close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1573.Принципы зеленой химии и органический синтез

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство науки и образования Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Посвящается памяти
профессора Г. С. Миронова
ПРИНЦИПЫ ЗЕЛЕНОЙ ХИМИИ
И ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
Материалы Всероссийской
научно-практической конференции
9–10 октября 2009 года
Ярославль 2009
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 547+574
ББК Г.я43+Б1я43
П76
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве научного издания. План 2009 года
Редакционная коллегия:
А. В. Еремейшвили, канд. биол. наук, доц.;
В. Н. Казин, д-р хим. наук, проф. (отв. ред.);
В. Ю. Орлов, д-р хим. наук, проф.
П76
Принципы зеленой химии и органический синтез: материалы
Всероссийской
научно-практической
конференции,
г. Ярославль, 9–10 октября 2009 г. / отв. ред. В. Н. Казин ; Яросл.
гос.
ун-т им. П. Г. Демидова. – Ярославль: ЯрГУ, 2009. – 240 с.
ISBN 978-5-8397-0718-4
В сборнике опубликованы материалы Всероссийской научнопрактической конференции по актуальным проблемам органической химии, связанным с принципами «зеленой химии», охраной
окружающей среды и применением принципов живых систем в
синтезе. В центре внимания находятся следующие вопросы: современный органический синтез ароматических и гетероароматических структур; химия природных соединений; органическая химия
в решении экологических проблем; антропогенное воздействие на
окружающую среду: проблемы и перспективы; окружающая среда
и здоровье человека; современные технологии в экологическом образовании.
Материалы издаются в авторской редакции.
УДК 547+574
ББК Г.я43+Б1я43
ISBN 978-5-8397-0718-4
© Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова, 2009
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Памяти
Германа Севировича Миронова
(1935–2008 гг.)
В ненастный августовский день 2008 года от нас ушел Герман Севирович Миронов. Ученый, педагог, организатор. Человек с большой буквы, сделавший в жизни очень много.
Герман Севирович Миронов
 Доктор химических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации
 Заведующий кафедрой органической химии, проректор по
научной работе Ярославского политехнического института (в
настоящее время – ЯГТУ) с 1971 по 1993 гг.
 Основатель научной школы химиков-органиков, которая
является широко известным и признанным коллективом в области химии ароматических, гетероароматических искусственных соединений и их природных аналогов
 В рамках школы и под его руководством защищено более
40 кандидатских и 10 докторских диссертаций, создано направление химии ароматических и гетероароматических полифункциональных соединений
 Автор более 500 научных работ, более 100 авторских свидетельств и патентов, востребованных современной промышленностью
 Обладатель ордена Дружбы народов и ордена Почета
 Лауреат премии Правительства России
 Награжден знаком отличия «За заслуги перед городом Ярославлем», дипломом ВДНХ, имел звания заслуженный деятель
науки и техники РФ, почетный работник высшего образования
России, лауреат премии Правительства России.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Под руководством профессора Г. С. Миронова осуществлен
и внедрен комплекс разработок по созданию научных основ синтеза перспективных полупродуктов при производстве новых видов разнообразных красителей и пигментов, мономеров для высокопрочных и высокотермостойких полимеров, исходных соединений для цветных кинофотоматериалов, материалов для
микроэлектроники, биологически активных добавок, а также полифункциональных органических реактивов. Отработка основ
новых высокоэффективных технологий их получения в мягких
условиях создали реальную базу для развития целого ряда узловых процессов современной химии и химического производства.
Талантливый химик, он сам синтезировал сотни веществ и
говорил о том, какое это завораживающее чувство – держать в
руках вещество, которое еще никто в мире до тебя не держал.
Много вложил Герман Севирович в педагогическую деятельность. Строгий, но любимый преподаватель многих поколений студентов-химиков, биологов, экологов, которым он открыл удивительный мир органической химии и многие из которых в дальнейшем выбрали для себя эту область науки.
Прекрасный методист, подготовивший целый комплекс учебных материалов по органической химии. Создатель научной
школы, руководитель целой плеяды успешных аспирантов, которые нашли себя в самых различных областях – от академической науки до бизнеса.
Профессор Миронов возглавлял Ярославский государственный университет с 1983 по 2005 гг. Это был самый сложный период, когда само существование системы высшего образования
в России стояло под вопросом, когда казалось, что вузы никому
не нужны и их исчезновение – это только вопрос времени. Под
руководством Германа Севировича университет не только выжил, но и был признан лидером высшего образования в регионе,
твердо встал на путь инновационного развития.
Ректор Миронов умел, как никто другой, создавать команду
единомышленников, объединять различных по характерам, устремлениям людей для реализации общих задач. При этом он да6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вал максимум свободы для творческой реализации коллективов и
каждого сотрудника. В вузе установилась демократическая, истинно университетская атмосфера поддержки, с одной стороны,
всех научных и организационных начинаний, с другой – критического и тщательного анализа всех тенденций развития.
Как истинный лидер Герман Севирович обладал особым талантом принимать и проводить в жизнь правильные решения в
разных сферах межличностного и профессионального общения.
Много можно сказать о душевных качествах Германа Севировича, который всегда был готов выслушать и помочь обращающимся к нему сотрудникам и студентам университета
решить их многочисленные проблемы.
Россия высоко оценила вклад Германа Севировича Миронова в развитие науки и высшей школы – орден Почета, золотая и
серебряная медали, диплом ВДНХ, Заслуженный деятель науки и
техники РФ, Почетный работник высшего образования России.
Достойно оценивали его деятельность и коллеги – он являлся
действительным членом целого ряда общественных академий.
И сегодня его научная школа развивается и умножает направления деятельности. В настоящем сборнике представлены
работы учеников и коллег Г. С. Миронова, объединенные общей сферой деятельности – органическим синтезом и природоохранными проблемами. Единение созидающей химической
деятельности и бережного отношения к окружающей среде является одним из атрибутов устойчивого развития техносферы,
что отразилось в создании принципов «зеленой химии». Именно это направление стало основополагающим для органиковсинтетиков школы Миронова в последние годы и нашло свое
отражение, в частности, в последнем крупном учебнике «Химические основы экологии», написаннном Германом Севировичем в соавторстве с учениками.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 1. Проблемы современного
органического синтеза
и принципы «зеленой химии»
ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ
КАРБО-, N,O-СОДЕРЖАЩИХ
ГЕТЕРОАРОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В. Ю. Орлов, А. Д. Котов
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
E-mail: orl@bio.uniyar.ac.ru
Применение реакций SNArH для функционализации ароматических систем, содержащих нитрогруппу, позволяет синтезировать широкий спектр соединений – биологически активные веществ, синтонов, мономеров. Изучались особенности взаимодействия нитроаренов с арилацетонитрилами, и возможности
модификации образующихся продуктов.
N
N
O
Ar
N
4
OH
NaOH
Ar
/
*
1
V2 O 5
H2SO4
N
NH2
O
R
CHCl3 / HNO3
/
i-PrOH NaOH
Ar
R
NH2OH 1/2 H2SO4
R=H
Tar products
Ar
CN
R = Hlg
Ar
R
3
NC
N2
i-PrOH
NaOH
CN
Ar
R=H
NOH
O
Ar
2
Solid phase system
R = Hlg
CN
R
NO2
N
CN
R
R
OH
NO2
CN
Ar
NaNO3/ H2SO4
R
H
N
NO2
O2N
R
R
O
O
N
R
Проведение реакции в среде алифатических спиртов и в присутствии избытка щелочи, в случае 4-замещенных нитроаренов,
приводит к 5-R-3-арил-2,1-бензизоксазолам (направление 1). Получены данные по влиянию целого ряда факторов (температура, растворитель, структура реагентов и др.) на протекание процесса. Сде8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лано заключение по механизму процесса, лимитирующей стадией
которого является образование соответствующего σН-комплекса.
Установлено, что формирование целевых структур включает стадию арилцианометилен орто-хинонмонооксима, что ранее показано не было. При проведении реакции в токе азота удается, наряду с
соответствующими 5-R-3-арил-2,1-бензизоксазолами, идентифицировать арилцианометилен орто-хинонмонооксимы, существующие
в нескольких стереоизомерных формах (направление 2). 4-Незамещенные нитроарены в данных условиях всегда образуют арилцианометилен пара-хинонмонооксимы (направление 3), также существующие в нескольких стереоизомерных формах.
Проведение реакций в отсутствие растворителя также приводит к осуществлению процесса SNArH (направление 4). Однако,
для 4-замещенных нитроаренов гетероциклизация не происходит,
и выделяются смоловидные вещества. Таким образом, в синтезе
5-R-3-арил-2,1-бензизоксазолов методом SNArH растворитель оказывает ключевое влияние на стадию циклизации.
На схеме также представлены пути модификации 5-R-3арил-2,1-бензизоксазолов. Установлены достаточно неожиданные
закономерности реакции нитрования. Направление процесса
взаимодействия антранилов с нитрующими реагентами зависит
от применяемых реакционных условий. Проведение реакции в
среде концентрированной серной кислоты и при использовании
нитрата натрия или азотной кислоты приводит к образованию
5-хлор-7-нитро-3-(4-нитрофенил)-2,1-бензизоксазола, в то время
как при взаимодействии с азотной кислотой в среде хлороформа
или хлористого метилена при комнатной температуре формируется 2-хлор-4-нитро-9,10-дигидро-9-акридинон. В условиях используемой реакционной системы твердофазного нитрования
происходит трансформация, приводящая к 2-хлоракридинону.
Осуществлено также непосредственное аминировании 5-R-3арил-2,1-бензизоксазолов в реакционной системе сернокислый
гидроксиламин/концентрированная серная кислота/оксид ванадия
(V) (катализатор). Так, был получен 5-хлор-3-(4’-аминофенил)-2,1бензизоксазол (IIа), что ранее в литературе не описано.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
АРОМАТИЧЕСКОЕ НУКЛЕФИЛЬНОЕ
ЗАМЕЩЕНИЕ В МЕЖФАЗНЫХ СИСТЕМАХ
В. В. Плахтинский, И. Г. Абрамов
Ярославский государственный технический университет
E-mail: plakhtinskiyvv@ystu.ru.
Реакция ароматического нуклеофильного замещения SNAr
является одной из основных реакций, применяемых для синтеза
широкой гаммы функциональных соединений ароматического и
гетероароматических рядов; ее закономерности и механизмы постоянно исследуются. Представляет интерес являются исследование закономерностей данной реакции с использованием протонодонорных OH-, NH-, SH-нуклеофилов в присутствии депротонирующих агентов, когда реагент-нуклеофил образуется in situ на
поверхности раздела фаз; там же и протекает замещение.
Примеры замещения атомов и групп в межфазных условиях
весьма многочисленны, однако в последнее время появились новые данные по этой проблеме (особенно по механизму этой межфазной реакции), и поэтому, на наш взгляд, возникла необходимость в их обобщении.
В докладе рассмотрены механизм действия депротонирующих агентов, таких, как карбонаты металлов и обсуждены закономерности реакций SNAr в активированных системах. Рассмотрены вопросы влияния строения субстрата и реагента, природы
среды и депротонирующего агента на реакционную способность,
строение промежуточных частиц и др.
Синтетические аспекты данной реакции обсуждены в плане
конструирования диарильных мостиковых соединений, а также
функциональных O-, N-, S-содержащих гетероароматических молекулярных систем. Последние получаются при использовании
орто-дизамещенных субстратов с двумя потенциальными нуклеофугами и бифункциональных орто-дизамещенных OH-, NH-,
SH-нуклеофилов в присутствии депротонирующих агентов.
Литература
1. Плахтинский В. В., Абрамов И. Г. Изв. вузов. Химия и
хим. технология. 2002. Т. 45, вып. 1. С. 3–12.
2. Власов В. М. Успехи химии. 2006. Т. 75, вып. 3. С. 851–883.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
НОВЫЙ ПОДХОД
К ПОЛУЧЕНИЮ ТРИЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ,
СОДЕРЖАЩИХ ФРАГМЕНТЫ
БЕНЗОКСАЗЕПИНОНА И БЕНЗТИОЗЕПИНОНА
НА ОСНОВЕ РЕАКЦИИ ДЕНИТРОЦИКЛИЗАЦИИ
А. В. Смирнов, Л. С. Каландадзе,
В. Н. Сахаров, А. В. Сапегин, Т. А. Христолюбова
Ярославский государственный
педагогический университет им. К.Д. Ушинского
sav_work@mail.ru
Нами освоен новый подход к получению широкого круга производных
дибензотиазепин-11(10H)-она,
дибензооксазепин11(10H)-она, пиридобензтиазепин-10(11H)-она, и пиридобензоксазепин-10(11H)-она (Схемы 1, 2). Предлагаемый поход имеет две
отличительные особенности. Во-первых, он основан на использовании в качестве исходных субстратов о-нитрохлорпроизводных
бензола и пиридина 1 и в качестве исходных реагентов – тиосалициловой кислоты 2 (Схема 1) либо амидных производных салициловой кислоты 9 (Схема 2). Во-вторых, формирование целевых
трициклических систем 8 и 14 реализуется по маршрутам, включающим первоначально перегруппировку Смайлса с образованием
промежуточных спиро σ-комплексов 6 или 12 и последующую
реакцию денитроциклизации замещённых N-(2'-окси-) или N-(2'тиокси)-фенил-2-нитробензамидов 7 и 13. При этом нами установлено, что формирования трициклических систем общих формул 5
и 11 в выбранных условиях не происходит.
Установлено, что тиосалициловая кислота легко вступает в
реакцию ароматического нуклеофильного замещения с о-хлорнитропроизводными бензола и пиридина 1 с образованием кислот
3 (Схема 1). Из кислот 3 и первичных аминов с использованием
различных методик активации карбоксильной группы были получены амиды 4. Их нагревание в присутствии основания приводит к протеканию реакции внутримолекулярного ароматического
нуклеофильного замещения нитрогруппы (реакции денитроциклизации) с образованием бензтиазепиноновой системы 8. В качестве депротонирующего агента использовался карбонат калия,
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
применение которого приводило к протеканию денитроциклизации при температуре не ниже 75 °С. Выход целевых продутов
при этом составлял 75–90 %. Положительной стороной в использовании карбоната калия является также отсутствие необходимости в применении осушенного ДМФА.
NO2
R1
X
Cl
NO2
R1
HOOC
+
X
HS
H2N R2
S
X
COOH
2
1(a-d)
NO2
R1
S
CONHR2
4(a-h)
3(a-d)
K2CO3
ДМФА
R2
N
X
R1
O
R1
K2CO3
NO2
X
N
R2
R1
X
O
S
R2
S
8(a-h)
R2
N
R1
O
S
N
O
6(a-h)
7(a-h)
1,2: a: X= C, R1= Cl; b: X= N, R1= Cl
c: X= C, R1= CN; d: X= N, R1= H.
NO2
X
S
5(a-h)
4-8: a: X= C, R1= Cl, R2= CH3; b: X= N, R1= Cl, R2= CH3;
c: X= C, R1= Cl, R2= C6H5; d: X= N, R1= Cl, R2= C6H5;
e: X= C, R1= CN, R2= CH3; f: X= N, R1= H, R2= CH3;
g: X= C, R1= CN, R2= C6H5; h: X= N, R1= H, R2= C6H5.
Схема 1
Основываясь на данных спектроскопии ЯМР 1H и массспектрометрии, сначала мы предполагали, что в результате синтеза были получены бензтиазепиновые системы 5. Однако более
детальное исследование структуры полученных трициклических
систем методом двумерной спектроскопии 1Н-1H NOESY показало, что единственными продуктами циклизации являются их
изомерные аналоги 8 (Схема 1).
