Содержание к диссертации
Введение
2. Литературный обзор 5
2.1. Синтез и свойства ионенов 5
2.1.1. Синтез алифатических ионенов 7
2.1.2. Фракционирование ионенов и определение их молекулярных характеристик 9
2.1.3. Определение молекулярных характеристик ионенов и их концентрации в растворах 11
2.2. Свойства ионенов в водных растворах 13
2.3. Полиэлектролитные комплексы ионенов 19
2.3.1. Закономерности образования полиэлектролитных комплексов 19
2.3.2. Устойчивость полиэлектролитных комплексов к диссоциации 22
2.3.3. Поликатионы - носители генетического материала для доставки в клетку 24
3. Экспериментальная часть 28
3.1. Синтез, модификация и фракционирование ионенов 28
3.1.1. Синтез и модификация 2,4-ионена 28
3.1.2. Синтез и модификация 2,Y- и Х,Х- ионенов 29
3.1.3. Синтез дибромида 5,№,№-тетраметилгГ №-бис-(4-нитробензил)-этилен-1,2-диамина 29
3.1.4. Фракционирование ионенов 29
3.1.5. Определение степеней полимеризации алифатических ионенов 30
3.2. Кондуктометрическое исследование свойств ионенов в водных растворов 30
3.3. Полиэлектролитные комплексы ионенов 30
3.3.1. Диссоциация ПЭК в водно-солевых средах 30
3.3.2. Алифатические ионены - носители генетического материала для доставки в клетку 32
3.3.3. Конкурентные реакции в растворах полиэлектролитов 34
4. Результаты и обсуждение 35
4.1. Синтез, модификация и фракционирование ионенов 35
4.1.1. Синтез ионенов 35
4.1.2. Аминирование концевых групп ионенов 36
4.1.3. Модификация концевых групп нитробензилбромидом (БИТ) 37
4.1.4. Спектральные характеристики образцов, меченных БНТ 37
4.1.5. Фракционирование ионенов методом ионнообменной хроматографии 38
4.1.6. Определение средних молекулярных масс фракций ионенов 40
4.2. Водные растворы ионенов 43
4.3. Полиэлектролитные комплексы ионенов 61
4.3.1. Диссоциация ПЭК в водно-солевых растворах 61
4.3.2. Модель диссоциации ПЭК в водно-солевых растворах 74
4.3.3. Алифатические ионены - носители генетического материала 82
4.3.4. Конкурентные реакции в растворах полиэлектролитов 95
Выводы 107
Список цитированной литературы 108
- Свойства ионенов в водных растворах
- Кондуктометрическое исследование свойств ионенов в водных растворов
- Спектральные характеристики образцов, меченных БНТ
- Модель диссоциации ПЭК в водно-солевых растворах
Введение к работе
Полиэлектролитные комплексы (ПЭК) являются продуктами взаимодействия противоположно заряженных макромолекул. Материалы на основе ПЭК находят применение в различных областях фундаментальной и прикладной науки. Так, ПЭК с контролируемой растворимостью используются для разделения смесей белков и других биологических макромолекул. Послойная адсорбция полиионов позволяет модифицировать поверхности, придавая им знак и плотность заряда, необходимые для создания биосенсоров. Наконец, комплексы ДНК с поликатионами перспективны как носители для адресной доставки генетического материала в клетку. Поскольку эти и другие свойства ПЭК во многом определяются молекулярными характеристиками составляющих их полиэлектролитов, изучение влияния плотности зарядов и длин цепей полиионов на свойства ПЭК является актуальной задачей.
Алифатические ионены - это поликатионы с заряженными группами в основной цепи, строго чередующееся расстояние между которыми можно варьировать в широких пределах подбором исходных реагентов для синтеза. Это обусловливает привлекательность ионенов как наиболее удобных объектов для выявления влияния плотности зарядов и их расположения по цепи на свойства таких полимеров и их полиэлектролитных комплексов, что может иметь большое значение как для развития теорий растворов полиэлектролитов, так и для разработки путей практического применения ПЭК. Серьезным недостатком ионенов является их невысокая средняя молекулярная масса и широкое молекулярно-массовое распределение. Отсутствие эффективных методов фракционирования ионенов, а также удобных способов определения их молекулярных масс и концентрации в растворах препятствует широкому использованию этих уникальных поликатионов. Цель работы заключалась в разработке метода получения алифатических ионенов с заданной степенью полимеризации и плотностью заряда, исследовании влияния молекулярных характеристик получаемых образцов на свойства ионенов в их водных растворах и физико-химические и физиологические свойства комплексов ионенов с ДНК.
