Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Литературный обзор 10
1.1 Биологическая активность замещенного бензофуроксана 10
1.2 Общие сведения о химических свойствах бензофуроксанов 15
1.2.1 Взаимодействие ФЗБФО с окислителями 16
1.2.2 Взаимодействие ФЗБФО с восстановителями 17
1.2.3 Взаимодействие ФЗБФО с электрофильными реагентами 17
1.2.4 Взаимодействие ФЗБФО с нуклеофильными реагентами 19
1.2.5 Комплексы Мейзенгеймера 22
1.3 Проблема получения и исследования коллоидно-химических свойств дисперсных систем биологически-активных соединений 24
1.3.1 Дисперсии: лиофобные и лиофильные (общая характеристика)... 25
1.4 Мицеллообразование и солюбилизация в растворах МПАВ (общая характеристика) 27
Глава 2 Объекты и методы исследования 35
2.1 Характеристика объектов исследования 35
2.1.1 Нитропроизводные дихлорбензофуроксана 35
2.1.2 Поверхностно-активные вещества 40
2.1.3 Характеристика растворителей 40
2.2 Методы исследования 41
2.2.1 Седиментационный метод анализа суспензии «Димиксана» в воде 42
2.2.2 Кондуктометрия 44
2.2.3 Макроэлектрофорез 45
2.2.4 Измерение поверхностного натяжения методом Вильгельми 47
2.2.5 Спктрофотометрический метод 49
2.2.6 Спектротурбидиметрический метод оценки параметров дисперсии «Димиксана» в воде 50
2.2.7 Фотометрический метод определения показателя преломления частиц 53
2.2.8 Исследование солюбилизации «Димиксана» в растворах МПАВ... 54
2.2.9 Потенциометрия 55
2.2.10 Пикнометрический метод 55
Глава 3 Исследование дисперсных систем НП ДХБФО 56
3.1 Способ получения дисперсии НП ДХБФО 56
3.2 Определение показателя преломления частиц дисперсной фазы «Димиксана» 58
3.3 Влияние концентрации дисперсной фазы на свойства дисперсии «Димиксана» 61
Глава 4 Коллоидно-химические свойства дисперсии на НП ДХБФО 64
4.1 Заряд частиц и электрокинетический потенциал дисперсий НП ДХБФО 64
4.2 Спектрофотометрическое исследование кинетики коагуляции дисперсий НП ДХБФО электролитами 71
Глава 5 Роль ПАВ в фазовом разделении дисперсии НП ДХБФО 79
5.1 Влияние ПАВ на фазовое разделение дисперсии «Димиксана» 79
5.2 Факторы влияющие на фазовое разделение 86
Глава 6 Физико-химические и технологические принципы создания противопаразитарных, дезинфицирующих жидких форм на основе «Димиксана» 91
6.1 Исследование поверхностно-активных свойств ПАВ 92
6.2 Разработка способов получения солюбилизированной субстанции «Димиксана» 98
6.3 Лабораторный технологический регламент получения солюбилизированной субстанции «Димиксан» (ДН-S) 101
6.3.1 Характеристика продукта 101
6.3.2 Характеристика компонентов дисперсной системы «Димиксана».. 102
6.3.3 Описание технологического процесса 103
6.3.4 Расход компонентов на 1 л дисперсной системы 103
6.3.5 Контроль и управление технологическим процессом 104
6.3.6 Охрана окружающей среды 104
6.3.7 Правила безопасной работы 105
6.3.8 Методики анализов 105
6.4 Оптимизация состава противопаразитарных средств, содержащие солюбилизированную субстанцию «Димиксан» 105
Выводы 111
Список литературы 112
Приложение 131
- Взаимодействие ФЗБФО с окислителями
- Нитропроизводные дихлорбензофуроксана
- Определение показателя преломления частиц дисперсной фазы «Димиксана»
- Спектрофотометрическое исследование кинетики коагуляции дисперсий НП ДХБФО электролитами
Введение к работе
В многообразии соединений, обладающих высокой биологической активностью, важное место занимают бензофуроксаны [1-5]. Сочетание бензольного и фуроксанового колец в молекуле бензофуроксанов приводит к проявлению специфических свойств данных соединений, что позволяет рекомендовать их в качестве биологически-активных веществ направленного действия в косметической продукции, моющих средствах и товаров бытовой химии. Кроме того, обнаруженные биологические эффекты открывают широкие возможности для их внедрения в медицинскую практику в качестве фармакологических средств, проявляющих широкий спектр действия: противопаразитарные, противогрибковые, антибактериальные [6-8]. Разработка таких средств широкого спектра действия для ветеринарии является актуальным.
