КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 19-73-00251

НазваниеСоздание ионоселективных мембран на основе производных клозо-декаборатного и клозо-додекаборатного анионов для определения лекарственных веществ, в том числе антибиотиков, в биологических средах

РуководительКубасов Алексей Сергеевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2019 - 06.2021 

Конкурс№40 - Конкурс 2019 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-201 - Синтез, строение и реакционная способность неорганических соединений

Ключевые словаКлозо-декаборатный анион, клозо-додекаборатный анион, ионоселективные мембраны, химические сенсоры, бороводороды, антибиотики, биологические среды.

Код ГРНТИ31.17.15

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В рамках проекта будет разработан метод синтеза и очистки нового класса супрамолекулярных систем на основе сульфониевых производных клозо-декаборатного и клозо-додекаборатного анионов общей формулой: M[BnHn-1SR2] (n=10 или 12, M = Na, K или Cs, R= -C4H9, -C8H17, -C12H25, -C18H37) в качестве нового класса ионофоров катионообменного типа, с целью их использования в составах мембран с ионной проводимостью при разработке избирательных потенциометрических сенсоров. Будут описаны и систематизированы отличительные особенности электроаналитического поведения мембран на основе производных клозо-боратов от уже известных, например, тетрафенилборатов и их аналогов. Будут предложены новые способы получения и очистки высоколипофильных соединений клозо-боратов. Впервые будет проведены комплексные исследования использования этих соединений в качестве ионофоров в мембранах с ионной проводимостью (жидкие катионообменники, липофильные добавки и потенциалопределяющие ионы) для разработки потенциометрических сенсоров с высокой избирательностью и широким диапазоном измеряемых концентраций. Особенно актуально использование подобных мембран для определения уровня соединений, обладающих катионной формой: аминокислоты, фторхинолоны, макролиды, аминогликозиды, линкозамиды и др. Широкий диапазон отклика ионоселективных электродов даст возможность их использования как на производстве, для промежуточного контроля, так и для анализа содержания лекарственных веществ (ЛВ) в биологических средах, таких как кровь, моча и др. Так же предполагается их использование для экспресс анализа кормов, продуктов питания, сточных вод и питьевой воды. Данный метод не предполагает сверхвысокой точности и селективности внутри разных классов биологических препаратов при исследовании биологических матриц, сточных вод, кормов и т.д., однако, благодаря предполагаемой низкой себестоимости единичного анализа и экспрессности возможен первичный контроль образцов в полевых условиях и в лабораториях с целью необходимости дальнейшего анализа другими методами (ВЭЖХ, ВЭЖХ-МС).

