именно проведен гидролиз звеньев N-винилформамида (ВФА) в сополимерах МАГВФА 8.5 % раствором соляной кислоты при 50 °С. Показано, что в данных условиях гидролиза гомополимера МАГ не происходит, а гомополимер ВФА, напротив, гидролизуется на 90 – 95 %. Однако, максимально достигаемая степень гидролиза звеньев ВФА в сополимере, независимо от их содержания, составляла 50 %, что, по мнению авторов, обусловлено, вероятно, стерическими затруднениями, создаваемыми объемными углеводными фрагментами. В результате были получены тройные сополимеры МАГ-ВФА-виниламин.

Помимо статистических сополимеров МАГ описаны графт-сополимеры с основной цепью поли-ВП и привитыми цепями поли-МАГ [67]:

Сначала радикальной сополимеризацией ВП с гидроксисукцинимидным эфиром акриловой кислоты (ДМФА, ДИНИЗ) были получены статистические гомополимеризацией МАГ (ДМФА, ДИНИЗ) в присутствии регулятора роста аминогруппой. Затем взаимодействием активированной сложноэфирной и аминной групп полимеров в растворе ДМФА получали целевые графтсополимеры.

В литературе отсутствуют сведения о сополимерах одного из наиболее перспективных для синтеза полимеров-носителей винилсахарида МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ. Вместе с тем полимеры диалкиламиноэтилметакрилатов образованием стабильных нанокомпозиций [74 – 76]. Поли-ДМАЭМ является одним из наиболее перспективных полимеров для применения в генной терапии [13, 59, 77 – 83]. Полимеры на основе ДМАЭМ и ДЭАЭМ являются полиоснования, растворимые в водных средах при комнатной температуре как в кислой, так и в щелочной среде, однако они выпадают в осадок в нейтральной или основной среде при ~ 50 °С, но при охлаждении вновь переходят в раствор [84, 85]. Гомополимеры ДЭАЭМ, напротив, нерастворимы и при комнатной температуре в нейтральных и основных водных средах из-за более высокой гидрофобности алкильных заместителей у атома азота, но хорошо растворимы при рН 3 – 4 благодаря протонированию третичной аминогруппы [84].

Вследствие своей чувствительности к изменениям как рН, так и температуры полимеры на основе ДМАЭМ и ДЭАЭМ представляют интерес для создания «smart» («умных») систем [75, 84, 86 – 88].

Таким образом, из обзора литературы следует, что сополимеры винилсахаридов с аминосодержащими мономерами являются перспективными полимерами-носителями БАВ. Вместе с тем сведения о сополимерах МАГ с диалкиламиноэтилметакрилатами отсутствуют. Такие сополимеры могут сочетать вышеуказанные полезные свойства гомополимеров ДМАЭМ и ДЭАЭМ с пониженной токсичностью гомополимеров МАГ и способностью к биоспецифическим взаимодействиям. Доступность сырья и значительно более простой метод синтеза МАГ по сравнению со способами получения подавляющего большинства винилсахаридов повышают перспективность широкого использования сополимеров МАГ.

Таким образом, основной задачей данной работы является разработка методов синтеза водорастворимых полимеров-носителей БАВ – сополимеров МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ различной архитектуры, варьируемого состава, молекулярно-массовых параметров, гидрофильно-гидрофобного баланса, исследование процесса радикальной сополимеризации МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ, определение перспективных областей использования синтезированных полимеров-носителей.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовались N,N-диметиламиноэтилметакрилат (ДМАЭМ), N,N-диэтиламиноэтилметакрилат (ДЭАЭМ), инициатор динитрил азо-бисизомасляной кислоты (ДИНИЗ), N,N-диметилформамид (ДМФА), йодистый этил, йодистый октаил, йодистый додецил, триэтиламин, хлорангидрид метакриловой кислоты производства компании Aldrich (Германия). Их очистка проводилась по известным методикам [11, 89 – 92]. Физико-химические характеристики соответствовали литературным значениям.

ДМАЭМ, ДЭАЭМ и йодистые алкилы перегоняли при пониженном давлении, мономеры – над Cu2O. Отбирали фракции:

ДМАЭМ – Ткип = 79 °С / 12 мм.рт.ст. [89];

ДЭАЭМ – Ткип = 76 °С / 3 мм.рт.ст. [89];

йодэтан – Ткип = 72 °С / 756 мм.рт.ст. [90];

йодоктан – Ткип = 99 °С / 15 мм.рт.ст. [91];

йоддодекан – Ткип = 145 – 150 °С / 0.7 мм.рт.ст. [92].

N,N-диметилформамид – Ткип = 38 °С / 5 мм.рт.ст. [90];

Триэтиламин – Ткип = 89.5 °С / 756 мм.рт.ст. [90].

ДИНИЗ очищали переосаждением из смеси хлороформ / диэтиловый эфир. Тпл = 105 – 106 °С (с разл.) [11].

(+)-D-глюкозамин (фирмы Aldrich) и цистеамин гидрохлорид (Aldrich) использовали без дополнительной очистки.

N-гидроксифталимидный эфир акриловой кислоты был предоставлен высокомолекулярных соединений РАН» (ИВС РАН), его синтезировали синтезировали по известной методике [68].

N-(9-антрилметил)-метакриламид люминесценции, релаксационных и электрических свойств полимерных систем ИВС РАН, его синтезировали по известной методике [93].

2.2.1. Синтез мономера 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкозы 2-деокси-2-метакриламидо-D-глюкозу (МАГ) получали по методике, описанной в [19, 22]. К раствору 30 г (139 ммоль) (+)-D-глюкозамин гидрохлорида в 450 мл метанола прикапывали 24 мл (172 ммоль) триэтиламина при интенсивном перемешивании. Смесь охлаждали до минус 5 °С. При перемешивании в течение 1 ч прикапывали одновременно 18 мл (129 ммоль) триэтиламина и 15 мл (139 ммоль) хлорангидрида метакриловой кислоты, поддерживая температуру не выше 0 °С. Затем продолжали перемешивание, поддерживая температуру первый час 5 – 10 °С, второй час 10 – 20 °С, следующие три часа – при комнатной температуре. На следующий день осадок отфильтровывали, фильтрат упаривали на роторном испарителе. Сухой остаток трижды промывали хлороформом, сушили в вакууме и перекристаллизовывали из 500 мл этанола. Получили 25 г (выход 73 %) мономера с Тпл. = 197 – 198 °С, что соответствует литературным данным (Тпл. лит. = 197 – 198 °С [19]).

Данные элементного анализа: N, 5.80 %, 5.77 %; C, 48.64 %, 48.56 %; H, 6.96 %, 7.02 %. Для C10H17NO6 вычислено: N, 5.7 %; C, 48.6 %; H, 6.9 %.

Расчетное количество мономеров, инициатора (ДИНИЗ) и растворителя (ДМФА) в запаянной стеклянной ампуле в атмосфере аргона выдерживали в термостате при 60 °С в течение 24 ч. Затем проводили осаждение полимера (осадитель указан в приведнных ниже примерах), выделенный полимер многократно промывали осадителем и сушили в вакууме до постоянной массы.

Для очистки от низкомолекулярных примесей полимер растворяли в дистиллированной воде и подвергали диализу против воды, использовали диализные мембраны Spectra/Por 7 фирмы Spectrum Laboratories, Inc. (США), позволяющие удалять соединения с ММ 1000. Полимеры выделяли методом лиофильной сушки.

Далее приведены примеры синтеза гомополимеров МАГ, ДМАЭМ и линейных сополимеров МАГ-ДМАЭМ.

В термостойкую стеклянную ампулу вносили 0.6 г (2.43 ммоль) МАГ, 0.012 г (0.073 ммоль, 2 масс.% от массы мономера) инициатора ДИНИЗ, 5.7 мл растворителя ДМФА (концентрация 10 масс.%). Для осаждения полученного полимера использовали 180 мл диэтилового эфира. Выход полимера составил 0.55 г (92 %).

ЯМР 1Н (400 МГц, D2O). (м.д.): 0.8 – 2.0, 3.3 – 4.0, 5.1, 4.7.

ЯМР 13С (400 МГц, ДМФА-d7). (м.д.): 16 – 19, 45, 54, 57, 61, 70.5, 71 – 72, 74, 76, 91, 96, 177 – 181.

В термостойкую стеклянную ампулу вносили 0.6 г (3.82 ммоль) ДМАЭМ, 0.012 г (0.073 ммоль, 2 масс.% от массы мономера) инициатора ДИНИЗ, 5.7 мл растворителя ДМФА (концентрация 10 масс.%). Для осаждения полученного полимера использовали 180 мл смеси петролейного эфиров. Выход полимера составил 0.51 г (85 %).

