Изучение физико-химических и биологических свойств карбоксилированных производных легких фуллеренов
|
Введение…………………………………………………………………………………….4
1 Обзор литературы
1.1 Структура фуллеренов
1.2 Термодинамические свойства фуллеренов…………………………………………...7
1.3 Применение фуллеренов……………………………………………………………...11
1.4 Синтез карбоксилированных фуллеренов…………………………………………...14
1.5 Карбоксилированные фуллерены в биологии и медицине………………………....15
2 Экспериментальная часть……………………………………………………………....39
2.1 Синтез и идентификация производных легких фуллеренов……………………….39
2.2 Физико-химическое изучение растворов и фазовых равновесий в системах, содержащих карбоксилированные производные фуллеренов…………………………39
2.3 Биологическое изучение карбоксилированных производных фуллеренов……....40
3 Обсуждение результатов
3.1 Физико-химические свойства водных растворов карбоксилированных фуллеренов С60[C(COOH)2]3 и С70[C(COOH)2]3…
3.1.1 Плотности водных растворов карбоксилированных фуллеренов……………….43
3.1.2 Рефракция водных растворов карбоксилированных фуллеренов……………….47
3.1.3 Электропроводность водных растворов С60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3…...51
3.1.4 Распределение ассоциатов карбоксилированных фуллеренов по размерам в водных растворах
3.1.5 Диффузия C60[C(COOH)2]3 в водных растворах…………………………………..58
3.1.6Термический анализ кристаллогидратов карбоксилированных производных легких фуллеренов………………………………………………………………………...60
3.1.7 Растворимость карбоксилированного фуллерена С60[C(COOH)2]3 в воде и тройной системе [C60(COOH)2)3] – NaCl – Н2О температуре 25оС…………………….63
3.2 Криометрические исследования в бинарных системах, содержащих карбоксилированные фуллерены С60[С(СООН)2]3 и С70[С(СООН)2]3, при 273.15 К...65
3.2.1 Расчет активностей и коэффициентов активности воды в системах, содержащих карбоксилированные фуллерены С60[С(СООН)2]3 и С70[С(СООН)2]3, при 273.15 К...66
3.2.2 Асимметричная модель вириального разложения избыточной свободной энергии Гиббса раствора - VD-AS
3.2.3Применение модели VD-AS в бинарных системах, содержащих карбоксилированные фуллерены С60[С(СООН)2]3 и С70[С(СООН)2]3, при 273.15 К...71
3.4 Биологические свойства карбоксилированных фуллеренов С60[C(COOH)2]3 и С70[C(COOH)2]3
3.4.1 Влияние карбоксилированных производных фуллерена на качественные характеристики семян Lepidium sativum
3.4.2 Изучение цитотоксичности карбоксилированных производных фуллеренов С60 и С70
3.4.3 Антиоксидантные свойства карбоксилированного производного фуллерена C60[C(COOH)2]3
Результаты и выводы
Список цитированной литературы
Приложение 1
Приложение 2
1 Обзор литературы
1.1 Структура фуллеренов
1.2 Термодинамические свойства фуллеренов…………………………………………...7
1.3 Применение фуллеренов……………………………………………………………...11
1.4 Синтез карбоксилированных фуллеренов…………………………………………...14
1.5 Карбоксилированные фуллерены в биологии и медицине………………………....15
2 Экспериментальная часть……………………………………………………………....39
2.1 Синтез и идентификация производных легких фуллеренов……………………….39
2.2 Физико-химическое изучение растворов и фазовых равновесий в системах, содержащих карбоксилированные производные фуллеренов…………………………39
2.3 Биологическое изучение карбоксилированных производных фуллеренов……....40
3 Обсуждение результатов
3.1 Физико-химические свойства водных растворов карбоксилированных фуллеренов С60[C(COOH)2]3 и С70[C(COOH)2]3…
3.1.1 Плотности водных растворов карбоксилированных фуллеренов……………….43
3.1.2 Рефракция водных растворов карбоксилированных фуллеренов……………….47
3.1.3 Электропроводность водных растворов С60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3…...51
3.1.4 Распределение ассоциатов карбоксилированных фуллеренов по размерам в водных растворах
3.1.5 Диффузия C60[C(COOH)2]3 в водных растворах…………………………………..58
3.1.6Термический анализ кристаллогидратов карбоксилированных производных легких фуллеренов………………………………………………………………………...60
3.1.7 Растворимость карбоксилированного фуллерена С60[C(COOH)2]3 в воде и тройной системе [C60(COOH)2)3] – NaCl – Н2О температуре 25оС…………………….63
3.2 Криометрические исследования в бинарных системах, содержащих карбоксилированные фуллерены С60[С(СООН)2]3 и С70[С(СООН)2]3, при 273.15 К...65
3.2.1 Расчет активностей и коэффициентов активности воды в системах, содержащих карбоксилированные фуллерены С60[С(СООН)2]3 и С70[С(СООН)2]3, при 273.15 К...66
