Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина
Hydration number of molecules of oxyethylated glycerol (OEG) of polymerization degree n = 5, 25, and 30 has been determined by infrared spectroscopy. According to the experimental results, an OEG n = 5 molecule is able to bind about 20 water molecules, an OEG n = 25 molecule is able to bind about 75...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4587 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина / Е.Н. Животова, Е.В. Духопельников // Доп. НАН України. — 2008. — № 5. — С. 89-93. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-4587 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-45872009-12-10T12:01:00Z Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина Животова, Е.Н. Духопельников, Е.В. Фізика Hydration number of molecules of oxyethylated glycerol (OEG) of polymerization degree n = 5, 25, and 30 has been determined by infrared spectroscopy. According to the experimental results, an OEG n = 5 molecule is able to bind about 20 water molecules, an OEG n = 25 molecule is able to bind about 75 water molecules, and an OEG n = 30 molecule is able to bind about 90 water molecules. Tendency of OEG molecules to form hydrogen bonds with water molecules can explain the sufficiently high cryoprotective activity of these compounds. 2008 Article Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина / Е.Н. Животова, Е.В. Духопельников // Доп. НАН України. — 2008. — № 5. — С. 89-93. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4587 539.196.3:535.34:547.426.1:422.22-31 ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Фізика Фізика |
| spellingShingle |
Фізика Фізика Животова, Е.Н. Духопельников, Е.В. Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина |
| description |
Hydration number of molecules of oxyethylated glycerol (OEG) of polymerization degree n = 5, 25, and 30 has been determined by infrared spectroscopy. According to the experimental results, an OEG n = 5 molecule is able to bind about 20 water molecules, an OEG n = 25 molecule is able to bind about 75 water molecules, and an OEG n = 30 molecule is able to bind about 90 water molecules. Tendency of OEG molecules to form hydrogen bonds with water molecules can explain the sufficiently high cryoprotective activity of these compounds. |
| format |
Article |
| author |
Животова, Е.Н. Духопельников, Е.В. |
| author_facet |
Животова, Е.Н. Духопельников, Е.В. |
| author_sort |
Животова, Е.Н. |
| title |
Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина |
| title_short |
Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина |
| title_full |
Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина |
| title_fullStr |
Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина |
| title_full_unstemmed |
Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина |
| title_sort |
оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Фізика |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/4587 |
| citation_txt |
Оценка количества воды, связанной с оксиэтилированными производными глицерина / Е.Н. Животова, Е.В. Духопельников // Доп. НАН України. — 2008. — № 5. — С. 89-93. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT životovaen ocenkakoličestvavodysvâzannojsoksiétilirovannymiproizvodnymiglicerina AT duhopelʹnikovev ocenkakoličestvavodysvâzannojsoksiétilirovannymiproizvodnymiglicerina |
| first_indexed |
2025-07-02T07:47:35Z |
| last_indexed |
2025-07-02T07:47:35Z |
| _version_ |
1836520524763627520 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
5 • 2008
ФIЗИКА
УДК 539.196.3:535.34:547.426.1:422.22-31
© 2008
Е.Н. Животова, Е.В. Духопельников
Оценка количества воды, связанной
с оксиэтилированными производными глицерина
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины А.Н. Довбней)
Hydration number of molecules of oxyethylated glycerol (OEG) of polymerization degree n =
= 5, 25, and 30 has been determined by infrared spectroscopy. According to the experimental
results, an OEGn=5 molecule is able to bind about 20 water molecules, an OEGn=25 molecule
is able to bind about 75 water molecules, and an OEGn=30 molecule is able to bind about 90
water molecules. Tendency of OEG molecules to form hydrogen bonds with water molecules can
explain the sufficiently high cryoprotective activity of these compounds.