В виду сложности протекания реакции между о-хлорнитропроизводными бензола и пиридина с салициловой кислотой, для
синтеза дибензо- и пиридо-бензоксазепиноновых систем нами был
предложен синтетический подход, заключающийся в использовании в качестве реагентов N-алкил- и N-арилзамещенных салициламидов 9 (Схема 2). Реакция также проводилась в среде ДМФА в
присутствии депротонирующего агента карбоната калия.
Гипотетически первой стадией взаимодействия соединений 1
и 9 может являться либо замещение атома хлора атомом кисло12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рода фенольной группы с образованием промежуточных соединений 10, либо замещение атома хлора амидным реакционным
центром с образованием промежуточных соединений 13 (Схема 2). С использованием метода ЯМР 1H спектроскопии установлено, что на первой стадии изучаемого процесса амидная группа
в салициламидах 9 не может выступать в качестве нуклеофильного реакционного центра, и соединения 10 являются единственными промежуточными продуктами на пути формирования целевых трициклических систем.
R1
HN
NO2
N
R2
R1
К2СО3
O
+
Cl
NO2
HO
1(a-d)
N
ДМФА
10(a-h)
9(a,b)
O
O
NH
R2
К2СО3
R1
К2СО3
O
R1
N
N
R2
O
14(a-h)
9: a: R2= CH3;
b: R2= C6H5.
NO2
N
N
R1
N
N
R2
R2
O
13(a-h)
NO2
O
O
O
R2
N
R1
N
O
O
11(a-h)
12(a-h)
10-14: a: X= C, R1= Cl, R2= CH3; b: X= N, R1= Cl, R2= CH3;
c: X= C, R1= Cl, R2= C6H5; d: X= N, R1= Cl, R2= C6H5;
e: X= C, R1= CN, R2= CH3; f: X= N, R1= H, R2= CH3;
g: X= C, R1= CN, R2= C6H5; h: X= N, R1= H, R2= C6H5.
Схема 2
Двумерные корреляционные спектры 1Н-1H NOESY уточняют
строение продуктов денитроциклизации, синтезируемых по Схеме
2. Они не соответствуют структурам 11, образование которых может произойти в результате прямой реакции денитроциклизации
10. Представленным спектральным данным полностью соответствуют структуры 14, образование которых может быть объяснено
тем, что, как и в случае формирования бензотиазепиноновой системы 8, реакции внутримолекулярного ароматического замещения
нитрогруппы предшествует перегруппировка Смайлса, протекающая через стадию образования интермедиатов 12 и 13.
Соединения, синтезируемые на основе представленного подхода, отличаются широкими возможностями структурной моди13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
фикации за счёт ожидаемых дальнейших превращений электроноакцепторных заместителей в субстратах (о-галогеннитробензолах и пиридинах) и варьирования заместителей в реагентах
(амидах салициловых и тиосалициловых кислот).
Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России”, Госконтракт
№ 02.740.11.0092).
Основные публикации авторов
по теме данного исследования:
1. Kalandadze L. S. et al. Denitrocyclisation in the synthesis of dibenzothiazepinones // Mendeleev Commun. 2006. № 5. P. 262-264.
2. Каландадзе Л. С. и др. Синтез дибензтиазепинов, содержащих оксодиазольный фрагмент // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2007. Т. 50,
вып. 1. С. 78–82.
3. Смирнов А. В. и др. Синтез дибензтиазепинов на основе ортонитрогалогенбензолов через перегруппировку Смайлса, предшествующую
реакции денитроциклизации // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2007.
Т. 50, вып. 8. С. 51–53.
4. Sakharov V. N. et al. Denitrocyclisation in Synthesis of Dibenzo[b,f][1,4]thiazepin-11(10H)-ones and Their Derivatives // J. Heterocyclic
Chem. 2007. Vol. 44. P. 1247–1251.
5. Сахаров В. Н. и др. Исследование реакции денитроциклизации в
синтезе дибензоксазепинонов и дибензтиазепинонов // Изв. вузов. Химия и
хим. технология. 2008. Т. 51, вып. 9. С. 73–75.
6. Сахаров В. Н. и др. Использование реакции внутримолекулярного
ароматического нуклеофильного замещения в синтезе бензоксазепиноновых
систем // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2008. Т. 51, вып. 10. С. 62–64.
7. Smirnov A. V. et al. Synthesis of dibenzo[d,f][1,4]oxazepin-11(10H)one and pyrido[2,3-b][1,4]benzoxazepin-11(10H)-one compounds based on onitrochloro derivatives of benzene and pyridine // Mendeleev Commun. 2008.
№ 18. P. 281–283.
8. Сапегин А. В. и др. Разработка метода синтеза соединений класса
бензоксазепинона с использованием реакции денитроциклизации // Химическая технология. 2009. Т. 52, вып. 4. С. 214–218.
9. Христолюбова Т. А. и др. Синтез и прогнозирование фармакологически значимых свойств новых полигетероциклических систем, содержащих фрагменты пиридобензоксазепинона и оксадиазола // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2009. Т. 52, вып. 7. С. 14–20.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
НОВЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА
ЗАМЕЩЕННЫХ ИЗОИНДОЛОНОВ
А. С. Воробьева, А. П. Ильин, М. В. Дорогов
vas@iihr.ru
Ярославский государственный
педагогический университет им. К. Д. Ушинского,
Исследовательский институт
химического разнообразя, г. Химки, МО
В настоящее время известен весьма ограниченный набор синететических методов, ведущих к получению высокозамещенных
изоиндолонов. В то же время эти соединения представляют существенный интерес как потенциальные скрининговые объекты
для поиска веществ с широким спектром биологической активности. Нами был разработан эффективный метод синтеза высокозамещенных изоиндолонов-1, основанный на ароматизации частично гидрированных предшественников в щелочных условиях:
R2
O
H
1
O
+
R3
R3
N C
+
R1
O
3
+
R4
N
4
i
R2
O
O
O
N
R3
R1
O
R1
O
N
O O
2
O
N
R4
i
+
R2
O
R2
O
R4
O
6
R1
ii
O
N
R3
R4
O
7
5
i - CH3OH, 50oC;
ii - CH3OH, NaOH, 50oC
Исходными соединениями в предложенном методе служат
низкомолекулярные, как правило легко доступные коммерчески
вещества, что позволяет легко синтезировать широкий спектр конечных структур. Первый этап синтеза – тандемная конденсация
Уги-Дильса-Альдера, приводящая с высокими выходами к ряду
2,3,7,7а-тетра-гидро-3а,6-эпокси-2-R-изоиндалонов-1 (6). Попытки ароматизации этих соединений в кислых условиях не привели
к получению желаемых ароматических систем, в то же время под
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
действием оснований целевые изоиндолоны (7) были синтезированы с практически количественным выходом.
Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России”, Госконтракт
№ 02.740.11.0092).
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОИЗВОДНЫХ
1,1,1-ТРИХЛОР-2,2,-ДИФЕНИЛЭТАНА
С НИТРИТАМИ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
В. Н. Казин, С. Г. Сибриков
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
Несмотря на разнообразие превращений трихлорэтилиденовой группировки в замещенных 1,1,1-трихлор-2,2-дифенилэтанах
и преобразований функций в ароматическом кольце в литературе
отсутствовали сведения о реакционной способности данных соединений при взаимодействии с нитритами щелочных металлов.
Нами впервые проведены комплексные исследования данной
реакции. В работах [1-4] рассмотрены превращения замещенных
1,1,1-трихлор-2,2-дифенилэтанов при взаимодействии с NaNO2
(KNO2) в различных растворителях. Реакцию проводили при
мольном соотношении субстрат : реагент : растворитель = 1 : 1 –
15 : 20 – 40 и температуре 60–130°С.
Показано, что в алифатических спиртах природа заместителя
в бензольном кольце не влияет на результат реакции: она заканчивается на стадии дегидрохлорирования с образованием соответствующих 1,1-дихлор-2,2-диарилэтенов. Установлено, что в
апротонных диполярных растворителях – ДМФА, ДМСО и др. –
в зависимости от строения субстрата образуются замещенные
1,1-дихлор-2,2-дифенилэтены или бензофеноны.
Реакции дизамещенных 1,1,1-трихлор-2,2-дифенилэтанов в
ДМФА протекали согласно схеме 1:
В апротонных диполярных растворителях нитрит-ион проявляет свойства сильного основания и, соответственно, дегидрохлорирующего агента. Независимо от природы заместителя в бензоль16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ном кольце превращение рассматриваемых субстратов происходит
через стадию дегидрохлорирования. При взаимодействии соединений (Iа-д) с NаNO2 в указанных выше условиях взаимодействие заканчивается на стадии дегидрохлорирования c образованием замещенных 1,1-дихлор-2,2-дифенилэтенов (IIа-д) с выходом 95-98 %.
R
R
NaNO 2
R
CH
CCl3
Iа-ж
R
NaNO 2
R
R
C
C
CCl2
IIа-ж
O
IIIе,ж
R = 4-ОН (а), 4-ОСН3 (б), 4-СН3 (в), Н (г), 4-Cl (д), 3-NO2 (е), 4-NO2(ж)
Схема 1
Присутствие электроноакцепторных нитрогрупп в соединениях (Iе,ж) приводит к неожиданному результату – трихлорэтилиденовая группа преобразуется в дихлорэтиленовую, а последняя в карбонильную. Таким образом, из соединения (Iе) при
100°С в течение 3 ч в ДМФА получен 3,3’-динитробензофенон
(IIIe), а на основе субстрата (Iж) синтезирован 4,4’-динитробензофенон (IIIж) с выходами 94-97 %.
Исследовано влияние природы заместителя в нитрозамещенных 1,1,1-трихлор-2,2-бис(3-нитро-4-R-фенил)этанах на направление процесса. Реакции протекали по схеме:
R
O2N
CH
CCl3
R
NaNO2 R
NO2
ДМФА
IV а-г
O2N
R
C
X
NO2
V а-г
IV: R= 4-Cl (a), 4-OH (б), 4-СН3 (в), 4-ОСН3 (г); V: X= O (а), R = 4-OH (а);
IV: Х=CCl2 (б, в), R = 4-CH3 (б), 4-ОСН3 (в).
Схема 2
Многообразие превращений наблюдается при взаимодействии
1,1,1-трихлор-2,2-бис(3-нитро-4-хлорфенил)этана с NaNO2. Нали17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чие в молекуле соединения (IVа) нескольких реакционных центров, связанных с атомами хлора (β-углеродный атом трихлорэтилиденовой группы, 4- и 4’-углеродные атомы бензольных колец),
определяет возможные направления протекания реакции. В рассматриваемом процессе реализуются реакции дегидрохлорирования, последующее превращение дихлорэтиленовой группы в карбонильную, а также нуклеофильное замещение атомов хлора, связанных с бензольным кольцом, на гидроксигруппы. Нитрит-ион
является амбидентным нуклеофилом, способным в зависимости от
условий процесса и строения субстрата реагировать по атомам кислорода или азота: в первом случае продуктом реакции является
замещенный фенол, во втором – нитросоединение. В диполярных
апротонных растворителях нитрит-ион является сильным нуклеофилом, реагирующим преимущественно атомом кислорода. В результате взаимодействия при температуре 100-130оС, мольном соотношении (IVа):NаNO2:ДМФА=1:10-15:20-40 в течение 3-5 ч образуется 3,3’-динитро-4,4’-дигидроксибензофенон (Va) с выходом
93-95%. Таким образом, нами предложен новый способ синтеза
[5], позволяющий сократить количество стадий и повысить выход
3,3’-динитро-4,4’-дигидроксибензофенона – промежуточного соединения для полибензоксазолов.
Присутствие в соединении (IVб) гидроксигрупп замедляет
реакцию – образование 3,3’-динитро-4,4’-дигидроксибензофенона протекает при температуре 120-130оС в течение 8-10 ч.
Показано, что наличие в структуре соединений (IVв,г) наряду с
нитрогруппой электронодонорных метильной или метоксигрупп
делает невозможным получение соответствующих бензофенонов: в
данном случае протекает только дегидрохлорирование и образуются соответственно 1,1-дихлор-2,2-бис(3-нитро-4-толил) этилен (Vб)
и 1,1-дихлор-2,2-бис(4-метокси-3-нитрофенил)этилен (Vв).
Интерес представляет изучение влияния количества нитрогрупп на направление протекания процесса. Неожиданные результаты получены при взаимодействии 1,1,1-трихлор-2,2бис(3,5-динитро-4-хлорфенил)этана (VI) с нитритом натрия. Реакция протекает по схеме 3.
Присутствие в структуре исходного соединения четырех нитрогрупп приводит к дополнительной активации атомов хлора, свя18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
занных с углеродами бензольных колец. В первую очередь протекает нуклеофильное замещение галогенов на гидроксигруппы, по
трихлорэтилиденовой группе реализуется только реакция дегидрохлорирования. При температуре 60оС, мольном соотношении реагентов VI:NаNO2=1:6-10 в течение 2 ч образуется 1,1-дихлор-2,2бис(3,5-динитро-4-гидроксифенил)этилен с выходом 80-85%.
NO 2
NO 2
Cl
O 2N
Cl
CH
CCl 3
NO 2
NaNO2 HO
NO 2
NO 2
OH
ДМФА
O 2N
VI
C
VII
NO 2
CCl 2
Схема 3
При взаимодействии 1,1,1-трихлор-2,2-бис(3,5-динитро-4-толил)-этана (VIII) с NаNO2 протекает только реакция дегидрохлорирования. При температуре 80-110оС и при мольном соотношении
субстрат:NaNO2=1:1-4 в течение 1.5-2 ч получен 1,1-дихлор-2,2бис(3,5-динитро-4-толил)этилен (IX) с выходом 83-87%.
Таким образом, полученные результаты показывают, что необходимым условием для превращения трихлорэтилиденовой группы
в карбонильную в апротонных диполярных растворителях является
присутствие в ароматическом кольце субстратов электроноакцепторной нитрогруппы. Однако на результат реакции существенное
влияние оказывает природа заместителя, находящегося в ортоположении к нитрогруппе, и количество нитрогрупп.
Интерес представляло изучение влияния строения мостиковой группы на закономерности превращения динитропроизводных 1,1-дихлор-2,2-дифенилэтилена при взаимодействии с
NaNO2 в ДМФА.
В качестве объекта исследования выбран 1-хлор-2,2-бис(4нитрофенил)этилен, синтезированный согласно методике [6]. Полная конверсия исходного соединения отмечена уже при температуре 40-50оС, время реакции 0.5-1.0 ч. Методами тонкослойной и
жидкостной хроматографии установлено, что в результате реакции
образуется смесь трех продуктов, одним из которых является 4,4’19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
динитробензофенон. Анализ продуктов методами масс-спектрометрии, ПМР и ИК-спектроскопии показал, что в результате реакции кроме 4,4’-динитробензофенона образуются оксим 4,4’-динитробензофенона. Осуществлен встречный синтез оксима
4,4’-динитробензофенона взаимодействием 4,4’-динитробензофенона с гидроксиламином [7]. Результаты физико-химических методов исследования синтезированного продукта идентичны данным анализа соединения, выделенного из реакционной смеси. Методом хроматомасс-спектрометрии проведено разделение смеси на
индивидуальные соединения и выделены фрагменты в массспектре, относящиеся к неизвестной структуре. Данные массспектрометрии, ПМР и ИК-спектроскопии свидетельствуют, что
наряду с 4,4’-динитробензофеноном и оксимом 4,4’-динитробензофенона образуется 6-нитро-3-(4-нитрофенил)-2,3-дигидробензоизоксазол с выходами 50%, 30 % и 20 %, соответственно:
O 2N
NO 2
+ NaNO2
O 2N
NO 2
ДМФА
CHCl
O
O 2N
NO 2
N OH
O 2N
NO 2
H
O N
H
Схема 4
Таким образом, проведенные исследования по влиянию различных факторов: природы растворителя, заместителей в бензольном кольце и строения мостиковой группы на реакционную
способность производных 1,1,1-трихлор-2,2-дифенилэтанов при
взаимодействии с нитритами щелочных металлов выявило ряд
неочевидных моментов их превращений.