ЯМР 1Н (400 МГц, D2O). (м.д.): 0.8 – 1.2, 1.9, 2.3, 2.7, 4.1.

ЯМР 13С (400 МГц, ДМФА-d7). (м.д.): 16 – 20, 44.6, 53 – 55, 56, 63.4.

2.2.2.1.3. Синтез линейных статистических сополимеров Расчетные количества исходных веществ и описание синтеза приведены сомономеров 50 : 50 мол.%. В термостойкую стеклянную ампулу вносили 0.6 г (2.43 ммоль) МАГ, 0.38 г (2.42 ммоль) ДМАЭМ, 0.0196 г (0.12 ммоль, 2 масс.% от суммы масс мономеров) инициатора ДИНИЗ, 9.3 мл растворителя ДМФА (концентрация 10 масс.%) Для осаждения полученного полимера использовали 300 мл смеси диэтилового и петролейного эфиров (50 : 50 объем.%). Получили 0.88 г сополимера (выход 90 %).

ЯМР 1Н (400 МГц, D2O). (м.д.): 0.8 – 2.1, 2.3, 2.75, 3.3 – 4.0, 4.1, 4.75, 5.1.

ЯМР 13С (400 МГц, ДМФА-d7). (м.д.): 16 – 20, 45, 53 – 57, 61, 63.4, 70.5, 71 – 72, 74, 76, 90.5, 95.5, 177 – 181.

Аналогично с выходом 90 – 95 % были получены сополимеры МАГДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ при исходных соотношениях сомономеров 10 : 90, 30 : 70, 50 : 50, 70 : 30, 90 : 10 мол.%.

2.2.2.1.4. Синтез люминесцентно меченых (со)полимеров Синтез люминесцентно меченых сополимеров МАГ-ДМАЭМ/ДЭАЭМ осуществляли аналогично синтезу немеченых сополимеров, добавляя в исходную мономерную смесь необходимое количество N-(9-антрилметил)метакриламида из расчета 1 звено N-(9-антрилметил)-метакриламида на мономерных звеньев.

Расчетные количества исходных веществ приведены для получения меченого сополимера МАГ-ДМАЭМ при исходном соотношении сомономеров 50 : 50 мол.%. 0.3 г (1.21 ммоль) МАГ, 0.19 г (1.21 ммоль) ДМАЭМ, 0.0098 г (0.06 моль, 2 масс.% от суммы масс мономеров) инициатора ДИНИЗ, 0.0017 г (0.006 ммоль) N-(9-антрилметил)-метакриламида (0.25 % от суммы молей мономеров), 4.7 мл растворителя ДМФА (концентрация 10 масс.%). Выход полимера составил 0.45 г (92 %).

Аналогично с выходом 90 – 95 % были получены люминесцентномеченые гомополимеры МАГ, ДМАЭМ, ДЭАЭМ и сополимеры МАГ-ДМАЭМ, МАГ-ДЭАЭМ при исходных соотношениях сомономеров 10 : 90, 30 : 70, 50 : 50, 70 : 30, 90 : 10 мол.%.

2.2.2.2. Синтез тройных сополимеров – алкилирование статистического сополимера МАГ-ДМАЭМ йодистыми алкилами Расчетные количества исходных веществ и описание синтеза приведены для алкилирования йодистым октилом при исходном мольном соотношении [ДМАЭМ] : [C8H17I] = 1 : 1.5. В круглодонную трехгорлую колбу вносили 1 г сополимера МАГ-ДМАЭМ (44 мол.%, 2.12 ммоль звеньев ДМАЭМ), 0.76 г (3.17 ммоль) йодистого октила, 10.6 мл ДМФА (концентрация полимера 9 масс.%). Реакционную смесь перемешивали на водяной бане 100 °С в течение 4 ч. Полученный сополимер выделяли осаждением в 300 мл диэтилового эфира.

Полученный полимер растворяли в 5 мл ДМФА и переосаждали в 150 мл диэтилового эфира. Осадок отделяли на фильтре Шота и сушили в вакууме до постоянной массы. Выход полимера составил 1.34 г (89 %).

Аналогично были проведены реакции алкилирования йодистым этилом (при 70 °С) при мольных соотношениях [ДМАЭМ] : [C2H5I] 1 : 1.1, 1 : 1.3, 1 : 1.5 и йодистым додецилом при соотношениях [ДМАЭМ] : [C12H25I] 1 : 0.75 и 1 : 1.5. Получены сополимеры с выходом 85 – 93 %.

2.2.2.3. Синтез графт-сополимеров МАГ-ДМАЭМ 2.2.2.3.1. Синтез поли-МАГ с концевыми аминогруппами Синтез поли-МАГ с концевыми аминогруппами (поли-МАГ-NH2•HCl) проводили аналогично синтезу гомополимера МАГ, добавляя в исходную смесь необходимое количество цистеамин гидрохлорида.

Расчетные количества исходных веществ приведены для полимеризации (12.15 ммоль) МАГ, 0.05 г (0.30 ммоль) ДИНИЗ, 0.105 г (0.93 ммоль) цистеамин гидрохлорида, 18 мл ДМФА (концентрация 15 масс.%). Выход полимера составил 2.1 г (70 масс.%). Полимер содержал 2.1 масс.% (4.5 мол.%) концевых аминогрупп, методика их определения приведена ниже.

Аналогично выходом 50 – 70 %. были проведены синтезы при других соотношениях [МАГ] : [ДИНИЗ] : [цистеамин гидрохлорид].

2.2.2.3.2. Синтез поли-МАГ с концевыми двойными связями Поли-МАГ с концевыми двойными связями получали взаимодействием аминогрупп поли-МАГ-NH2•HCl с гидроксифталимидным эфиром акриловой кислоты (ГФИАК) в присутствии триэтиламина (ТЭА). Расчетные количества исходных веществ и описание синтеза приведены для полимеризации при исходном мольном соотношении [-NH2•HCl] : [ГФИАК] : [ТЭА] = 1 : 2 : 1.

В плоскодонную колбу вносили 1.7 г поли-МАГ-NH2•HCl (2.1 масс.%, 0.31 ммоль концевых групп – цистеамин гидрохлорида), 0.14 г (0.65 ммоль) гидроксифталимидного эфира акриловой кислоты, 0.032 г (0.32 ммоль) триэтиламина, 11.5 мл ДМФА (концентрация полимера 13.5 масс.%).

Реакционную смесь перемешивали на магнитной мешалке при комнатной температуре в течение 24 ч. На следующий день осадок отфильтровывали.

Полученный поли-МАГ-СН=СН2 выделяли осаждением в 320 мл диэтиловог эфира. Полученный полимер растворяли в 5 мл ДМФА и переосаждали в 150 мл диэтилового эфира. Осадок отделяли на фильтре Шота и сушили в вакууме до постоянной массы Выход полимера составил 1.6 г (93 масс.%).

Аналогично были проведены синтезы при других соотношениях [NH2•HCl] : [ГФИАК] : [ТЭА].

2.2.2.3.3. Синтез графт-сополимеров МАГ-ДМАЭМ сополимеризацией синтезированного макромономера поли-МАГ-СН=СН2 с ДМАЭМ или ДЭАЭМ. Для разделения на растворимую и нерастворимую в метаноле или в воде части смесь полимер-метанол (полимер-вода) перемешивали на магнитной мешалке в течение 24 ч при комнатной температуре. Нерастворимую часть отделяли от растворимой на центрифуге T 32 Laboratory centrifuge фирмы Janetzki / MLW (Германия) при скорости 6000 оборотов/мин в течение 1 ч. Осадок отделили от раствора декантацией, многократно промывали метанолом, сушили в вакууме до постоянной массы.

Фильтрат упаривали на роторном испарителе, сухой остаток растворяли в воде, полимер выделяли с помощью лиофильной сушки.

Расчетные количества исходных веществ и описание синтеза приведены [макромономер] : [ДМАЭМ] = 50 : 50 мол.% (в расчете на звено МАГ). В термостойкую стеклянную ампулу вносили 0.6 г (2.43 ммоль) МАГ, 0.38 г (2.42 ммоль) ДМАЭМ, 0.0098 г (0.06 ммоль, 1 масс.% от суммы масс мономеров) инициатора ДИНИЗ, 9.3 мл растворителя ДМФА (концентрация 10 масс.%) Для осаждения полученного полимера использовали 300 мл смеси диэтилового и петролейного эфиров (50 : 50 объем.%). От низкомолекулярных примесей полимер очищали диализом против воды аналогично. Получили 0.75 г сополимера (выход 77 %).