Многолетние исследования, проводимые сотрудниками Казанского государственного технологического университета (КГТУ) и Казанской государственной академии ветеринарной медицины (КГАВМ) по направленному синтезу и изучению биологической активности бензофуроксанов и его производных, позволили получить малотоксичные соединения оригинальной структуры, характеризующееся уникальным сочетанием в одном соединении фармакологических эффектов при местном применении.
Одним из перспективных малотоксичных нитропроизводных бензофуроксанов является «Димиксан» (LD5o 5000мг/кг живого веса). «Димиксан» представляет собой двухкомпонентную систему 5-нитро-4,6-дихлорбензофуроксан - 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксан [3,9].
Широкое использование «Димиксана» в качестве биологически-активного вещества сдерживается тем фактом, что данное соединение не растворяется в воде, то есть является гидрофобным веществом.
В последние годы на кафедре физической и коллоидной химии КГТУ проводятся систематические исследования водных систем нитропроизводных дихлорбензофуроксанов: лиофобных и лиофильных, полученных в присутствии поверхностно-активных веществ методом солюбилизации. Солюбилизация является одним из важнейших современных процессов основанных на том, что мицеллярные растворы поверхностно-активных веществ в воде способны растворять практически нерастворимые вещества. Растворимость в воде таких веществ происходит благодаря наличию углеводородной микрофазы, образуемой алифатическими радикалами ПАВ. Солюбилизация в настоящее время получила особенно широкое распространение в медицине, биологии, фармации.
Разработка и изучение свойств водных систем нитропроизводных дихлорбензофуроксанов на основе биологически-активной субстанции «Димиксан» актуально для практического использования в ветеринарии, в косметической промышленности, а также в моющих средствах.
«Димиксан» — высокоэффективная противопаразитарная, проитивомикробная добавка, рекомендуемая в качестве акарицида, фунгицида и бактерицида для применения в ветеринарии. Безопасность и эффективность действия «Димиксана» была успешно подтверждена результатами испытаний сотрудниками КГАВМ (под руководством профессора, д.б.н. Гарипова Т.В.).
Широкий спектр действия «Димиксана» в сочетании с хорошей совместимостью и низкой токсичностью, делает его выбор эффективным и экономически выгодным. «Димиксан» - показан при заражении: паразитами животных (собак, кошек, кролик, пушных зверей, птиц) чесоточным клещем (зудень), блохами; грибковыми заболеваниями кожи.
Оригинальность структуры «Димиксана», высокая биологическая активность, специфика химических и физико-химических свойств, делают исследования перспективными, направленные на разработку фармакологических средств в водной среде.
Целью работы явилась разработка эффективных акарицидных составов для ветеринарии путем создания дисперсных систем на основе 5-нитро-4,6 динитробензофуроксан и 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксан в воде и изучение их свойств.
В задачи исследования входили:
1. разработка способов получения дисперсных систем на основе двухкомпонентной системы 5-нитро-4,6-дихлорбензофуроксан - 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксан (Димиксан) в водных средах;
2. исследование коллоидно-химических свойств лиофобных и лиофильных дисперсий нитропроизводных дихлорбензофуроксана с водной дисперсионной средой;
3. разработка акарицидных составов для ветеринарии на основе солюбилизированной субстанции «Димиксан» и оценка биологической активности.
Методы исследования. В работе использованы следующие методы исследования: кондуктометрия, электрофорез, спектрофотометрия, потенциометрия, метод спектра мутности, измерение поверхностного натяжения методом Вильгельми, седиментация.
Научная новизна.
Определен коллоидно-химический подход к переводу гидрофобной формы «Димиксана» в водорастворимую с применением мицеллообразующих поверхностно-активных веществ (МПАВ).
Обнаружен эффект фазового разделения системы «Димиксан» — растворитель - соль — МПАВ - вода, в основе которого лежат процессы взаимодействия 4,6-динитро-5,7-дихлорбензфуроксана с мицеллообразую-щим поверхностно-активным веществом.
Впервые установлено наличие отрицательного поверхностного заряда частиц 4,6-динитро-5,7-дихлорбензфуроксана- связанного- с диссоциацией комплекса 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксан — диметилсульфоксид.