3.2.2 Асимметричная модель вириального разложения избыточной свободной энергии Гиббса раствора - VD-AS
3.2.3Применение модели VD-AS в бинарных системах, содержащих карбоксилированные фуллерены С60[С(СООН)2]3 и С70[С(СООН)2]3, при 273.15 К...71
3.4 Биологические свойства карбоксилированных фуллеренов С60[C(COOH)2]3 и С70[C(COOH)2]3
3.4.1 Влияние карбоксилированных производных фуллерена на качественные характеристики семян Lepidium sativum
3.4.2 Изучение цитотоксичности карбоксилированных производных фуллеренов С60 и С70
3.4.3 Антиоксидантные свойства карбоксилированного производного фуллерена C60[C(COOH)2]3
Результаты и выводы
Список цитированной литературы
Приложение 1
Приложение 2
В последние годы, одним из наиболее динамично развивающихся направлений современной науки является химия наноструктур, в частности углеродных нанокластеров - фуллеренов и их производных. Это связано с тем, что соединения фуллеренового ряда (единственной растворимой формы углерода) представляют собой уникальные объекты с точки зрения электронного строения, физических и химических свойств. Синтез, выделение, очистка и идентификация новых соединений фуллеренового ряда является актуальной и важной задачей в различных областях науки и техники, в частности неорганической, органической и физической химии, химии твердого тела, химии наноструктур.
Несмотря на то, что легкие фуллерены (С60 и С70) имеют в настоящее время большой потенциал применения в самых различных областях науки и техники (материаловедении, механике, машиностроении, строительстве, электронике, оптике, медицине, фармакологии, пищевой и косметической промышленности и т. д.), их использование зачастую тормозится практически полной несовместимостью с водой и водными растворами. В этой связи актуальным является разработка новых технологически доступных методов функционализации углеродных наноструктур и исследование возможностей их практического применения.
Водорастворимые производные легких фуллеренов могут обладать уникальной биологической активностью и найти применение в качестве соединений-прототипов, противораковых, нейропротекторных, противовирусных препаратов, обладать антиоксидантной и антибактериальной активностью. На Рис. 1 в качестве примера обобщены возможности биомедицинского применения карбоксилированных фуллеренов.
Целью данной работы является синтез и идентификация карбоксилированных производных легких фуллеренов (С60 и С70), а также изучение физико-химических свойств и биологической активности полученных соединений. Достижение этой цели предполагает решение следующих задач:
-проведение синтеза карбоксилированных производных фуллеренов - C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3;
- проведение идентификации полученных аддуктов с помощью комплекса физико-химических методов (ВЭЖХ, ИК- и УФ-спектроскопия, термогравиметрия, элементный анализ);
-изучение физико-химических свойств растворов и фазовых равновесий в системах, содержащих карбоксилированные производные фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3;
-изучение цитотоксичности полученных соединений на клеточной линии эпителия человека (HEK293) спектрофотометрическим методом с использованием тетразолиевого красителя (МТТ-тест);
-исследование влияния карбоксилированных производных фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 на качественные характеристики семян, нетто-продуктивность и работу антиоксидантной системы растений.
Несмотря на то, что легкие фуллерены (С60 и С70) имеют в настоящее время большой потенциал применения в самых различных областях науки и техники (материаловедении, механике, машиностроении, строительстве, электронике, оптике, медицине, фармакологии, пищевой и косметической промышленности и т. д.), их использование зачастую тормозится практически полной несовместимостью с водой и водными растворами. В этой связи актуальным является разработка новых технологически доступных методов функционализации углеродных наноструктур и исследование возможностей их практического применения.
Водорастворимые производные легких фуллеренов могут обладать уникальной биологической активностью и найти применение в качестве соединений-прототипов, противораковых, нейропротекторных, противовирусных препаратов, обладать антиоксидантной и антибактериальной активностью. На Рис. 1 в качестве примера обобщены возможности биомедицинского применения карбоксилированных фуллеренов.
