ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2019, том 89, № 3, с. 441-446

УДК 547.794.3

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ

ФОСФОРИЛИРОВАННОГО ГЛИКОЛУРИЛА

Е. В. Минаева^a, А. А. Муратбекова^c, А. К. Салькеева^c

^aКарагандинский государственный университет имени Е. А. Букетова,

ул. Университетская 28, Караганда, 100028 Казахстан

*e-mail: LSalkeeva@mail.ru

^bНациональный исследовательский Томский политехнический университет, Томск, Россия

^cКарагандинский государственный политехнический университет, Караганда, Казахстан

Поступило в Редакцию 30 августа 2018 г.

После доработки 20 сентября 2018 г.

Принято к печати 26 сентября 2018 г.

На примере природного жирного липофильного спирта холестерина изучена комплексообразующая

способность гликолурилдифосфоновой кислоты, синтезированной на основе классической реакции

Арбузова. В результате проведенных вольтамперометрических исследований предложен способ

формирования нового чувствительного электрохимического сенсора по определению общего

холестерина, обладающего высокой эффективностью в сравнении с имеющимися образцами.

Ключевые слова: гликолурил (бисмочевина), бисфосфоновая кислота, холестерин, электрохимический

сенсор

DOI: 10.1134/S0044460X19030168

Производные гликолурила привлекают внимание

Структура полученной дифосфоновой кислоты

исследователей в связи с возможностью их функци-

1 предполагает ее высокую способность к комп-

онализации и практического применения в раз-

лексообразованию и, очевидно, возможность соз-

дания супрамолекулярных систем по типу гость-

личных областях [1-11]. Ранее нами была показана

хозяин, в которых могут координироваться

возможность синтеза {(2,5-диоксогексагидроими-

несколько молекул кислоты

1 в образовании

дазо[4,5-d]имидазол-1,4-диил)бис(2-оксоэтан-2,1-ди-

нового комплекса включения. С этой целью была

ил)}бис(фосфоновой кислоты) 1 по схеме клас-

исследована возможность использования дифосфо-

сической реакции Арбузова на основе 1,4-бис-

новой кислоты

1 в комплексообразовании с

(бромацетил)тетрагидроимидазо[4,5-d]имидазол-

соединениями различной природы. В частности,

2,5(1H,3H)-диона и триэтилфосфита [12].

проведены исследования по применению {(2,5-

диоксогексагидроимидазо[4,5-d]имидазол-1,4-диил)-

бис(2-оксоэтан-2,1-диил)}бис(фосфоновой кислоты)

1 в качестве модификатора поверхности углерод-

содержащих электродов для определения холестерина.

Холестерин представляет собой природный

H₂

жирный спирт. Данное соединение играет сущест-

N NH

венную роль в организме человека: участвует в

H₂

синтезе витамина D, различных стероидных

гормонов (в том числе, женских половых гормонов

эстрогена и прогестерона, а также мужского

полового гормона тестостерона), участвует в

441

442

САЛЬКЕЕВА и др.

системы, обладая высокой селективностью и

относительной простотой изготовления, проявляют

высокую чувствительность к внешним условиям

(изменение температуры окружающей среды,

водородного показателя среды и т. д.), что

обусловлено склонностью ферментов к денату-

рации

[15]. Данная особенность оказывает

негативное влияние на воспроизводимость и

точность ферментативных сенсоров. В свою

очередь, сенсоры на основе наночастиц обладают

сниженной селективностью, по сравнению с

ферментативными. Кроме того, процесс синтеза

наночастиц сложно поддается стандартизации, в

связи с чем осложняется задача массового выпуска

подобных приборов [16]. Таким образом, подбор и

разработка новых модификаторов поверхностей

Потенциал, В

электродов представляет собой актуальную научно-

Рис. 1. Вольтамперограмма холестерина (10 мкмоль/дм³).

техническую задачу.

1 - немодифицированный стеклоуглеродный электрод,

Ранее было показано, что вольтамперометри-

2 - модифицированный электрод. Фоновый электролит -

ческое определение зависит от природы материала

фосфатный буфер с pH = 6.86, v = 0.04 В/с, E_п = +1.06 В.

электрода, а также от величины потенциала, при

котором происходит реакция с участием опреде-

ляемого компонента на электроде [17]. С целью

работе нервной и иммунной системы, а также в

поиска новых подходов к определению холес-

липидном обмене

[13]. Однако, несмотря на

терина и разработки методик его определения мы

положительную роль данного стерина в организме,

попытались использовать стеклоуглеродные элек-

он может являться одним из маркеров ряда

троды, модифицированные полифункциональным

сердечно-сосудистых заболеваний (атеросклероза,

азагетероциклическим соединением ряда бицикли-

гипертензии, церебрального тромбоза, ишеми-

ческих бисмочевин, а именно дифосфоновой

ческой болезни сердца, инсульта и пр.), нарушений

кислотой 1.