Выявлена устойчивость солюбилизированной субстанции «Димиксана» (ДН-S) при хранении; характеризующаяся неизменностью физических, химико-физических, биологических характеристик. Установлена повышенная биологическая активность для акарицидных составов на основе солюбилизированной субстанции «Димиксана» на два порядка по сравнению с исходным «Димиксаном».
Практическая значимость. В результате проведения комплекса научных исследований разработаны:
- состав и методика получения солюбилизированной формы «Димиксана» (ДН-S) в водной среде;
- акарицидные составы на основе «ДН-S» с высокой акарицидной активностью с подтверждающим актом, для применения в ветеринарии.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на: международных, межрегиональных научно-технических конференциях: «Экологическое образование и охрана окружающей среды» Казань 1999г; «10-ая Международная конференция молодых ученых» г.Самара 2001 г; «1-ый форум молодых ученых и специалистов республики Татарстан» г.Казань 2001 г; XI конференция «ПАВ — наука и производство» г.Белгород 2003г; Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем» г.Йошкар-Ола 2002г, 2007г; XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии г.Москва 2007г; «Актуальные проблемы экономической и социально-экологической безопасности Поволжского региона» г.Москва 2008г; материалы также опубликованы в сборниках «Жить в XXI веке» 2006-2007г.г. и на научных сессиях КГТУ 1999-2008 г.г.;
Основные положения диссертации, выносимые на защиту;
1. Закономерности образования дисперсных систем на основе нитропроизводных дихлорбензофуроксанов с водной дисперсионной средой;
2. Роль поверхностно-активных веществ в фазовом разделении «Димиксана»;
3. Результаты разработки методики получения солюбилизированного «Димиксана» с повышенной биологической активностью.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано один патент, 3 статьи, 19 тезисов докладов. Объем и структура диссертации. Диссертационная работа содержит: введение, литературный обзор, экспериментальную часть, обсуждение результатов, выводы, список цитируемой литературы из 183 наименований, приложение. Общий объем диссертации изложен на 132 страницах, включая 20 таблиц и 30 рисунков.
Автор глубоко признателен доценту кафедры физической и коллоидной химии Казанского государственного технологического университета (КГТУ) к.х.н. Курмаевой Алле Ивановне за со-руководство в проведении и обсуждении диссертационной работы. Также автор выражает благодарность профессору кафедры «Химии и технологии органических соединений азота» КГТУ д.х.н. Юсуповой Луизе Магдануровне за научные консультации по вопросам диссертационной работы.
Взаимодействие ФЗБФО с окислителями
Производные бензофуроксана (БФО) химически устойчивы к действию окислителей. Авторам [41-43] удалось получить нитробензол путем воздействия смеси сильных окислителей на бензофуроксан. гг\ R=H, N02. 1.2.2 Взаимодействие ФЗБФО с восстановителями ФЗБФО химически не устойчивы к действию восстановителей. Галоген-, галогеннитробензофуроксаны при взаимодействии с восстановителями легко превращаются в о-хинондиоксиды и бензофуразаны [1]. Г Ч \ V NCH NCH R=C1; N02 В работе [44] авторы сообщают о возможности восстановления 4,6-динитробензофуроксана раствором КНСОэ или КОН в метаноле до метоксидинитробензофуразана. , + HCI о к OzN 02N N02 \ О КНСОз метанольныи /\_/— м раствор НзСО ОСН-,0 N02 ОСНз Реакция осуществляется через образование промежуточного комплекса Мейзенгеймера, который при подкислении соляной кислотой в метаноле переходит в 7-метокси-4,6-динитробензофуразан.
В реакциях электрофильного замещения в бензольном ядре, фуроксановое кольцо выступает в роли донора электронов. Комплексы Мейзенгеймера - это устойчивые промежуточные соединения в ряде реакций нуклеофильного замещения. В гетероциклических комплексах Мейзенгеймера атаке нуклеофилом подвергается бензольное кольцо, а аннелированный гетероциклический фрагмент играет роль активирующей группы [1,53]. Из субстратов такого типа в последнее время наибольший интерес вызывают нитробензофуразаны и нитробензофуроксаны, в которых фуразановый и фуроксановый циклы проявляют очень сильный активирующий и стабилизирующий эффекты. Так например, комплексы Мейзенгеймера (3,4; х=0), образующиеся в реакции МеО" с мононитробензофуразаном и мононитробензофуроксаном на 1-2 порядка более стабильны, чем соответствующие аддукты 1,3,5-тринитробензола. S- и Se- аналоги 4-нитробензофуразана, образуют значительно менее стабильные 8-комплексы (4; x=S,Se), чем комплекс (4; х=0), что объясняется увеличением ароматического характера исходных субстратов и снижением электроотрицательности гетероатомов S и Se. Аддукт (5; х=Ю) образуется только тогда, когда положение 7 в исходном 4-нитробензофуразане занято заместителем (Me, Оте, Sme, SPh, S02Ph), причем введение последнего оказывает сильноактивирущиее (более чем на 2 порядка) влияние.