Водные растворы оксиэтилированных производных глицерина (ОЭГ) различной степени
полимеризации в последнее время используются в качестве компонентов криозащитных
сред для низкотемпературной консервации биологических объектов [1–4]. Одним из крите-
риев эффективности криопротектора (вещества, снижающего повреждения биологических
объектов во время охлаждения и нагрева) является его способность препятствовать фор-
мированию льда, образование которого рассматривается как один из основных факторов,
вызывающих повреждение клеток [5]. Очевидно, что наличие полярных групп в молекуле
криопротектора, способных формировать водородные связи с водой, препятствует форми-
рованию кристаллической решетки льда в растворе, содержащем криопротектор, и тем
самым увеличивает его эффективность по данному критерию.
Образование водородной связи вызывает изменение ряда свойств веществ. Одним из ча-
ще всего наблюдаемых эффектов является смещение частоты в ИК-спектре исследуемого
соединения вследствие изменения в электронном строении и расположении атомов вблизи
донорных групп. При образовании водородной связи полосы валентных колебаний смеща-
ются в сторону низких частот. В связи с этим ИК-спектроскопия является распространен-
ным методом исследования водородной связи и установления факта ее формирования [6].
Цель настоящей работы — определение числа гидратации оксиэтилированного глице-
рина со степенью полимеризации n = 5, 25 и 30 (ОЭГn=5, ОЭГn=25 и ОЭГn=30) методом
ИК-спектроскопии.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №5 89
Рис. 1. ИК-спектры водных растворов ОЭГn=5 различных концентраций, % (масс.). Стрелкой отмечено
волновое число k валентного антисимметричного колебания −C−O−C−-групп ОЭГn=5 (1100 см−1)
Материалы и методы. Оксиэтилированные производные глицерина различной степе-
ни полимеризации были синтезированы в Институте проблем криобиологии и криомедици-
ны НАН Украины в отделе криопротекторов по методике, описанной в работах [7, 8]. Ниже
приведена структурная формула ОЭГ со степенью полимеризации n:
CH2O(CH2CH2O)n/2H
|
CHOH
|
CH2O(CH2CH2O)n/2H
Для проведения ИК-спектроскопических исследований водные растворы ОЭГn=5,
ОЭГn=25 и ОЭГn=30 готовили на бидистиллированной воде методом взвешивания. Кон-
центрацию выражали в массовых процентах. Исследования проводили в диапазоне кон-
центраций ОЭГ 30–100% с шагом 5%.
Отношение числа молекул воды NH2O к числу молекул ОЭГ NОЭГ рассчитывали по
следующей формуле:
NH2O
NОЭГ
=
mH2OMОЭГ
mОЭГMH2O
,
где mH2O — масса воды в растворе; mОЭГ — масса ОЭГ в растворе; MH2O — молекулярная
масса воды; MОЭГ — средняя молекулярная масса ОЭГ (при степени полимеризации n = 5
MОЭГ = 312 а. е. м.; при n = 25 MОЭГ = 1192 а. е. м.; при n = 30 MОЭГ = 1412 а. е. м.).
Исследования выполняли на спектрофотометре UR-20 (ГДР, Carl Zeiss). Для получения
ИК-спектров слой раствора толщиной около 30 мкм помещали между двумя флюорито-
выми пластинами. Погрешность измерений составляла ±1 см−1. Для проведения квантово-
химических расчетов оптимизированной геометрии и зарядов по методу Коллмана [9] была
использована программа GAMESS [10] (версия от 20 июня 2002 (R2)).
Результаты и обсуждение. В результате эксперимента были получены ИК-спектры
водных растворов ОЭГn=5, ОЭГn=25 и ОЭГn=30 в диапазоне концентраций 30–100%. На
рис. 1 в качестве примера представлены некоторые ИК-спектры растворов ОЭГn=5.
90 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №5
Рис. 2. Фрагмент молекулы ОЭГ, содержащий одну оксиэтильную группу
В молекулах ОЭГ гидратно активными центрами являются атом кислорода этоксигруп-
пы (−C−O−C−) оксиэтилена и гидроксильной группы (–ОН) глицерина [6, 11]. Полосы по-
глощения гидроксильных групп перекрываются полосами поглощения воды, в связи с чем
проследить за ними не представляется возможным.
