ЦИНКСОДЕРЖАЩИЙ  ФРУКТОБОРАТНЫЙ  КОМПЛЕКС

Блинов  Андрей  Владимирович 

студент  ФЭНиХТ,  СевКав  ГТУ,  г.  Ставрополь

E-mail:  blinov.a@mail.ru

Кравцов  Александр  Александрович

студент  ФЭНиХТ,  СевКав  ГТУ,  г.  Ставрополь

Серов  Александр  Владимирович

д.  т.  н.,  профессор  СевКавГТУ,  г.  Ставрополь

В  настоящее  время  в  биологии  и  медицине  активно  развивается  учение  о  микроэлементозах.  Медики  уже  давно  обратили  внимание  на  то,  что  многие  болезни  связанны  с  недостаточностью  поступления  и  содержания  в  организме  определенных  макро-  и  микроэлементов. 

Одним  из  таких  элементов  является  цинк.  Он  выполняет  множество  функций  в  организмах  людей  и  животных,  например,  такие  как:  иммуностимулирующую,  регуляцию  уровня  мужских  половых  гормонов,  антиоксидантную,  гипохолестеринемическую  и  многие  другие.  При  недостаточном  содержании  цинка  в  рационе  развиваются  различные  цинкдефицитные  состояния,  которые  приводят  к  ряду  тяжелых  заболеваний:  дерматиты,  цирроз  печени,  раковые  заболевания,  болезни  сердца,  бесплодие  и  многие  другие  [3,  с.  102]. 

Как  показали  исследования  ряда  ученных,  содержание  цинка  в  почвах  и  растениях  большей  части  территории  России  понижено.  В  связи  с  этим  проблема  нормализации  поступления  цинка  в  организм  людей  и  животных  в  нашей  стране  является  достаточно  актуальной  [2,  с.  250].  В  настоящее  время  для  решения  этой  проблемы  используются  различные  цинксодержащие  препараты,  которые  можно  разделить  на  2  группы:

1.  Неорганические  формы  цинка,  такие  как  сульфат,  ацетат,  оксид  и  другие,  составляющие  большую  долю.  У  этих  соединений  есть  одно  преимущество  -  низкая  себестоимость,  но  и  огромный  недостаток  –  ничтожная  усвояемость  цинка,  для  некоторых  форм  она  составляет  менее  10  %;

2.  Органические  формы  цинка,  такие  как  пиколинат,  аспарагинат  и  др.,  обладающие  высокой  биологической  активностью  и  усвояемостью,  но  и  высокой  стоимостью.

С  целью  профилактики  и  лечения  цинкдефицитных  состояний  у  людей  и  сельскохозяйственных  животных  и  был  разработан  и  синтезирован  фруктоборат  цинка.  Создание  такой  структуры  обусловлено  синергическим  влиянием  составных  частей  данного  соединения  на  усвояемость  цинка,  а  также  экономической  целесообразностью,  так  как  полученный  комплекс  будет  намного  дешевле,  чем  аналогичные  препараты,  присутствующие  сегодня  на  рынке.

Полученный  фруктоборат  цинка  представляет  собой  белое  кристаллическое  вещество,  структурная  формула  которого  представлена  на  рисунке  1а,  а  модель  молекулы  –  на  рисунке  1б  (моделирование  выполнено  в  программе  HyperChem  с  учетом  принципа  минимума  энергии  с  геометрической  оптимизацией,  осуществленной  по  методу  сопряженных  градиентов  Полака-Рибири  в  вакууме).

Рисунок  1.  Структурная  формула  и  модель  молекулы  фруктобората  цинка

                              а)                                                        б)

Как  видно  из  рисунка  1  а)  и  б),  молекула,  синтезированного  комплекса,  состоит  из  двух  фруктоборатных  анионов,  электростатически  связанных  с  ионом  цинка.  В  свою  очередь  фруктоборатный  анион  состоит  из  двух  остатков  фруктозы  и  атома  бора. 

Создание  такой  структуры  выполнялось  с  учетом  нескольких  фактов:

1.  Выбор  фруктозы  обусловлен  тем,  что  бор  способен  образовывать  с  ней  комплексы  (что  не  возможно  для  лактозы,  сахарозы  и  многих  других  углеводов),  а  также  ее  огромной  биологической  ролью.

2.  Участие  бора  в  комплексе  не  случайно:  во-первых,  анализ  литературных  данных  показал,  что  бор  положительно  влияет  на  процесс  усвоения  цинка  [4,  с.  1],  во-вторых,  замечено,  что  во  многих  странах  мира  обнаружен  недостаток  этого  элемента  в  рационе  людей,  что  приводит  к  возникновению  ряда  тяжелых  заболеваний,  например,  таких  как  остеопороз,  артрит,  костный  флюороз  и  др.  [2,  с.  258].