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Свойства ионенов в водных растворах
Растворимость ионенов в различных растворителях целиком зависит от плотности заряда ионена, химической структуры цепи и противоиона. Обычно ионены растворимы в воде и других полярных растворителях, таких как метанол, диметилформамид, диметилсульфоксид, но нерастворимы в большинстве обычных органических растворителей. Некоторые ионены с низкой плотностью заряда и высокой гидрофобностью основной цепи не растворимы в воде, но ограниченно растворимы в хлороформе и тетрагидрофуране. Иными словами, свойства каждой пары ионен - растворитель индивидуальны, и некоторые из них описаны в литературе.5 1 3 В водных растворах алифатические ионены проявляют свойства типичных сильных полиэлектролитов, в частности, для них характерно увеличение приведенной вязкости раствора при уменьшении концентрации полиэлектролита (полиэлектролитное набухание), линейная зависимость удельной электропроводности раствора от квадратного корня из концентрации полииона и др. Увеличение концентрации низкомолекулярных солей приводит к подавлению полиэлектролитного набухания за счет экранирования внутримолекулярных взаимодействий заряженных звеньев поликатиона введенным электролитом.
В ряду галогенидов калия при постоянных концентрациях ионена и низкомолекулярной соли приведенная вязкость растворов уменьшается в ряду F" СГ ВГ Г. Иными словами, в приведенном ряду возрастает способность галогенидов калия экранировать кулоновское взаимодействие заряженных звеньев поликатиона.33 Поскольку изменение приведенной вязкости раствора отражает изменение конформации цепей ионенов в растворе данной соли, важным следствием описанной закономерности является то, что в приведенном ряду увеличивается способность галогенидов калия вызывать конформационные изменения алифатических ионенов. При этом наибольшее изменение приведенной вязкости растворов ионенов для всех использованных солей калия наблюдаются в растворах с концентрацией КХ, не превышающей 0.1М. Как упоминалось выше, результаты вискозиметрического исследования растворов ионенов являются важными для оценки молекулярных масс образцов ионенов. В основе такого подхода лежит уравнение Марка-Куна-Хаувинка, связывающее характеристическую вязкость раствора полимера [Т] с его молекулярной массой М: [Г] = К х М а, где К - величина, постоянная для данной пары полимер-растворитель, а -параметр, отражающий конформацию полимера в растворе и изменяющийся от О (глобулярная конформация) до 2 (конформация вытянутого стержня). В работе было показано, что в бессолевых водных растворах показатель степени а для алифатических 3,4- и 6,6-ионенов имеет значение, близкое к 2, то есть цепи ионенов имеют вытянутую конформацию. Эти данные нашли подтверждение в работе, в которой аналогичный вывод был сделан для ионенов с различным мотивом расположения заряженных групп по цепи (симметричное и несимметричное), а так же различных плотностей зарядов. По данным работы33 в 0.4М растворе КВг алифатические ионены независимо от их плотности зарядов имеют конформацию статистического клубка: для всех изученных образцов ионенов параметр а составляет 0.58-0.61. При данной концентрации бромистого калия также совпадали вычисленные из данных светорассеяния и вискозиметрии среднеквадратичные расстояния между концами цепей 3,4- и 6,6- ионенов, что позволяет предположить, что в 0.4М КВг ионены ведут себя как незаряженные полимеры. Важно отметить, что сравнение ионенов с одинаковым средним расстоянием между заряженными группами на цепи (2,10- и 6,6- ионены) в данных условиях показало, что гибкость цепи несимметричного ионена значительно превосходит гибкость симметричного образца.39