Наличие второй нитрогруппы в бензольном ядре, а именно в случае 4,6-динитробензофуразанов и 4,6-динитробензофуроксанов, способствует проявлению суперэлектрофильных свойств и легко образуются стабильные анионные 8-комплексы. Изучение свойств 4,6-динитробензофуроксана в системе вода — диметилсульсульфоксид - тетраметиламмония хлорид показало, что процесс сильно активируется диметилсульфоксидом (ДМСО), который усиливает нуклеофильные свойства воды [55]. При взаимодействии с серными основаниями 4,6-динитробензофуроксан образует следующее соединение [58]: NO2 с2н5 Г rVN " лХ" н+ LLP Дмсо о2м" Л о Немаловажную роль в различных реакциях замещения играет природа растворителя. В работе [57] автор установил, что апротонные растворители акцептируют протон с образованием водородной связи. Под влиянием таких растворителей может рваться внутримолекулярная водородная связь, дестабилизуя влияние заместителей.
Таким образом, бензофуроксан и его производные отличаются высокой реакционноспособностью. Могут взаимодействовать с окислителями, восстановителями, с электрофильными и нуклеофильными реагентами. Вполне вероятно, что бензофуроксан и erof производные также могут взаимодействать с молекулами поверхностно-активных веществ, образуя устойчивые водорастворимые комплексы.
Фармацевтическая химия базируется на общих законах химических наук и тесно связана со смежными химическими науками: аналитической, неорганической, органической, физической и коллоидной и т.д.
Изучение процессов образования, свойств, методов регулирования свойств растворов и дисперсных систем биологически-активных соединений в водных средах, представляет фундаментальное направление современной фармацевтической химии. Особое внимание заслуживают работы, когда частицы дисперсных систем могут иметь наноразмеры.
В настоящее время, большое внимание уделяется нанодисперсным системам биологически-активных веществ [58-68]. В работах Арсентьевой И.П. с соавторами [59-63] показана взаимосвязь между строением и биологической активностью наночастиц металлов (железа, меди), способы получения наносистем и их практическое использование в медицине, сельском хозяйстве [63-66]. Получению нового поколения лекарственных препаратов с контролируемым действием на основе наночастиц посвящена работа [68]. Русанов А.И. указывает [69,70], что существуют два пути получения наночастиц — дробление макроскопической фазы и агрегация малых частиц. Автор дает определение наноструктуры, как структуры малых форм вещества (наночастиц, супрамолекул или макроструктуры, образованной наночастицами [70-72]).
Однако, дисперсии (гетерогенные системы) на основе частиц органических соединений бензофуроксанового ряда, обладающих биологической активностью, в литературе не представлены. В зависимости от характера взаимодействия (слабое, сильное) на границе раздела дисперсная фаза — дисперсионная среда, различают две группы дисперсных систем: лиофобные и лиофильные [73]. Среди дисперсных систем наибольший интерес представляют лиофильные системы, образованные из агрегативных малых систем, а именно мицелл поверхностно-активных веществ ПАВ [58,74].
Нитропроизводные дихлорбензофуроксана
По номенклатуре ИЮПАК индивидуальные производные дихлорбензофуроксанов имеют следующие названия" [9]: НДХБФО - 5-нитро-1-оксо-4,6-дихлорбенз[4,5-с1]-2,1,3-оксадиазол; ДНДХБФО-4,б-динитро-1-оксо-5,7-дихлорбенз[6,5-с1]-2,1,3-оксадиазол.