На  основании  вышеизложенного  можно  сделать  вывод,  что  фруктоборатный  цинксодержащий  комплекс  может  обладать  высокой  биологической  активностью  и  усвояемостью,  и  соответственно  применяться  для  профилактики  или  лечения  различных  заболеваний,  вызванных  дефицитом  цинка  и  бора.

На  данный  момент  на  кафедре  химии  ГОУ  ВПО  СевКавГТУ  идут  исследования  физико-химических  свойств  фруктобората  цинка.  Уже  получены:

1.  Данные  о  растворимости  фруктобората  цинка  в  различных  растворителях  (он  хорошо  растворим  только  в  водной  среде  при  рН  <  7);

2.  Данные  о  массовом  содержание  цинка  и  бора; 

3.  Данные  о  его  поляриметрических  свойствах  (определено  удельное  вращения  плоскости  поляризации,  которое  составляет  [a₀]_Д^20°  =  -  47,87º)

4.  Уф-спектры,  один  из  которых  представлен  на  рисунке  2.

Рисунок  2.  Абсолютный  УФ-спектр  фруктобората  цинка

Анализ  спектра  показал,  что  фруктоборат  цинка  поглощает  излучение  с  длиной  волны  от  190–380  нм.  Присутствие  нескольких  пиков  на  спектре  можно  объяснить  следующим  образом:  самый  интенсивный  пик  при  200  нм  соответствует  наличию  в  соединении  –О–Н  и  –О–  связей,  а  характерный  вид  кривой  спектра  от  240  –  380  нм  может  соответствовать  присутствию  в  молекуле  фруктобората  цинка  связей  образованных  по  донорно-акцепторному  механизму  (связь  между  атомом  бора  и  кислорода  гидроксильной  группы  фруктозы)  [1,  с.  58].

В  дальнейшем  после  определения  индивидуальных  характеристик  фруктобората  цинка  (удельного  вращения  плоскости  поляризации,  УФ-спектров)  было  проведено  2  эксперимента  с  целью  выяснения  его  устойчивости  в  водных  растворах:

1.  Определение  влияния  кратковременного  нагрева  раствора  (в  течение  10  минут)  на  устойчивость  тройного  комплекса  цинка;

2.  Определение  влияния  pH  среды  на  устойчивость  данного  соединения.

В  первом  опыте  подготовленные  образцы  раствора  фруктобората  цинка  были  нагреты  до  определенной  температуры  (30,  40,  50……100  ℃)  и  выдержаны  в  течение  10  минут.  Затем  из  каждого  образца  были  отобраны  пробы,  которые  в  дальнейшем  анализировались  с  помощью  поляриметрического  анализа  и  УФ-спектроскопии.  В  результате  были  получены  идентичные  УФ-спектры  для  всех  образцов,  также  не  наблюдалось  и  изменений  в  удельном  вращении  плоскости  поляризации  (-47,87º),  что  позволяет  сделать  вывод  об  устойчивости  фруктобората  цинка  к  кратковременным  нагревам  в  водный  среде  до  100  ℃.

Во  втором  опыте  были  подготовлены  образцы  с  различным  значением  рН,  у  которых  в  дальнейшем  определялось  удельное  вращение  плоскости  поляризации.  В  результате  была  получена  зависимость,  представленная  на  рисунке  3,  анализ  которой  выявил  следующие  факты:

1.  в  кислой  и  нейтральной  среде  при  рН  ≤  7  фруктоборатный  комплекс  не  изменяется; 

2.  при  рН  =  8  ÷  9  происходит  образование  гидрооксида  цинка  и  начинает  протекать  процесс  изомеризации  фруктоборатного  аниона,  при  рН  ˃  10  процессы  изомеризации  ускоряются  и  фруктоборатный  комплекс  разрушается.

Рисунок  3.  Изменение  удельного  вращения  плоскости  поляризации  фруктобората  цинка  от  pH  среды

Проведенные  исследования  и  полученные  данные  помогут  в  дальнейших  экспериментах  для  идентификации  фруктоборатного  цинксодержащего  комплекса.

Так  же  планируется  более  детально  изучить  молекулярную  и  кристаллическую  структуру  фруктобората  цинка  с  помощью  ИК-,  КРС-спектроскопий  и  РФА.

Список  литературы:

1.Левшин  Л.  В.,  Салецкий  А.  М.  Оптические  методы  исследования  молекулярных  систем.  –  М.:  Изд-во  МГУ,  1994.  –  320  с. 

2.Оберлис  Д.,  Харланд  Б.,  Скальный  А.  Биологическая  роль  макро-  и  микроэлементов  у  человека  и  животных.  –  СПб.:  Наука,  2008.–  544  с.

3.Скальный  А.  В.,  Рудаков  И.  А.  Биоэлементы  в  медицине.–  М.:  МИР,  2004,  –  272  с.

4.Столица  Медикл.  [электронный  ресурс]  –  Режим  доступа.  -  URL:  http//www.smed.ru  (дата  обращения:  20.09.2011)