Согласно данным работы, величина второго вириального коэффициента А2, параметра, характеризующего качество растворителя для данного полимера, в водных растворах 3,4-ионена значительно уменьшалась при возрастании концентрации бромистого калия, однако даже в 0.4М растворе этой соли величина А2 оставалась положительной, то есть растворитель оставался хорошим. Вместе с тем значение А2 уменьшалось при уменьшении плотности зарядов алифатического ионена: если в 0.4М растворе КВг для 3,4-ионена величина параметра А2 составляла 4.16х10 4, то для 6,6-ионена в данных условиях А2=2.30х10 4. В то время как природа противоиона ионена сказывалась на А2 лишь незначительно, величина этого параметра оказалась чрезвычайно чувствительной к природе низкомолекулярного электролита. Как уже упоминалось, для 6,6-ионена в 0.4 М растворе КВг А2=2.30х10 \ а в 0.4М
Кондуктометрическое исследование свойств ионенов в водных растворов
В работе использовали препараты бромистого этидия (БЭ), NaCl и буферную соль TRIS (трисгидроксиметиламинометан) фирмы "Sigma" (США) без дополнительной очистки. Концентрацию растворов БЭ определяли спектрофотометрически, используя значение коэффициента молярный экстинкции89 е48о = 5600 М см"1. Во всех экспериментах использовали бидистиллированную воду. полиметакриловая кислота (ПМА). Синтез ПМА был осуществлен радикальной полимеризацией метакриловой кислоты в присутствии азоизобутиронитрила с последующим фракционированием дробным осаждением в смесях метанол-этилацетат по методике.71 В работе использовали образец ПМА средневесовой степени полимеризации Mw = 340000; величина Mw была определена методом статического светорассеяния. флуоресцентно меченная ПМА (ПМА ) Синтез ПМА был осуществлен реакцией ПМА с пиренилдиазометаном.71 В работе использовали образец ПМА средневесовой молекулярной массы Mw = 340000 с одной пиренильной меткой на 320 мономерных звеньев ПМА. Содержание пиренильных групп определяли из УФ-спектров растворов ПМА , используя величину молярного коэффициента экстинкции 5x104 М"1 см"1 на длине волны 342 нм.71 Концентрацию ПМА определяли потенциометрическим титрованием NaOH. Растворы натриевой соли ПМА получали добавлением одного эквивалента NaOH. дезоксирибонуклеиновая кислота (днк). натриевую соль днк из тимуса теленка (степень полимеризации -10000 пар оснований) фирмы Sigma (США) использовали без дополнительной очистки. Концентрацию ДНК в растворе [Р] выражали в моль фосфатных групп на литр и определяли спектрофотометрически (молярный коэффициент экстинкции є2бо=6500 М см"1).90 Интенсивность флуоресценции измеряли на спектрофлуориметре Jobin-Yvon-3CS (Франция). Измерения проводили в кварцевых кюветах в термостатированной ячейке при постоянном перемешивании в 0.01М TRIS буфере при рН 9 и температуре 25 С. Длины волн возбуждения и регистрации составляли 535 и 595 нм в экспериментах с ДНК; в экспериментах с ПМА - 342 и 395 нм соответственно. Во всех экспериментах использовали смесь ДНК и БЭ состава [Р]/[БЭ]=4/1, где [Р] и [БЭ] - концентрации фосфатных групп и красителя соответственно. Во всех экспериментах исходная концентрация ДНК и ПМА составляла 4х10"5М.