Соединения синтезированы сотрудниками кафедры химии и технологии органических соединений азота (ХТОСА) КТТУ Юсуповой Л.М., Салаховой А.С., Спатловой Л.В. и любезно предоставлены автору для дальнейших исследований. В диссертации использованы травиальные названия НДХБФО и ДНДХБФО. III) «Димиксан» - двухкомпонентная система НДХБФО-ДНДХБФО (70:30 %(вес) соответственно), полученная путем синтеза по схеме 1. IV) Двухкомпонентная система НДХБФО-ДНДХБФО разного соотношения компонентов, полученная путем механического смешения; Оценка чистоты индивидуальных объектов исследования проводилась микроскопическим методом [122] определения температуры плавления [таблица 2.1], а также методом тонкослойной хроматографии [123]. Таблица 2.1 Физико-химические свойства НП ДХБФО Соединение М.м. Т С 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксан (ДНДХБФО) 295 131-132 5-нитро-4,6-дихлорбензофуроксан (НДХБФО) 250 118-119 Димиксан 263,5 114-116. Строение нитропроизводных дихлорбензофуроксана (НП ДХБФО) установлено Юсуповой Л.Ми сотрудниками кафедры ХТОСА КГТУ [124]. Использование рентгеноструктурного анализа (RCA), проведенный Юсуповой Л.М. и сотрудниками ИОХФ им. А.Е.Арбузова, позволило получить более объективную информацию о структуре 5-нитро-4,6-дихлорбензофуроксана [124].
Анализ структуры НДХБФО показал, что бензоксадиазольный цикл в соединении плоский в пределах 0,01 А (рис.2.1). При этом атомы кислорода нитрогруппы отклонены от плоскости бицикла на 1.049(2) и —1,048(2) А соответственно. Кислород N-оксидного азота развернут в противоположную сторону от атома галогена и нитрогруппа находится между двумя атомами хлора, которая развернута относительно плоскости бензольного кольца почти на 90 градусов.
Таким образом, было установлено участие водорода фрагмента связи С-Н бензольного кольца в образовании Н-димерной ассоциации в молекуле 5-нитро-4,6-дихлорбензофуроксан. Авторы предположили [124], что на образование водородной связи димеров 5-нитро-4,6-дихлорбензофуроксанов влияет N-оксидный кислород, содержащий неподеленную электронную пару и являющийся донором электронов для Н-акцептора. По значениям водородной связи в кристалле следует, что она достаточно прочная.
Для установления структуры 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксан, метод RCA оказался непригодным. Строение 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксан было доказано путем анализа РЖ- и УФ-спектров, а также элементным анализом [5].
В РЖ-спектрах соединений НДХБФО и ДНДХБФО имеются несколько полос поглощения, соответствующие различным колебаниям функциональных группировок. Данные по РЖ-спектрам НП ДХБФО приведены в таблице 2.2.
Представленные производные бензофуроксана хорошо растворимы в неводных растворителях: диметилсульфоксиде (ДМСО), диметилформамиде, этиловом спирте, ацетонитриле и не растворимы в воде [125].
Из литературы [126] известно, что бензофуроксаны поглощают в видимой области света 350-420 нм. Это связано с тем, что с введением в молекулу органического соединения с сопряженными двойными связями поляризующих электродонорных и электроакцепторных заместителей, обуславливает постоянное смещение электронов сопряженной системы и приводит к сдвигу полос поглощения в длинноволновую область спектра. Также на электронные спектры растворенного вещества влияет и природа растворителя [127,128]. Данные по спектрам поглощения неводных растворов НП ДХБФО приведены в табл. 2.3.
Как видно из данных табл. 2.3 спектры поглощения НДХБФО и ДНДХБФО характеризуются незначительной разницей максимумов полос поглощения компонентов в ацетонитриле и этаноле. Применение диметилсульфоксида (ДМСО) в качестве растворителя дает контрастность в полосах поглощения между НДХБФО и ДНДХБФО, при этом спектральный сдвиг достигается 80 нм [127]. Этот эффект лежит в основе методики количественного определения ДНДХБФО в ДМСО [125], а также анализа компонента ДНДХБФО в дисперсных системах «Димиксан» [129,130].
Неонол АФ9-10 (содержание основного вещества 100%) неионогенный Оксиэтилированныймоноалкилфенол на основетримеров пропиленаС9Ні9СбН40(С2Н40)пН,где п=10 - среднее число молекул окиси этилена,присоединенных к молекуле алкилфенола «Нижнекамск-нефтехим»
Неонол АФ9-12 (содержание основного вещества 100%) неионогенный Оксиэтилированныймоноалкилфенол на основетримеров пропиленаС9Ні9СбН40(С2Н40)пН,где =12 — среднее числомолекул окиси этилена,присоединенных к молекуле алкилфенола «Нижнекамск-нефтехим» ос-олефинсульфонат натрия (AOS-Na) (содержание основного вещества 35-38%) анионный R(CH2CH20)mOS03Na, гдет=2-3 среднее числомолекул окиси этилена,присоединенных кR = Ci2-Ci4 ОАО «НэфисКосметике»
Для исследований использовалась бидистиллированная вода, полученная путем вторичной перегонки дистиллированной воды из раствора пермангата калия [133]. Чистоту полученной бидистиллированой воды контролировали по значениям поверхностного натяжения о = 72,75-10" Н/м и удельной электропроводимости х 2,0-10"6 См см-1 при температуре 25С [134].