липидного обмена и сахарного диабета [14]. Таким

образом, задача контроля содержания холестерина

Все электрохимические измерения проводили с

в крови пациентов имеет существенное значение в

применением трехэлектродной ячейки, состоявшей

клинической диагностике и терапии сердечно-

из рабочего электрода (модифицированный стекло-

сосудистых заболеваний.

углерод), вспомогательного и электрода сравнения

(применяли хлоридсеребряные электроды). Все

Высокая актуальность задачи определения

измерения проводили в фосфатном буфере с pH =

холестерина обусловливает активное развитие раз-

6.86. Таким образом, измерения проводили в

личных аналитических методик определения, в том

условиях, приближенных к физиологическим.

числе, электрохимических методик и соответствую-

щих сенсоров. Применение электрохимических

Показано, что применение модификатора

сенсоров выглядит перспективно для изготовления

позволяет получить сигнал окисления холестерина

тест-систем и диагностики клинических анализов

в анодной области потенциалов (рис. 1). Нанесение

по месту лечения благодаря простоте и быстроте

модификатора осуществляли двумя способами:

исполнения, низкой стоимости и возможности

физической адсорбцией из раствора и электро-

миниатюризации в сочетании с высокой чувстви-

химическим нанесением. Установлено, что

тельностью метода. Большинство существующих

электрохимическое нанесение позволяет получать

сенсорных методик определения холестерина

более стабильный отклик на стеклоуглеродном

основаны на применении ферментативных систем

электроде. Потенциал полученного пика электро-

или наночастиц металлов (преимущественно,

окисления составляет

+1.06 В. При этом

серебра и золота). Однако имеющиеся подходы

модификатор в данной области потенциалов не

обладают рядом недостатков. Ферментативные

является электрохимически активным. Кроме того,

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 3 2019

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ

443

E, В

Рис. 3. Зависимость регистрируемого тока окисления

холестерина от величины приложенного потенциала на

модифицированном электроде при различном pH

среды (состав системы: холестерин, Triton X-100,

изопропиловый спирт). pH = 1.65 (1), 6.86 (2), 12.43 (3).

пилового спирта и невозможностью взаимо-

действия холестерина и модификатора в случае

Потенциал, В

отсутствия эмульгирующего агента.

Рис.

2 Вольтамперограммы в отсутствие

(1) и в

Зависимость величины тока от концентрации

присутствии

(2-4) холестерина в ячейке на

модифицированном электроде (E_п

+1.06 В).

холестерина в ячейке линейна в диапазоне от 1×10^-6

Концентрация холестерина, мкмоль/дм³: 6 (2), 12 (3),

до 1×10^-5 моль/дм³. Полученный линейный диа-

18 (4).

пазон позволяет определять холестерин как в

продуктах питания, так и в биологических

применение фосфатного буфера в качестве фоно-

жидкостях (сыворотка крови). Полученный сигнал

вого электролита требовало применения дополни-

характеризуется высокой стабильностью в модель-

тельного эмульгирующего агента. В данной работе

ных средах, соответствующих объектам исследо-

был использован трет-октилфеноксиполиэтокси-

вания. Состав модельных сред представлен в

этанол (Triton X-100) (рис. 2).

таблице. Также проводили измерения на элек-

Установлено, что наличие пика электро-

тродах, изготовленных методом трафаретной

окисления холестерина наблюдается при наличии в

печати.

системе эмульгатора (Triton X-100) (рис. 3). В

Таким образом, предлагаемый метод опре-

отсутствие эмульгирующего агента сигнала не

деления холестерина с использованием в качестве

наблюдалось.

Данный факт объясняется

модификатора {(2,5-диоксогексагидроимидазо[4,5-

нахождением модификатора в водной фазе

d]имидазол-1,4-диил)бис(2-оксоэтан-2,1-диил)}бис-

вследствие его гидрофильности. Таким образом, в

(фосфоновой кислоты) позволяет снизить

отсутствие эмульгатора, молекула которого

потенциал окисления холестерина и получить

содержит в себе как гидрофобную, так и

стабильный сигнал в области, доступной для

гидрофильную часть, взаимодействие холестерина

измерения. Это открывает широкие перспективы

с модификатором не наблюдается. Кроме того,

применения модификатора в целях определения

изопропанол, несмотря на то, что он относится к

холестерина в пищевых продуктах и биологи-

классу

спиртов,

не

взаимодействует

ческих жидкостях человека с целью ранней

дифосфоновой кислотой 1.