Растворы полиэлектролитных комплексов получали непосредственным смешением реагентов во флуориметрической кювете, интервал между добавлениями порций титранта составлял 5 минут. В работе использовали 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5 дифенилтетразолиум бромид (МТТ), лаурилсульфат натрия (SDS), буферные смеси PBS, ТАЕ и HEPES фирмы Sigma (USA); препарат ДНКаза I фирмы USB Corporation (USA). Клеточная линия макрофагов мышей P388D1 был любезно предоставлен фирмой Zycos (Cambridge, MA). Клеточную культуру растили в среде RPMI 1640, содержащей 10% фетальной сыворотки теленка (FBS), а также пенициллин (100 ед./мл) и стрептомицин (100 мкг/мл). В работе использовали иммортализованные фибробласты печени Африканских зеленых мартышек (COS7) фирмы American Type Culture Collection (USA) и растили в среде Dubelco s Eagle Modified Medium (DMEM), содержавшей 10% FBS, 100 ед./мл пенициллина и 100 мкг/мл стрептомицина. Рост клеточных культур и инкубации проводили при 37С в атмосфере, содержавшей 5% С02. комплексы ДНК-ионен готовили смешением 50 мкл раствора ДНК (0,2 мг/мл в 10 мМ HEPES буфере, рН 7,2) и 50 мкл раствора ионена необходимой концентрации при интенсивном перемешивании. Растворы инкубировали при комнатной температуре в течение 30 минут, затем 20 мкл полученного раствора ПЭК помещали в 1% агарозный гель в ТАЕ буфере. Электрофорез проводили при напряжении 90 В в течение 60 минут. Проявление геля осуществляли бромистым этидием. 3.3.2.3. Размер частиц комплексов и измерение зета-потенциала Полиэлектролитные комплексы приготавливали, как описано выше для анализа ПЭК методом гель-электрофореза. Полученный раствор разбавляли HEPES буфером до объема 1,6 мл. Размер частиц комплекса и зета-потенциал измеряли при комнатной температуре на зета-сайзере (Brookhaven Instruments, Holtsville, NY) с интенсивностью лазера 15 мВ и длиной волны пучка света лазера 676 нм. Корреляционные функции получали при угле рассеяния 90 градусов. Размер частиц рассчитывали на программном обеспечении зета-сайзера и выражали как эффективный диаметр частицы в предположении нормального логарифмического распределения. Зета потенциалы рассчитывали с использованием модели водных суспензий Смолуховского. комплексы ДНК с ионенами, полученные как описано выше, помещали при температуре 25 С в 1 мл 10 мМ PBS буфера, содержащего 5 мМ MgCl2. К полученному раствору добавляли 10 единиц препарата ДНКазы I и регистрировали оптическую плотность раствора при 260 нм в течение 30 минут. алифатических ионенов изучали с использованием анализа МТТ.91 Клетки P388D1 растили в 96-луночном планшете при начальной плотности клеток 10000 клеток на лунку в 0.2 мл клеточной среды в течение 24 часов, после чего меняли среду на клеточную среду, содержащую ионены в различной концентрации, и инкубировали при 37С на протяжении 24 часов.
По прошествии этого времени в каждую лунку добавляли 25 мкл раствора МТТ (5 мг/мл) в стерильном PBS буфере и инкубировали в течение 2 часов, затем добавляли 100 мкл экстрагирующего буфера (20% вес/об. SDS в 50:50 об./об. ДМФ-вода, рН 4.7) и инкубировали при 37С в течение 24 часов. Оптические плотности при длине волны 560 нм измеряли на планшетном спектрофотометре (Dynatech MR5000). Результаты представлены в виде выживаемости клеток в процентах по отношению к контрольным лункам (без добавленного полимера). фибробласты печени Африканских зеленых мартышек (линия COS-7) растили в 6-луночном планшете в среде при начальной плотности клеток 200000 клеток на лунку в 2 мл клеточной среды в течение 24 часов. После этого среду меняли на клеточную среду с уменьшенным содержанием сывороточных белков (2 мл), и в лунки добавляли ДНК-содержащие комплексы ионенов, приготовленные как описано выше для анализа методом гель-электрофореза. Каждый образец комплексов содержал 10 мкг ДНК. После 4 часов инкубирования клеточную среду меняли на исходную среду DMEM, и клетки инкубировали в течение 36 часов. По прошествии этого времени клеточную среду удаляли и готовили клеточные лизаты, которые анализировали на активность люциферазы (набор реагентов для анализа люциферазной активности фирмы Promega, США) и общее содержание белков (набор реагентов фирмы Pierce, США).
Спектральные характеристики образцов, меченных БНТ
Коэффициент экстинкции БНТ в метаноле, определенный по УФ-спектрам растворов известной концентрации, составил е272=И900 М" см" . Для определения коэффициента экстинкции концевых групп ионенов в водных растворах синтезировали модельное соединение - Л М-тетраметилдинитро-бензилэтилендиамин, ТМДНЭД (схема 5), состав которого был подтвержден методом !Н ЯМР спектроскопии. Максимум поглощения водного раствора ТМДНЭД (рис.1, кривая 1) смещен на 12 нм в область более коротких длин волн по сравнению с раствором БНТ в метаноле (рис.1, кривая 2). Рассчитанный из спектров растворов ТМДНЭД известной концентрации коэффициент экстинкции хромофора в водном растворе составил є26о=10400 М см"1. Длина волны максимума поглощения оставалась неизменной у всех изученных образцов ионенов независимо от величин параметров X (Y) и степени полимеризации. Полагая, что коэффициент экстинкции концевой группы не зависит от длины цепи ионена, в дальнейшем для всех ионенов использовали значение є2бо = Ю400 М"1см"1. Полученные по реакции полиприсоединения ионены полидисперсны и обладают относительно невысокими молекулярными массами,3 что делает актуальным разработку метода их эффективного фракционирования. Для решения этой задачи в работе использовали ионообменную хроматографию.