Ожидаемые результаты
Будут разработаны методы синтеза и очистки нового класса ионофоров (переносчиков ионов) – сульфониевых производных клозо-декаборатного и клозо-додекаборатного анионов общей формулой: M[BnHn-1SR2] (n=10 или 12, M = Na, K или Cs, R= -C4H9, -C8H17, C12H25, C18H37). Предложен новый класс соединений для моделирования катионной проводимости в искусственных мембранах. Будут исследованы в качестве ионофоров производные синтезированных солей клозо-декаборатного и клозо-додекаборатного анионов при создании новых потенциометрических сенсоров. Будет установлено влияние длины радикала на электроаналитические свойства мембран ионоселективных электродов. Будут проведены исследования по использованию солей M[BnHn-1SR2] в качестве липофильной добавки в мембранах катион-селективных электродов вместо традиционно используемых. Будут проанализированы полученные результаты и дана сравнительная оценка по отношению к соединениям тетрафенилбората и его производных. Предполагается получить мембраны с измененными электроаналитическими параметрами, такими, как предел обнаружения и селективность за счет стереохимических факторов и электростатического взаимодействия в паре катион – анион. На основании проведенных исследований будут разработаны составы мембран ионоселективных электродов для определения физиологически активных аминов самого различного действия и строения, апример, аминокислот, фторхинолонов, макролидов, аминогликозидов, линкозамидов и др., в лекарственных формах (таблетки, капсулы, драже, микстуры, растворы для инъекций и др.), а также в биологических жидкостях (кровь, моча и др.). Предполагается оформление патентов на составы мембран. Результаты работы будут сравниваться с ведущими отечественными [Potentiometric cross-sensitive sensors based on perfluorinated membranes treated at different relative humidity for codetermination of cations and anions in alkaline solutions of amino acids.Parshina A.V., Safronova E.Yu., Titova T.S., Safronov D.V., Lysova A.A., Bobreshova O.V., Yaroslavtsev A.B. Russian Journal of Electrochemistry. 2017. Т. 53. № 11. С. 1294-1299. Determination of sulfur-containing anions in alkaline solutions using arrays of dp-sensors based on hybrid perfluorinated membranes with proton-donor dopants Parshina A.V., Denisova T.S., Safronova E.Yu., Karavanova Yu.A., Safronov D.V., Bobreshova O.V., Yaroslavtsev A.B. Journal of Analytical Chemistry. 2017. Т. 72. № 12. С. 1243-1250.] и мировыми [Nebsen M., El-Maraghy C.M., Salem H., Amer S.M. // . Ion selective membrane electrodes for determination of citalopram hydrobromide in drug product and in presence of its degradation products / Analytical & Bioanalytical Electrochemistry (2015), 7(4), 466-478; Lenik J. // Application of PVC in construction of ion-selective electrodes for pharmaceutical analysis: a review of polymer electrodes for nonsteroidal, anti-inflammatory drugs / Handbook of Polymers for Pharmaceutical Technologies (2015), 2, 195-227 и др.] исследованиями в данной области, что позволит обосновать эффективность применения производных клозо-боратов в качестве ионофоров в ионоселективных мембранах В результате реализации проекта будут разработаны ионоселективные электроды для определения физиологически активных аминов самого различного действия и строения, например, аминокислот, фторхинолонов, макролидов, аминогликозидов, линкозамидов и др., в лекарственных формах (таблетки, капсулы, драже, микстуры, растворы для инъекций и др.), а также в биологических жидкостях (кровь, моча и др.). Что даст возможность, в случае хороших результатов исследования, найти данным электродам применение в таких областях, как изготовление готовых лекарственных форм, фармацевтический анализ, биомедицинский анализ и др.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В ходе выполнения проекта был получен ряд цезиевых и тетрабутиламмониевых сульфониевых производных клозо-декаборатного аниона с различной степенью гидрофобности от малорастворимых в воде солей (Cs[B10H9S(n-Pr)2], Cs[B10H9S(i-Pr)2] и Cs[B10H9S(n-Bu)2]) до нерастворимых (Cs[B10H9S(n-C8H17)2], Cs[B10H9S(n-C12H25)2] и Cs[B10H9S(n- C18H37)2]). С ростом цепи в алкильном заместителе существенно понижается растворимость в воде для цезиевых солей и повышается растворимость в органических растворителях. Реакции алкилирования аниона [B10H9SH]2- первичными бромалканами в соотношении 1:1 приводят к образованию смеси моно-S- и ди-S,S-замещенных производных клозо-декаборатного аниона. В тоже время в присутствии более чем 2-х кратного избытка первичного галогеналкана реакция протекает с образованием дизамещенного производного с высокими выходами. Однако, при использовании в качестве алкилирующих агентов первичных галогеналканов с достаточно объемным фрагментом, например, N–бромметилфталимида или вторичных галогеналканов, например, изо-пропилбромида в более мягких условиях возможно селективное введение одного заместителя. В ходе работы исследованы донорно-акцепторные свойства кластерных анионов бора. Установлено, что клозо-декаборатный и клозо-додекаборатный анион способны выступать в качестве мягких оснований Льюиса и выступать в качестве лигандов в реакциях комплекскообразования с металлами мягкими кислотами Льюиса, в частности с Ag(I). Что существенно отличает данные соединения и их производные от используемых на данный момент активных компонентов в мембранах ионоселективных электродов, например, Ph4B. Рентгеноструктурные исследования комплексов [Ag(Ph3P)4][Ag(Ph3P)2B12H12], (Bu3NH)[Ag(Ph3P)2[B12Н12]] и [Ag2(Ph3P)4[B12Н12]] показали, что во всех соединениях окружение атома серебра, в координационную сферу которого входит две молекулы Ph3P и анион B12Н122–, аналогично подобным комплексам состава [M2(Ph3P)4B10H10] и [M(Ph3P)2B10H10]– (M = Ag(I), и Cu(I)). Атом Ag(I)) находится в квази–тетраэдрическом окружении, образованном ребром клозо–додекаборатного аниона и двумя атомами P от двух молекул Ph3P. Анион [B12Н12]2– координируется к каждому атому металла за счет образования двух трехцентровых двухэлектронных связей (МНВ) Лидокоиниевую соль [LidH][B10H9S(n-C18H37)2] получали из соли Cs[B10H9S(n-C18H37)2] и LidHCl метатезисом катионов в среде CH2Cl2/H2O. Полученную нами соль клозобората [LidH][B10H9S(C18H37)2] можно отнести к ионным ассоциатам, поэтому были проведены исследования по использованию этого соединения в качестве мембраноактивного компонента потенциоме-трического сенсора для определения лидокаина. В ходе работы установлен оптимальный состав полимерной ионоселективной мембраны на основе дибутилфосфата, поливинилхлорида и соли LidH][B10H9S(C18H37)2] в качестве активного компонента супрамолекулярной композиции. Коэффициенты селективности были определены согласно рекомендациям IUPAC по методу смешанных растворов при постоянной концентрации мешающих ионов 10-2М. Изменение рН в пределах 5 – 8 не влияло на величину электродного потенциала. Электроды обладали наилучшим пределом обнаружения аниона pLdkH+ = 7.46 (3.5 •10-8 М), и диапазоном линейного отклика р[LidH+] = 2 – 7 при угловом наклоне электродной характеристики 54±1 мв. Разработанные электроды могут быть рекомендованы для определения лидокаина водных растворах в присутствии больших избытков катионов щелочных и щелочноземельных металлов.