Литература
1. Сибриков С. Г., Казин В. Н., Копейкин В. В. // Изв. вузов. Химия и
хим. технология. 1993. Т. 36, вып. 10. С. 13–23.
2. Казин В. Н., Сибриков С. Г., Копейкин В. В., Миронов Г. С.
// ЖОрХ. 1991. Т. 27, вып. 2. С. 380–382.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Сибриков С. Г., Казин В. Н., Копейкин В. В. // ЖОрХ. 1994. Т. 30,
вып. 7. С. 1080.
4. Сибриков С. Г., Казин В. Н., Копейкин В. В., Орлова Т. Н. // Изв.
вузов. Химия и хим. технол. 1995. Т. 38, Вып. 6. С. 32–35.
5. Казин В. Н., Сибриков С. Г., Копейкин В. В., Миронов Г. С., Русанов А. Л., Казакова Г. В. А. с. 1606507 (1990). СССР // Б. И. 1990. № 42.
6. Сибогатулина Н. Г., Данильченко Е. Н., Сибриков С. Г., Казин В. Н.
Реакционная способность замещенных 1,1,1-трихлор-2,2-диарилэтанов с
NаNO2 в ДМФА // Современные проблемы биологии и химии: региональный сб. науч. тр. Ярославль, 2000. С. 100.
7. Препаративная органическая химия / Под ред. Н. С. Вульфсона. М.:
ГХИ, 1959. 171 с.
ЭФФЕКТ СОПРОВОЖДЕНИЯ
ПРИ ХЛОРИРОВАНИИ МЕТИЛОВЫХ ЭФИРОВ
БИФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
К. Л. Овчинников, С. С. Рожков, М. С. Черкалин
Ярославский государственный
технический университет
ovchinnikovkl@ystu.ru
Эффект сопровождения в реакциях электрофильного ароматического замещения заключается в первичном взаимодействии
атакующей частицы с функциональной группой в боковой цепи
субстрата, что оказывает влияние на скорость и региоселективность реакции. Сильное влияние этого эффекта было обнаружено
при нитровании бифенилкарбоновых кислот и их производных.
Нами была рассмотрена роль карбоксильной группы в реакциях хлорирования с использованием метиловых эфиров бифенилкарбоновых кислот. Хлорирование метиловых эфиров 2-бифенилкарбоновой кислоты (2-БФКК) и 4-бифенилкарбоновой кислоты (4-БФКК) проводили молекулярным хлором в растворителе, кипячением сульфурилхлориде без растворителя и в
растворе хлороформа.
Реакция метиловых эфиров 2-БФКК и 4-БФКК с сульфурилхлоридом показала, что орто/пара-соотношение продуктов хлорирования эфира 2-БФКК в 2,6 раза больше, чем эфира 4-БФКК.
В смеси также содержится незначительное количество мета-изомера обоих эфиров. Для реакции в хлороформе эта разница со21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ставила 3,7. Увеличение выхода орто-изомера при хлорировании
сульфурилхлоридом, а также бóльшую скорость реакции с эфиром 2-БФКК можно объяснить взаимодействием карбоксильной
группы и молекулы сульфурилхлорида. Обработка субстратов
молекулярным хлором в растворителе (четыреххлористый углерод) при кипячении не приводит к такому эффекту и содержание
орто-изомера остается низким.
Для проверки предположения о специфическом взаимодействии сульфурилхлорида с карбоксильной группой метилового эфира
2-БФКК нами были проведены квантово-химическое моделирование данного комплекса и сигма-комплексов. Было выявлено,
что сульфурилхлорид координируется с карбоксильной группой
и далее этот комплекс способен перегруппировываться в ортосигма комплекс. При этом остаток сульфурилхлорида SO2Cl остается на карбоксильной группе.
Для расчета сигма комплексов моделировалась атака сульфурилхлоридом как со стороны карбоксильной группы – синатака, так и с противоположной – анти-атака. В результате расчетов было показано, что наиболее энергетически выгодным является образование именно орто-сигма комплекса.
Таким образом, можно сказать, что именно взаимодействие
карбоксильной группы и сульфурилхлорида обеспечивает высокое содержание орто-изомера в продуктах хлорирования эфира
2-БФКК.
МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩАЯ ФУЛЛЕРЕНОВАЯ ЧЕРНЬ,
КАК КАТАЛИЗАТОР
ГИДРОГЕНИЗАЦИОННОГО АМИНИРОВАНИЯ
Н.А.Магдалинова, М.В.Клюев, Т.Г.Волкова
Ивановский государственный университет
Е-mail: mn2408@mail.ru
Каталитическое гидроаминирование относится к числу методов «зеленой химии» [1], в котором немаловажную роль играют
гетерогенные металлсодержащие катализаторы. В последнее
время особое внимание уделяется получению и изучению каталитических свойств металлсодержащих углеродных наноматериа22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лов (УНМ) [2-12], поскольку исследования свойств УНМ показали их преимущества перед другими материалами по многим показателям. К тому же добавление УНМ к другим материалам способствует значительному изменению их структуры и свойств, что
успешно используется на практике. Поэтому было интересно
изучить каталитические свойства металлсодержащих (Pt, Pd) углеродных наноматериалов в реакциях гидрирования ненасыщенных органических соединений.
В этой связи были получены палладиевый и платиновый катализаторы на основе фуллереновой черни, каталитическая активность которых была изучена в реакции гидрогенизационного
аминирования.
HOOC
NH2
O
H
C CH2 CH3
-H2O
HOOC
N=CH CH2 CH3
H2
Kat
HOOC
H2
Kat
HOOC
NH CH=CH CH3
NH CH2 CH2 CH3
Фуллереновая чернь (ФЧ), являющаяся нерастворимым остатком после экстракции фуллеренов из продукта электродугового или лазерного испарения углеродного материала (обычно графита), представляет собой черный мелкодисперсный порошок.
По данным электронной микроскопии [11] размеры частиц составляют 40–50 нм.
Для получения палладийсодержащей фуллереновой черни
(Pd/ФЧ) использовали фуллереновую чернь, с массовым содержанием фуллеренов 15%. Pd/ФЧ была получена методом осаждения палладия на наноноситель из раствора хлорида палладия в 1н
соляной кислоте с последующей его активацией в токе водорода.
Для закрепления платины суспензию ФЧ подвергали ультразвуковой обработке в течение 20 мин. Затем при непрерывном перемешивании в присутствии 0.5 мл пиридина в течение 2–3 ч прибавляли раствор H2PtCl6·xH2O (концентрация платины до 4 г/л).
После этого реакционную смесь кипятили 0.5–1 ч. Для восстановления платины к реакционной смеси добавляли 10 мл муравь23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
иной кислоты и раствор карбоната натрия (~10 г в 50 мл воды).
Смесь выдерживали 12 ч, осадок отфильтровывали, промывали
бидистиллированной водой до нейтральной реакции и сушили. В
обоих случаях фуллереновую чернь использовали без предварительной подготовки.
Содержание металла в полученных соединениях определяли
методом термогравиметрического анализа (ТГА) и дифференциально-сканирующей калориметрии сгорания (ДСК) на термоанализаторе NETZSCH STA-409 PC Luxx, совмещенном с массспектрометром QMS-403 C. Съемку кривых ТГА и ДТА осуществляли в режиме линейного нагрева со скоростью 10ºC/мин от
комнатной температуры до 1000ºC на воздухе. Средние размеры
частиц металла рассчитывали по уравнению Селякова – Шеррера
из дифрактограмм, полученных рентгенофазовым анализом
(РФА) порошковых образцов на дифрактометре ThermoARL с
использованием CuKα-излучения с длиной волны 1.5406 Å. Элементный анализ проводили полумикрометодом. Удельную поверхность измеряли динамическим методом БЭТ по адсорбции
азота на приборе Quantachrome Nova 3200. Характеристики полученных металлсодержащих УНМ представлены в табл., из которой можно видеть, что удельная поверхность Pt/ФЧ в 3 раза
больше по сравнению с удельной поверхностью Pd/ФЧ, а размеры частиц платины в 4–5 раз выше размеров частиц палладия.
Полученные катализаторы были протестированы в модельной
реакции гидроаминирования пропаналя п-аминобензойной кислотой, которая проводилась следующим образом: в реактор помещали 200 мг Pd/ФЧ или 30 мг Pt/ФЧ, 10 мг NaBH4 под слой растворителя (5 мл), активировали в течение 10 мин, затем вносили
2 ммоля п-аминобензойной кислоты и 2 ммоля пропаналя, растворенные в 20 мл этанола или 2-пропанола, продували водородом и
вели процесс при заданной температуре (318 К) и атмосферном
давлении водорода. В изучаемых условиях реакция имела нулевой
порядок по субстрату и первый по катализатору и водороду. Наблюдаемую скорость реакции измеряли волюмометрическим методом по поглощению водорода. Для сопоставления каталитической
активности изученных объектов рассчитывали число оборотов реакции (TN), которое показывает, сколько молей субстрата превра24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
щается на 1 г-ат. металла в минуту. Полученные экспериментальные и расчетные данные представлены в табл.
Анализ полученных экспериментальных данных показал, что
и Pd/ФЧ, и Pt/ФЧ проявляют каталитическую активность в данной модельной реакции. В одинаковых условиях наблюдаемая
скорость реакции в присутствии Pt/ФЧ значительно выше, чем
при проведении реакции на Pd/ФЧ (табл.). Cопоставление числа
оборотов реакции показывает, что эффективность изученного
Pt/ФЧ в гидроаминировании в 7 раз выше, чем Pd/ФЧ. Учет площади поверхности катализаторов (TN/S, табл.) также показывает
высокую эффективность платинового катализатора.
Таблица
Характеристика и каталитическая активность
Pd/ФЧ и Pt/ФЧ в гидроаминировании
Катализатор
Pd/ФЧ
Pt/ФЧ
Содержание металла, масс. %
1.15
10
D а),
нм
1
4–5
Sуд.b),
м2/г
95
280
W·106,
TN c)
моль/(л·с)
3.00±0.14 0.21±0.01
16.01±0.77 1.56±0.07
TN/S
d)
0.01
0.18
Примечание. а) D – средний размер частиц металла, нм.
b)
S – удельная поверхность катализатора, м2/г.
c)
TN – число оборотов реакции, моль/(г-ат.·мин).
d)
TN/S – число оборотов реакции, отнесенное к удельной поверхности катализатора, моль/(г-ат.·мин·м2).
Таким образом, согласно проведенному исследованию, катализаторы на основе фуллереновой черни активны в гидроаминировании пропаналя п-аминобензойной кислотой, причем более
эффективным оказался Pt/ФЧ.
Авторы выражают благодарность научному сотруднику
ИПХФ РАН г. Черноголовка, С. Д. Кущу, за предоставленный
образец платинусодержащей фуллереновой черни.
Работа выполнена в рамках Программы «Развитие научного
потенциала высшей школы», проект РНП.2.2.1.1.2820, а также
поддержана внутренним грантом Ивановского государственного университета «Развитие научно-исследовательской и инновационной деятельности молодых преподавателей, сотрудников,
аспирантов и студентов на 2008-2009 гг.».
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Клюев М. В. // Рос. хим. ж. 2006. Т. 50. № 3. С. 93-103.
2. Украинцев В. Б., Хохряков К. А. // Журн. Рос. хим. ж. 2006, Т. 50.
№ 4. С. 154–156.
3. Liang C., Xia W., Soltani-Ahmadi H., Schlüter O., Fischer R. A., Muhler M. // Chem. Commun. 2005. P. 282–284.
4. Tribolet P., Kiwi-Minsker L. //Catalysis Today. 2005. Vol. 105. № 3. P.
337–343.
5. Lordi V., Yao N., Wai J. // Chem. Mater. 2001. Vol. 13. P. 733.
6. Coq B., Planeix J. M., Brotons V. // Applied Catalysis. A: General. 1998.
Vol. 173. P. 175.
7. Yu R., Chen L., Liu Q., Lin J., Tan K.-L., Ng S. Ch., Chan H. S. O.,
Xu G.-Q., Andy Hor T. S. // Chem. Mater. 1998. Vol. 10. P. 718.
8. Ma H., Wang L., Chen L., Dong C., Yu W., Huang T., Qian Y. // Cat.
Comm. 2007. Vol. 8. № 3. Р. 452.
9. Li C.-H., Yu Z.-X., Yao K.-F., Ji S.-f., Liang J. // J. Mol. Cat. A: Chemical. 2005. Vol. 226. № 1. Р. 101.
10. Takasaki M., Motoyama Y., Higashi K., Yoon S.H., Mochida I., Nagashima H. // Organic Lett. 2008. Vol. 10. № 8. Р. 1601.
11. Кущ С. Д., Куюнко Н. С. // Междунар. науч. ж. «Альтернативная
энергетика и экология». 2008. № 2 (58) С. 59-65.
12. Kushch S. D., Kujunko N. S., Tarasov B. P. // Russian Journal of General Chemistry. 2009. Vol. 79. № 4. P. 706–710.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ
КАРТ КОХОНЕНА ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
М. Ю. Соловьев
Ярославский государственный
педагогический университет им. К. Д. Ушинского
m.soloviev@yspu.yar.ru
На рубеже XX и XXI веков на ранних стадиях разработки
лекарственных препаратов в фармацевтической индустрии наметилась тенденция к переходу от скрининга больших коллекций максимально разнообразных соединений к испытаниям более компактных групп соединений, фокусированных на определенных биологических мишенях. Возник самостоятельный
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
феномен виртуального скрининга, который объединяет в себе
целый ряд технологий, служащих целям рациональной автоматизированной селекции соединений в соответствии с требованиями конкретной задачи.
В течение ряда лет для «предсказания» наиболее вероятных
свойств еще не синтезированных соединений на ранних этапах
разработки будущих биологически активных веществ нами
применялась технология построения и анализа самоорганизующихся карт Кохонена. Применение данной технологии в целях виртуального скрининга позволило на этапе предсинтетического планирования классифицировать группы структурно
аналогичных соединений по принципу их «сходства» с известными соединениями, для которых то или иное свойство (физико-химическое, биологическое) известно заранее. Самоорганизующиеся карты Кохонена в отличие от других инструментов
поиска количественных соотношений структуры и активности
позволяют учесть неограниченно большое количество факторов
«сходства», которыми являются расчетные значения молекулярных дескрипторов.
На первом этапе работы был проведен анализ больших
библиотек известных соединений, являющихся типичными с
точки зрения проявления исследуемого свойства. На втором
этапе для этих соединений были рассчитаны молекулярные дескрипторы, которые далее использовались для построения карт
Кохонена (тренировка сети). На третьем этапе аналогичные вычисления проводили для соединений, подвергаемых виртуальному скринингу, после чего точки, соответствующие тестируемым веществам, обнаруживались на ранее построенных картах.
Вывод о степени «сходства» и соответственно о вероятности
проявления исследуемого свойства делали на основании попадания или непопадания точки вещества в зону на карте, соответствующую веществам тренирующих выборок.
В таблице приведены основные принципы построения карт
Кохонена, определенные опытным путем для прогнозирования
ряда важных физико-химических и физиологических свойств.
Подобранные наборы молекулярных дескрипторов позволяют
добиться эффективной классификации известных соединений и
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сделать прогноз в отношении любой органической молекулы, для
которой рассчитан данный набор дескрипторов. Расчет молекулярных дескрипторов и построение самоорганизующихся карт
Кохонена проводилось с использованием программного обеспечения, разработанного и предоставленного компанией Chemical
Diversity, Inc.