Разделение полидисперсных образцов модифицированных ионенов осуществляли на полимерном геле CM-Sephadex С-50, представляющем собой сшитый полисахарид с привитыми карбоксильными группами. Элюирование проводили градиентом хлористого натрия; детекцию осуществляли на длине волны 275 нм, то есть регистрируя концевые группы ионенов. На рис. 2 приведена хроматограмма раствора модифицированнного 2,4-ионена в виде зависимости оптической плотности раствора на выходе хроматографа от времени элюирования (кривая 1). Кривая 2 представляет собой результат повторного хроматографирования выделенной фракции 2,4-ионена (время элюирования -180 мин). Полное элюирование фракционированного образца (кривая 2) заканчивалась за -30 мин, тогда как для элюирования полидисперсного образца требовалось -240 мин (кривая 1), что отражает существенное снижение дисперсии средней молекулярной массы выделенного образца по сравнению с исходным нехроматографированным ионеном. Таким образом, ионообменная хроматография обеспечивает эффективное разделение полидисперсного образца ионена по степеням полимеризации. Поскольку получаемые на выходе хроматографа растворы фракций ионенов содержали большое и все возрастающее количество хлористого натрия, полученные образцы диализовали против дистиллированной воды, используя диализные мешки фирмы Sigma с размером пор 1200 (MWCO - 1200). Средние молекулярные массы фракций модифицированных ионенов определяли методами УФ-спектроскопии и турбидиметрии. Из оптического поглощения растворов при длине волны 260 нм находили концентрацию концевых групп ионенов Ст, полагая є2бо = 10400 М см"1. Определенная таким образом величина составляла удвоенную концентрацию цепей полимера в растворе, так как модификацию осуществляли по обоим концам цепи.
Концентрацию заряженных звеньев ионена Сс определяли по максимуму мутности, достигаемому при титровании раствора полистиролсульфоната натрия известной концентрации раствором ионена, который приходится на точку эквивалентности зарядов взаимодействующих полиэлектролитов. Мутность системы оценивали по оптической плотности растворов при длине волны 500 нм, то есть в области спектра, в которой полимерные компоненты не поглощают свет. Из найденных таким образом значений рассчитывали среднечисловую степень полимеризации образцов DP по формуле: DP = Є- (1) Множитель "2" в формуле (1) учитывает тот факт, что на каждую цепь полиэлектролита приходятся две концевые группы. Отметим, что реакция полиприсоединения, использованная для получения алифатических ионенов, сопровождается побочными реакциями, которые могут приводить к получению продуктов с не реакционоспособными концевыми группами. По результатам in situ 13С ЯМР исследования,19 количество таких продуктов может составлять до 5%. Это означает, что достоверность проведенной нами оценки степеней полимеризации фракций ионенов не превосходит 95%. По описанной методике в работе были получены и охарактеризованы фракции 2,У-ионенов, Y = 4 -s- 10, со степенями полимеризации DP = 4 -s- 30, и фракции Х,Х-ионенов, X = 3 4- 10, DP = 25 - - 250, где под степенью полимеризации подразумевается количество заряженных звеньев на цепи ионена.