Для разделения на растворимую и нерастворимую в метаноле части 0.54 г сополимера помещали в плоскодонную колбу, добавляли 50 мл метанола, перемешивали на магнитной мешалке при комнатной температуре в течение 24 ч.

Получили 0.27 г нерастворимой и 0.22 г растворимой части, общий выход 0.49 г (91 %). Соотношение нерастворимой и растворимой частией составило 55 : 45 масс.% ЯМР 1Н (400 МГц, D2O). (м.д.): 0.8 – 2.0, 2.3, 2.7, 3.3 – 4.0, 4.1, 4.7, 5.1.

ЯМР 13С (400 МГц, ДМФА-d7). (м.д.): 16 – 20, 44 – 44, 53 – 57, 61, 63.4, 70.5, 71 – 72, 74, 76, 91, 96, 177 – 181.

Аналогично с выходом 60 – 80 % были получены сополимеры МАГДМАЭМ при исходных соотношениях сомономеров 10 : 90, 30 : 70, 70 : 30, сополимеров МАГ-ДМАЭМ на растворимую и нерастворимую в метаноле части.

тонкослойной хроматографии использовали пластины ПТСХ-С-А (cиликагель на стеклянной подложке), в качестве элюента применяли ДМФА или смесь изопропиловый спирт : вода : диэтиламин 98% (7.0 : 1.2 : 0.5 объем.%).

Расчетное количество полимера растворяли в дистиллированной воде, прибавляли при перемешивании расчетное количество 0.3 N водного раствора AgNО3. Реакцию проводили при 20 °С и естественном освещении. За ходом реакции восстановления следили с помощью электронной спектроскопии, записывая спектры аликвот, отбираемых из реакционной смеси, и следя за изменением во времени D (max). Окончание процесса, т.е. отсутствие в реакционной смеси ионов Ag+, подтверждали отсутствием мутности при добавлении аликвоты к 0.1 N раствору HCl.

Расчетные количества исходных веществ приведены для сополимера МАГ-ДМАЭМ состава 52.7 : 47.3 мол.% (63.7 : 36.3 масс.%). 0.02 г сополимера (0.0127 г, 0.0514 ммоль МАГ; 0.0073 г, 0.0465 ммоль ДМАЭМ; всего 0.0979 ммоль мономерных звеньев) растворяли в 1 мл воды (концентрация 2 масс.%), прибавляли 0.036 мл раствора AgNО3 (0.0108 ммоль, мольное соотношение [мономерное звено] : [AgNО3] = 9 : 1). Реакцию проводили в течение 3 ч.

Аналогично были проведены опыты с гомополимерами МАГ, ДМАЭМ и сополимерами МАГ-ДМАЭМ/ДЭАЭМ различных составов.

Спектры ЯМР 1H, 13C были получены на спектрометре Bruker Avance (Германия) в растворах D2O или ДМФА-d7.

ИК-спектры были записаны на ИК Фурье спектрометре Vertex 70 фирмы Bruker (Германия) с применением микроприставки однократно нарушенного полного отражения Pike, разрешение 4 см-1.

Спектры в ультрафиолетовой и видимой областях света регистрировали на спектрофотометрах СФ-256 УВИ фирмы ЛОМО Фотоника (Россия), Specord M-40 фирмы Carl Zeiss JENA (Германия).

Потенциометрическое титрование проводили с помощью pH-метров pHили pH-410 фирмы Аквилон (Россия).

Характеристическую вязкость полимеров измеряли с помощью вискозиметров Уббелоде или Оствальда.

Электронные микрофотографии были получены на просвечивающем электронном микроскопе JEM-1011 фирмы JEOL Ltd (Япония).

АСМ-изображения были получены на атомно-силовом микроскопе NanoScope IVa Controller Manual фирмы Veeco Instruments, Inc. (США).

Электрофорез проводили на приборе горизонтального электрофореза ЕС 12-13 фирмы Биоком (Россия) при силе тока 30 мА и напряженности электрического поля 5 В/см.

Тонкослойную хроматографию проводили на пластинах ПТСХ-С-А (cиликагель на стеклянной подложке).

Содержание звеньев ДМАЭМ и ДЭАЭМ в статистических и графтсополимерах определяли методом прямого и обратного титрования в 0.1 N растворе NaCl и методом ЯМР 1Н спектроскопии. В случае прямого титрования в качестве титранта использовали 0.1 N раствор HCl. При обратном титровании сополимеры растворяли в водном растворе 0.1 N NaCl + 0.1 N HCl. В качестве титранта использовали 0.1 N раствор NaOH. Погрешность определения составляла не более 3 % Расчет состава сополимеров с помощью спектров ЯМР Н проводили, используя соотношение интенсивностей сигналов при 2.7 или 4.1 м.д. протонов метиленовых групп звена ДМАЭМ (-N-CH2-CH2-O-) и сигналов шести протонов пиранозного кольца звена МАГ в области 3.3 – 4.0 м.д. Полученные результаты в пределах 3 % согласуются с данными потенциометрического титрования сополимеров.

Содержание звеньев ДМАЭМ, алкилированных йодистыми алкилами, определяли методом потенциометрического аргентометрического титрования 0.009 N раствором AgNO3.

Содержание концевых групп NH2•HCl в полимерах поли-МАГ-NH2•HCl оценивали с помощью электронной спектрофотометрии – по полосе поглощения комплекса, который образуется первичными аминами или их солями с 2,4,6–тринитробензолульфокислотой, max = 420 нм [94].

2.3.3. Измерение величин характеристической вязкости полимеров и Значения характеристической вязкости [] сополимеров МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ ( 30 мол.% звеньев ДЭАЭМ) определяли в 0.2 N растворе NaCl и в 0.2 N растворе Na2SO4 при температуре 25 °С, сополимеров МАГ-ДЭАЭМ, содержащих 30 мол.% звеньев ДЭАЭМ, – в растворе ДМФА при температуре 25 °С.

Для оценки молекулярных масс полимеров, содержащих не менее 80 мол.% звеньев МАГ, использовали параметры Марка-Куна-Хаувинка, найденные для поли-МАГ [62]:

2.3.4. Определение относительных активностей Для определения относительных активностей мономеров в системах соотношениях сомономеров 10 : 90, 30 : 70, 50 : 50, 70 : 30, 90 : 10 мол.%. Для каждой из систем было подобрано время, за которое выход сополимера составляет не более 5 %. По окончании процесса полимеризационную смесь подвергали диализу против воды (диализные мешки Spectra/Por 7, отделяющие соединения с ММ < 1103). Полимеры выделяли методом лиофильной сушки.

Для каждой системы проведено не менее трех параллельных опытов, воспроизводимость результатов 3 %.

Начальные скорости гомополимеризации МАГ, ДМАЭМ, ДМАЭМ и дилатометрическим методом [95]. Полимеризацию проводили в течение 3 – 4 ч при концентрациии мономеров и инициатора в исходной смеси 0.9 и 0.03 моль/л, соответственно. Скорость процесса определяли на начальных стадиях превращения, на которых зависимость конверсии от времени линейна.

2.3.6. Определение наносекундных времен релаксации Времена релаксации полимерных цепей (вмп) были определены методом поляризованной люминесценции, использовали формулу где Р и фл – поляризация люминесценции и длительность люминесцентного характеризующий амплитуду высокочастотных движений антраценовой группы в боковой цепи полимера. Для измерения Р использовали установку, описанную в работе [96], совмещенной с персональным компьютером для автоматической регистрации и обработки экспериментальных данных.

Длительность люминесценции фл измеряли в импульсном режиме на Концентрация сополимера в растворе спол = 0.1 – 0.3 мг/мл. Определение концентрацией полимеров 0.5 масс.%. Полимеры содержали не более одной метки на 400 мономерных звеньев.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В литературе нет сведений о сополимерах винилсахарида 2-деокси-2метакриламидо-D-глюкозы (МАГ) с диалкиламиноэтилметакрилатами, поэтому актуальной задачей является разработка способов синтеза сополимеров МАГ с наиболее широко используемыми диалкиламиноэтилметакрилатами N,Nдиметиламиноэтилметакрилатом (ДМАЭМ) и N,N-диэтиламиноэтилметакрилат (ДЭАЭМ) с различной архитектурой, составом, молекулярной массой, гидрофильно-гидрофобными свойствами, исследование закономерности процесса сополимеризации, структуру и свойства сополимеров, а также оценка потенциальных областей их применения.

3.1. Статистические сополимеры МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ Этот раздел посвящен синтезу статистических сополимеров МАГДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ, изучению кинетики сополимеризации, определению относительных активностей сомономеров, исследованию свойств полученных сополимеров.