 

Публикации

1. Копытин А.В., Кубасов А.С., Жижин К.Ю., Герман К.Э., Шпигун Л.К. и Кузнецов Н.Т. Новая гибридная полимерная мембрана для потенциометрического уранил-селективного сенсора Доклады академии наук. Химия, науки о материалах, Т. 490, с. 1–4 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.31857/S2686953520020144

2. Малинина Е.А., Короленко С.Е., Кубасов А.С., Гоева Л.В., Авдеева В.В., Кузнецов Н.Т. Synthesis and structures of mono- and binuclear silver(I) complexes with triphenylphosphine and the dodecahydro-closo-dodecaborate anion Polyhedron, V.184, P. 114566 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.poly.2020.114566

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В ходе выполнения работы был разработан новый потенциометрический сенсор для чувствительного обнаружения лидокаина, который был получен с использованием ион-парных комплексов протонированного катиона лидокаина (LidH+) с сульфониевыми производными клозо-декаборатного аниона ([B10H9S(CmH2m+1)2]-) включеными в матричную мембрану из поливинилхлорида. Предложенные электроактивные материалы были охарактеризованы с использованием ИК спектроскопии, ЯМР-спектроскопии (1H, 11B, 13C) и элементного анализа. Исследования по оптимизации мембран показали, что сенсор на основе полимерной мембраны, содержащей (LidH[B10H9S(C18H37)2] в дибутилфталате, демонстрирует почти нернстовский ответ на лидокаин в широком диапазоне концентраций (1 × 10-7 - 1 × 10-2 M). в растворе с pH 4-7. Предел обнаружения составил 3 × 10-8 мкМ, что является самым низким значением среди опубликованных. Разработанный датчик успешно применялся для количественного определения лидокаина гидрохлорида в фармацевтических препаратах и ​​образцах мочи при низких концентрациях. Диапазон извлечения (n = 5) составлял 98,0–101,5%, а относительное стандартное отклонение менее 5%.

 

Публикации

1. Кубасов А.С., Турышев Е.С., Копытин А.В., Шпигун Л.К., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Sulfonium closo-hydridodecaborate anions as active components of a potentiometric membrane sensor for lidocaine hydrochloride Inorganica Chimica Acta, V.514, 119992 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.ica.2020.119992

2. Кубасов А.С., Турышев Е.С. ПРОИЗВОДНЫЕ СУЛЬФАНИЛ-КЛОЗО-ДЕКАБОРАТНОГО АНИОНА [B10H9SH]2- В КАЧЕСТВЕ АКТИВНОГО КОМПОНЕНТА В МЕМБРАНЕ ИОНОСЕЛЕКТИВНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИДОКАИНА XIX Всероссийская конференция «Актуальные проблемы неорганической химии: материалы для генерации, преобразования и хранения энергии» программа лекций и тезисы докладов участников, стр. 141-142 (год публикации - 2020)

3. Копытин А.В., Жижин К.Ю., Турышев Е.С., Кубасов А.С., Шпигун Л.К., Кузнецов Н.Т. Мембрана ионоселективного электрода для определения лидокаина -, 2725157 (год публикации - )

Возможность практического использования результатов
Наши экспериментальные результаты показали, что сульфониевые производные клозо-декаборатных анионов, содержащие длинноцепочечные алкильные заместители, очень перспективны для использования в качестве электроактивных материалов в ионных сенсорах. Разработанный высокочувствительный Lid-сенсор, основанный на функционировании LidH[B10H9S(C18H37)2] в ПВХ-матричной мембране, может быть рекомендован для применения в потенциометрическом анализе фармацевтических препаратов и токсикологическом анализе биологических образцов.