Синтез полимерных комплексонов на основе аминокислот

1. СИНТЕЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОНОВ НА ОСНОВЕ АМИНОКИСЛОТ

Минобрнауки России
федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение
высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный технологический
институт
(технический университет)»
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА
СИНТЕЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПЛЕКСОНОВ
НА ОСНОВЕ АМИНОКИСЛОТ
Руководители работы
н.с. ИВС РАН
Нестерова Н.А.
доц. каф. ТОМ, к.х.н.
Бахметьев В.В.
Обучающаяся
Санкт-Петербург
2022
Катасонова А.П.

2. Цель работы

2
Цель работы
Синтез и исследование новых
водорастворимых сополимеров
производных ароматических аминокислот
различного состава и молекулярномассовых параметров. Изучение
взаимодействия полученных полимеров с
ионами лантаноидов и оценка их
противовирусной активности.

3. Основные задачи:

3
Основные задачи:
• анализ литературных данных по методам синтеза и свойствам
мономеров – производных п-аминосалициловой и п-аминобензойной
кислот;
• анализ литературных данных по методам синтеза сополимеров с Nвиниламидами, полистиролсульфонатом натрия, акриламидом;
• проведение серии синтезов мономеров и сополимеров, содержащих
хелатные звенья п-аминосалициловой и п-аминобензойной кислот,
исследование их структуры и свойств;
• исследование способности синтезированных комплексонов связывать
ионы лантаноидов и люминесцентных свойств полученных
комплексов;
• оценка противовирусной активности полученных сополимеров.

4. Нейтральные сомономеры и хелатные звенья

4
Нейтральные сомономеры и хелатные звенья
N-винилпирролидон
(ВП)
H2C
N-метил-N-винилацетамид
(МВАА)
Акриламид
(АА)
H2C
N
O
O
N-винилформамид
(ВФА)
H2C
N
CH3
NH
O
CH3
NH2
NH2
Стирол сульфонат
натрия(CCNa)
п-аминобензойная кислота
(ПАБК)
OH
OH
OH
SO 3 Na
-
O
п-аминосалициловая кислота
(ПАСК)
O

5. Синтез мономеров

5
Синтез мономеров
NH2
O
+
R
HO
Cl
5
CH3
CH3
CH2
NaOH / ацетон
H2C
+ H Cl
NH
CH3
H2C
NH
O
O
O
R
R
NaO
O
H O
O
R = H, OH
Схема синтеза 4-метакрилоиламидосалициловой кислоты (МАСК)
и 4-метакрилоиламидобензойной кислоты (МАБК)

6. Свойства, синтезированных мономеров

6
Свойства, синтезированных мономеров
Мономер
Выход,
%
Тпл, °С
МАСК
28
207
МАБК
42
222
Спектрофотометрические методы
Функциональная
группа
-CONH
-COOH
Ar-OH
-CONH
-COOH
CH2=C/\
Ar
α-CH3
УФ, λmax,
нм
308
276
210
-
-CONH
-COOH
Ar-OH
-CONH
-COOH
CH2=C/\
Ar
α-CH3
271
-
ИК (см-1)
3390
3200-2500
3200
1650
1690
1620
1597, 1550
1682
1295
1628
1605,1589,
ПМР, м.д.
(ДМСО-d6)
10
11-12
3.2
5.58, 5.53
7.2-7.75
1.95
10.07
12.7
5.85, 5.57
7.7 – 7.9

7. УФ-спектры

7
УФ-спектры
3,5
3,5
3
3
2,5
2
Abs
Abs
2,5
2
1,5
1,5
1
1
0,5
0,5
0
0
200
250
300
Wavelenght, nm
УФ-спектр МАСК
350
400
200
250
300
Wavelenght, nm
350
УФ-спектр МАБК
400

8. Синтез гомополимеров

8
Синтез гомополимеров
Поли-4-метакрилоиламидосалициловая кислота
(ПМАСК) и поли-4-метакрилоиламидобензойная
кислота (ПМАБК)
Полистиролсульфонат натрия (ПССNa)

9. Условия синтеза и характеристики гомополимеров

9
Условия синтеза и характеристики
гомополимеров
№
Раствори-тель,
конц., %
Инициатор, конц.,
%
Темп-ра, оС/
Время
реакции, ч
1
ДМСО, 30
Гомополимер ПМАСК Na+
ДАК, 1
70/ 24
2
ДМФА, 15
ДАК, 1
3
H2O-ДМСО, 16
70/24
Гомополимер ПМАБК Na+
ДАК, 1
65/24
Выход,
%
Характери-стическая
вязкость, [η]25
91
1.06 в 0.1N NaCl
96
0.32 в 0.1N NaCl
94
0.96 в 0.1N NaCl
68
0.63 в 0,1N NaCl
Гомополимер ПССNa
4
H2O-ДМСО, 15
ДАК, 1
65/24