Статистические сополимеры получали методом свободнорадикальной сополимеризации МАГ с ДМАЭМ или ДЭАЭМ в растворе N,Nдиметилформамида (ДМФА) в присутствии инициатор динитрил азо-бисизомасляной кислоты (ДИНИЗ) по схеме:

Где R = CH3 (ДМАЭМ), C2H5 (ДЭАЭМ) Для подтверждения образования целевых сополимеров были сняты ЯМР Н, 13С и ИК-спектры.

На Рисунке 1 приведены спектры ЯМР 1Н гомополимеров МАГ, ДМАЭМ и сополимера МАГ-ДМАЭМ, содержащего 52 мол.% ДМАЭМ.

Рисунок 1 – Спектры ЯМР 1Н поли-МАГ (1), поли-ДМАЭМ (2) и сополимера МАГ-ДМАЭМ (52 мол.% ДМАЭМ; 3) в D2O.

В спектре ЯМР Н поли-МАГ (Рисунок 1, спектр 1) наблюдаются следующие сигналы – (м.д.): в области 0.8 – 2.0 перекрывающиеся сигналы трех протонов метильной группы – H-1 и двух протонов метиленовой группы Н-2 основной цепи, в области 3.3 – 4.0 сигналы шести протонов Н-3 – Н-7 и около 5.1 сигналы аномерного протона Н-8 -формы, при 4.7 – сигнал протона Н-8 -формы.

В спектре ЯМР 1Н поли-ДМАЭМ (Рисунок 1, спектр 2) присутствуют сигналы – (м.д.): в области 0.8 – 1.2 сигналы трех протонов метильной группы H-9, 1.9 – сигнал протонов метиленовой группы Н-10, 2.3 – метильной группы Н-11, 2.7 и 4.1 – метиленовых групп Н-12 и Н-13, соответственно.

свидетельствует о наличии как звеньев ДМАЭМ, так и звеньев МАГ.

Используя соотношение интенсивностей сигналов при 2.7 или 4.1 м.д протонов звена ДМАЭМ и сигналов шести протонов звена МАГ в области 3.3 – 4.0 м.д., оценивали содержание звеньев ДМАЭМ и МАГ в сополимерах.

Состав сополимеров определяли также методом потенциометрического титрования третичных аминогрупп звеньев диалкиламиноэтилметакрилата.

Полученные обоими методами результаты хорошо согласуются между собой.

Например, если для сополимера МАГ-ДМАЭМ (Таблица 5, опыт 9) по данным титрования в составе сополимера содержится 45.2 мол.% звеньев ДМАЭМ, то по данным ЯМР 1Н спектроскопии – 44 мол.%, для сополимера МАГ-ДМАЭМ (Таблица 5, опыт 8) эти значения составляют 18.7 и 19 мол.%, соответственно.

ДМАЭМ и сополимера МАГ-ДМАЭМ (52 мол.% ДМАЭМ).

следующие сигналы – (м.д.): 16 – 19 (С-8), 45 (С-9), 54 (-формы С-12), 57 (формы С-12), 61 (С-16), 70.5 (-формы С-13), 71.5 – перекрывающиеся сигналы -формы С-14 и С-15, 74 (-формы С-14), 76 (-формы С-13), 91 (-формы Сформы С-17), в области 177 – 179 – С-9.

В спектре ЯМР С поли-ДМАЭМ (Рисунок 2, спектр 2) наблюдаются следующие сигналы – (м.д.): 16 – 20 (С-1), 44.6 (С-3), 44.6 (С-7), 53 – 55 (С-2), 56 (С-6), 63.4 (С-5).

сигналы как звеньев ДМАЭМ, так и звеньев МАГ.

Рисунок 2 – Спектры ЯМР 13С поли-МАГ (1), поли-ДМАЭМ (2) и сополимера МАГ-ДМАЭМ (52 мол.% ДМАЭМ; 3) в ДМФА-d7.

На Рисунке 3 приведены ИК спектры гомополимеров МАГ, ДМАЭМ и статистического сополимера МАГ-ДМАЭМ (45 мол.% ДМАЭМ).

В ИК-спектре поли-ДМАЭМ имеются следующие полосы – (см-1): в области 2980 – 2820 см-1 полосы валентных колебаний СН3- и СН2-групп.

Полоса 1723 см-1 относится к валентным колебаниям С=О в сложноэфирной группе, а полоса 1145 см-1 – к колебанию С-О-С в этой же группе. Полоса относится к деформационным колебания СН2-групп.

В ИК-спектре поли-МАГ, как и в спектре поли-ДМАЭМ, присутствуют полосы колебаний СН3- и СН2- групп при 2980 – 2820 и 1455 см-1. Кроме того имеются следующие полосы – : 1640 см-1 – амид 1 (колебание С=О), 1524 см- – амид 2 (деформационные колебания NH), в области 1000 см-1- колебания пиранозного кольца.

В ИК-спектре сополимера МАГ-ДМАЭМ имеются полосы, характерные для обоих типов звеньев.

Рисунок 3 – ИК-спектры поли-ДМАЭМ (1), поли-МАГ (2) и сополимера МАГДМАЭМ (45 мол.% ДМАЭМ; 3) Растворимость сополимеров МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ отлична от растворимости соответствующих гомополимеров. Так, поли-МАГ не растворим в спирте, тогда как гомополимеры ДМАЭМ и ДЭАЭМ растворимы.

Сополимеры МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ, содержащие более 25 мол.% звеньев МАГ в спирте не растворимы.

Гомополимеры ДЭАЭМ в воде не растворимы, в отличие от поли-МАГ. С увеличением содержания звеньев ДЭАЭМ в сополимере растворимость в воде ухудшается, и, если сополимер содержит 30 мол.% звеньев ДЭАЭМ, то растворимость в воде теряется. Сополимеры МАГ-ДМАЭМ любого состава растворимы в воде.

Таким образом, данные ИК, ЯМР 1Н, 13С спектроскопии и результаты по растворимости синтезированных полимеров свидетельствуют о том, что получены именно сополимеры МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ.

В литературе подобные сополимеры не описаны, поэтому нет сведений об относительных активностях сомономеров, кинетике процесса сополимеризации. Вместе с тем реакционная способность сомономеров определяет микроструктуру образующихся сополимеров, т.е. распределение звеньев по цепи. Микроструктура является важной характеристикой полимеров-носителей, способной оказывать влияние на связывание ими БАВ и на свойства полученных полимерных производных, особенно в случае чувствительных к стереоокружению БАВ [23, 24]. Представляло интерес исследовать процесс сополимеризации МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ: определить относительные активности сомономеров, изучить скорость сополимеризации.

Этому посвящены следующие разделы.

3.1.1. Кинетика сополимеризации МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ Исследование зависимости скорости сополимеризации от мольного соотношения МАГ : диалкиламиноэтилметакрилат проводили при исходной суммарной концентрации мономеров в растворе ДМФА 0.9 моль/л и концентрации инициатора ДИНИЗ 0.03 моль/л.

На Рисунках 4 и 5 представлены кинетические кривые сополимеризации МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ. Во всех случаях процесс сополимеризации идет с высокой скоростью, выход сополимеров за 3 – 4 ч составлял 60 – 80 %, за 24 ч – 90 – 95 %.

(со)полимеризации V0, рассчитанные за время, при котором для всех составов наблюдается линейный ход зависимости конверсии от времени. Как можно видеть, начальная скорость гомополимеризации МАГ примерно в 2 раза выше скорости гомополимеризации ДМАЭМ и ДЭАЭМ.

Рисунок 4 – Кинетические кривые полимеризации ДМАЭМ (1), МАГ (7), а также сополимеризации МАГ-ДМАЭМ при содержании ДМАЭМ в смеси (2), 70 (3), 50 (4), 30 (5) и 10 (6) мол.%.

Рисунок 5 – Кинетические кривые полимеризации ДЭАЭМ (1), МАГ (7), а также сополимеризации МАГ-ДЭАЭМ при содержании ДЭАЭМ в смеси 90 (2), 70 (3), 50 (4), 30 (5) и 10 (6) мол.% Таблица 1 – Значения начальных скоростей гомополимеризации МАГ, ДМАЭМ и ДЭАЭМ, а также сополимеризации МАГ (М1) с ДМАЭМ (М2) и МАГ (М1) с ДЭАЭМ (М2) Значения начальных скоростей сополимеризации характеризуются гомополимеризации сомономеров, уменьшаясь с увеличением в исходной мономерной смеси доли диалкиламиноэтилметакрилата. Найденные значения V0 в системах МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ близки.