Используемые в данной работе неводные растворители диметилсульфоксид (ДМСО), диметилформамид (ДМФА), этиловый спирт подвергались дополнительной очистке по методике [135]. Чистоту свежеперегнанных растворителей контролировали по величине удельной электропроводимости приТ=25С и по температурам кипения [136,137].
Для исследований были приготовлены дисперсные системы (ДС) индивидуальных НДХБФО и ДНДХБФО, «Димиксана», а также их смесей. Максимальная растворимость объектов исследования составила: 30%(вес) в ДМСО и ДМФА, 1,5%(вес) в этиловом спирте [125].
Седиментационный анализ суспензии «Димиксана» в воде сводится к определению скорости накопления осадка [139]. Двухкомпонентная система НДХБФО-ДНДХБФО («Димиксан»), полученная в ходе многостадийного синтеза (схема 1) - гидрофобный порошок, плохо смачиваемый водой. При внесении навески 0,6 г порошка, предварительно растертого в ступке, в 600 мл воды образуется полидисперсная система, которая расслаивается сразу же после приготовления.
Определение показателя преломления частиц дисперсной фазы «Димиксана»
Для определения параметров дисперсной системы методом спектра мутности, необходимо знание величины показателя преломления частиц дисперсной фазы. Определение показателя преломления частиц Д-1.3 осуществляли при разных длинах волн с использованием растворов полиэтиленоксида-400 различной концентрации, отличающимися показателями преломления ц0. В соответствии с формулой: x=F(i-Ho)2 3.1 экстраполяцией зависимости от ц0 (рис.3.2) на нулевую оптическую плотность получали значение показателя преломления ц частиц исследуемой дисперсии (исходя из предположения, что при равенстве показателей преломления среды и частицы рассеяния света не происходит). Это графический способ получения результата фотометрическим методом. D 540нм D 580 нм D 600 нм 0,9-1 0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 0 1,325 1,335 1,345 1,355 1,365 1,375 показатель преломления дисперсной фазы
Регрессивный анализ показал, что коэффициент корреляции для уравнения O,0=H+B VD практически во всех экспериментах составлял 0,99- -0,998, что свидетельствует о достаточно хорошей точности выполнения измерений и применимости данного уравнения для обработки данных. Разница в значениях \i, полученных при различных длинах волн, не превышает погрешности метода ±0,002%. Результаты определения показателя преломления частиц приведены в таблице 3.1. В табл. 3.1 приведены результаты фотометрического определения показателя преломления частиц, полученных методом конденсации дисперсии в воде. Из таблицы 3.1 видно, что при А,=530 нм определённые значения- JLX отличаются от ц. частиц определённых для других длин волн, что можно объяснить тем, что в данном случае ещё присутствует поглощение, это и приводит к искажению результатов.
Был также проведён расчет воспроизводимости данного анализа, который оценивался по- относительному стандартному Sr и среднеквадратичному отклонению S. Метод считается оптимальным, если Sr и S имеют минимальные значения [151]. Таблица 3.1 Результаты расчета показателя-преломления частиц дисперсной фазы 0,5%(вес) дисперсии Д-1. Длина волны, нм Показатель преломления Коэффициент регрессии Коэффициент корреляции 530 1,3727 -0,0493 -0,9905 540 1,3704 -0,0471 -0,9941 550 1,3700 -0,0471 -0,9937 560 1,3696 -0,0471 -0,9941 570 1,3697 -0;0471 -0;9928 580 1,3696 -0;0476 -0,9939 600 1,3691 -0,0473 -0,9929 Для получаемых дисперсных систем зависимость оптической плотности от длины волны в .логарифмических координатах имеет сложный характер. Известно, что оптическая плотность.системы»может складываться из двух составляющих: - оптической плотности обусловленнойрассеянием света DT=T-//2,3 3.2 - оптической плотности обусловленной поглощением света DK=KnorjI .7/2,3 3.3 где Кпогл - коэффициент поглощения; / - толщина слоя. Спектротурбидиметрический метод, основанный на теории света Ми, применим лишь в том случае, если отсутствует поглощение системы.