10. ЯМР-спектр полимера ПМАСК

10
ЯМР-спектр полимера ПМАСК

11. ЯМР-спектр полимера ПМАБК

11
ЯМР-спектр полимера ПМАБК

12. Синтез сополимеров

12
Синтез сополимеров
CH3
H2C
O
CH
N
+
H2C
NH
H3C
O
OH
OH
CH2
O
H3C
CH CH
3
N
CH3
CH3
n
m
NH
O
O
OH
OH
Схема сополимеризации ВП-МАСК
O

13. Условия и результаты реакций сополимеризации

13
Условия и результаты реакций
сополимеризации
№
Состав
Растворимономер-ной тель, конц., %
смеси, мол%
Инициатор,
конц., %
Темп-ра,
оС/ Время
реакции, ч
Выход,
%
Состав
Характери-стическая
сополивязкость, [η]25
мера, мол%
ВП – МАСК
5
80
20
Этанол, 30
ДАК, 1
65/24
59
89
11
0.78 в 0.1N NaCl
6
80
20
ДМФА, 30
ДАК, 1
65/24
59
80.4
19.6
0.73 в 0.1N NaCl
7
70
30
ДМФА,30
ДАК, 1
65/24
75
81
19
1.95 в 0.1N NaCl
8
50
50
ДМФА, 30
ДАК, 1
65/24
67
77
23
1.99 в 0.1N NaCl
9
30
70
ДМФА, 30
ДАК, 1
65/24
61
74
26
1.81 в 0.1N NaCl
57
33
67
0,24 в 0.1N NaCl
ВП – МАБК
10
50
50
Этанол, 30
ДАК, 1
65/45

14. Условия и результаты реакций сополимеризации

14
Условия и результаты реакций
сополимеризации
№
Состав
Растворимономер-ной тель, конц., %
смеси, мол%
Инициатор,
конц., %
Темп-ра,
оС/ Время
реакции, ч
Выход,
%
Состав
Характери-стическая
сополивязкость, [η]25
мера, мол%
МВАА – МАСК
11
80
20
Этанол, 30
ДАК, 1
65/24
31
69
31
0.25 в 0.1N NaCl
36
51
49
0,18 в 0.1N NaCl
63
80
20
0.35 в 0.1N NaCl
74
93.5
6.5
0.12
в1N NaNО3
57
92.7
7.3
0.11в1N NaNО3
ВФА – МАБК
12
50
50
ДМФА, 30
ДАК, 1
65/45
ВФА – МАСК
13
50
50
ДМФА, 30
ДАК, 1
65/45
АА – МАСК
14
90
10
isPr, 10
ДАК, 3
65/20
АА – МАБК
15
90
10
isPr, 10
ДАК, 3
65/24

15. Условия и результаты реакций сополимеризации

15
Условия и результаты реакций
сополимеризации
№
Состав
Раствори- Инициатор,
мономер- тель, конц.,
конц., %
ной смеси,
%
мол%
Темп-ра, Выход,
Состав
оС/ Время
%
сополиреакции,
мера, мол%
ч
Характеристическая
вязкость, [η]25
ССNa – МАБК
16
70
30
H2O-ДМСО,
16
ДАК, 1
65/24
83
81
19
1.38 в 0.1N NaCl
ССNa – МАСК
17
85
15
18
70
30
H2O-ДМФАДМСО, 16
H2O-ДМСО, 16
ДАК, 1
65/24
84
93
7
0.41 в 0.1N NaCl
ДАК, 1
65/24
80.3
84
16
1.34 в 0.1N NaCl
ММ (ССNa−МАСК) = 84 × 103 г/моль

16. УФ-спектры

16
УФ-спектры
3,5
3
3
2,5
Abs
2,5
2
Abs
2
1,5
1,5
1
1
0,5
0,5
0
0
150
200
250
Wavelenght, nm
ВП-МАСК
300
350
200
250
300
Wavelenght, nm
350
ВФА-МАБК
400

17. ИК-спектр ССNa-МАСК

17
ИК-спектр ССNa-МАСК
110
100
Пропускание, %
90
80
70
60
50
400
900
1400
1900
2400
Волновое число, cм-1
2900
3400
3900

18. Исследование комплексообразования

18
Исследование комплексообразования
(а) УФ спектры водных
растворов исследуемых
(со)полимеров – сополимер
(ССNa–МАСК) (спектр 1),
поли-МАСК (спектр 2), полиССNa (спектр 3);
(б) спектры возбуждения
(черная кривая) эм = 402 нм
и люминесценции (зеленая
кривая) сополимер
(ССNa−МАСК), возб = 302 нм,
рН 8.5.