Очевидными достоинствами полученных образцов является наличие на их цепях хромофорных групп, что позволяет при известной степени полимеризации определять их концентрацию в растворе методом УФ-спектроскопии. Разработанный метод фракционирования и определения DP ионенов позволяет получать охарактеризованные образцы этих поликатионов в широком интервале величин X (Y) и DP, включая образцы с относительно невысокими молекулярными массами, для которых незначительное изменение DP может приводить к существенным изменениям их свойств. Алифатические ионены, расстояние между заряженными группами которых строго чередуется и задается выбором исходных реагентов для синтеза, являются чрезвычайно привлекательными объектами для изучения закономерностей поведения полиэлектролитов в их водных растворах в зависимости от их макромолекулярных характеристик. В данной работе закономерности конформационных переходов алифатических ионенов в водных бессолевых растворах изучены методом прецизионной кондуктометрии. В основе данного подхода лежит метод расчета среднего расстояния между заряженными звеньями на полиионе Ъ из величины электропроводности его водного раствора, осуществляемый в рамках полиэлектролитной теории Маннинга (ур.2).41 Бесконечный прямолинейный полиион характеризуется плотностью зарядов , ( \1Ь, где Ь - среднее расстояние между заряженными
Модель диссоциации ПЭК в водно-солевых растворах
Известно, что устойчивость ПЭК, образованного противоположно заряженными более длинным полиэлектролитом (LM) и более коротким полиэлектролитом (SM), в значительной мере определяется степенью полимеризации (DP) SM компонента.47 Изменение свободной энергии Гиббса в результате комплексообразования одной цепи LM и одной цепи SM является линейной функцией степени полимеризации компонента SM как в случае электростатических комплексов, так и для комплексов, стабилизированных водородными связями.51 60 Диссоциация ПЭК, в частности в водно-солевых средах, также зависит от величины DP более короткого полиэлектролита, однако зависимость С не является линейной функцией DP компонентов ПЭК. В бессолевом растворе или при достаточно низкой концентрации введенного низкомолекулярного электролита частицы ПЭК являются стабильными, и согласованные конформации полиэлектролитов позволяют полиионам образовать некоторое число межцепных солевых связей п, которое пропорционально величине DP более короткого компонента (для простоты, n = DP). Влияние вводимой соли на состояние ПЭК можно представить в виде двух последовательных этапов. Первый этап. Число межцепных солевых связей в результате введения соли уменьшается без выделения цепей SM в раствор. Иными словами, концентрация введенной соли ниже, чем необходимая для диссоциации ПЭК. В таком случае величина п изменяется от n = DP до n = х (DP) DP. Второй этап. Цепи компонента SM начинают появляться в растворе в результате разрушения последних х межцепных солевых связей при некоторой «критической» величине концентрации соли, C(DP). Диссоциация ПЭК может быть представлена как равновесный процесс где (LM-SM) является межцепной солевой связью, А и В являются ионами вводимой соли. В первом приближении для ПЭК, образованных SM с различными степенями полимеризации при фиксированных начальных концентрациях полиионов и температуре
В рассматриваемой системе LM является нативной ДНК. В исследованном интервале ионных сил влияние концентрации хлористого натрия на конформацию ДНК пренебрежимо мало, поэтому конформация LM является прямолинейной, по крайней мере, на масштабе длины цепи ионена. Тогда величина х пропорциональна длине цепи LM, занятого SM, то есть линейному размеру клубка SM, который, в свою очередь, пропорционален DP. Таким образом, зависимость характеристической концентрации соли от DP компонента SM должна быть линейной в координатах -InC vs. DP а, и единственный параметр модели а зависит от конформации SM в момент диссоциации ПЭК. Значение а составляет 1, 3/5, 1/2 и 1/3, если в момент диссоциации ПЭК SM имеет конформацию стержня, набухшего клубка (клубка в атермическом растворителе), 9-клубка и глобулы, соответственно. Для проверки представленной модели экспериментальные данные по диссоциации ДНК-сод ержащих комплексов Х,Х-ионенов (рис.14) были преобразованы в зависимости In(-lnC) vs. InDP (рис.17) и -InC vs. DP a (рис.16). Параметр модели С очевидно совпадает с экспериментальными значениями C Naci- Действительно, полученная для ДНК-содержащих комплексов 3,3-ионена зависимость -InC vs. DP а (рис.16, параметр а получен из рис.17) является линейной (коэффициент корреляции 0.98), подтверждая правильность разработанного в модели подхода. Величины параметров а, определенные из углов наклона представленных на рис.17 зависимостей для 3,3-, 6,6- и 10,10-ионенов равны ос3.з=0.51; ос 5.6= 0.44 и аюло=0.41 соответственно. Эти результаты позволяют судить, что в момент диссоциации ПЭК конформация Х,Х-ионенов по мере роста X от 3 до 10 изменяется от 0-клубка к глобуле. Таким образом, конформация цепей ионенов в момент диссоциации комплекса при больших значениях ионных сил является значительно компактизованной. Возрастающая степень компактизации ионенов с ростом величины X, по-видимому, приводит к тому, что величины эффективных плотностей зарядов различных Х,Х-ионенов при постоянном значении DP становятся сравнимы, что приводит к сопоставимым значениям ионных сил, необходимых для диссоциации их комплексов с ДНК.