По прямолинейному участку зависимости lgD - IgA, (рис. 3.3) определен рабочий интервал длин волн. Для исследуемых дисперсий данный интервал длин волн составлял 540-700 нм. 3.3 Влияние концентрации дисперсной фазы на свойства дисперсии «Димиксана» Для установления закономерностей влияния концентрации «Димиксана» в дисперсной фазе на свойства дисперсии, нами были изучены дисперсии Д-1.3 с концентрациями вводимого соединения в интервале 0,1-1%(вес). Оценку параметров образующихся дисперсий проводили методом спектра мутности [147-151]. Получена информация о коллоидно-химической структуре исследуемой системы [153]: средний размер частиц г ., массовой М концентрации дисперсной фазы. Данные, характеризующие параметры концентрированных дисперсий представлены на рисунках 3.4 и 3.5. В интервале концентраций дисперсной фазы 0,2-1,0%(вес) размер частиц увеличивается со временем и зависит от значений исходной концентрации (рис.3.4). г, мкм Рис.3.4 Кинетическая зависимость среднего размера частиц i\ для Д-1.3: 1 - 0,1%(вес); 2 - 0,5%(вес); 3 - 0,75%(вес); 4 - 1,0%.(вес). Для дисперсии с концентрацией дисперсной фазы 0,5-1,0%(вес) получаются грубодисперсные системы с размером частиц 2-3 мкм. И как показывает зависимость М = f (т) (рис.3.5) примерно 20-30% дисперсной фазы оседает под воздействием силы тяжести, а оставшаяся масса частиц 70-80% является устойчивой во времени.
Таким образом установлено, что дисперсии производных БФО не обладают агрегативной и седиментационной устойчивостью при больших концентрациях дисперсной фазы. Для дисперсии содержащей 0,5%(вес) «Димиксана» потеря устойчивости происходит медленнее, чем для других концентраций (0,75 и 1%). Очевидно, это связано с тем, что при получении дисперсий с большими концентрациями образуются частицы большего размера.
Спектрофотометрическое исследование кинетики коагуляции дисперсий НП ДХБФО электролитами
Исследование устойчивости дисперсий НП ДХБФО и влияние на нее электролитов необходимо ввиду перспективы использования солей- в фармакологических средствах. Метод спектра мутности позволяет проследить ход коагуляции, поскольку нами определена зависимость оптической плотности дисперсий нитропроизводных дихлорбензофуроксана от размера частиц, изменяющаяся в процессе агрегации частиц и седиментации [162].
Изучение закономерностей электролитной- коагуляции1 дисперсии, НП ДХБФО важно для характеристики агрегативной и седиментационной устойчивости дисперсий. Установление механизма агрегативной устойчивости позволяет регулировать способ получения дисперсий для практических целей.
Введение электролита в дисперсии нитропроизводных бензофуроксана приводит к коагуляции, сопровождающейся потерей агрегативной и седиментационной устойчивости. Известно, что количественной величиной коагулирующего действия электролитов, является порог коагуляции; т.е. минимальная концентрации электролита, вызывающая коагуляцию [163].
Выше было показано, что частицы ДНДХБФО в дисперсии обладают поверхностным зарядом, в то же время для частиц НДХБФО заряд не обнаружен. Агрегативная устойчивость дисперсии обусловлена электростатическим фактором устойчивости, мерой которого является величина электрокинетического потенциала. Как известно, процесс коагуляции проходит во времени. Исследование кинетики коагуляции дисперсных систем НП ДХБФО в воде способствует пониманию механизма устойчивости данных систем, позволяет наблюдать за постепенными скрытыми изменениями состояния дисперсии, характеризующими коагуляционный процесс во времени.
Анализ кривых показывает, что процесс коагуляция частиц Д-1.2 протекает в две стадии. После введения электролита оптическая плотность быстро возрастает, характеризуя рост размера частиц за счет их агрегации. Однако, через некоторое время коагуляционный процесс резко затормаживается и останавливается, что видно из прекращения роста оптической плотности. К этому моменту явной коагуляции не наблюдается. Она наступает позднее, после индукционного периода, в течение которого оптическая плотность остается практически неизменной. Таким образом, завершению явной коагуляции отвечает опускающаяся ветвь кинетической кривой.