19. Исследование комплексообразования

19
Исследование комплексообразования
Спектры возбуждения
(черные кривые) эм = = 544
нм и люминесценции Tb3+
(зеленые кривые) в
растворе сополимера (ССNaМАСК) при концентрациях
сополимера: 1.57 мг мл–1 (1)
и 0.12 мг мл–1 (2).
[Tb3+]/[COO–] = 1. возб = 335
нм (1), возб = 310 нм (2).

20. Оценка противовирусной активности

20
Оценка противовирусной активности
Полимер
ЦТД50, мкг/мл
ЭД50, мкг/мл
ХТИ
ПССNa
461.9
3.5
131.9
ПМАСК
173.8
2.2
79
ПМАБК
251
2.5
100.4
П(ССNa-МАБК)
262.1
1.7
154.2
П(МВАА-МАСК)
201.8
1.38
146.2
П(ССNa-МАСК)
325.4
3.4
95.7
П(ВП-МАСК)
193.2
5.64
34.3
Комплекс CCNa–МАСК–Tb3+
143.9
ЦТД50
ХТИ - химиотерапевтический индекс, ЦТД50 – цитотоксическая доза,
ХТИ =
, где ЭД – эффективная доза
ЭД50
50

21. Практическая значимость

21
Практическая значимость
Синтезированные сополимеры открывают
перспективы создания водорастворимых
полимерных полифункциональных биологически
активных веществ с противовирусной
активностью, содержащих зонды с оптическими
свойствами, для диагностики и визуализации
клеток, органов и тканей.

22. Выводы:

22
Выводы:
1. Получены мономеры, содержащие группы п-аминосалициловой и п-аминобензойно кислот.
Структура подтверждена данными спектрофотометрии.
2. Методом радикальной сополимеризации получены новые водорастворимые сополимеры Nвиниламидов (N-винилпирролидона, N-винилформамида, N-метилвинилацетамида), акриламида,
стиролсульфоната натрия с производными ароматических аминокислот 4метакрилоиламидосалициловой и 4-метакрилоиламидобензойной кислотами с содержанием
хелатных групп 6,5-49 мол.%. На выход сополимеров влияет растворитель. Установлено, что для
сополимеров с МАСК оптимальным является соотношение 80-20.
3. Полученные комплексоны охарактеризованы, их строение подтверждено методами ИК, УФ и ЯМР
спектроскопии.
4. Установлено, что полученные полимерные лиганды способны образовывать интенсивно
люминесцирующие комплексы с Tb3+. Подтверждено, что ионы лантаноида в комплексе со CCNaМАСК связываются именно со звеньями МАСК, при концентрации сополимера 1.5 мг мл–1.
5. Исследована противовирусная активность. Установлено, что все исследованные полимеры
обладают антивирусной активностью в отношении респираторно-синцитиального вируса
проявляют низкую цитотоксичность. Комплекс CCNa–МАСК–Tb3+ имеет низкую цитотоксичность.

23. Апробация работы

23
Апробация работы
• Основные результаты диссертационной работы представлены на международных и
российских конференциях:
• VIII Всероссийской конференции «Полимеры в стратегии научно-технического развития РФ –
Полимеры — 2020»,
• XI научной конференции «Традиции и Инновации», XI научной-технической конференции
студентов, аспирантов и молодых ученых в рамках мероприятий по проведению в Российской
Федерации Года науки и технологий в 2021 году «НЕДЕЛЯ НАУКИ – 2021»,
• Всероссийской научной конференция с международным участием «Традиции и Инновации»,
посвященной 193-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного
технологического института (технического университета),
• Зезинской школе-конференции для молодых ученых «Химия и физика полимеров».
• По материалам работы опубликована статья в журнале «Доклады Российской академии
наук. Химия, науки о материалах».
• Работа выполнена в рамках гранта Минобрнауки России №13.1902.0011 на 2020-2022гг.
(соглашение № 075-15-2020-794).

24. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!