Таблица 1
Молекулярные дескрипторы, использованные
для построения самоорганизующихся карт Кохонена
Прогнозируемое свойство
Молекулярные дескрипторы*
Мишень-специфичная активность**
Растворимость в ДМСО
MW, logP, RBN, Hdon, Hacc
logP, SASA, DipM, Zagreb, PNSA-3,
RBN, R_Gyr, Hdon
Метаболитическая стабильность под logP7,4, HOMO, PPSA-1, TPSA, MW,
действием цитохромов P450
Hdon, Hacc
Токсичность по отношению к нор- logP7,4, RBN, Hdon, Hacc, a_aro, R_Gyr,
мальным фибробластам человека
ASA_H, density, vdw_vol, logSw
Проникаемость через гематоэнцефали- MW, logP, RBN, Hdon, Hacc
ческий барьер
* MW – относительная молекулярная масса; logP – логарифм коэффициента
распределения вещества в системе 1-октанол/вода; RBN – число свободновращающихся связей; Hdon – число атомов-доноров водородной связи; Hacc – число атомов акцепторов водородной связи; SASA – полная площадь поверхности
молекулы, доступная для растворителя; DipM – дипольный момент; Zagreb – индекс Загреба; PNSA-3 – относительная площадь поверхности отрицательно заряженных атомов; R_Gyr – радиус закручивания; logP7,4 – логарифм коэффициента распределения вещества в системе 1-октанол/вода при рН 7,4; HOMO –
энергия ВЗМО; PPSA-1 – доля отрицательно заряженной поверхности; TPSA –
полная площадь полярной поверхности; a_aro – индекс ароматичности; ASA_H –
площадь гидрофобной поверхности; density – молекулярная плотность;
vdw_vol – объем Ван-дер-Ваальса; logSw – десятичный логарифм растворимости
в воде (г/мл) при рН 7,4.
** Активность по отношению к важнейшим биологическим «мишеням»:
тирозиновым киназам; ион-канальным рецепторам; рецепторам, связанным с Gбелками; фосфодиэстеразам; протеазам.
Применяемая методология позволяет интенсифицировать
процесс поиска новых лекарственных препаратов и биологически
активных соединений путем нахождения наиболее перспективных структур с точки зрения проявления ими необходимых
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
свойств в будущем. Данный подход позволяет снизить затраты на
разработку новых лекарств и ускорить процесс их нахождения, а
также избежать синтеза соединений, обладающих нежелательными свойствами.
Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России”, Госконтракт №
02.740.11.0092).
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ 1-Ht-2,4-ДИНИТРОБЕНЗОЛОВ
Р. С. Бегунов, Ю. С. Яковлева, Г. А. Рызванович
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
Синтез разнообразных ароматических аминосоединений восстановлением нитрогруппы в нитроаренах является наиболее
распространенным методом их получения и представляет большой как практический, так и теоретический интерес. Поэтому
проведение исследований по изучению закономерностей реакции
восстановления нитроароматических соединений является одной
из актуальных задач современной органической химии. При этом
особый интерес вызывают вопросы, связанные с восстановлением нитроаренов, содержащих в молекуле несколько склонных к
химическому превращению в условиях реакции восстановления
реакционных центров. В результате становится возможным протекание нескольких альтернативных процессов, приводящих к
образованию разнообразных продуктов реакции. В связи с этим
необходимо детальное изучение факторов влияющих на селективность реакции восстановления нитроароматических соединений, что позволит в дальнейшем управлять процессами синтеза
разнообразных химических соединений.
Следует также отметить, что выбор исходного субстрата, т. е.
наличие в молекуле восстанавливаемого нитросоединения тех
или иных заместителей определяется областью применения целевых аминопродуктов. Наиболее интересными с практической
точки зрения являются ароматические аминосоединения, содер29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жащие гетероциклические фрагменты. Данные гетероциклические аминоарены могут быть использованы в синтезах лекарственных препаратов, красителей и полимерных материалов [1–7].
Поэтому целью данной работы является изучение закономерностей восстановления полинитросубстратов, содержащих алифатический гетероциклический фрагмент, различными восстанавливающими агентами.
Были исследованы основные и побочные продукты, образующиеся при восстановлении 2,4-динитробензолов, содержащих в
орто-положении к одной из нитрогрупп азотсодержащие гетероциклические фрагменты (соед.1) хлоридами металлов переменной
степени окисления (SnCl2, TiCl3, FeCl3). Схематично основной
процесс можно представить следующим образом (см. схему 1).
Из схемы 1 видно, что при восстановлении 1-Ht-2,4−динитробензолов в зависимости от количества взятого восстанавливающего агента возможно образование как продуктов моновосстановления (2 и 3), так и диаминопроизводного (4). Как правило,
при моновосстановлении полинитросоединений образуется смесь
изомеров, соотношение которых определяется рядом факторов:
структурой субстрата и восстанавливающего агента, природой
растворителя и температурой [8]. Поэтому получение нитроанилинов в индивидуальном виде довольно проблематично и требует
проведения детального исследования селективности процесса
моновосстановления.
H
H N
X (CH2)n
N
X
O
+
O N
(CH2)n
N
1 а-г
O
+
N
O
2 а-г о-изомер
O 3 SnCl
2
+
N
O
3 SnCl2
O
+
O N
X (CH2)n
N
H
H N
X (CH2)n
N
H
N
H
4 а-г
H
N
H
3 а-г п-изомер
где a) X = CH2, n = 1; б) X = CH2, n = 2; в) X = CH-CH3, n = 2;
г) Х = О, n = 2
Схема 1
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Реакцию моновосстановления проводили в кислой водноспиртовой среде при температуре 20–60 °С. Параметром, использованным в данной работе для оценки селективности процесса,
было соотношение образующихся изомерных нитроанилинов (2)
и (3). Применение этого показателя возможно лишь при суммарных выходах целевых соединений, близких к количественным, и
отсутствии продукта дивосстановления, так как в противном случае не ясно расходование какого изомерного нитроанилина происходит в побочных реакциях, что ведет к неправильной интерпретации данных.
Для всех соединений независимо от используемого восстанавливающего агента, природы растворителя и температуры была получена только структура, содержащая в орто-положении к
гетероциклическому фрагменту аминогруппу (табл. 1).
Объяснение полученных данных возможно, исходя из того,
что при кислой реакции среды происходит образование солянокислой соли по атому азота гетероцикла динитросубстрата (схема 2, А). Формирование же положительно заряженного заместителя в орто-положении к нитрогруппе, как известно из литературы [9], способствует преимущественному восстановлению
последней (схема 2, (2)). Поэтому изменение условий проведения
реакции никак не сказывается на результаты процесса моновосстановления.
Таблица 1
Результаты моновосстановления 1-Х-2,4-динитробензолов
№
1
Х
N
2
N
3
4
N
O
N
Σ выход, %
SnCl2
TiCl3
96.995.598.3
96.1
90.492.391.7
93.9
93.294.494.6
95.3
93.392.195.7
93.3
FeCl3
96.397.5
96.998.3
92.293.7
97.498.1
31
Cотношение п/о-изомер
SnCl2
TiCl3
FeCl3
о-изомер о-изомер о-изомер
о-изомер
о-изомер
о-изомер
о-изомер
о-изомер
о-изомер
о-изомер
о-изомер
о-изомер
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
X
(CH2)n
NO2
N
O 2N
X
(CH2)n
+
N
.
..
H
O2N
1
NO2
X (CH2)n
NO2
N
H2N
A
2
Схема 2
Для подтверждения сделанного предположения о влиянии положительно заряженного заместителя на ориентацию моновосстановления, реакция была осуществлена в условиях, исключающих
образование солянокислой соли динитросубстрата. Исследования
проводили в водно-спиртовом растворе. В качестве восстанавливающего агента использовался Na2S⋅9H2O. Анализ реакционной
смеси продуктов моновосстановления методом ВЖХ показал наличие двух изомерных нитроанилинов (схема 3) 2 а-г и 3 а-г – в
соотношении 1:1.51 для (а), 1:1.34 (б), 1:1.29 (в) и 1:1.44 (г), которые были разделены дробной кристаллизацией в бензоле.
Таким образом, происходит преимущественное образование
п-изомера, что свидетельствует о правильности предложенной
схемы (схема 2) моновосстановления 1-Ht-2,4-динитробензолов в
кислой среде.
X
(CH2)n
N
O2N
NO2
1 а-г
X
(CH2)n
N
H2N
NO2 +
2 а-г
X
(CH2)n
N
O2N
NH2
3 а-г
где a) X = CH2, n = 1; б) X = CH2, n = 2; в) X = CH-CH3, n = 2;
г) Х = О, n = 2
Схема 3
Другим доказательством орто-ориентирующего эффекта положительно заряженного заместителя стало моновосстановления
хлорида N-(2,4-динитрофенил)пиридиния (5). В данном случае
единственным продуктом реакции стал 7-нитропиридо[1,2-а]бензимидазол (6) (схема 4). Образование этого соединения происходит в результате внутримолекулярной восстановительной циклизации орто-восстановленного субстрата и подтверждает сделанный вывод о том, что наличие положительно заряженного
заместителя способствует восстановлению орто-нитрогруппы.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Cl
O
+
N
O N
N
O
N
O
+
O
SnCl2
+
N
N
5
+
O
6
Схема 4
Другим продуктом, образующимся при восстановлении 1-Ht2,4−динитробензолов является диаминосоединение (4). В качестве восстанавливающих агентов применялись только хлориды металлов переменной степени окисления, так как использование
сульфида натрия приводило к образованию трудноразделимой
многокомпонентной смеси продуктов. При этом следует отметить, что в зависимости от природы хлорида металла (в данном
разделе SnCl2, FeCl2) и условий проведения процесса возможно
образование различных конечных продуктов (табл. 2, приведены
данные для 1-морфолино-2,4-динитробензола).
Таблица 2
Результаты восстановления 1-морфолино-2,4-динитробензола
при различных условиях
№
Р−ль
1 C2H5OH
Восст. агент
SnCl2
12 % HCl
Продукт
H2N
O
N
Выход, %
63
H
N
N
N
O
H
NH2
2
C2H5OH
FeCl2
12 % HCl
H2N
O
N
7
67
H
N
N
N
O
H
NH2
2
3
36 % HCl
36 % HCl
SnCl2
36 % HCl
FeCl2
36 % HCl
H2N
O
4
86 %
N
NH2
+
O
N
Cl
97*
NH2
8
11%
H2N
O
7
H2N
N
96
NH2
*- суммарный выход
33
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Так при использовании хлоридов металлов взятых в расчете
для полной конверсии обеих нитрогрупп в вышеописанных для
моновосстановления условиях было отмечено протекание альтернативного восстановлению процесса конденсации. Образование
продукта конденсации может свидетельствовать о значительном
снижении скорости восстановления на стадии образования диаминосоединения из 2-Ht-5-нитроанилина (2). В результате происходит накопление в реакционной массе продуктов неполного восстановления нитрогруппы: нитрозо- и гидроксиламиносоединений, взаимодействие которых и приводит к азоксипродуктам (7).
Для увеличения протонодонорных свойств среды и как следствие увеличение скорости реакции восстановления в качестве
растворителя была использована концентрированная соляная кислота. Проведение процесса в данных условиях позволило получать целевые диаминоарены (соед. 4). При этом, однако, следует
отметить, что применение SnCl2 нежелательно, так как его использование приводит к образованию побочных продуктов (соед. 8)
Таким образом, проведенные исследования позволили получить с хорошими выходами высокочистые ароматические нитроамино- и диаминосоединения, содержащих гетероциклический
фрагмент. Данные вещества были исследованы в качестве полупродуктов в синтезах красителей и полимерных материалов, высокие эксплуатационные характеристики которых свидетельствуют о перспективности полученных в ходе работы продуктов
восстановления 1-Ht-2,4−динитробензолов.
Литература
1. Пат. JP06228112 Japan. Sakamoto, Shuichi; Sasamata, Toshihisa; Okada, Masaji. // Yamanouchi Pharma Co Ltd, Japan// 1995. 11 pp.
2. Зенкевич И. Г, Кузнецов В. А. Журнал прикладной химии. 1999.
Т. 72, вып. 8. С. 1331–1336.
3. Склярова Н. В, Кузнецов В. А. и др. Хим.-фарм. ж. 1988. № 6.
С. 697–699.
4. Кузнецов В. А, Гарабаджиу А. В. Журнал орг. химии. 1987. Т. 13,
вып. 3. С. 637–642.
5. Кузнецов В. А, Гарабаджиу А. В. Журнал орг. химии. 1986. Т. 12,
вып. 2. С. 455–456.
6. Loewe H., Urbanietz J. Arzneim. Forsch. 1974. 24(12). P. 1927–1933.
7. Коршак В. В. Разнозвенные полимеры. М.: Наука. 1977. 284 c.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. Орлов В. Ю., Бегунов Р. С., Демидова Н. Ю., Русаков А. И. Журнал
общ. химии. 2006. Т. 76, вып. 1. С. 81–86.
9. Усков С. И., Билькис И. И., Штейнгарц В. Д. Журнал орг. химии.
1991. 27, № 1. С. 36–47.
СИНТЕЗ 4-ЗАМЕЩЁННЫХ
АРИЛПИРИДАЗИН-3-(2Н)-ОНОВ
И. Е. Стомпелев, А. В. Колобов
Ярославский государственный
технический университет
stompelev@mail.ru
В продолжение работ по синтезу новых производных арилпиридазин-3-(2H)-онов [1–6] мы исследовали возможность получения соединений 4 и 6 с использованием реакции конденсации
арилпиридазинонов с альдегидами – удобного метода получения
4-замещённых арилпиридазин-3-(2H)-онов.
Показано, что сульфамиды 4, представляющие интерес при
поиске новых биологически активных соединений, получаются с
высоким выходом последовательным взаимодействием 1 с тиофенкарбальдегидом, хлорсульфоновой кислотой и различными
аминами.
Окисление метильной группы соединения 5 открывает путь к
получению новых карбоновых кислот ряда арилпиридазинона (6)
и их производных.
2
S
O
R
S
O
R
N N
H
H
3
HSO3Cl
N N
H
O
S
4
O R1 N R2
S
O
Cl
R
N N
H
S
O
O
R
N N
H
CH 2O
KOH
O
O
R
5
N N
H
O
OH
KMnO 4
C 5 H 5N
O
R
6
N N
H
R1
H
N
R1
R2
O
R
35
R2
N
N N
H
O
S
O
N R2
R1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Колобов А. В., Панфилов С. Т., Хохлев А. Л. и др. // Изв. Вузов.
Химия и хим. технология. 2006. Т. 49, вып. 3. С. 24–28.
2. Колобов А. В., Панфилов С. Т., Красников С. В. и др. // Изв. Вузов.
Химия и хим. технология. 2007. Т. 50, вып. 4. С. 53–56.
3. Колобов А. В., Панфилов С. Т., Бегунов Р. С. и др. // Изв. Вузов.
Химия и хим. технология. 2007. Т. 50, вып. 4 С. 132–133.
4. Колобов А. В., Панфилов С. Т., Борисов П. В. и др. // Изв. Вузов.
Химия и хим. технология. 2008. Т. 51, вып 4. С. 56–57.
5. Панфилов С. Т., Колобов А. В., Борисов П. В. и др. // Изв. Вузов.
Химия и хим. технология. 2008. Т. 51, вып. 4. С. 94–95.
6. Колобов А. В., Панфилов С. Т., Стомпелев И. Е. и др.// Химическая
технология. 2009. Т. 10, № 1. С. 4–8.