3.1.2. Относительные активности сомономеров диалкиламиноэтилметакрилатов в процессе сополимеризации (исходная концентрации ДИНИЗ 0.03 моль/л) был определена зависимость состава образующихся сополимеров (при выходе не более 5 %) от состава исходной мономерной смеси. Полученные результаты приведены на Рисунках 6 и 7. Как Рисунок 6 – Зависимость состава сополимеров МАГ-ДМАЭМ при низких выходах от содержания ДМАЭМ в исходной смеси. М1 – МАГ, М2 – ДМАЭМ.

Рисунок 7 – Зависимость состава сополимеров МАГ-ДЭАЭМ при низких выходах от содержания ДЭАЭМ в исходной смеси. М1 – МАГ, М2 – ДЭАЭМ.

можно видеть, для систем МАГ(М1)-ДМАЭМ(М2) и МАГ(М1)-ДЭАЭМ(М2) при любом составе исходной смеси происходит обогащение образующегося сополимера звеньями диалкиламиноэтилметакрилата по сравнению с исходной смесью мономеров.

Для вычисления величин относительных активностей МАГ (r1) и диалкиламиноэтилметакрилата (r2) использовали методы Файнемана-Росса [97], Келена-Тюдеша [98] и Езрилеева-Брохиной-Роскина [99]. Полученные значения приведены в Таблице 2.

Таблица 2 – Значения относительных активностей мономеров в системах МАГДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ (М1 – МАГ) ДМАЭМ ДЭАЭМ Из представленных значений r1 и r2 можно заключить, что исследованные сомономеры ДМАЭМ и ДЭАЭМ близки по реакционной способности в процессе сополимеризации с МАГ. Для обеих систем – r1 < 1, r2 > 1. Это означает, что растущие цепи преимущественно реагируют с ДМАЭМ или ДЭАЭМ, соответственно.

Найденные нами значения r1 и r2 для систем МАГ-ДМАЭМ и МАГДЭАЭМ не противоречат литературным данным по сополимеризации метакрилатов с метакриламидами. Так, для пары метакриламид (М1) – метилметакрилат (М2) найдены значения r1 = 1.27, r2 = 1.55 (в растворе диоксана) и r1 = 0.47, r2 = 1.5 (в растворе этанола) [100].

метилметакрилат (ММА; М2) – определены значения r1 = 0.04 и r2 = 4.22 [101].

Для систем ДМАЭМ (М1) – ММА (М2) и ДЭАЭМ (М1) – ММА (М2) найдены значения r1 = 1.30, r2 = 0.74 и r1 = 1.27, r2 = 0.89, соответственно [102] Для обеих пар сомономеров МАГ-ДМАЭМ и МАГ-ДЭАЭМ r1r2 > 1. В литературе описано большое количество систем, для которых величины r1r больше единицы [40, 100, 103 – 105], что, по мнению авторов, связано с влиянием природы растворителя или объемного заместителя. В частности, при сополимеризации 2-гидроксипропилметакрилата (ГПМ) с этилакрилатом (ЭА) найдены значения: rГПМ = 13.0, rЭА = 0.33, r1r2 = 4.29 [103]; для пары метилметакрилат (ММА) метакриламид (МАА) rММА = 1.55, rМАА = 1.27, r1r2 = 1.97 [100], а в случае сополимеризации винилсахарида 2-(-Dманнопиранозилокси)этилметакрилата (МанЭМ, структура 19, стр. 19) с ДМАЭМ найдены значения rДМАЭМ = 1.22, rМанЭМ = 0.98 [40]. Молекула МАГ содержит объемный сахаридный остаток, который может оказывать влияние на процесс сополимеризации, обусловленное возникающими стерическими препятствиями. Не исключено также взаимодействие мономеров и радикалов с растворителем (ДМФА).

Медведев и Уолл [106, 107] вывели формулы, позволяющие рассчитать вероятность f (содержание в сополимере в мольных долях) каждой из связей М1-М1, М1-М2, М2-М2 при низких степенях превращения. Зная вероятности связей, можно рассчитать среднюю длину участков, построенных только из М или М2 (L1 и L2), т.е. оценить микроструктуру образующихся в начальный период сополимеров.

В процессе сополимеризации происходит изменение соотношения компонентов в исходной смеси, поэтому изменяются и значения вероятностей связей и, следовательно, значения функций распределения.

В Таблице 3 приведены значения вероятностей связей f, а также L (M1) и L (M2) в макромолекуле сополимера на начальной стадии сополимеризации для состава исходной мономерной смеси [M1] : [M2] = 50 : 50 и 90 : 10 мол.%.

Таблица 3 – Расчетные структурные характеристики сополимеров МАГ (М1) с диалкиламиноэтилметакрилатами (М2) Сополимер МАГ-ДМАЭМ МАГ-ДЭАЭМ Функции распределения компонентов F1 и F2, определяемые как молярные доли участков цепи, построенных только из компонентов М 1 или только из М2, более подробно характеризуют структуру сополимера на начальной стадии сополимеризации. Их значения для [M1] : [M2] = 50 : 50 и 90 : 10 мол.% представлены в Таблице 4.

Вследствие перекрывания в спектре ЯМР Н (Рисунок 1) сигналов протонов метильных (Н-1 и Н-9) и метиленовых (Н-2 и Н-10) групп звеньев МАГ и ДМАЭМ установить различия в спектрах сополимеров МАГ-ДМАЭМ и гомополимеров, т.е. подтвердить микроструктуру сополимеров не удается. Изза перекрывания в спектре ЯМР C сигналов атомов углерода (Рисунок 2) метильных (С-1 и С-8) и метиленовых (С-2 и С-9), а также карбонильных (С-4 и С-11) групп звеньев ДМАЭМ и МАГ также не может быть использована и спектроскопия ЯМР С. Метод двумерной гетероядерной корреляционной спектроскопии ЯМР (1H–13С HSQC) позволяет оценить микроструктуру сигналами. Однако, в случае сополимеров МАГ-ДМАЭМ и в 1H–13С HSQC спектрах сигналы звеньев МАГ и ДМАЭМ также плохо разрешены.

Таблица 4 – Структура сополимеров при низких степенях превращения (М1 – МАГ, М2 – ДМАЭМ или ДЭАЭМ) Продолжение Таблицы Таким образом, и ДМАЭМ, и ДЭАЭМ проявляют более высокую активность по сравнению с МАГ в процессе радикальной сополимеризации.

При одинаковом составе мономерной смеси образующиеся сополимеры МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ характеризуются сходной микроструктурой.

3.1.3. Характеристики сополимеров МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ С целью синтеза сополимеров МАГ с диалкиламиноэтилметакрилатами различного состава и ММ было проведено исследование влияния условий синтеза на характеристики образующихся сополимеров.

Полученные результаты по влиянию концентрации мономеров и инициатора в исходной смеси, присутствия и концентрации регулятора роста цепи на величину характеристической вязкости образующегося полимера [] приведены в Таблице 5. При проведении сополимеризации в течение 24 ч выход всех сополимеров достигал 90 – 95 масс.%, при этом состав синтезированных сополимеров коррелировал с составом мономерной смеси.

Была проведена оценка значений ММ сополимеров, содержащих менее Таблица 5 – Условия сополимеризации и характеристики полученных статистических сополимеров МАГ с диалкиламиноэтилметакрилатами (М1 – МАГ, М2 – ДМАЭМ или ДЭАЭМ) Растворитель ДМФА, 60 °С Продолжение таблицы 20 мол.% звеньев диалкиламиноэтилметакрилата. В Таблице 5 приведены значения ММ, определенные по уравнению Марка-Куна-Хаувинка, полученному для гомополимера МАГ в работе [62].

Как можно видеть из данных Таблицы 5, варьирование исходной концентрации мономеров и инициатора позволяет регулировать величину [] и, следовательно, ММ сополимеров (Таблица 5, опыты 1 – 3). В заданных условиях синтезированы полимеры с ММ = (88 – 250)103. При внутривенном превышающей (20 – 30)103. Снижение ММ полимеров возможно при использовании меркаптанов в качестве регуляторов роста цепи [108 – 110].

Нами для регулирования длины цепи сополимеров был использован цистеамин гидрохлорид (HSCH2CH2NH2•HCl). В результате с выходом 70 – 85 % получены сополимеры с невысокими значениями [] = 0.02 – 0.07 дл/г, при этом [меркаптан] : [ДИНИЗ] должно приводить к снижению значений [] и ММ [108], что и наблюдается для синтезированных нами сополимеров (опыты 4 – 7, Таблица 5).

Определение величины [] сополимеров опытов 13 и 14 (Таблица 5) с высоким содержанием ДЭАЭМ проводили в растворе ДМФА. Состав этих сополимеров определяли методом обратного потенциометрического титрования, т.е. полимер растворяли в избытке 0.1 N раствора HCl, при этом звенья третичного амина ДЭАЭМ образовывали соль, что приводило к растворению полимера. Непрореагировавшую НCl титровали 0.1 N раствором NaOH.