Целью данной работы является синтез и идентификация карбоксилированных производных легких фуллеренов (С60 и С70), а также изучение физико-химических свойств и биологической активности полученных соединений. Достижение этой цели предполагает решение следующих задач:
-проведение синтеза карбоксилированных производных фуллеренов - C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3;
- проведение идентификации полученных аддуктов с помощью комплекса физико-химических методов (ВЭЖХ, ИК- и УФ-спектроскопия, термогравиметрия, элементный анализ);
-изучение физико-химических свойств растворов и фазовых равновесий в системах, содержащих карбоксилированные производные фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3;
-изучение цитотоксичности полученных соединений на клеточной линии эпителия человека (HEK293) спектрофотометрическим методом с использованием тетразолиевого красителя (МТТ-тест);
-исследование влияния карбоксилированных производных фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 на качественные характеристики семян, нетто-продуктивность и работу антиоксидантной системы растений.
1. Проведен синтез водорастворимых карбоксилированных производных легких фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3. Идентификация полученных аддуктов проведена с помощью комплекса физико-химических методов (ВЭЖХ, ИК- и УФ-спектроскопия, термогравиметрия, элементный анализ).
2. Изучены физико-химические свойства растворов бинарных систем C60[C(COOH)2]3 – Н2О и C70[C(COOH)2]3 – Н2О. Показано, что разбавленные водные растворы карбоксилированных фуллеренов имеют высокие абсолютные значения парциальных молярных объемов, что свидетельствует о сильном структурировании растворов. Установлено выполнение правил аддитивности для удельных и молярных рефракций водных растворов карбоксилированных фуллеренов. Показано, что карбоксилированные производные фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 в водных растворах являются сравнительно слабыми электролитами (термодинамические константы диссоциации составляют 10-4 – 10-6 отн. ед.). В водных растворах карбоксилированные производные фуллеренов С60 и С70 сильно ассоциированы (размеры ассоциатов составляют от сорока до тысячи нм в диапазоне концентраций 0.01-10 г/л).
3. Изучена диаграмма растворимости бинарной системы C60[C(COOH)2]3 – Н2О в интервале температур 20-80оС, а также диаграмма растворимости тройной системы C60[C(COOH)2]3 – NaCl - Н2О при 250С. Показана хорошая совместимость карбоксилированных фуллеренов с водой и водными растворами.
4. Исследовано влияние карбоксилированных производных фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 на цитотоксичность и пролиферацию клеток почечного эпителия человека (HEK293). Установлены концентрационные диапазоны, в которых карбоксилированные фуллерены не оказывают токсического эффекта в отношении клеток HEK293.
5. Изучено влияние карбоксилированных производные C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 на физиолого-биохимические характеристики растений. Установлено, что карбоксилированные производные фуллеренов оказывают ростстимулирующий эффект на растения, обусловленный положительным влиянием на эффективность работы их фотосинтетического аппарата, а также антиоксидантных систем.
2. Изучены физико-химические свойства растворов бинарных систем C60[C(COOH)2]3 – Н2О и C70[C(COOH)2]3 – Н2О. Показано, что разбавленные водные растворы карбоксилированных фуллеренов имеют высокие абсолютные значения парциальных молярных объемов, что свидетельствует о сильном структурировании растворов. Установлено выполнение правил аддитивности для удельных и молярных рефракций водных растворов карбоксилированных фуллеренов. Показано, что карбоксилированные производные фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 в водных растворах являются сравнительно слабыми электролитами (термодинамические константы диссоциации составляют 10-4 – 10-6 отн. ед.). В водных растворах карбоксилированные производные фуллеренов С60 и С70 сильно ассоциированы (размеры ассоциатов составляют от сорока до тысячи нм в диапазоне концентраций 0.01-10 г/л).
3. Изучена диаграмма растворимости бинарной системы C60[C(COOH)2]3 – Н2О в интервале температур 20-80оС, а также диаграмма растворимости тройной системы C60[C(COOH)2]3 – NaCl - Н2О при 250С. Показана хорошая совместимость карбоксилированных фуллеренов с водой и водными растворами.
4. Исследовано влияние карбоксилированных производных фуллеренов C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 на цитотоксичность и пролиферацию клеток почечного эпителия человека (HEK293). Установлены концентрационные диапазоны, в которых карбоксилированные фуллерены не оказывают токсического эффекта в отношении клеток HEK293.
5. Изучено влияние карбоксилированных производные C60[C(COOH)2]3 и C70[C(COOH)2]3 на физиолого-биохимические характеристики растений. Установлено, что карбоксилированные производные фуллеренов оказывают ростстимулирующий эффект на растения, обусловленный положительным влиянием на эффективность работы их фотосинтетического аппарата, а также антиоксидантных систем.