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ
СУЛЬФОХЛОРИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ
1-АРИЛ-1Н-ПИРАЗОЛОВ
Ю. В. Новожилов, М. К. Корсаков, О. А. Ясинский
Ярославский государственный
педагогический университет им. К. Д. Ушинского
E-mail: yuriy_novozhilov@mail.ru
Работа посвящена изучению особенностей сульфохлорирования ряда производных 1-арил-1Н-пиразола.
Соединения 2а-в и 3а-в (Схема 1) были получены путем
взаимодействия соответствующего гидразина с ацетилацетоном
(с образованием 2а-в) либо с 1,1,3,3-тетраметоксипропаном (с
образованием 3а-в) в этиловом спирте.
Строение полученных сульфохлоридов было доказано методом 1Н ЯМР спектроскопии. На 1Н ЯМР спектрах структур 4а,б
имеются два дуплета протонов бензольного кольца и отсутствует
сигнал, что говорит о нахождении сульфогруппы в 4-положении
пиразольного цикла (схема 2). Для 1Н ЯМР спектра структуры 4в
характерно наличие сигналов АВХ-системы взаимодействия протонов 4Н-протона пиразольного цикла, что подтверждает нахождение сульфогруппы в бензольном кольце в орто-положении по
отношению к заместителю R1.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
R1
O
R1
O
O
H3C
N
H3C
HN
NH2
1а-в
CH3
CH3
O
H 3C
O
O
CH3 R
1
CH3
N
N
2а-в CH3
N
3а-в
R1 = -Н (а); -CH3 (б); -OCH3 (в);
Схема 1
R1
H3C
R1
N
HSO3Cl
HSO3Cl
2а-в
N
H3C
O
Cl
S
O
N
O
CH3
N
N
H 3C
CH3
4а,б,
4в
R1 = -H (а); -CH3 (б); -OCH3 (в);
Схема 2
37
CH3
O
Cl
S
O
N
CH3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При сульфохлорировании соединений 3а-в (схема 3) замещение протекает селективно в бензольном цикле: в пара-положении
(R1 = H), либо в мета-положении (R1 = CH3, OCH3, F) по отношению к пиразольному фрагменту с образованием сульфохлоридов
5а и 5б-в соответственно.
R1
N
N
Cl
O
S O
HSO3Cl
HSO3Cl
R1 O
3а-в
S
Cl
O
N
N
N
5а
N
5б,в
R1 = -Н (а); -CH3 (б); -OCH3 (в);
Схема 3
Для 1Н ЯМР спектра соединения 5а характерно наличие двух
дуплетов, соответствующих четырем ароматическим протонам
бензольного кольца и трех синглетов протонов пиразольного
цикла, что подтверждает наличие сульфогруппы в параположении по отношению к пиразольному фрагменту. Наличие
на 1Н ЯМР спектрах структур 5б-в сигналов АВХ системы взаимодействия протонов в сочетании с тремя синглетами протонов
пиразольного цикла подтверждает нахождение сульфогруппы в
орто-положении по отношению к заместителю R1.
Очевидно, данные результаты можно объяснить тем, что наличие метильных групп в положениях 3- и 5-пиразольного цикла
увеличивает его электронную плотность по сравнению с бензольным кольцом, делая 4-положение пиразольного цикла наибо38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лее предпочтительным для электрофильной атаки (за исключением случая, когда R1 = OCH3). При отсутствии метильных групп в
положениях 3- и 5-пиразольного цикла, направление электрофильного замещения определяется ориентирующим эффектом
заместителя R1.
Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России”, Госконтракт
№ 02.740.11.0092).
ОКИСЛЕНИЕ ВИНИЛЬНЫХ МОНОМЕРОВ
В ПРИСУТСТВИИ
НИТРОКСИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ
М. В. Постнов1, А. М. Гробов1,
Д. В. Лошадкин2, Е. М. Плисс1
1
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
2
Ярославский государственный
технический университет
physchem @uniyar.ac.ru
Ранее нами показано, что при окислении винильных мономеров (М) типа CH2=C(X1)X2 (Х1 и Х2 – полярные группы) стабильные нитроксильные радикалы (>NO•) обрывают цепи не только
при взаимодействии с алкильными радикалами: M• + >NO•
→ >NOM (как считалось ранее [1]), но и по реакциям МO2• +
>NO•→ NOH + продукты, МO2• + NOH→ >NO• + МOОН, приводящим к регенерации ингибитора [2, 3]. Для подтверждения этого
предположения проведено исследование окисления мономеров в
присутствии широкого набора стабильных нитроксильных радикалов пиперидинового, пирролинового и имидазольного рядов и
соответствующих им гидроксиламинов (>NOH). Показано, что
окисление М в присутствии >NO• или >NOH протекает по линейному закону длительное время, значительно превышающее
теоретический период индукции (τтер = [>NO• или >NOH]0/Wi) и
практически не выходит на скорость неингибированного окисления (рис. 1).
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
WO2•106,
моль/(л•с)
14
3
12
10
8
1
2
4
5
6
4
6
2
0
10
20
30
t,мин
40
50
Рис. 1. Кинетика поглощения кислорода при окислении стирола
присутствии >NO• ; 323 K; Wi=9,45·10-9 моль/(л·с); [Ст]=8,73 моль/л
[>NO•]:1 – 0; 2 – 7,98·10-6; 3 – 1,6·10-5 ; 4 – 3,21·10-5;
5 – 6,4·10-5; 6 – 1,7·10-4 моль/л
При уменьшении парциального давления кислорода (Po2)
скорость окисления (W) снижается медленнее, чем это требует
линейный закон: при уменьшении Po2 в пять раз (от 1·105 до
0,2·105 Па) W снижается менее чем в два раза. Полученные экспериментальные данные, совместно с результатами компьютерного
моделирования позволили предложить следующую схему окисления М в присутствии >NO•:
•
,M
Инициатор ⎯O⎯2 ⎯
⎯→ M
M• + O2 → MO2•
MO2• + M → MOOM• (≡ M•)
2MO2• → молекулярные продукты
MO2• + >NO• → продукты + >NOH
MO2• + >NOH → MOOH + >NO•
M• + >NO• → >NOM
(i)
(1)
(2)
(3)
(4.1)
(4.2)
(5)
Экспериментальные данные хорошо спрямляются в координатах описывающего данную схему уравнения: Wi(Wo/W –
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
W/Wo) = k5[>NO·]oWo/(k1[O2]) + 2k4[>NO·]0(Wi)0,5/(k3)0,5, из которого рассчитаны значения k4 (таблица), где k4 = (k4.1[>NO·] +
k4..2[>NOH])/ 2[>NO·]o
На основании термодинамических расчетов предполагается,
что реакция (4.1) протекает путем диспропорционирования:
МO2• + >NO•→ NOH + O2 + олефин.
Таблица 1
Значения k4 л/(моль·с) для окисления
некоторых мономеров в присутствии >NO•
Мономер
Стирол (323 К)
Метилметакрилат (333 К)
Бутилметакрилат (333 К)
2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил
кислород
8,2·104
1,3⋅103
2,2⋅103
воздух
14,1·104
3,9⋅104
5,7⋅103
2,2,5,5-тетраметил-4фенил-3-оксо-2,5дигидро-имидазол-1оксил
кислород
воздух
4
2,9·10
9,0·104
1,0⋅103
2,8⋅103
2,5⋅103
6,6⋅103
Литература
1. Бучаченко А. Л., Вассерман А. М. Стабильные радикалы. М.: Химия, 1973. 408 с.
2. Гробов А. М., Лошадкин Д. В. Плисс Е. М. Всероссийская конференция молодых ученых и III школа «Окисление, окислительный стресс и
антиоксиданты». Доклады и тезисы. М.: РУДН, 2008. С. 168
3. Grobov A. M., Loshadkin D., Pliss E. Rusakov A. I. React. Kinet. Catal.
Lett (in press.)
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
БЕНЗОЛА, БИФЕНИЛА И ТЕРФЕНИЛА
Н. В. Лебедева, М. В. Постнова, Г. Н. Кошель
Ярославский государственный
технический университет
E-mail: koshelgn@ystu.ru
Разработаны методы получения функциональных производных бензола, бифенила и терфенила, позволяющие получить ши41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рокую гамму целевых продуктов органического синтеза, обладающих ценными потребительскими свойствами, исходя из доступного нефтехимического сырья – (алкил)бензола, фенола и
циклогексанола с использованием хорошо апробированных в
промышленности процессов алкилирования, окисления, ароматизации по схеме:
O
n=0,1,2
(CH3)n
OH
(CH3)n
H+
+
n=0,1,2
OOH
O2
(COOH)n
(CH3)n
n=1,2,3,4
O2
CoAc2
(COOH)n
(C6H11)x
(OH)m -H
(CH3)n
2/P
n=0,1,2,3,4
m=0,1,2
x=0,1
d/ A
O2
l2 O
CoAc2, MnAc2
3
(C6H5)x
(C6H5)x
(OH)m
(OH)m
Схема
Данный метод базируется на гомогенных и гетерогенных
каталитических превращениях циклогексилзамещенных производных (алкил)бензола и фенола, полученных циклоалкилированием соответствующих углеводородов циклогексанолом.
Найдены условия циклоалкилирования метильных производных
бензола и фенола, (алкилирующий агент, катализатор, температура, соотношение реагентов), позволяющие получать целевые
циклогексилзамещенные метильные производные бензола и
фенола с выходом 60–70%.
Изучены кинетические закономерности процессов, рассмотрен их механизм, выбраны условия, позволяющие получать целевые продукты с выходами приближающимися к количественным.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
НОВЫЕ БЕНЗАННЕЛИРОВАННЫЕ
ЛАКТАМНЫЕ СИСТЕМЫ
РЯДА БЕНЗОКСАЗИНОНА
И. А. Вихров
Ярославский государственный
педагогический университет им. К. Д. Ушинского
kvazykvark@yandex.ru
В настоящей работе нами исследован подход к синтезу новых
соединений ряда бензоксазинона, характерной особенностью которых является дополнительное наличие в молекуле оксадиазольного гетероцикла, связанного с бензоксазиноновым фрагментом угдерод-углеродной связью. Исходным соединением для рассматриваемого синтеза является 2-нитро-4-цианофенилгликолевая кислота 1, а ключевой стадией на пути получения целевых
O
O
O
OH
КДИ R1NH2
диоксан
NO2
N
O
NH
R1
NO2
N
R1
N
K2CO3
ДМФА
Т = 120 oC
O
N
2
1
3
NH2OH*HCl
NaOH
R1
N
N
O
R2
R2COOH
O
КДИ
O
диоксан
N
O
OH
N
C2H5OH
R1
N
O
O
NH2
4
5
R1, R2 = алкил, арил и гетероциклил.
соединений является реакция денитроциклизации амидов 2-нитро-4-цианофенилгликолевой кислоты 2, протекающей в среде
ДМФА при 80-90 оС с использованием карбоната калия в качестве основания. Применение метода 1Н-1Н NOESY-спектроскопии
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
к анализу образующихся продуктов показало, что реакции денитроциклизации предшествует перегруппировка Смайлза, приводящая к бензоксазин-3-он-7-карбонитрилам общей формулы 3.
На основе итрилов 3 и далее амидоксимов 4 были получены
фокусированные библиотеки полициклических систем 5, которые
далее находят применение в высокопроизводительном биоскрининге.
Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России”, Госконтракт
№ 02.740.11.0092).
СИНТЕЗ ЗАМЕЩЕННЫХ
ПИРИДО[1,2-α]БЕНЗИМИДАЗОЛОВ –
ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ МЕТОК
ДЛЯ ДНК-ЗОНДОВ
Г. А. Рызванович, Р. С. Бегунов, Ю. С. Яковлева
Ярославский государственный
университет им. П. Г.Демидова
galia712@yandex.ru
Прогресс в области молекулярной биологии и медицинской
диагностики последних десятилетий обусловлен достижениями в
области синтеза и модификации ДНК и РНК. Разработка методов
введения в олигонуклеотид радиоактивных либо нерадиактивных
меток позволила сделать качественный переход на молекулярный
уровень исследований. В последние годы большое распространения получает применение нерадиоактивных меток – так называемых репортерных групп, детектируемых затем различными
способами (используются флуоресцентные, хемилюминесцентные, ферментные и др.). Тогда как использование радиоактивных
изотопов отходит в прошлое, поскольку применение этого класса
меток сопряжено с рядом проблем, таких как ограниченный срок
хранения, проблема утилизации, необходимость радиоактивной
защиты персонала лаборатории. Все большее распространение
среди нерадиактивных меток при мечении ДНК-зондов, приобретают флуорофоры, что отчасти объясняется усовершенствовани44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ем систем детекции флуоресценции. Кроме того, применение
низкомолекулярных синтетических соединений обладающих
флуоресценцией оказалось удобным для решения задач, в которых приходится работать с малыми количествами вещества – порядка наномолей и меньше, например, в судебной медицине.
Применение флуорофоров для мечения различных ДНКзондов, имеет целый ряд преимуществ:
- во-первых, позволяют применять методы прямой детекции –
непосредственной регистрации испускаемого меткой сигнала;
- во-вторых, обладают высокой чувствительностью за счет способности одной молекулы флуоресцентного красителя многократно претерпевать цикл возбуждение – излучательная дезактивация;
- в-третьих, дают возможность судить по виду спектра флуоресценции о структуре окружения [1].
В виду вышесказанного не удивительно, что в настоящее время
одним из перспективных направлений органического синтеза является получение низкомолекулярных соединений, которые, вопервых, способны специфически связываться с ДНК, и, во-вторых,
обладают повышенной флуоресцентной активностью. Синтетические соединения, сочетающие эти свойства, потенциально применимы в качестве флуоресцентных меток для модификации ДНК,
которая широко используется для получения ДНК-маркеров, праймеров ПЦР, при секвенировании ДНК и для контроля ПЦР в реальном времени и др. Подобные флуоресцентные метки используются
при диагностике генетических, онкологических, инфекционных заболеваний, в генной инженерии и молекулярной биологии для картирования генов, идентификации хромосомных аберраций, количественного контроля амплификации ДНК.
Известно, что вещества, потенциально применимым в качестве флуорофоров для мечения ДНК должны отвечать следующим структурным требованиям:
- содержать фрагмент из трех и более конденсированных ароматических циклов, один из которых должен быть пятичленным;
- иметь один или несколько гетероатомов;
- плоскую пространственную конфигурацию[2].
Всем этим структурным требованиям отвечают поликонденсированные ароматические производные имидазола с узловым
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
атомом азота, которые помимо широкого спектра фармакологической активности [3] являются биоизостерными аналогами азотистых оснований нуклеиновых кислот. Так, известно, что соединения содержащие бензо[4,5]имидазо[1,2-а]пиридиновое либо
пиридо[3′,2′:4,5]имидазо[1,2-а]пиридиновое ядро помимо интеркалирующей активности к тому же обладают повышенной флуоресценцией [4]. Эти свойства позволяют рассматривать соединения данного класса в качестве перспективных флуорофоров для
прямого введения метки в ДНК-зонд (рис.1).
Рис. 1. Фрагмент ДНК, со встроенным в двойную спираль флуорофором
С целью снижения затрат на производство меток для модификации ДНК необходимо разрабатывать новые высокоэффективные
методологий их синтеза. Так в литературе описано более десятка
способов синтеза пиридо[1,2-а]бензимидазолов, которые в целом
можно разбить на два принципиально отличных подхода (схема 1).
R1
H
N
H
R2
N
R1
R2
N
L
N
R2
N
N
Схема 1
Это, во-первых, методы в результате которых происходит
формирование пиридинового кольца, и, во-вторых, это способы в
основу которых положены процессы образования имидазольного
цикла пиридо[1,2-а]бензимидазольного цикла. При этом извест46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ные пути формирования пиридо[1,2-а]бензимидазольной системы, не лишенные недостатков – низкий выход целевых продуктов и малая доступность (дороговизна) исходных реагентов, делают их коммерчески мало выгодными. В виду этого нами была
проведена разработка эффективной универсальной методологии
синтеза конденсированных производных имидазола с узловым
атомом азота – потенциальных флуоресцентных красителей, на
основе внутримолекулярной восстановительной циклизации солей пиридиния (схема 2).