диагностики сердечно-сосудистых заболеваний и

Показано также, что в соответствующей

терапии. В дальнейшем планируется апробация

области потенциалов эмульгирующий агент

полученной системы на реальных объектах, в

электрохимической активности не проявляет. В

частности на продуктах питания.

отсутствии какого-либо из компонентов системы

(холестерин, Triton X-100, изопропиловый спирт)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

наблюдается отсутствие пика электроокисления

холестерина, что объясняется недостаточностью

Дифосфоновая кислота

синтезирована

разбавления пробы при отсутствии изопро-

согласно методике [12].

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 3 2019

444

САЛЬКЕЕВА и др.

Состав модельных сред для определения содержания холестерина

Сыворотка крови

Продукты питания

компонент

cодержание, мМ.

компонент

содержание, мМ.

Глюкоза

6.40

Глюкоза

2.50

Аскорбиновая кислота

0.06

Галактоза

2.50

Пировиноградная кислота

0.50

Лактоза

0.03

Молочная кислота

0.20

Аскорбиновая кислота

0.01

Аспарагиновая кислота

0.02

Токоферола ацетат

0.01

Мочевая кислота

0.50

Казеин

0.50

Глутаминовая кислота

0.09

Альбумин

0.50

Аланин

0.31

Глобулин

0.50

Креатинин

1.00

Тиамин

1.00

Лейцин

0.19

Пиридоксин

1.50

Глицин

0.32

Цианокоболамин

2.00

Мочевина

5.00

Ретинола ацетат

0.01

Холекальциферол

0.10

Холин

3.50

Холестерин

5.00

Холестерин

0.05

Электрохимические измерения проводили при

Aldrich,

США). В качестве растворителя

помощи универсального электрохимического ана-

применяли изопропиловый спирт с содержанием

лизатора АТ (ООО «ИТМ», Россия). Анализатор

>99.7% (Sigma Aldrich, США). Для работы в

представляет собой универсальную электро-

водных средах дополнительно в систему вводили

химическую станцию для фиксации изменения

эмульгирующий агент Triton X-100 c содержанием

тока при вводе электроактивного соединения.

целевого компонента >99% с числом агрегации 120

Фиксация изменений тока происходит посредством

(Sigma Aldrich, США). Triton X-100 брали в

построения катодной или анодной развертки

соотношении

1:1 мас% к изопропанолу. От

потенциала. Доступны режимы постоянно-токовой,

полученного

объема дозатором со сменным

квадратно-волновой и дифференциально-импуль-

наконечником отбирали аликвоту 10 мкл и вносили

сной развертки. Данный анализатор предназначен

в кварцевый стакан объемом 15 мл, в который

для качественного и количественного определения

предварительно наливали

10 мл рабочего

соединений различной природы. Фоновый

электролита. Затем проводили перемешивание

электролит

- фосфатный буфер (смесь

1 М.

посредством стационарной вибрации рабочего

дигидрофосфата калия и

1 М. гидрофосфата

электрода в течение 20 с, после систему оставляли

натрия, pH = 6.86, ООО «Уралхиминвест», Россия).

на 30 с. Осуществляли регистрацию полученного

Рабочий электрод - стеклоуглеродный (ООО НПП

тока

электроокисления

постоянно-

«Томьаналит», Россия). Вспомогательный и

токовом режиме с дифференцированием при

электрод сравнения

- насыщенные хлорид-

скорости развертки потенциала v

0.05 В/с.

серебряные электроды (ООО НПП «Томьаналит»,

Рабочий диапазон потенциалов

+0.5-+1.0 В.

Томск, Россия). Для приготовления стандартного

Накопление в приэлектродном пространстве не

раствора холестерина использовали порошок

проводили. Дальнейший расчет содержания

холестерина, полученный из овечьей шерсти с

холестерина в ячейке проводили по калибровочной

содержанием целевого компонента 99.5% (Sigma

кривой.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 3 2019

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИХ СВОЙСТВ

445

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Тартаковский В.А. // ХГС.

2006.

№ 3. С. 411;

Kravchenko A.N., Sigachev A.S., Gazieva G.A,

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

Maksareva E.Yu., Trunova N.S., Chegaev K.A.,

Lyssenko K.A., Lyubetsky D.V., Struchkova M.I.,

интересов.

Il’in M.M., Davankov V.A., Lebedev O.V., Makhova N.N,

Tartakovsky V.A. // Chem. Heterocycl. Compd. 2006.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

N 3. P. 365. doi 10.1007/s10593-006-0094-2

10. Stancl M., Khan M.S.A., Sindelara V. // Tetrahedron

1. Бакибаев А.А., Горшкова В.К., Яговкин А.Ю.,

2011. Vol.

67. N

46. P.

8937. doi

10.1016/

Филимонов В.Д., Саратиков А.С. // Хим.-фарм. ж.

j.tet.2011.08.097

1994. Т. 28. № 8. С. 15; Bakibaev A.A., Gorshkova V.K.,

Yagovkin A.Yu., Filimonov V.D., Saratikov A.S.