Свойства макромолекул в растворах во многом определяются их конформационными состояниями. Для исследования конформационых состояний синтезированных полимеров были изучены их внутримолекулярная подвижность и кислотно-основные свойства.

В лаборатории люминесценции, релаксационных и электрических растворах методом поляризованной люминесценции (ПЛ). Этот метод обладает структурно-динамических характеристик и конформаций полимеров [111].

макромолекул люминесцентных меток. Люминесцентно меченые полимеры были получены методом радикальной сополимеризации соответствующих мономеров с N-(9-антрилметил)метакриламидом:

макромолекул определяют значения их наносекундных времен релаксации ВМП [96, 111]. Этот параметр характеризует внутримолекулярную подвижность (ВМП) участков полимерных цепей в растворе и обладает высокой чувствительностью к изменениям состояний макромолекул.

Было показано, что для поли-МАГ значения ВМП составляют 19 нс, что выше значений ВМП для гибкоцепных полимеров [96, 111] и характерно для макромолекул, содержащих в боковой цепи массивные заместители [113]. Повидимому, это связано с наличием в звене МАГ пиранозного кольца.

Для гомополимера ДМАЭМ в неионизованном состоянии (рН = 8.5) ВМП = 70 нс, что намного превышает значения ВМП для незаряженных макромолекул гибкоцепных полиэлектролитов (например, для полиакриловой полиметакриловой кислоты, в макромолекулах которой взаимодействие неполярных CH3-групп приводит к образованию локальных компактных структур, обеспечивающих компактность макромолекулы в целом [111, 114, 115]. Высокие значения ВМП для поли-ДМАЭМ свидетельствуют, повидимому, о том, что вследствие взаимодействия неполярных метильных и метиленовых групп также происходит компактизация макромолекулярного клубка.

Значительно более высокая величина ВМП = 127 нс для поли-ДЭАЭМ взаимодействиями этильных групп, вызывающими более высокую степень компактизации макромолекул.

На Рисунке 8 приведены зависимости ВМП сополимеров МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ от содержания неионизованных (рН = 8.5; кривые 1 и 2) и ионизованных (рН = 3; кривая 3) звеньев диалкиламиноэтилметакрилата в воде при концентрации раствора 0.05 – 0.1 %.

Рисунок 8 – Зависимость значений времен релаксации ВМП от состава сополимера: 1 – МАГ-ДЭАЭМ (рН = 8.5), 2 – МАГ-ДМАЭМ (рН = 8.5), 3 – МАГ-ДМАЭМ (рН = 3).

Видно, что увеличение содержания неионизованных звеньев ДМАЭМ в сополимере приводит к увеличению времен релаксации (Рисунок 8, кривая 2), т.е. к уменьшению внутримолекулярной подвижности участков цепей сополимера, что обусловлено, вероятнее всего, взаимодействием метильных групп.

В случае неионизованных сополимеров МАГ-ДЭАЭМ (рН 8.5 и концентрация раствора 0.05 – 0.1 %) при содержании звеньев ДЭАЭМ до 40 мол.% значения ВМП близки к соответствующим значениям ВМП сополимеров МАГ-ДМАЭМ (Рисунок 8, кривая 1). Дальнейшее увеличение содержания звеньев ДЭАЭМ приводит к более резкому и значительному возрастанию времен ВМП.

При протонировании звеньев ДМАЭМ в сополимерах (Рисунок 8, кривая 3) времена релаксации уменьшаются и приближаются к значениям ВМП для ионизованного гомополимера ДМАЭМ (30 нс), но остаются по-прежнему несколько выше значений ВМП для гомополимера МАГ (19 нc) [116].

Уменьшение ВМП обусловлено, по-видимому, тем, что в результате электростатического отталкивания протонированных звеньев гидрофобное взаимодействие метильных групп ослабевает, и подвижность участков цепей макромолекулы возрастает.

Исследование кислотно-основных свойств полимеров также позволяет получить информацию о конформационных состояниях их макромолекул.

Широко используется анализ кривых потенциометрического титрования.

Исследуют зависимость pKкаж от степени протонирования аминогрупп, т.к.

известно, что форма этих кривых отражает состояние молекул в растворе [114, 115, 116, 118] Для слабых полиэлектролитов кривые потенциометрического титрования описываются уравнением Хендерсона-Хассельбаха [114]:

где рКкаж = рК0 + рК, рК0 – константа ионизации группы в изолированном состоянии, рК = 2.3 lgRTGэл характеризует изменение энергии электростатического взаимодействия между заряженными группами цепи и протоном при увеличении заряда на цепи.

Найдено, что в случае сополимеров МАГ-ДМАЭМ зависимости pKкаж () (Рисунок 9).

сополимеров МАГ-ДМАЭМ различного состава: 7 (1), 18 (2), 45 (3) и (4) мол.% ДМАЭМ.

Аналогичная зависимость наблюдается и для сополимеров ДМАЭМ с другим нейтральным мономером – N-винилпирролидоном (ВП). Такая статистический клубок макромолекул которых набухает в процессе титрования благодаря электростатическому отталкиванию между заряженными группами [115].

В Таблице 6 представлены величины pKкаж при = 0.5. Можно заметить, что увеличение содержания звеньев МАГ в сополимере (аналогично сополимерам ВП) ведет к увеличению основных свойств аминогрупп.

Таблица 6 – Влияние состава сополимера на pKкаж в водном растворе при = 0. В случае сополимеров МАГ-ДЭАЭМ значения pKкаж также уменьшаются с увеличением, если содержание звеньев ДЭАЭМ не превышает 60 мол.% (Рисунок 10). Зависимость pKкаж () для сополимеров, содержащих более 60 мол.% звеньев ДМАЭМ, характеризуется тремя областями: начальное уменьшение значений pKкаж (Рисунок 10, кривая 2, участок I), плато в области значений от0.3 до 0.7 (Рисунок 10, кривая 2, участок II), небольшое уменьшение значений pKкаж при > 0.7 (Рисунок 10, кривая 2, участок III).

Наблюдаемая зависимость pKкаж () может быть объяснена конформационным переходом в молекулах сополимера от компактного к рыхлому клубку Рисунок 10 – Кривые потенциометрического титрования pKкаж () для сополимеров МАГ-ДЭАЭМ различного состава: 18 (1), 68 (2) и 76 (3) мол.% ДЭАЭМ.

вследствие ионизации аминогрупп [114, 116]. При низкой концентрации стабилизируется гидрофобными взаимодействиями неполярных C2H5-групп звеньев ДЭАЭМ. С увеличением количества протонированных аминогрупп (0.7 > > 0.3) число заряженных групп в полиэлектролитном клубке возрастает, и электростатическое отталкивание приводит к разворачиванию компактного макромолекулярного клубка. При степени ионизации аминогрупп > 0. (высокая концентрация протонированных аминогрупп) полимерная цепь полностью развернута.

Полученные обоими методами (анализом кривых титрования и методом ПЛ) результаты показывают, что сополимеры МАГ с ДМАЭМ и ДЭАЭМ являются рН-чувствительными полимерами. Состояния макромолекул этих сополимеров в водных растворах зависят от рН, в неионизованном состоянии внутримолекулярные взаимодействия приводят к формированию более компактных структур по сравнению со структурами в ионизованном состоянии.

Это может быть использовано для создания систем с контролируемым снятием БАВ с полимера [119 – 122]. При этом конформационные состояния сополимеров МАГ с ДМАЭМ и с ДЭАЭМ различаются. Для более гидрофобных сополимеров ДЭАЭМ в водных растворах формируются более компактные структуры, для которых характерна меньшая внутримолекулярная подвижность.

Варьирование гидрофобности полимеров является одним из способов оптимизации их структуры и свойств [69, 123 – 130]. В водных растворах гидрофобные взаимодействия гидрофобных групп водорастворимого полимера и плохо растворимого в воде БАВ способно привести к его связыванию, что способствует солюбилизации и растворению БАВ [129, 130]. Гидрофильногидрофобный баланс полимера влияет на стабильность его комплексов с низкоили высокомолекулярными веществами, что, в свою очередь, сказывается на свойствах этих комплексов. Так, например, усиление гидрофобного взаимодействия блоксополимера этиленоксид-ДМАЭМ с ДНК за счет включения в его состав гидрофобных блоков полибутилакрилата улучшает защиту ДНК этим полимером от действия ферментов [125]. В работах [131, 132] исследовано влияние гидрофобных групп полимера на свойства полимерных производных доксорубицина. Варьирование природы этих групп позволило получить производное с более высокой, по сравнению с немодифицированным доксорубицином, противоопухолевой активностью, что обеспечивалось введением в состав полимера остатков холестерина.