R
N
+
R1
Cl
+
O N
R
Cl +
N
R
R1
+
O N
N
R1
N
O
O
R=H, R1=CF3; R=H, R1=CN; R=H, R1=COOH; R=R1=CN
Схема 2
В ходе исследования был предложен и запатентован способ
получения не описанных ранее замещенных пиридо[1,2-а]бензимидазолов, к достоинствами которого относятся:
- во-первых, использование легко доступных недорогих исходных реактивов – пиридин, орто-нитрогалогенарены,
- во-вторых, возможность вторичного использования восстанавливающего агента (SnCl2), посредством его регенерации под
действием электрического тока,
- в-третьих, проведение синтеза в мягких условиях (комнатная температура, нормальное давление) без громоздкого оборудования.
В ходе детального исследования восстановительной внутримолекулярной циклизации солей пиридиния, были установлены
факторы, оказывающие существенное влияние на протекание
процесса (схема 3).
В дальнейшем был предложен механизм протекания основного и альтернативных направлений реакции восстановительной
циклизации (схема 4) и синтезированы другие поликонденсированные производные имидазола с узловым атомом азота такие
как, например, пиридо[3’,2’:4,5]имидазо[1,2-α]пиридины.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
R1
R1
Cl
+
N
R2
Cl
R
+
N
H2N
>3%
HCl
NaHS
D
C
Cl
+
N
R
N
H2N
R2
2-3 %
HCl
MeOH,
EtOH
N
N
N
O
NH2
A TiCl3
CF3
H
N
CF3
N
O2N
i-PrOH
H
N
F3C
SnCl2
B
4
3
2
1
50, 0 C
20, 0 C
6
N5
7
8
CF3
9
10
N
33%
90%
R
R
N
N
N
N
91-97 %
86-96 %
Схема 3
R
Cl
+
N
R1
O2N
R
X
R2
SnCl2
R1
Cl
+
N
R
X
-
R2
Cl
+
N
H
..
HOHN
R1
-
R
X
+
N H
OH
- H2O
R2
- HCl
R1
N
N
X
R2
X=CH2, R=R1=H, R2=CF3, COOH, NO2, NH2, CN;
X=N R=R1=R2=H; R=CH3, R1=R2=H; R=R1=CH3, R2=H
Схема 4
Полученные данные позволили определить оптимальные условия проведения синтеза пиридо[1,2-а]бензимидазолов и др., что
обеспечивает лабораторное получение продуктов в количестве до
3-х кг в год. Это количество способно удовлетворить потребность
исследовательских институтов и производств биоактивных препаратов в России во флуоресцентных метках данного класса, поскольку для генетических исследований они требуются в микроколичествах. При этом, стоимость получаемого продукта составит от 1000 до 1500 евро/кг, что будет гораздо дешевле малодоступных, описанных только в научной литературе, синтетических
аналогов (более 6000 евро/кг), и будет сравнима с ценами на ши48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
роко используемые природные азотистые основания (аденин,
гуанин и др.) 1500–2000 евро/кг.
Литература
1. Коршун В. А., Барлин Ю. А.// Биоорган. химия. 1994. Том. 20, № 6.
С. 565–616
2. Pastor J., Siro J., Garcia-Navio J. L., Vaquero J. J., Rodrigo M. M.,
Ballesteros M., Alvarez-Builla J. // Bioorg.&Med. Chem. Lett. 1995.Vol. 5,
№ 24. P. 3043–3048
3. Hranjec M., Kralj M., Piantanida I., Sedic M., Suman L., Pavelic K.,
Karminski-Zamola // J. Med. Chem. 2007, Vol. 50. P. 5696–5711
4. Knolker H-J., Boese R., Hitzemann R. // Chem. Ber. 1990. Vol. 123.
P. 327–339.
ХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ
ЗАМЕЩЕННЫХ БЕНЗОФУРАН-5,6ДИКАРБОНИТРИЛОВ
Ж. В. Чиркова, С. И. Филимонов,
И. Г. Абрамов, А. П. Хорн, А. С. Данилова
Ярославский государственный
технический университет
E_mail: chirkovazhv@ystu.ru
Бензофураны занимают важное место в современной химии
гетероциклов. Нами разработан новый стереоселективный метод
синтеза замещенные бензофуран-5,6-дикарбонитрилов (3) на основе БНФН (1). Занимаясь изучением свойств полученных гетероциклов, установили, что они при обработке щелочами селективно
расщепляются с удовлетворительным выходом до соответствующих фенолов (4). Нагревание последних в присутствии толуолсульфокислоты приводит к образованию 2-арилзамещенных бензофуранов (5).
Строение полученных соединений подтверждено данными
ЯМР- (в том числе двумерной корреляционной спектроскопией),
ИК-спектроскопий и масс-спектрометрией.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ONa O
N
Br
+
N
N
1
H3C
O
O
N
R
R
2(a-b)
N
O
O
1 NaOH
2 HCl
N
N
3(a-b)
O
R
TsOH
N
O
CH3
R
N
OH
4(a-b)
5(a-b)
2, 3, 4, 5, а – R = 4 – C6H4 – Me, b R=4 – C6H4 – OMe
Полученные соединения могут быть использованы для получения соответствующих замещенных фталевых кислот, амиидов, фталоцианинов, гексазоцикланов и ряда других соединений, содержащих ангидридные, имидные и изоиндолиновые
фрагменты.
СИНТЕЗ БИС-СУЛЬФАМИДНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
1Н-ПИРРОЛ-1-ИЛУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
Т. В. Сахарова, Д. Б. Кобылинский, М. В. Дорогов
Ярославский государственный
педагогический университет им. К. Д. Ушинского
mvdorogov@rambler.ru
Среди производных пиррола известен целый ряд соединений,
обладающих химиотерапевтической активностью против злокачественных новообразований.
На схеме представлена последовательность синтетических
превращений для получения фокусированных комбинаторных
библиотек новых соединений – бис-сульфамидных производных
1H-пиррол-1-илуксусной кислоты и их амидных производных.
Синтез замещенных амидов общей формулы 5 на основе сульфамидокислот 4 и аминов различного строения осуществлялся с
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
использованием 1,1-карбонилдиимидазола (КДИ) как активатора
карбоксильной группы по методу Пола-Андерсона.
Cl
HSO3Cl
O
S
N
R1R2N
Cl
S
O
HNR1R2
O
S
OO
S
R1R2N
O
S
OO
S
2O
NR1R2
O
N
NaOH/HCl
O
3
R1R2N
HNR3R4
O
S
КДИ
OO
S
O
NR3R4
5
O
NR1R2
N
O
4
O
O
O
1
NR1R2
N
N
O
O
OO
O
На стадии досинтетического планирования данные комбинаторные библиотеки были проанализированы по параметрам
эксклюзивности, похожести, равномерности насыщения комбинаторных рядов и возможности формирования фрагментного
пространства. Объем фокусированной библиотеки, получаемой
на основе структурно аналогичных билдинг-блоков с двумя
точками рандомизации составил 300 соединений при условии
варьирования в билдинг-блоках не менее 4 заместителей по
точке, не являющейся точкой рандомизации.
Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России”, Госконтракт
№ 02.740.11.0092).
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КОНСТАНТА РАВНОВЕСИЯ
НИТРОЗО-ОКСИМНОЙ ТАУТОМЕРИЗАЦИИ
ПАРАХИНОНМОНООКСИМОВ
КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
РЕАКЦИИ АРОМАТИЧЕСКОГО
НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ
Д. А. Базлов, А. Д. Котов, В. Ю. Орлов
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
kot@bio.uniyar.ac.ru
Актуальной проблемой рационального природопользования
является создание основ высокоэффективных, гибких, экологичных технологий получения разнообразных полифункциональных ароматических соединений многоцелевого назначения
на базе глубокой переработки исходных углеводородных продуктов. Это позволит углубить степень переработки углеводородного сырья и использовать для получения высоко востребованных реактивов практически неограниченную сырьевую базу.
Ориентация на преимущественное использование в качестве сырья углеводородов ароматического характера ставит задачу отработки методов функционализации последних. Это подразумевает отработку процессов введения функциональных групп
(нитро-, амино-, амидо-, сложноэфирных, гетероциклических и
других фрагментов) взамен атома водорода. Одним из перспективных методов функционализации на сегодняшний день является нуклеофильное замещение водорода. Взаимодействие активированных ароматических структур с разнообразными карбанионами позволяет не только вводить новые группы в
ароматическое или гетероароматическое ядро, но и создавать
новые гетероциклические фрагменты.
Ароматическое нуклеофильное замещение водорода с успехом может быть использовано для конструирования органических веществ, которые могут использоваться как полупродукты для полимерных и фармацевтических материалов, красителей и т. д. Преимущество методов SNArH и неактивированного SNArHlg состоит в отсутствии необходимости
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
предварительного введения в арен уходящей группы или группы – активатора, что значительно упрощает препаративное исполнение задачи. Поэтому изучение закономерностей протекания данных процессов представляется весьма актуальным, поскольку позволяет осуществлять тонкое управление реакциями
на всем их протяжении.
В связи с этим, в качестве модельного процесса нами выбрано взаимодействие нитроаренов с карбанионами арилацетонитрилов, которые приводят к целому ряду перспективных продуктов от хиноноксимов до гетероциклов.
В зависимости от наличия и положения заместителя в нитроаренах реализуются различные направления процессов взаимодействия с арилацетонитрилами в присутствии избытка основания:
CN
Y=H
NO2
+
X
H 2C
Ar
Y
1
2
CN
HON
Ar
X
I
NOH
II
3
N
CN
O
Ar
Y=H
Ar
X
X
-CN
Y
4
Y
5
Весьма удобным объектом для исследования является процесс I, как не связанный с дополнительной циклизацией. Еще одной особенностью этой реакции является хиноидная, а не нитрозо-форма конечного продукта. В результате данного взаимодействия образуется только фенилцианометилен-пара-хинонмонооксим 3 [1] в виде смеси син- и анти-стереоизомеров, при этом
образование изомерного нитрозоарена 3´ не наблюдается. Так как
соединения 3 и 3´ являются таутомерами, то для выяснения аспектов формирования исключительно хиноноксимной формы конечного продукта реакции был произведен теоретический расчет
энергии Гиббса возможных реакций образования 3 и 3´ и константы равновесия нитрозо-хиноноксимной таутомеризации.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
O
NO2
X
+
Y
H2C
Ar
CN
N
O
O
N
N
X
X
Y
Y
X
-
O
OH
-H2O
-H2O
Y
H
CH CN
Ar
Ar
OH-
Ar
OH
CN
H3O+
N
O
X
X
Y
Y
CN
3
C
OH-
H3 O+
N
X=H, Cl Y=H, Cl
Ar=C6H5, 4-ClC6H4
Ar
CN
Ar
CH
CN
3'
С использованием программы PC-GAMESS [2] проведено
квантово-химическое моделирование изучаемых структур, с
полной оптимизацией геометрии последних, используя метод
функционала плотности B3LYP [3] с базисным набором 6311G(d,p). Нахождение полной энергии молекул и последующий расчет энергии Гиббса изучаемых реакций проводились
для газовой фазы.
К тому же, введение электронакцепторного заместителя Cl в
структуру субстрата и реагента может существенно влиять на
скорость и вероятность протекания той или иной реакции. Для
сравнительной оценки возможности протекания разных путей
превращения в присутствии заместителя были проведены аналогичные выше описанные процедуры поиска свободной энергии
реакций и константы равновесия таутомеризации (табл.).
На основе анализа свободной энергии реакций можно сделать заключение, что наибольшей устойчивостью обладают хиноноксимные формы продуктов изучающих реакций, структуры
3а-д.
Показано, что существенное влияние на протекание процесса
оказывает местоположение заместителя в структуре субстрата.
Введение галогена в орто-положение к нитрогруппе в молекулу
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
Значения энергии Гиббса и константы равновесия таутомеризации парахинонмонооксимов
Структура
3а
3а´
Ph
Ph
N
O
N
∆rG
HO
298
CN
, кДж/моль
∆∆G , кДж/моль
K
Структура
CN
-42.27
-13.65
2.4·102
3б
298
-28.62
0
3б´
Cl
Cl
Ph
Ph
N
N
HO
∆rG
298
, кДж/моль
∆∆G , кДж/моль
K
Структура
CN
CN
O
-82.96
-20.79
4.4·103
3в
298
-62.17
0
3в´
Cl
Cl
HO
O
CN
N
∆rG
CN
N
Ph
Ph
298
, кДж/моль
∆∆G , кДж/моль
K
Структура
-4.34
-2.68
3
3г
298
-1.66
0
3г´
CN
CN
HO
∆rG
O
N
N
Cl
298
, кДж/моль
∆∆G , кДж/моль
K
Структура
Cl
-44.38
-20.46
3.8·103
3д
298
-23.92
0
3д´
CN
CN
Cl
Cl
N
Cl
298
, кДж/моль
∆rG
298
∆∆G , кДж/моль
K
∆rG
298
O
-64.75
-32.15
4.1·105
298
=(∆Е°r)·+∆ ZPEr-(T·∆ S
Cl
N
OH
r),
-32.60
0
K = exp
55
−
ΔG
RT
, T=298 K; R=8.314 Дж·K-1·моль-1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
субстрата, также как и в структуру реагента способствует преимущественному протеканию целевой реакции образованиеструктур 3б, 3г и 3д соответственно. Наличие галогена в метаположении к нитрогруппе в молекуле субстрата значительно
снижает вероятность образования целевого продукта реакции 3в,
что подтверждает экспериментальные данные (наблюдается образование смолообразной массы).
Расчетные значения константы равновесия нитрозо-оксимной
таутомеризации также свидетельствуют в пользу образования
хиноноксимной формы конечных продуктов. Отмечено, что при
введении электроноакцепторного заместителя Cl, на несколько
порядков увеличивается вероятность образования оксимной формы конечных продуктов (кроме структур 3в и 3в´). Величина константы равновесия таутомеризации для 4-хлорфенилцианометилен-циклогекса-2,5-диен-2-хлор-1-он-монооксима 3д в три раза
больше, чем у незамещенного фенилцианометиленциклогекса2,5-диен-1-он-монооксима 3а.
Таким образом, структуры 3а, 3б, 3г и 3д должны преобладать в равновесной смеси, что и отмечено в эксперименте
[4]. Большая энергетическая стабильность пара-хинонмонооксимой формы конечных продуктов объясняется влиянием эффекта сопряжения в хиноидном кольце.
Литература
1. Davis R. B., Pizzini L. C., Benigni J. D. Condensation of aromatic nitro
compounds with arylacetonitriles. I Nitrobenzene // J.Am.Chem.Soc. 1960.
Vol. 82. P. 2913.
2. Alex A. Granovsky www: http://classic.chem.msu.su/gran/games/index.
html.
3. Parr R., Yang W. Density functional theory of atoms and molecules. Oxford: Oxford University Press, 1989. P. 338.
4. Коновалова Н. В., Ганжа В. В., Котов А. Д., Орлов В. Ю. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции “Экологические
проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов”. Ярославль. 2006. С. 262.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИИ ДЕГИДРИРОВАНИЯ
АНГИДРИДОВ 4-R-ЗАМЕЩЕННЫХ
ЦИКЛОГЕКСАН-1,2-ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
А. А. Шетнев, В. В. Плахтинский, А. В. Колобов
Ярославский государственный
технический университет
shetnevaa@ystu.ru
Известно, что при действием брома на ангидрид 4-метил-тетрагидрофталевой кислоты в присутствии N,N-диметилформамида
происходит дегидрирование субстрата с образованием ангидрида
4-метил-фталевой кислоты.