По мере роста концентрации NaCl длительность первой стадии коагуляции закономерно уменьшается, но, начиная с некоторой концентрации, перестает от неё зависеть. То же самое наблюдается и при коагуляции СаСЬ.. Пороги быстрой коагуляции Д-1.3 электролитами по времени первой стадии коагуляции: 1 - NaCl; 2 — СаСЬ Кривые позволяют разграничить зоны медленной и быстрой коагуляции. Наклон кривых характеризует медленную коагуляцию; время коагуляции сильно зависит от концентрации электролита, быстро уменьшаясь с её ростом. В дальнейшем время коагуляции уже не зависит от концентрации электролита — наступает зона быстрой коагуляции.
Концентрация электролита, при котором наблюдается переход к быстрой коагуляции — величина, соответствующая состоянию дисперсии, при котором снижается энергетический барьер, препятствующий первой стадии коагуляции. Эту концентрацию электролита можно рассматривать как порог быстрой коагуляции, характеризующий устойчивость нитропроизводных дихлорбензофуроксанов к коагулирующему действию электролитов. Согласно современной физической теории устойчивости лиофобных коллоидов энергетический барьер за счет электростатического отталкивания сближающихся коллоидных частиц снижается с увеличением концентрации электролита в системе. Снятие барьера характеризует условие наступления быстрой коагуляции. В таблице 4.3 приведены значения порогов быстрой коагуляции нитропроизводных дихлорбензофуроксана электролитами. Из таблицы 4.4 видно, порог коагуляции для дисперсий НП ДХБФО зависит от природы растворителя, в котором первоначально были растворены НП ДХБФО. Отметим, что коагулирующая способность NaCl ярче выражена в ряду растворителей: ДМСО ДМФА этиловый спирт. Рассмотренные выше спектрофотометрические данные о кинетике коагуляции показывают [165,166], что коагуляция нитропроизводных дихлорбензофуроксанов протекает в две стадии. Первая стадия лимитируется потенциальным барьером электростатического отталкивания. На это указывают закономерности перехода от медленной к быстрой коагуляции и зависимость порогов быстрой коагуляции (относящихся к первой ее стадии) от заряда коагулирующего иона. На определенной стадии коагуляционныи процесс затормаживается.
Разделение происходило в присутствии электролита и ПАВ через 10-15 минут после смешения. Полное разделение наблюдалось в течение 1 часа. В результате этого явления дисперсия Д-1.3 в присутствии электролита и ПАВ разделялась на: первый (верхний) слой, второй (средний) слой и третий (нижний) (приложение 2)
Первый (верхний) слой — жидкий, прозрачный, слабо окрашенный в желтый цвет. Второй (средний) слой — гелеобразная прозрачная жидкость ярко-оранжевого цвета. Третий (нижний) слой — твердый осадок в виде желтых кристаллов.
Нами была поставлена следующая задача — изучение состава каждого слоя и влияние различных факторов на качество разделения дисперсии. Методом УФ-спектроскопии было установлено содержание компонентов НДХБФО и ДНДХБФО в каждой фазе. Первый слой содержал 4%(вес) 4,6-динитро-5,7-дихлорбензофуроксана и 50%(вес) от исходного количества 5-нитро-4,6-дихлор-бензофуроксана. Второй слой - не идентифицированное соединение (предположительно - комплекс ДНДХБФО-ПАВ). Нижний слой - осадок, содержащий 50%(вес) от исходного количества НДХБФО.
Таким образом, нами обнаружено необычное поведение дисперсии в присутствии электролита и МПАВ. Такое поведение ДС можно объяснить следующим образом. Введение МПАВ в водную систему приводит к образованию мицеллярной системы. Мицеллообразование растворов ПАВ связано с дифильностью молекул поверхностно-активного вещества.
Известно, что введение неорганических солей в растворы ПАВ оказывает неоднозначное влияние на мицеллообразование. Электролиты сильно влияют на процесс мицеллообразования ионогенных поверхностно-активных веществ, а для неионогенных влияют слабо. Способность ионов электролитов снижать ККМ возрастает в ряду Li Na NH4 К. Снижение ККМ при введении электролитов объясняется сжатием диффузного слоя противоионов, подавлением диссоциации молекул ПАВ и частичной дегидратацией ионов ПАВ. Понижение заряда мицеллы способствует ослаблению электростатического отталкивания и облегчает присоединение новых молекул к мицелле [167].