Помимо использования мономеров варьируемой гидрофобности – ДМАЭМ и ДЭАЭМ – регулирование гидрофобности сополимеров МАГ возможно введением с помощью метода полимераналогичных превращений.

При этом в состав полимера вводят различное количество групп отличающихся гидрофобностью. Синтезу и исследованию подобных полимеров посвящен следующий раздел.

3.2. Синтез сополимеров с регулируемым гидрофильно-гидрофобным В данной работе с целью синтеза сополимеров МАГ с регулируемой статистический сополимер МАГ-ДМАЭМ (44 мол.% звеньев ДМАЭМ), который, на следующей стадии, был использован для проведения реакций в цепях с йодистыми алкилами с длиной углеродной цепи С2, С8 и С12.

Реакцию алкилирования проводили в растворе ДМФА при концентрации полимера 15 масс.%. в течение 4 ч при 100 °С (в случае йодистого этила – при 70 °С):

Где R = C2H5, C8H17, C12H С выходом 85 – 93 % были получены тройные сополимеры, содержащие наряду со звеньями МАГ и ДМАЭМ звенья четвертичных аммониевых потенциометрического аргентометрического титрования.

Строение алкилированных сополимеров подтверждено методом ИКспектроскопии. На Рисунке 11 представлены ИК-спектры исходного и алкилированных сополимеров, а также гомополимера МАГ и продукта его алкилирования.

Во всех спектрах наблюдаются полосы, характерные для колебаний групп звеньев МАГ и ДМАЭМ. Однако, относительная интенсивность поглощения в области валентных колебаний CH3- и CH2-групп (2700 – 2900 см-1) в спектре Рисунок 11 – ИК-спектры поли-МАГ (1), продукта алкилирования поли-МАГ (2), исходного со полимера МАГ-ДМАЭМ (44 мол.% ДМАЭМ; 3), сополимера МАГ-ДМАЭМ, алкилированного C8H17I (38.5 мол% звеньев ДМАЭМ•C8H17I; 4) алкилированного сополимера МАГ-ДМАЭМ значительно больше, чем в спектре исходного сополимера, что свидетельствует о наличии алкилированных звеньев. При этом в спектре гомополимера МАГ, подвергнутого алкилированию в использованных для сополимера условиях, подобного увеличения интенсивности не наблюдается, что свидетельствует о протекании реакции только по атому азота звена ДМАЭМ.

Условия алкилирования и характеристики сополимеров приведены в Таблице 7. При алкилировании сополимера йодистым этилом варьирование мольного соотношения [звено ДМАЭМ] : [C2H5I] с 1 : 1.1 до 1 : 1.5 слабо влияет на состав продукта реакции (Таблица 7, опыты 1 – 3). Полученные сополимеры содержали около 30 мол.% звеньев ДМАЭМ•C2H5I, что соответствует степени алкилирования 63 – 69 % (процент вступивших в реакцию с C2H5I звеньев ДМАЭМ от их общего количества). Все полученные сополимеры были легко Таблица 7 – Условия алкилирования сополимера МАГ-ДМАЭМ различными йодистыми алкилами и свойства полученных сополимеров Исходный сополимер: МАГ : ДМАЭМ = 56 : 44 мол.%, Na 2SO 4 = 0.09 дл/г Алкилирование Характеристики алкилированного сополимера растворимы в воде.

алкилированных звеньев – 38.5 мол.% (Таблица 7, опыт 4). Алкилированный сополимер также растворялся в воде.

В случае использования йодистого додецила при том же мольном соотношении [звено ДМАЭМ] : [C12H25I] степень алкилирования и содержание алкилированных звеньев составили 33.2 мол.% и 75.5 %, соответственно, что несколько ниже, чем в случае применения йодистого октила (Таблица 7, опыт 5). Однако полученный сополимер был нерастворим в воде, что, повидимому, связано с большей гидрофобностью радикала C12H25 по сравнению с C8H17. Уменьшение соотношения [звено ДМАЭМ] : [C12H25I] до 1 : 0. (Таблица 7, опыт 6) позволило получить растворимый в воде сополимер с меньшим содержанием звеньев ДМАЭМ•C12H25I – 22.3 мол.%.

У сополимера, алкилированного йодистым этилом (Таблица 7, опыт 3), [] = 0.10 дл/г, что практически не отличается от значения [] исходного неалкилированного сополимера МАГ-ДМАЭМ – 0.09 дл/г. Для сополимеров, существенно меньше, 0.03 и 0.02 дл/г, соответственно, что свидетельствует о компактизации молекул алкилированных сополимеров. Полученные нами результаты не противоречат имеющимся в литературе сведениям, поскольку известно, что с возрастанием длины алкильного радикала в боковой цепи происходит усиление внутрицепных гидрофобных взаимодействий, в результате чего происходит компактизация полимерного клубка, что сопровождается падением значения характеристической вязкости [69, 71, 89, 133]. Так, например, для полиэтиленимина, несущего С7Н15-группы, при ММ = 47103 значение [] составляет всего 0.02 дл/г, в то время как для неалкилированного полиэтиленимина с вдвое меньшей ММ [] = 0.16 дл/г [133].

Величина [] зависит не только от длины гидрофобного алкильного радикала, но и от содержания алкилированных звеньев. В Таблице 8 приведены результаты по влиянию состава тройного сополимера МАГ-ДМАЭМДМАЭМ•С12Н25I на [].

Алкилированием сополимера МАГ-ДМАЭМ, содержащего 44.5 мол.% мольного соотношения [ДМАЭМ] : [C12H25I] были получены тройные сополимеры разной степени алкилирования. Как можно видеть из данных Таблицы 8 с увеличением содержания в сополимере гидрофобных групп его [] уменьшалась.

Таким образом, реакциями в цепях – алкилированием звеньев ДМАЭМ сополимера МАГ-ДМАЭМ – синтезированы тройные сополимеры МАГДМАЭМ-ДМАЭМ•RI, различающиеся количеством четвертичных аммонийных гидродинамическими характеристиками, гидрофильно-гидрофобным Таблица 8 – Условия алкилирования сополимера МАГ-ДМАЭМ йодистым додецилом и свойства полученных сополимеров Исходный сополимер: МАГ : ДМАЭМ = 55.5 : 44.5 мол.% HCl NaCl = 0.28дл/г [ДМАЭМ] : [C12H25I], [ДМАЭМ•RI], Как указано в обзоре литературы, большой интерес, в частности, для целей генной терапии представляют графт- и блоксополимеры на основе катионных и нейтральных гидрофильных мономеров. Эти сополимеры способны образовывать более стабильные комплексы, чем соответствующие гомополимеры и статистические сополимеры, эффективнее защищать ДНК от действия ферментов, в ряде случаев был достигнут более высокий уровень доставки ДНК в клетки [52 – 58].

В данной работе с целью получения графт-сополимеров МАГ-ДМАЭМ был использован метод сополимеризации диалкиламиноэтилметакрилата с макрономером МАГ. Для его реализации сначала требовалось осуществить синтез макрономера – гомополимера МАГ с концевой двойной связью. Одним из способов введения концевых групп в полимеры является радикальная полимеризация мономеров в присутствии агентов переноса цепи, в частности меркаптанов [134]. Известно, что если помимо тиольной молекула содержит другую функциональную группу, то эта группа в виде концевой вводится в образующиеся полимерные цепи [108].

Для синтеза поли-МАГ с одной концевой аминогруппой использовали цистеамин гидрохлорид – HS-CH2-CH2-NH2•HCl:

спектрофотометрически по поглощению комплекса, образуемого первичными аминами или их солями с 2,4,6-тринитробензолульфокислотой, max = 420 нм [94].

Условия синтеза и характеристики полученных полимеров представлены в Таблице 9.

Таблица 9 – Условия синтеза и характеристики поли-МАГ с одной концевой NH2-группой полученный полимер имел низкую характеристическую вязкость – 0.03 дл/г.

Увеличение концентрации мономера в исходной смеси и снижение значений соотношений [ДИНИЗ] : [МАГ] и [меркаптан] : [МАГ] (Таблица 9, опыт 2) привело к получению полимера с более высоким значением [] = 0.07 дл/г.

Синтезированные полимеры содержали концевые аминогруппы (Таблица 9).