В настоящей работе исследовано поведение соответствующих 4-метил и 4-R-фенил-замещенных гексагидрофталевых
ангидридов в условиях реакции дегидрирования.
O
O
O
R
1
O
3 Br2, DMF
120-1600C
O
R
2
O
CH3
R : C6H5
4-NO2C6H5
(1)
При действии на указанные субстраты брома при температуре 120–160 ºС в присутствии ДМФА происходит образование соответствующих ароматических ангидридов.
Предполагаемая схема образования продуктов (2) может включать два направления, различающиеся местом первоначальной атаки молекулой брома. Первое предполагает реакцию бромирования
по третичному атому углерода циклогексанового кольца, связанного с группой R и последующий термолиз с получением структуры
циклогексена. Процесс завершается стадиями бромирования – дегидробромирования и приводит к ароматизации субстратов.
Второе направление заключается в первоначальном бромировании субстрата по α-положению ангидридного цикла и последующей стадии дегидробромирования, катализируемой ДМФА,
приводящей образованию двойной связи в ангидридном цикле.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
O
O
O
3 Br2, DMF
O +
120-1600C
O
O
O
3
O
4
(2)
O
5
В пользу второго пути атаки свидетельствуют результаты эксперимента по дегидрированию ангидрида циклогексан-1,2дикарбоновой кислоты (3) (схема 2). Так, обработка 3 бромом в
указанных выше условиях приводит к смеси продуктов, состоящей из 90% ангидрида 1-циклогексен-1,2-дикарбоновой кислоты
(4) и 10% фталевого ангидрида (5). Однако низкая скорость образования 5 позволяет сделать вывод о влиянии заместителя R на
процесс ароматизации.
Идентификация продуктов осуществлялась при помощи методов ЯМР Н1 спектроскопии и масс-спектрометрии. Обсуждается механизм реакции.
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СИНТЕЗА
НОВЫХ АМИДНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
3-АРИЛ-5-АМИНОИЗОКСАЗОЛОВ
Е. В. Семенычев, М. К. Корсаков, О. А. Ясинский
Ярославский государственный
педагогический университет им. К. Д. Ушинского
Semen_1985@mail.ru
Нами была изучена амидная функционализация молекулярной системы 3-арил-5-аминоизоксазола.
В качестве исходных соединений для данного исследования
были использованы эфиры ароматических кислот 1а-г. Конденсация их с ацетонитрилом в присутствии гидрида натрия приводит к получению натриевых солей кетонитрилов 2а-г. 3-арил5-аминоизоксазолы 3а-г были получены путем взаимодействия
2а-г с гидрохлоридом гидроксиламина в присутсвии гидроксида
натрия в воде. Сульфамидные производные 4 были получены
путем взаимодействия аминоизоксазолов 3а-г с сульфохлори58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дами различного строения в присутствии гидрида натрия. Получить карбоксамиды 5 путем взаимодействия 3а-г как с хлорангидридами, так и с имидазолидами ароматических карбоновых кислот не удалось. Для получения карбоксамидов 5 был
применен новый, ранее не описанный метод активации, являющийся вариацией известной методики получения карбоксамидов через КДИ, заключающийся во взаимодействии аминоизоксазолов 3а-г с имидазолидами карбоновых кислот в диоксане в
присутствии эквивалентного количества гидрида натрия.
CH3CN
NaH
O
R1
NH2OH*HCl
NaOH
O
R1
N O
R1
O
N
2а-г
1а-г
3а-г
NH2
R2SO2Cl
NaH
N
R1
4
*
R1 =
R3COOH
КДИ, NaH
O
R1
NH
O S O
R2
*
(а);
NH
5
S
(б);
N O
(в);
O
R3
O
* (г).
N
*
R2SO2Cl - сульфохлориды различного строения
R3COOH - ароматические карбоновые кислоты различного строения
Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (ФЦП “Научные и научнопедагогические кадры инновационной России”, Госконтракт
№ 02.740.11.0092).
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ГИДРОПЕРОКСИДНОГО
РАДИКАЛА С ДВОЙНОЙ СВЯЗЬЮ
В СРЕДЕ ПОЛЯРНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
1
М.А.Казнина, 2 А.В.Сирик,
1
В.А.Мачтин, 2 Е.М. Плисс
1
Ярославский государственный
технический университет
2
Ярославский государственный
университет им. П.Г. Демидова
physchem@uniyar.ac.ru
Целью настоящей работы явился корреляционный и квантово-химический анализ экспериментальных данных по влиянию
среды на кинетические параметры жидкофазного окисления 1,2дифенилэтилена (ДФЭ) и 1,4-дифенилбутадиена (ДФБ) в растворителях различной полярности. Продолжение цепей при окислении данных субстратов осуществляется как присоединение HO2•
к π-связи. Квантово-химические расчеты (Amsol) показали, что в
переходном состоянии осуществляется частичный перенос электрона с π-связи на HO2•:
HO2 +
C
C
HOO
C
C
HOO
C
C
HOO
C
C
(kadd)
В среде полярного растворителя происходит изменение скорости элементарного акта продолжения цепей за счет электростатического взаимодействия. Об этом свидетельствуют полученные
корреляции (рис. 1 – 3): lgkadd от (ε – 1)/(2ε + 1) и Eadd от рассчитанных методом AM1 величин дипольного момента среды (μ) и
энергии стабилизации образующегося в акте присоединения алкильного радикала (Еst).
При образовании такого комплекса геометрия пары меняется
незначительно. Также незначительно меняется и распределение
атомных зарядов. Однако расчеты показывают, что длины образующихся при этом межмолекулярных связываний несколько выше значений, характерных для водородной связи. Кроме того, как
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
известно, эти связывания далеко не линейны (углы
C-O-H << 180°). Поэтому, вероятно, в основе такого взаимодействия лежит не ковалентная составляющая водородной связи, а
электростатическое взаимодействие, что и подтверждают приведенные выше рисунки.
Рис. 1. Зависимость lgkadd (323K) для ДФЭ от (ε – 1)/(2ε + 1)
в смеси толуола и бензонитрила
Рис. 2. Зависимость Eadd от μ для ДФБ и ДФЭ
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3. Зависимость Eadd от Est для ДФБ
По-видимому, реакционная способность π-связи в комплексах меняется под влиянием среды. Полярный характер радикала
HO2• и сольватирующие свойства среды и оказывают суммарное
электростатическое взаимодействие на реакционную способность
π-связи.
4-ФЕНИЛОКСИФТАЛОНИТРИЛЫ
И ФТАЛОЦИАНИНЫ НА ИХ ОСНОВЕ
В. С. Шарунов1, И. И. Бойко2, И. Г. Абрамов1,
С. И. Филимонов1, Г. Г.Красовская1, О. В. Доброхотов 1
1
2
Ярославский государственный
технический университет
Е-mail: sharunovvs@ystu.ru
ОАО “Технолог”, г. Переславль-Залесский
E-mail: technolog@slavich.ru
Уникальность физических и химических свойств комплексов
фталоцианинов обуславливает их привлекательность как объектов исследования. Наряду с традиционным использованием фталоцианинов в качестве красителей и пигментов, катализаторов
химических реакций, фото- и электрокатализаторов, полупроводниковых материалов, термически стабильных полимеров, лазерных красителей и оптических фильтров, добавились применение
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
их в качестве активных сред в сенсорах различных газов, в устройствах для хранения и отображения информации; исследуется
возможность их использования и в качестве жидких кристаллов.
В настоящее время фталоцианины вызывают большой интерес в
качестве фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии
онкологических заболеваний.
Разработан способ получения фталоцианинов из замещенных
фталонитрилов. Ниже представлены реакция получения и спектры поглощения исследуемых фталоцианинов.
R
N
R
N
CuCl2
N
R
N
N
R = 1) -O-Ph-O-Me
2) -O-Ph-O-C5H11
Черный - BASF Heliogen Blau L4460*
Зелёный, синий, пурпурный - №1
Красный - №2
63
N
N
Cu
N
N
N
R
R
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Комплексы фталоцианинов получали темплатным синтезом
фталонитрилов с хлоридом меди (II). Целевой продукт выделяли
экстракцией хлороформом, после удаления которого комплекс
подвергали очистке переосаждением из концентрированной серной кислоты и удалением оставшихся органических примесей
ацетоном, этиловым спиртом и этилацетатом. Способ получения
и последующая очистка комплексов позволила достичь максимального выхода и степени чистоты целевых продуктов.
СИНТЕЗ МОНОМЕРОВ
НА ОСНОВЕ ХЛОРАЛЯ И ДДТ
В. Н. Казин, С. Г. Сибриков
Ярославский государственный
университет им. П. Г.Демидова
kaz@bio.uniyar.ac.ru
Развитие сырьевой базы химической промышленности является важным вопросом, во многом определяющим ее развитие,
особенно в настоящее время. В частности, это касается химии и
технологии высокомолекулярных соединений. Особенно остро
стоит вопрос обеспеченности мономерами производства полимерных материалов со специфическими свойствами: термо- и огнестойкостью.
В этой связи значительный интерес представляет использование в качестве сырья производных хлораля. Хлораль является
исходным сырьем для получения фармацефтических препаратов,
особенно хлороформа, гербицидов и инсектицидов типа хлорофоса. Но основной областью применения хлораля всегда являлось производство ДДТ и аналогичных по структуре инсектицидов: метоксихлора, этоксихлора и других.
Метод синтеза соединений типа ДДТ основан на реакции
гидроксиалкилирования:
В качестве катализаторов обычно используют олеум, концентрированную серную кислоту, хлорсульфоновую кислоту и другие. В результате получают 1,1,1-трихлор-2,2-бис(4-хлорфенил)этан (70 %) и смесь изомеров: 2,4’-, 2,2’- изомеры ДДТ, а
также 1,1-дихлор-2,2-бис(4-хлорфенил)этан (ДДД) [1].
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Cl
Cl
+
O
H
H
OH
CCl3
+
CCl3
+
Cl
Cl
Cl
H
CCl3
С 1970 года ДДТ запрещен к применению в большинстве
стран мира. В нашей стране производство и применение инсектицида прекращено в 1989 году. Однако его было произведено
столько, что в ряде областей он остался на складах ядохимикатов
в качестве “мертвого груза”.
В последние годы в печати было опубликовано много работ,
в которых ставился вопрос об использовании ДДТ и его аналогов
в качестве дешевого и доступного сырья для химической промышленности [2]. Перспективность этого направления в принципе заложена в структуре молекулы ДДТ, а также соединений, полученных на его основе. В результате этой реакции можно получить целый набор исходных соединений, обладающих ценными
свойствами. Это замещенные 1,1,1-трихлор-2,2-диарилэтаны (R=
-OCH3; -CH3; -F; -Cl; -Br; -NHCOCH3; -COOH; -NO2):
R
R
H
CCl3
За исключением 1,1,1-трихлор-2,2-бис(4-гидроксифенил)этана, полученные соединения не используются непосредственно в
качестве мономеров для полимерных материалов, поскольку не
отвечают ряду требований: наличие активных групп для реакции
поликонденсации, наличие мостиковой и других групп, обеспечивающих термо- и огнестойкость. Поэтому их подвергают дальнейшей модификации.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Первым этапом является очистка технического продукта, поскольку при реакции замещенных бензолов с хлоралем образуется
смесь изомеров. Наиболее простым способом очистки является
перекристаллизация из спирта. Например, в результате однократной перекристаллизации технического ДДТ из пропилового спирта можно получить целевой 4,4’-изомер с выходом до 70 %.
Химическое преобразование полученных 1,1,1-трихлор-2,2диарилэтанов осуществляют следующими путями:
1) превращение центральной 1,1,1-трихлорэтановой мостиковой группы;
2) замещение атомов водорода в ароматических ядрах (введение заместителей);
3) преобразование заместителей в бензольных ядрах.
В ряду многочисленных превращений трихлорэтановой мостиковой группы наиболее изученной является реакция дегидрохлорирования (R=-H; -Cl; -CH3; -OCH3; -OH) [3]:
R
H
R
R
R
CCl2
CCl3
Она протекает с высоким выходом при действии спиртовой
щелочи и других оснований. Продуктом реакции является замещенный 1,1-дихлор-2,2-диарилэтилен.
Двойная связь в полученных соединениях легко окисляется, и
образуется соответствующий замещенный бензофенон (R= -H; Cl; -CH3; -OCH3):
R
R
R
R
CCl2
O
В качестве окислителей используют азотную кислоту, оксид
хрома (VI), бихромат калия в серной кислоте.
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Еще одним из способов преобразования трихлорэтановой
мостиковой группы является процесс хлорирования ДДТ, протекающий по радикальному механизму. Продукт реакции –
1,1,1,2-тетрахлор-2,2-бис(4-хлорфенил)этан в результате последовательных реакций изомеризации, дегалоидирования и окисления преобразуется в очень ценное соединение – 4,4’дихлорбензил:
Cl
Cl
Cl
Cl
H
Cl
CCl3
CCl3
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl Cl
Cl Cl
Cl
Cl
O
O
В ряду реакций замещения атомов водорода в ароматических
ядрах наибольшее распространение получили процессы галогенирования, сульфохлорирования и нитрования. Может проходить
замещение как двух атомов водорода в молекуле, так и четырех
(R=-Cl; -OH; -OCH3; X=-SO2Cl; -Br; -NO2):
R
R
R
R
H
H
X
X
CCl3
CCl3
X
X
R
R
H
X
X
CCl3
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отмечен интересный факт: при нитровании замещенных
1,1-дихлор-2,2-диарилэтиленов наряду с замещением атомов
водорода на нитрогруппы проходит процесс окисления дихлорэтиленовой мостиковой группы до карбонильной (R=-Cl; -CH3;
-OCH3):
R
R
R
R
NO2
O 2N
O
CCl2
Продуктом реакции является нитрозамещенный бензофенон.
Преобразование заместителей в бензольных ядрах можно
осуществить несколькими путями.
Алкильные заместители легко окисляются соединениями
хрома (VI) или азотной кислотой. При этом образуются ароматические кислоты:
X
X=
COOH
HOOC
CH3
H3C
X
H
C
;
C
.
CCl3
O
Основной путь превращения нитрогрупп – их восстановление, которое может осуществляться как с помощью химического,
так и каталитического метода:
Cl
O2N
X
Cl
Cl
Cl
H2N
NO2
X
H
X=
C
;
C
;
C
.
CCl3
CCl2
68
O
NH2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наличие нитрогрупп в орто-положении к галогену резко увеличивает его подвижность в реакциях нуклеофильного замещения. Поэтому атом хлора легко замещается как на амино-, так и
на гидроксигруппу при использовании аммиака или щелочи натрия (X=-NH2; -OH):
Cl
Cl
NO2
O 2N
X
X
NO2
O 2N
O
O
Перечисленные методы преобразования заместителей в бензольных ядрах (окисление, восстановление, замещение) являются
наиболее простыми и доступными. Применяя более сложные реагенты, комбинируя количество и последовательность реакций,
получают очень многочисленный круг мономеров, обладающих
активными группами и широким спектром свойств.
Полученные мономеры, обладающие требуемыми свойствами, используют в реакции поликонденсации. На основе ДДТ и
его производных можно получить следующие основные группы
полимеров [4].
Поликарбонаты получают на основе бисфенолов, содержащих различные мостиковые группы между бензольными ядрами,
и дихлорангидрида угольной кислоты. Термостойкость их изменяется в пределах от 100о до 300оС. Если в качестве мостиковой
группы в мономере выступает карбонильная, то термостойкость
полимера значительно возрастает.