11. Кравченко А.Н., Сигачев А.С., Максарева Е.Ю.,

Pharm. Chem. J. 1994. Vol. 28. N 8. P. 547. doi

Газиева Г.А., Трунова Н.С., Ложкина Б.В., Пивина Т.С.,

10.1007/BF02219026

Ильин М.М., Лысенко К.А., Нелюбина Ю.В.,

Даванков В.А., Лебедев О.В., Махова Н.Н.,

2. Салькеева Л.К., Бакибаев А.А., Хасенова Г.Т.,

Тартаковский В.А. // Изв. АН. Сер. хим. 2005. № 3.

Тайшибекова Е.К., Сугралина Л.М., Минаева Е.В.,

С. 680; Kravchenko A.N., Sigachev A.S., Maksare-

Салькеева А.К. // ЖПХ. 2016. Т. 89. Вып. 1. С. 103;

va E.Yu., Gazieva G.A., Trunova N.S., Lozhkin B.V.,

Sal’keeva L.K., Bakibaev A.A., Khasenova G.T.,

Pivina T.S., Il’in M.M., Lyssenko K.A. // Russ. Chem.

Taishibekova Ye.K., Sugralina L.M., Minaeva Ye.V.,

Bull. 2005. Vol. 54. N 3. P. 691. doi 10.1007/s11172-

Sal’keeva A.K. // Russ. J. Appl. Chem. 2016. Vol. 89.

005-0307-3

N 1. P. 132. doi 10.1134/S1070427216010213

12. Салькеева Л.К., Тайшибекова Е.К., Бакибаев А.А.,

3. Grillona E., Galloa R., Pierrota M., Boileaub J.,

Минаева Е.В., Макин Б.К., Сугралина Л.М.,

Wimmerb E. // Tetrahedron Lett. 1988. Vol. 29. N 9.

Салькеева А.К. // ЖОХ. 2017. Т. 87. Вып. 3. С. 435;

P. 1015. doi 10.1016/0040-4039(88)85322-X

Sal’keeva L.K., Taishibekova E.K., Bakibaev A.A.,

4. Jarvo E. R., Miller S. // Tetrahedron. 2002. Vol. 58.

Minaeva E.V., Makin B.K.,. Sugralina L.M., Sal’kee-

N 13. P. 2481. doi 10.1016/S0040-4020(02)00122-9

va A.K. // Russ. J. Gen. Chem. 2017. Vol. 87. N 3.

5. Christoffers J., Mann A. // Angew. Chem. 2001. Vol. 113.

P. 442. doi 10.1134/S1070363217030124

4725.

doi

10.1002/1521-3757(20011217)

13. Березов Т., Коровкин Б. Биологическая химия. М.:

113:24<>1.0.CO;2-M

Медицина, 2008. 704 с.

6. Krause N., Hoffmann-Rouder A. // Synthesis.

2001.

14. Roth G.A., Fihn S.D., Mokdad A.H., Aekplakorn W.,

Vol. 2. Р. 171. doi 10.1055/s-2001-10803

Hasegawa T., Lim S.S. // Bull. World Health Org. 2011.

7. Sibi M.P., Manyem S. // Tetrahedron. 2000. Vol. 56.

Vol. 89. P. 92. doi 10.2471/BLT.10.079947

N 41. Р. 8033. doi 10.1016/S0040-4020(00)00618-9

15. Wang J.

// Biosensors and Bioelectronics.

2006.

8. Leonard J., Diez-Barra E., Merino S. // Eur. J. Org.

Vol. 21. N 10. P. 1887. doi 10.1016/j.bios.2005.10.027

Chem. 1998. N 10. Р. 2051. doi 10.1002/(SICI)1099-

16. Saxena U., Bikas Das A.

Biosensors and

0690(199810)1998:10<2051::AID-EJOC2051>3.0.CO;2-T

Bioelectronics. 2016. Vol. 75. P. 196. doi 10.1016/

9. Кравченко A.H., Сигачев A.C., Газиева Г.А.,

j.bios.2015.08.042

Максарева Е.Ю., Трунова Н.С., Чегаев К.А.,

17. Bard A.J., Faulkner L.R. Electrochemical methods.

Лысенко К.А., Любецкий Д.В., Стрючкова М.И.,

Fundamentals and applications. New York: Wiley,

Ильин М.М., Даванков В.А., Лебедев О.В., Махова Н.Н.,

2001. P. 273.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 3 2019