Далее для получения макромономера – поли-МАГ, содержащего одну На следующей стадии для получения графт-сополимеров с основной цепью поли-ДМАЭМ или поли-ДЭАЭМ и привитыми цепями поли-МАГ проводилась радикальная сополимеризация диалкиламиноэтилметакрилата с синтезированным макромономером:

Нами было показано, что гомополимеры ДМАЭМ и МАГ имеют различную растворимость: гомополимер ДМАЭМ растворим в спиртах, преимущественно звенья ДМАЭМ, должен растворяться в спирте, сополимер, содержащий преимущественно звенья МАГ – нет. Для подтверждения образования целевых графт-сополимеров было проведено разделение полученных продуктов на растворимую и нерастворимую в метаноле части.

Было проведено определение состава полученных фракций методом потенциометрического титрования аминогрупп звеньев ДМАЭМ и методом ЯМР Н спектроскопии. В Таблице 10 приведены условия синтеза и характеристики полученных полимеров.

Как можно видеть из данных Таблицы 10, при исходном соотношении [макромономер опыт 1] : [ДМАЭМ] = 40 : 60 масс.% (опыт 1) нерастворимая и растворимая в метаноле части составляют 56 и 44 % от массы полученного полимера, соответственно. Нерастворимая часть сильно обогащена звеньями МАГ по сравнению с исходной смесью, а растворимая – немного обогащена звеньями ДМАЭМ. Однако, нерастворимая в спирте часть содержит значительное количество ДМАЭМ (~25 мол.%), а в состав растворимой части входит 33 мол.% МАГ.

Полученные результаты свидетельствует об образовании целевого сополимера. Характеристические вязкости обеих фракций превышают [] исходного макромономера.



Pages:     || 2 |


Похожие работы:

«ЛИШНЕВСКИЙ АНДРЕЙ ЭРИКОВИЧ ВАРИАЦИИ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ НА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ НА ФАЗЕ СПАДА 23-го ЦИКЛА СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ Специальность 01.04.08 - физика плазмы диссертация на соискание учной степени кандидата физико-математических наук Научные руководители: доктор физ. -...»

«Новикова Мария Александровна САМООЦЕНКА ИНТЕЛЛЕКТА В СВЯЗЯХ С ФАКТОРАМИ ПРИНЯТИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ (У СТУДЕНТОВ ВУЗОВ) Специальность 19.00.01 – Общая психология, психология личности, история психологии ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата психологических наук Научный руководитель : доктор психологических наук, профессор Корнилова Т.В. Москва - Содержание Введение.... Глава 1....»

«СИТКИН ЕВГЕНИЙ ЛЕОНИДОВИЧ УПРОЩЕННО-КОГНИТИВНЫЕ ПРИЕМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СТЕРЕОМЕТРИИ КАК СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ 13.00.02- теория и методика обучения и воспитания (математика) Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Научный руководитель доктор педагогических наук,...»

«Григорьев Максим Анатольевич УДК 62-83::621.313.3 СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С НЕЗАВИСИМЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПО КАНАЛУ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ПРЕДЕЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ И ПЕРЕГРУЗОЧНЫМ СПОСОБНОСТЯМ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук Научный консультант – доктор технических наук,...»

«Феллер Екатерина Николаевна ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИ ВЕДЕНИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА ЯКОВЛЕВСКОМ РУДНИКЕ (ЯКОВЛЕВСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД, КМА) Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение...»

«Демьянова Ольга Владимировна ФОРМИРОВАНИЕ МНОГОМЕРНОЙ МОДЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ЭКОНОМИКИ Специальность 08.00.01 – Экономическая теория ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора экономических наук научный консультант – доктор экономических наук, профессор Валитов Ш.М. Казань СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. ГЛАВА...»

«ТИМОХОВИЧ Александр Степанович ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЕТЕНЦИЙ ВОЕННО - СЛУЖЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА 13.00.08 – Теория и методика профессионального образования ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Научный руководитель : доктор педагогических...»

«ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Шпякина, Ольга Александровна Структура языкового концепта оценки в современном английском языке Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2006 Шпякина, Ольга Александровна Структура языкового концепта оценки в современном английском языке : [Электронный ресурс] : На материале оценочных глаголов : Дис. . канд. филол. наук  : 10.02.04. ­ Архангельск: РГБ, 2005 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Германские языки...»

«Севостьянов Дмитрий Владимирович ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ХИРУРГИЧЕСКОМУ ЛЕЧЕНИЮ БОЛЬНЫХ МАЛЬФОРМАЦИЕЙ КИАРИ I ТИПА 14.01.18 - нейрохирургия Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Научный руководитель : доктор медицинских наук, профессор, Заслуженный врач РФ Сакович В.П. Екатеринбург ОГЛАВЛЕНИЕ СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ...»

«Жуков Александр Вадимович ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ГОСТИНИЧНЫХ УСЛУГ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИНСЕНТИВ-ПРОГРАММ Специальность 08.00.05. - Экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами –...»

«Лысиков Владимир Владимирович Некоторые вопросы теории сложности билинейных отображений Специальность 01.01.09 – дискретная математика и математическая кибернетика Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Научный руководитель д. ф.-м. н., профессор Алексеев Валерий Борисович Москва – 2013 Содержание Введение..............»

«ТРЕТЬЯКОВА Наталия Владимировна ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ЗДОРОВЬЕСБЕРЕГАЮЩЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ (организационно-педагогический аспект) 13.00.01 – общая педагогика, история педагогики и образования ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора педагогических наук Научный консультант :...»

«Вельмин Александр Сергеевич ПРОИЗВОДСТВО ПО ДЕЛАМ ОБ АДМИНИСТРАТИВНОМ НАДЗОРЕ ЗА ЛИЦАМИ, ОСВОБОЖДЕННЫМИ ИЗ МЕСТ ЛИШЕНИЯ СВОБОДЫ, В ГРАЖДАНСКОМ ПРОЦЕССЕ 12.00.15 – гражданский процесс, арбитражный процесс ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата юридических наук Научный руководитель : доктор юридических наук, доцент Юдин Андрей...»

«04.9.30 010404' ЗОЛОТАРЕВА Елена Константиновна ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОСОЗНАНИЯ РЕБЕНКОМ-ДОШКОЛЬНИКОМ НРАВСТВЕННОЙ ЦЕННОСТИ ПОСТУПКА ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Специальность 13.00.01 - Теория и история педагогики Научный руководитель : доктор психологических наук, профессор Т.А. РЕПИНА Москва - СОДЕРЖАНИЕ ВЕДЕНИЕ.... Глава I. ПРОБЛЕМА, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ...»

«Землянухин Юрий Петрович ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ РАДИОМАТЕРИАЛОВ, АКТИВНО ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА 01.04.03 – Радиофизика Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель кандидат физ.мат. наук,...»

«ИЛЮХИН Дмитрий Александрович ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ЗОНЫ ВОДОПРОВОДЯЩИХ ТРЕЩИН ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД Специальность 25.00.16 – Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр...»

«ТРУСОВА ВАЛЕНТИНА ВАЛЕРЬЕВНА ОЧИСТКА ОБОРОТНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ОТ НЕФТЕПРОДУКТОВ СОРБЕНТОМ НА ОСНОВЕ БУРЫХ УГЛЕЙ Специальность 05.23.04 – Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : доктор технических наук В.А. Домрачева ИРКУТСК ОГЛАВЛЕНИЕ...»

«Иноземцева Татьяна Васильевна УПРАВЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ ПОТЕНЦИАЛОМ РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКИХ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ (на материалах Удмуртской Республики) Специальность 08.00.05 – региональная экономика ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата экономических наук Научный руководитель доктор экономических наук профессор В. И. Некрасов Ижевск - 2006 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. 1. ОСОБЕННОСТИ...»

«УДК: 618.146-006.5-02 Ирена ДИГОЛ ФАКТОРЫ РИСКА ИНФИЦИРОВАНИЯ ШЕЙКИ МАТКИ ОНКОГЕННЫМИ ТИПАМИ ВИРУСА ПАПИЛЛОМЫ ЧЕЛОВЕКА 14.00.14 – Онкология и радиотерапия Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук КИШИНЕВ – 2005 Содержание Введение.. 4 Глава I. Возбудители инфекций, передаваемых половым путем, и их роль в онкогенезе (Обзор литературы).. Глава 1. 1. Роль...»

«УДК 519.21 Громов Александр Николаевич ОПТИМАЛЬНЫЕ СТРАТЕГИИ ПЕРЕСТРАХОВАНИЯ И ИНВЕСТИРОВАНИЯ В СТОХАСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЯХ РИСКА 01.01.05 теория вероятностей и математическая статистика Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико–математических наук Научный руководитель профессор, доктор физ.–мат. наук Булинская Екатерина Вадимовна Москва 2013 г....»






 
2014 www.av.disus.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.