Криопротекторы ряда алкоксизамещенных глицерина (синтез, физико-химические свойства) Кощий, Светлана Владимировна

Введение к работе

*- - ' ^!.2&туаяьность проблемы.

Совершенствование криоконсервирования биологического материала идет по нескольким направлениям, среди которых ведущее место занимает создание новых криопротекторов и криозащитных сред на их основе.

В отделе криопротекторов ИПКиК АН Украины в плане создания научных основ подбора криозащитных веществ выполняется комплексные исследования физико-химических свойств и биологических характеристик гомологических рядов, начальными членами которых являются известные криопротекторы: диолы, глицерин и . амиды о целью установления соотношений структура-свойство.

Поведение веществ в водных растворах, оказывавших .влияние на процессы кристаллизации при замораживании и отогреве, является важным фактором, определяющим эффект криозадиты биологических объектоз.

Несмотря на достигнутые успехи в развитии учения о водных растворах, общей теории, способной учесть все наблюдаемые явления и предсказать новые, не создано. Поэтому,' в настоящее время основной задачей продолжает оставаться получение надегных экспериментальных данных о разнообразных свойствах растворов. При этом наибольшую ценность имеют данные о свойствах систем, включающих гомологические ряды.

Учитывая вышеизложенное, был выбран гомологический ряд замещенных глицерина, водные растворы которого широко применяются в составе криозащитных сред при низкотемпературном консервирова-

ний биологических объектов.

Цель и задачи исследований. Цельс настоящей работы явилось изучение структуры и свойств алкоксизамещенных глицерина, а также их' водных растворов и установление влияния алкоксизамеще-ния на физико-химические, токсикологические, криопротекторные свойства в данном гомологическом ряду. Для выполнения поставленной, цели Необходимо:

1. Провести синтез производных глицерина для физико-химических и биологических испытаний.

2. Исследовать физико- химические свойства полученных соединений.

3._вИзучить свойства водных растворов производных глицерина в зависимости от состава.

4. Провести сравнительный анализ . структуры, фиэико-химическкх, токсикологических и криопротекторных свойств в ряду замещенных глицерина.

Научная новизна.

Разработаны методы синтеза и получены 1,1-диэтоксиглицерин (1,1-ДЭП, 1,1,1-триэтоксиглицерин (1,1,1-ТЭП, определены их основные физико- химические параметры.

Получены новые данные - по физико- химическим свойствам простых эфиров глицерина и ' их водным раствораы (объемные и вискозиметрические характеристики, теплоты растворения, испарения и гидратации).

- о характере и анергии водородных связей алкоксизамещенных глицерина.

Проведено комплексное исследование влияния структуры в ряду

производных глицерина на физика- химические, токсикологические и криопротекторные свойства.

Практическая и теоретическая значимость работы

1. Полученные данные по фиэико- химическим свойствам
алкоксиэамещенных глицерина и их водных растворов могут быть
использованы в качестве справочного ' материала при выборе
растворителей (криопротекторов) с заданными свойствами.

2. Выявленные закономерности вносят определенный вклад в
развитие представлений о структуре жидкостей и растворов.

3. Получены новые криопротекторные соединения (І-МЮГ,

1,1,1-таг, 1-мээп.

4. Проведенное исследование вэаимовязи структуры, физико-
химических, токсикологических и криопротекторных СВОЙСТВ в
данном ряду дает возможность приблизиться к понимание механизма
действия криопротекторов. '.',-.

На зашиту выносятся: ''

3. Полученные экспериментапьнуе данные о спектроскопических характеристиках апкоксизамеценных глицерина.

4. Результаты анализа параметров активации вязкого течения 14 производных глицерина.

5. Обнаруженная зависимость энтальпий гидратации гидрокси-соединений от относительной гидрофобности.

6. Результаты исследований зависимости плотности и вязкости от состава 10 производных глицерина с водой.

7. Методы классификации гидроксиясодержащих дифильных неэлектролитов по их относительной гидрофобности.