Полученные данные являются вполне ожидаемыми, поскольку наблюдаемая диссоциация ПЭК протекает при С Naa О.ЗМ. Согласно результатам Рембаума с сотр. , полученным при исследовании вязкости водных растворов ионенов различной плотности зарядов, введение низкомолекулярных электролитов приводит к значительному уменьшению приведенной вязкости растворов, при этом наибольшие изменения этой величины наблюдаются при концентрациях галогенидов калия ниже 0.2М. В 0.4М растворе КВг величина параметра а уравнения Марка-Куна-Хаувинка являлась постоянной величиной для всех исследованных ионенов и составляла 0.58-0.61, что соответствует конформации цепи в атермическом растворителе. Хорошее соответствие выводов, полученных с использованием описанной выше модели, и результатов, полученных Рембаумом с сотр., показывает, что представленная модель адекватно описывает конформацию ионенов в момент диссоциации их ДНК-содержащих ПЭК. Еще одним заслуживающим внимания результатом является то, что сближение зарядов на цепи ионенов от 2,6- к 2,4-ионену (DP=15) не приводит к какому-либо заметному увеличению стабильности ПЭК. Кривая 2 (рис.15) состоит из двух линейных участков с точкой пересечения при значении Ъ=1 (показано пунктиром). В отличие от интервала плотностей зарядов 1, в котором увеличение с; сопровождается выраженным увеличением С NaCi, дальнейший рост не влияет на диссоциацию ПЭК. Наблюдаемый эффект может быть объяснен с позиций полиэлектролитной теории Маннинга. Согласно данной теории, при значениях , 1 наблюдается конденсация противоионов из объема раствора в ионную атмосферу полиэлектролита для снижения величины , до единицы. В этом случае увеличение линейной плотности зарядов ионена не должно приводить к увеличению его эффективной плотности зарядов. Соответственно, диссоциация ПЭК, образованных различными ионенами с плотностями зарядов 1 должна протекать при одинаковых ионных силах, что и наблюдается на опыте (рис.15). Однако данная теория была выведена в приближении бесконечной длины жесткой полиэлектролитной цепи, имеющей вытянутую конформацию. Поэтому кажется маловероятным, что данная теория количественно описывает свойства полимеров со степенями полимеризации 15, для которых известно, что конденсация противоионов выражена незначительно.46
Более разумным, по всей вероятности, является предположить, что концентрация хлористого натрия, при которой протекает диссоциация ДНК-содержащих ПЭК 2,6- и 2,4-ионенов, является достаточной для компактизации цепей ионенов, приводящей к сходным значениям эффективных плотностей их зарядов. Отметим, что аналогичное описанному выше немонотонное изменение стабильности ДНК-содержащих ПЭК 2,У-ионенов также наблюдается при диссоциации таких комплексов в растворах различных галогенидов калия (рис.18). Несмотря на существенное различие значений ионных сил, вызывающих диссоциацию ПЭК, наблюдаемая зависимость параметра Сп с ростом , остается неизменной: уменьшение величины Y от 10 до 6 сопровождается значительным ростом стабильности ПЭК к диссоциации, дальнейшее увеличение Ь, не приводит к увеличению устойчивости комплекса. Отметим, что эффективность диссоциирующего ПЭК действия последовательно увеличивается при замене анионов в ряду F" СГ Вг Г, что согласуется с литературными данными о диссоциации других полиэлектролитных комплексов71 69. Однако данный ряд также отражает способность этих анионов вызывать конформационные изменения алифатических ионенов,33 и это является дополнительным аргументом в пользу высказанного предположения о значительной роли конформации цепей в момент диссоциации ПЭК на значение ионной силы, вызывающей диссоциацию.
Похожие диссертации на Получение и свойства алифатических ионенов с заданными молекулярными характеристиками