Важно было установить, какой из двух типов вышеуказанных полярных групп форми-
рует водородные связи с водой в первую очередь. Известно, что в основном энергия водо-
родной связи определяется разностью потенциалов атомов, участвующих в формировании
водородной связи [11, 12]. Заряды на фрагменте молекулы ОЭГ, содержащем одну окси-
этильную группу (рис. 2), были рассчитаны по методу Колмана [9] в программе GAMESS
в базисе DFT/B3LYP 6-31G** [10]. Эти данные, а также заряды на атомах воды [13] и раз-
ность потенциалов между атомами, которые могут входить в водородную связь, приведены
в табл. 1. Видно, что эта разность максимальна для атомов, входящих в состав гидроксиль-
ных групп (10 О, 11 О, 26 Н, 27 Н). Поэтому мы полагаем, что именно гидроксильные
группы формируют водородные связи с водой в первую очередь, а окончание гидратации
этоксигрупп оксиэтильных цепочек молекул ОЭГ соответствует также окончанию гидра-
тации всей молекулы ОЭГ.
Из полученных ИК-спектров видно, что при увеличении содержания воды в образце
наблюдается низкочастотный сдвиг полосы поглощения валентного антисимметричного ко-
лебания −C−O−C− групп ОЭГn=5 (1100 см−1) (рис. 3, а). Поскольку частота колебания
атомов, включенных в водородную связь, чувствительна к межмолекулярным взаимодей-
ствиям [6], данный сдвиг мы связываем с образованием водородной связи между атомом
кислорода группы −C−O−C− и водой.
Максимальный сдвиг волнового числа наблюдается при наличии около 20 молекул воды
на одну молекулу ОЭГn=5 (см. рис. 3, а). При большем содержании воды сдвиг не наблю-
дается, что говорит об окончании гидратации C−O−C групп, а также, как указано выше,
об окончании гидратации всей молекулы ОЭГn=5.
Таблица. 1. Заряды на атомах молекулы ОЭГ, рассчитанные по методу Колмана для геометрии, оптимизи-
рованной методом MP2 (6-31G**). Нумерация атомов приведена на рис. 2
ОЭГ Вода Разница зарядов
на доноре и акцепторе
водородной связи
Атом Заряды (расчеты, выполненные
по методу Колмана [9])
Атом Заряды (литературные
данные [13])
2O −0,2825 H 0,417 0,700
5O −0,4266 H 0,417 0,844
10O −0,5569 H 0,417 0,974
11O −0,6050 H 0,417 1,022
26H 0,3552 O −0,834 1,189
27H 0,3949 O −0,834 1,229
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №5 91
Рис. 3. Зависимость волнового числа k, соответствующего максимуму полосы поглощения валентного анти-
симметричного колебания С–О–С групп ОЭГ, от количества молекул воды, приходящихся на одну молекулу
ОЭГn=5 (а), ОЭГn=25 (б ) и ОЭГn=30 (в)
Аналогичные эксперименты, выполненные на водных растворах ОЭГn=25 и ОЭГn=30, по-
казали, что каждая молекула способна ОЭГn=25 связать около 75 молекул воды (рис. 3, б ),
молекула ОЭГn=30 — около 90 (рис. 3, в).
Исследования гидратации молекул ОЭГn=5, ОЭГn=25 и ОЭГn=30, выполненные ранее
на основе анализа диаграмм физических состояний бинарных систем вода — ОЭГn=5, во-
да — ОЭГn=25 и вода — ОЭГn=30, показали, что молекула ОЭГn=5 способна связать 20–21
молекул воды, ОЭГn=25 — 71–72, ОЭГn=30 — 92–93 [7, 8]. Таким образом, данные ИК-спект-
роскопии находятся в хорошем соответствии с данными ДСК.