8. Обнарухенное свойство аддитивности парциального мольного

объема растворенного в воде вещества в точке минимума.

Апробация работы и публикации

Материалы работы докладывались на IV Всесоюзном симпозиуме по молекулярной жидкостной хроматографии С Алма-Ата, 1987 г.), на XIII - XVI конференциях молодьи ученых "Холод в биологии и медицине" (Харьков, 1986 - 1989 гг, на II Всесоюзной конференции по криобиологии (Харьков, 1984 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в 15 печатных работах.

Обьем и структура работы. Диссертация изложена на №5 страницах машинописного текста и иллюстрирована 14 таблицами и 12 рисунками. Состоит из введения, четырех глав собственных исследований и их обсуждения, приложения, выводов и указателя литературы, который включает 162 источника. В связи с разнообразием рассматриваемых вопросов в работе нет общего литературного обзора. Состояние каждого из них представлено в соответствующих главах диссертации. Экспериментальные методы исследований описаны в разделе "Приложения".

Материалы и методы исследования ' В работе исследовано 14 производных глицерина, структурные формулы с важнейшими константами приведены в табл.1. За исключением диглицерина - промышленного образца, все вещества были синтезированы.

Строение веществ подтверждалось молекулярной рефракцией, ИК-спектроскопией. Чистота полученных веществ контролировалась газовой и гель- хроматографиями а также путем сопоставления важнейших констант с литературными данными.

Таблица 1 Важнейшие константы алкоксизамещенных глицерина

Таблица 1 (продолжение)

Примечание: *.- Вещество имеет *-_пл = 39С, в таблице приведены значения плотности, вязкости и показателя преломления при 40С.

Водные растворы алкоксизамеценных глицерина были приготовлены из свеасеперегнанных продуктов и бидистиллированной воды. При этом растворы готовились весовым методом на аналитических весах. Средняя погрешность приготовления растворов заданной концентрации не превышала ±0,05 %.

Физико- химические свойства в ряду, исследованных веществ и их водных растворов были определены следующими'методами:

9. Измерения плотности проводились в пикнометрах двух типов: капиллярными пикнометрами емкостью 5-7 см³ и пикнометрами для вязких жидкостей емкость» 1,6 - 2,0 см³.

10. Вязкость чистых веществ и их водных растворов определяли по времени истечения одинакового объема исследуемой жидкости с помощь» четырех модифицированных вискозиметров Уббелоде, снабженных термостатируемой водяной рубашкой и капиллярами различного диаметра.

11. Характер и среднюв энергии водородкж связей алкоксизамеценных глицерина - методом ИК- спектроскопии. ИК- спектры снимали в тонком слое и в растворе СС1 на спектрофотометрах Specord 75-JR и UR-20 в кюветах из CaF_z и КБг.

4: Теплоты смешения производных глицерина с водой и в декане определяли а микрокалориметре типа Кальве-2 с автоматической регистрацией интегрального и дифференциального теплового эффекта методом последовательных разбавлений,

5. Показатель преломления измеряли на термостатируемом
рефрактометре УРД-МІ.

6. Хроматографический анализ вецеств осуществлен на газовом
хроматографе ЛХМ-80 и жидкостном гель-хроматографе "Вотерс".

7. Расчет парциальных мольных величин, параметров активации

вязкого течения, анализ и расчет молекулярно-массового распределения продуктов оксиэтилирования глицерина, вывод уравнений зависимости динамической вязкости водных растворов 10 производных глицерина от состава проводили на ЭВМ СМ-4.

Данные о степени токсичности и криопротекторной активности исследуемых веществ получены в результате совместной работы с биологами ИПКиК АН Украины: к. б.н. Гучком В. М., к. б. н. Калугиным D. В. , к.б.н. Лучко Н. А., к. б.н. Мазаловым В. К., м. н.с. Николенко А. В., сг. инж. Верховской Л. 3.