Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
Амфифильные вещества стремятся сконцентрироваться на границах раздела. Молекулы этих веществ обычно состоят из длинных углеводородных цепей, связанных с короткой полярной «головкой». В большинстве случаев полярность «головки» обусловлена наличием атомов азота или кислорода, неподеленные пары электронов которых образуют водородные связи с молекулами воды. С другой стороны, для попадания в воду углеводородная цепь должна разорвать водородные связи между молекулами воды, которые энергетически препятствуют этому разрыву. Поэтому амфифильные вещества, используя минимум энергии, располагаются на границе раздела масло — вода таким образом, что гидрофильная «головка» находится в воде, а липо-фильные углеводородные цепи размещаются в масле, взаимодействуя с подобными себе цепями растворителя (см. рис. 14.1,6). Накопление амфифильного вещества на границе раздела прекращается сразу же после того, как на ней образуется мономолекулярный слой этого вещества. Однако такой монослой всегда будет местом постоянного турбулентного обмена с другими молекулами амфифильного вещества, стремящимися занять место в пограничном слое; последний имеет пониженное поверхностное натяжение и легко деформируется. На границе раздела
311" могут накапливаться как растворимые, так и нерастворимые вещества.
Упорядоченное, ориентированное расположение молекул в поверхностном слое и повышенная концентрация вещества в нем обусловливают отличие химической реакционной способности молекул в поверхностном слое от таковых, находящихся внутри фаз по обе стороны от него. Например, в поверхностном слое молекулы транс-изомера ненасыщенной алифатической кислоты могут быть настолько сближены, что двойные связи становятся недоступны для перманганат-иона из прилежащего водного слоя. Поэтому в этих условиях окисляться будет только цис-изомер, тогда как внутри фазы оба изомера окисляются с одинаковой скоростью [Pideal, 1945].
Мицеллы. Разбавленные водные растворы поверхностно-активных веществ имеют обычные физические свойства. Однако при определенной высокой концентрации (характерной для каждого вещества) наступает резкое изменение поверхностного натяжения, осмотического давления и электропроводности, обусловленное появлением новой диспергированной фазы, образованной агрегатами, называемыми мицеллами. Обычно они имеют почти сферическую форму, так как вследствие взаимодействия с окружающей их водой гидрофильные группы вещества располагаются на поверхности сферы, а липофильные углеводородные цепи — внутри нее. Минимальная концентрация вещества, при которой возможно образование мицелл, называется критической мицеллярной концентрацией.
Более подробно о коллоидах и мицеллах см. Fisher, Oaken-full (1977) и Tanford (1980).
14.1. Поверхностные явления и действие лекарств, диуретики, сердечные гликозиды
Большинство лекарственных веществ действуют на поверхности, поэтому физико-химические параметры этих соединений, определяемые после адсорбции вещества на мономолекулярной пленке, имели бы большую биологическую значимость. С применением этого метода были получены интересные результаты, но пока лишь немногие из них пригодны для создания единой стройной картины изучаемых явлений. Низкая интенсивность развития этих исследований обусловлена не только острым дефицитом специалистов, широко эрудированных как в физике, так и в биологии, но и тем, что не все фундаментальные законы химии поверхностей изучены досконально.
14.1.1. Мицелляриые равновесия
Один из наиболее важных разделов химии поверхностно-активных веществ, с помощью которого могут быть решены многие неясные вопросы избирательной токсичности, связан с проб-
312" Рис. 14.2. Бактерицидное действие 4-бензилфеиола (0,0016 моль) при 200C на Е. coli (2ХІ09 клеток/мл) в
2
водных растворах лаурата калия разной концентрации [Berry, Cook, Wills, 19561.
S 1,6
X
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 Молярная концентрация лаурата калия
лемами равновесия между мономерами и мицеллами в водных растворах. Например, ионы агентов с OMM выше 150 в концентрированных растворах обычно обратимо полимеризуются, образуя мицеллы. Сравнительное изучение влияния заместителей на критическую мицеллярную концентрацию (KMK) и биологическую активность лекарственных веществ — перспективная область исследований. Методами изучения KMK следует считать прецезионную оптическую интерферометрию, исследование отклонений от закона Бугера — Ламберта — Бэра (пропорциональность между оптической плотностью и концентрацией вещества) с помощью УФ-спектроскопии, изучение специфической электропроводности (мицеллы обладают большей электропроводностью, чем составляющие их ионы), определение внезапного относительного снижения концентрации противо-иона (например, Cl- или Na+) при повышении концентрации лекарственного вещества.
Применение мыла для повышения растворимости в воде фенолов, используемых для дезинфекции, основано на образовании смешанных мицелл фенола и мыла. Оказалось, что при изменении их относительной концентрации (или соотношения между ними) отмечается несколько зон бактерицидной активности (рис. 14.2) [Berry, Cook, Wills, 1956]. Первая из них, со слабой активностью, существует при концентрации лаурата калия ниже 0,03 М. Максимальный бактерицидный эффект достигается при величине KMK 0,03 M для мыла. Следовательно, бактерицидное действие — это совместное действие фенола (в основном) и мыла на протоплазматическую мембрану (о повреждении мембран см. разд. 14.3). При повышении концентрации мыла до 0,045 M происходит резкое снижение бактерицидного эффекта, что объясняется включением все большего числа молекул фенола в