Результаты настоящей работы имеют практическое применение в криобиологии. Обна-
ружено, что молекулы ОЭГ способны формировать многочисленные водородные связи с во-
дой, что препятствует формированию кристаллов льда в водных растворах, содержащих
ОЭГ, и может служить объяснением достаточно высокой криопротекторной активности
этих соединений.
1. Матвиец Н.И. Оксиэтилирование глицерина – метод создания криозащитных веществ // Соврем.
проблемы криобиологии. – Киев: Наук. думка, 1976. – С. 15–19.
92 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №5
2. Лубяный В. Г., Бредихина Л.П., Шраго М.И. Криопротекторная активность олигомеров ОЭГ в низ-
котемпературном консервировании эритроцитов // Криобиология и криомедицина. – 1981. – Вып. 8. –
С. 34–40.
3. Троц Ю.П., Николенко А. В., Компаниец А.М. Низкотемпературное консервирование эритроцитов
с оксиэтильными производными глицерина // Пробл. криобиологии. – 2005. – 15, № 4. – С. 727–728.
4. Компаниец А.М., Николенко А. В., Чеканова В. В., Троц Ю.П. Криоконсервирование эритроцитов
под защитой олигомера оксиэтилированного глицерина (n = 25) // Там же. – № 3. – С. 561–565.
5. Белоус А.М., Грищенко В.И. Криобиология. – Киев: Наук. думка, 1994. – 432 с.
6. Пиментел Дж., Мак-Клеллан О. Водородная связь. Пер. с англ. / Под ред. В.М. Чулановского. –
Москва: Мир, 1964. – 464 с.
7. Животова Е.Н., Зинченко А.В., Чеканова В.В., Компаниец А.М. Термический анализ бинарных
систем вода – оксиэтилированный глицерин (степень полимеризации n = 5 и 25) при температурах
ниже 273 К // Доп. НАН України. – 2006. – № 9. – С. 74–79.
8. Zhivotova E.N., Zinchenko A.V., Kuleshova L.G. et al. Physical states of aqueous solutions of oxyethylated
glycerol with polymerization degree of n = 30 at temperatures lower than 283 K // CryoLetters. – 2007. –
28, No 4. – P. 261–270.
9. Besler B., Merz P., Kollman P. Atomic charges derived from semiempirical methods // J. Comput. Chem. –
1990. – 11. – P. 431–439.
10. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A. et al. General atomic and molecular electronic structure
system // J. Comput. Chem. – 1993. – 14. – P. 1347–1363.
11. Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. – Москва: Изд-во МГУ, 1974. – 168 с.
12. Денисов Г. С., Соколов Н.Д. Водородная связь // Хим. энциклопедия: В 5-ти т. Т. 1. – Москва: Сов.
энциклопедия, 1988. – С. 402–404.
13. Jorgensen W.L., Chandrasekhar J., Madura J. D. et al. Comparison of simple potential functions for
simulating liquid water // J. Chem. Phys. – 1983. – 79. – P. 926–935.
Поступило в редакцию 18.12.2007Национальный фармацевтический
университет, Харьков
Институт радиофизики и электроники
им. А.Я. Усикова НАН Украины, Харьков
УДК 539.12
© 2008
Ю. M. Maлютa, Т. В. Обиход, В. Н. Семенов
Физика высоких энергий и гомологическая алгебра
(Представлено академиком НАН Украины В.М. Кунцевичем)
This work is devoted to searches for a new physics beyond the standard model.
1. Теория производных категорий — это математический аппарат теоретической физики
высоких энергий. Объектами производных категорий являются комплексы когерентных
пучков, описывающие браны, а морфизмами — отображения комплексов, описывающие
открытые суперструны. Пространства модулей открытых суперструн описывают спектры
элементарных частиц.
Цель работы — поиски новой физики за пределами стандартной модели.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №5 93
|