При использовании в качестве дихлорангидридной компоненты дихлорангидрида ароматической кислоты получают полиарилаты. Максимальная температура их длительной эксплуатации составляет 180 оС, краткосрочной – 260 о С, деструкция на
воздухе начинается лишь при 360 оС.
Бисфенолы, производные ДДТ, используют для получения
простых полиэфиров – полимеров, содержащих кислородный
мостик. В качестве второго компонента при поликонденсации
применяют галогенароматические соединения. Полиэфиры тер69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мостойки в пределах от 300 о до 360 оС. Они хорошо растворимы
и легко перерабатываются.
Следующий класс полимеров – полиамиды. Их получают на
основе диаминов и дихлорангидридов дикарбоновых кислот. Это
высокомолекулярные полимеры, растворимые во многих органических растворителях. Они имеют температуру размягчения
310 оС и температуру потери 10 % массы 360 – 400 оС. На их основе получают высокопрочные пленки и волокна.
Полиимиды – гетероциклические полимеры – получают взаимодействием диаминов и диангидридов тетракарбоновых кислот.
Они растворимы в большинстве растворителей, имеют температуру размягчения 240 – 290 оС и температуру потери 10 % массы
450 – 500 оС.
Более сложные гетероциклические полимеры – полибензоксазолы и полибензимидазолы. Их получают на основе тетрафункциональных мономеров, содержащих две гидрокси- и две
аминогруппы или четыре аминогруппы. Второй компонент для
реакции поликонденсации – дихлорангидрид ароматической кислоты. Они выдерживают температуру в пределах 470 – 540 оС.
Зависимость свойств перечисленных групп полимеров от
строения мономерных звеньев следующая. Растворимость в органических растворителях определяется наличием объемных
заместителей (ароматический или гетероциклический фрагмент). Термостойкость зависит от наличия карбонильной группы или гетероциклического компонента. Что касается мономеров на основе ДДТ, то трихлорэтановая и дихлорэтиленовая
мостиковые группы придают полимерам свойства огнестойкости и самозатухания вследствие наличия атомов хлора.
Литература
1. Мельников Н. Н., Набоков В. А., Покровский Е. А. ДДТ. Свойства и
применение. М.:ГХИ, 1954. 204 с.
2. ДДТ и его производные как мономеры для синтеза ароматических
гетероцепных полимеров / Коршак В.В. и др. // Пластические массы. 1984.
№ 10. С. 28–32.
3. Сибриков С. Г., Казин В. Н., Копейкин В. В. Дегидрохлорирование
ДДТ и его нитрозамещенного / ЯрГУ. Ярославль, 1988. Деп. В НИИТЭХИМ, № 884-хп 88.
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Сибриков С. Г., Казин В. Н., Копейкин В. В. Нитрофенолы на основе ДДТ // Тез. докл. I Северо-Кавказского совещания по реактивам. Махачкала, 1988. С. 180.
ЖИДКОФАЗНОЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЕ
ОКИСЛЕНИЕ П-АЦИЛЗАМЕЩЕННЫХ ТОЛУОЛОВ
КИСЛОРОДОМ
С. В. Красников, Т. А. Обухова,
Е. Е. Фролова, Н. В. Камкина
Ярославский государственный
технический университет
E-mail: krasnikovsv@ystu.ru
Ацилзамещенные ароматические карбоновые кислоты являются перспективными полупродуктами органического синтеза при
получении потенциально биологически активных соединений. К
реакциям, с помощью которых возможно получение указанных
соединений, относится селективное окисление в присутствии
ионов металлов переменной валентности. В литературе есть данные по окислению п-метилацетофенона до п-ацетилбензойной кислоты в присутствии кобальт-бромидного катализатора. Данные
об окислении других п-ацилзамещенных толуолов в указанной
системе практически отсутствуют.
O
O
O2 , AcOH, 950 C O
CH3
катализатор,
R
инициатор
R
OH
2а-г
1а-г
*
R=
COOH
*
,
1-2а
,
1-2б
*
COOH ,
1-2в
*
1-2г
катализатор, инициатор: 1) Co(OAc)2 ·4H2 O, NaBr
2) Co(OAc)2 ·4H2 O, ацeтальдeгид
3) Co(OAc)2 ·4H2 O, Mn(OAc)2 ·4H2 O, NaBr
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В настоящей работе проведено исследование реакции селективного окисления метильной группы в п-ацилзамещённых толуолах, а также изучено влияние состава катализатора на селективность и выход продуктов реакции.
На модели 4-толилциклогексилкетона (1а) показано, что при
использовании кобальт-бромидного катализатора наблюдается
наибольшая селективность реакции, а выход основного продукта
составляет до 80%. Разработаны методики синтеза и выделения
индивидуальных продуктов жидкофазного окисления п-ацилзамещённых толуолов. Строение синтезированных соединений доказано с помощью методов ИК и 1Н-ЯМР спектроскопии.
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ σ -КОМПЛЕКСОВ
В РЕАКЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ПАРА-НИТРОХЛОРБЕНЗОЛА
С ФЕНИЛАЦЕТОНИТРИЛОМ
А. В. Цивов, А. Д. Котов, В. Ю. Орлов
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
Реакции ароматического нуклеофильного замещения водорода – один из эффективных методов функционализации электроннодефицитных аренов. Целенаправленное использование
данного метода невозможно без обобщения накопленного экспериментального материала при изучении механизмов данных реакций. Методы квантово-химического моделирования существенно помогают в решении подобного рода задач.
Предметом исследования является реакция взаимодействия
пара-нитрохлорбензола и фенилацетонитрила в присутствии гидроксида натрия.
На основании ранее проведенных исследований процесса
взаимодействия нитроароматических соединений с карбанионом
фенилацетонитрила установлено, что лимитирующей стадией реакции является образование σ H -комплекса [1]. Замещение происходит в орто-положении по отношению к нитрогруппе паранитрохлорбензола, при этом возможно образование нескольких
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
изомеров, в частности двух диастереомеров с конфигурациями R,
R и R, S.
O-
NO2
H2C
CN
+
N+ O-
NaOH
Cl
C
Cl
H
C
H
CN
Было проведено квантово-химическое моделирование образования изомеров с конфигурациями R,R и R,S. Расчет осуществлялся полуэмпирическим методом РМ6 [2], с учетом влияния положительно заряженного противоиона Na+ (ранее в работе [3] был выполнен расчет аналогичной реакции взаимодействия нитробензола с карбанионом фенилацетонитрила, но
без учета влияния противоиона и растворителя)
O-
O-
N+ O-
N+ O-
7
C
Cl
10
NC
C
1) R, S
H
H
7
Cl
C
10
H
C
H
CN
2) R, R
Для расчета переходных состояний стадии образования изомеров σ H -комплексов последовательно увеличивали расстояние
между реакционными центрами пара-нитрохлорбензола и карбаниона фенилацетонитрила – атомами C 7 и C10 . Расчеты проводились с полной оптимизацией системы частиц, кроме фиксированного расстояния между указанными атомами.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В результате, для обоих изомеров получена зависимость
теплоты образования переходных структур от расстояния между реакционными центрами пара-нитрохлорбензола и карбаниона фенилацетонитрила, представленная на рис. 1 ниже.
Теплота образования, ккал/моль
50
40
30
20
10
0
1,4
-10
1,6
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
3,8
4
4,2
Расстояние, А
1 И зомер R,S
2 И зомер R,R
Рис. 1. Зависимость теплоты образования переходных структур
при образовании σ H -комплекса от расстояния
между реакционными центрами для изомеров R,R и R,S.
По оси абсцисс – расстояние между реакционными центрами, А.
По оси ординат – значения теплоты образования, ккал/моль
При значениях расстояния между реакционными центрами
2,2 А и выше, существенных различий в теплотах образования
не наблюдается. Максимум значения теплоты образования переходных структур достигается на расстоянии 2,08–2,10 А. При
этом для изомера R,S наблюдается существенное увеличение
теплоты образования по сравнению с изомером R,R – разница
составляет ~24 Ккал/моль.
Полученный результат объясняется тем, что при расчете наблюдается различное расположение иона Na+ при малых значениях расстояния между реакционными центрами: у изомера типа
R,S он находится в плоскости пара-нитрохлорбензола, а у изомера типа R,R он смещается ближе к отрицательно заряженному
атому азота фенилацетонитрила (рис. 2).
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, установлено, что энергетически более выгодным является образование изомера типа R,R. Исходя из полученных результатов, можно заключить, что методом квантово-химического моделирования подтверждается большая вероятность образования R,R – изомера σ H -комплекса в реакции
взаимодействия пара-нитрохлорбензола с фенилацетонитрилом.
Na+
Na+
1) R, S
2) R, R
Рис. 2. Геометрия изомеров σ H -комплексов
в присутствии противоиона Na+
Литература
1. Орлов В. Ю., Котов А. Д., Русаков А. И., Быстрякова Е. Б., Копейкин В. В., Миронов Г. С. Влияние заместителя на скорость взаимодействия
пара-замещенных нитробензолов с фенилацетонитрилом // ЖОрХ. 1998.
Т. 34, вып. 4. С. 572–574.
2. Stewart J. J. P. (2004). J. Phys. Chem. Ref. Data 33 (3): 713–724.
3. Базлов Д. А., Котов А. Д., Орлов В. Ю. Квантово-химическое моделирование образования σ H -комплексов в реакции нуклеофильного замещения водорода / II школа семинар «Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул.
Сборник материалов: Ч. 1. Иваново 2005.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ МНОГОСЛОЙНОГО
ПЛЕНОЧНОГО КАТАЛИЗАТОРА
В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ
УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР
Н. Г. Савинский1, А. А. Шорников1,
М. Л. Гитлин1, А. И. Русаков2, В. Ю. Орлов2
1
Ярославский филиал Физико-технологического
Института Российской Академии Наук,
Savinski1@yandex.ru
2
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
Исследован процесс роста углеродных нанотрубок на многослойных металлических пленках на субстратах кремния. Каталитический слой существенно влияет как на скорость роста
нано-углеродных структур, так и на их морфологию. В работе
предпринята попытка разработать технологию роста углеродных наноэмиттеров, интегрированную с процессами изготовления микроприборов, основанных на полевой эмиссии.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, каталитический
пиролиз этанола, автоэмиссионные катоды.
PACS: 61.48-De, 85.35KT
Введение
Как известно из литературных источников, материалами
каталитических слоев роста углеродных нано структур (УНС)
являются металлы Fe, Co, Ni, Pt, Pd [1]. Рост углеродных нано – структур типа нанотрубок или нанопроволок непосредственно на субстрате в структуре планарного прибора при пониженных температурах, является одним из необходимых этапов
технологии производства эмиссионных микро- и наноприборов. В конструкции автоэмиссионного нано или микроприбора
необходимо наличие проводящей шины катода, выполненной
из тугоплавкого материала тантала или нитрида титана. Необходимым условием материала шины должна быть тугоплавкость, так как типовой материал шины проводника – алюми76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ний имеет температуру плавления ниже температуры типичных условий проведения синтеза УНС, а медь в условиях синтеза интенсивно окисляется. Данное исследование посвящено
разработке конструкционно-каталитических слоев роста УНС
на кремниевом субстрате с проводящим высокотемпературным
подслоем и верхними слоями катализатора роста наноструктур
в условиях синтеза из паровой фазы этанола.
Экспериментальная часть
В качестве экспериментальных образцов использовались
многослойные структуры на кремниевой подложке с ориентации <100>, размером от 2 – 5см2 рис. 1. После подготовки
многослойной каталитической структуры образец устанавливался на столик – подложку из 2 миллиметровой нержавеющей
стали и помещался в центр горизонтального кварцевого цилиндрического реактора длиной 1 метр и внутренним диаметром 37 мм. После установки образца в реактор, производилась
откачка механическим форвакуумным насосом, после чего в
реакторе прокачивалась смесь газов аргон / водород 100 см3/
30см3/ мин. Расход газов поддерживался контроллерами потока газов. Затем в течение 15 минут при непрерывной подаче
газов температура в реакторе поднималась до необходимой в
диапазоне 450 – 7500С с помощью ИК – нагревателей. Регулирование температуры осуществлялось с помощью ПИД регулятора, контроль температуры с использованием термопары.
Давление в реакторе измерялось с помощью вакуумметра Пирани и ионизационного измерителя давления 13ВТ3-003. Регулирование давления в реакторе осуществлялось дросселированием с использованием механических вентилей. После достижения необходимой температуры процесса в реактор подаются
пары этанола 99,5% и водород в течение 10 мин. Для постоянства поддержания температуры источника этанола емкость с
этанолом термостатируется в жидкостном ультротермостате
при температуре 300С. По окончании процесса, подача паров
этанола прекращается, в реактор продувается аргоном
100см3/мин. до полного остывания реактора.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
2
3
4
5
6
Рис.1 Расположение слоев в образцах
1 диэлектрический слой (SiO2),
2 металлический слой Ta (0,25 мкм)
3 адгезионный слой Al (0,02 мкм)
4 каталитический слой Со (0,002 мкм)
5 углеродные нанотрубки
6 диэлектрический слой (Si3N4 0,7 мкм)
7 металлический слой Ta 2 (0,25 мкм) 8 диэлектрический слой (Si3N4 0,5 мкм)
9 металлический слой Ta (0,5 мкм)
Строение образцов представлено в таблице
Таблица
Строение образцов
№
слоя
1
2
3
4
5
6
Материал слоя
Co кобальт
Al алюминий
TiN Нитрид титана
Ta тантал
SiO2 термический
Si<100> кремний субстрат
Толщина слоя
2нм
20нм
50нм
50нм
500 нм
550 мк
Тип образца
I
II







III





IV
V
VI
VII















Верхним каталитическим слоем всегда использовалась пленка металлического кобальта толщиной 2 нм, нанесенная методом
магнетронного распыления из металлической мишени. Слой тантала осаждался аналогичным образом. Буферный слой алюминия
толщиной 20 нм, формировали методом электронно-лучевого испарения или магнетронного распыления. Между этими двумя
процессами осаждения слоев подложка экспонировалась в атмосферном воздухе. В случае V и VI типа образцов слои тантала,
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
алюминия и кобальта формировались методом магнетронного
распыления в один цикл без экспозиции на воздухе промежуточных слоев. Нитрид титана наносили магнетронным распылением
титана в атмосфере азота. Условия формирования нитрида титана: Аргон 50 см3/мин., азот 0.8 см3/мин, мощность разряда 500Вт,
напряжение смещения 6.4 х250 В, давление 1х10-6Па, частота
ВЧ – генератора 13.56 МГц, время процесса 9 мин. Анализ синтезированных нано структур осуществлялся методами растровой
электронной микроскопии с использованием микроскопа и LEO –
430 SEM и просвечивающей электронной микроскопии с использованием LEO – 912AB
Для проведения микроскопических исследований на просвечивающем на микроскопе из части образца углеродных нанотрубок приготовлялась водная суспензия, которая затем наносилась
на медную сеточку, покрытую полимерной пленкой.
Результаты и обсуждение
Согласно, современным представлениям о механизме роста
УНС[2] [1] процесс протекает в три последовательные стадии:
 кластеризации пленочного слоя катализатора,
 “нуклеации” от латинского “nucleus – ядро” или зародышеобразования углеродной частицы на металлическом кластере
(жидком или твердом) и
 непосредственно рост УНС.
Стадия зародышеобразования углерода на поверхности металлических катализаторов определяет тип образующихся УНС:
будет ли это графеновый лист, нанотрубка или нановолокна, так
же диаметр трубки, количество графеновых слоев трубки.
В этой же работе сформулированы оптимальные условия селективного синтеза нанотрубок
 Повышение температуры реакции ведет к образованию зародышей меньшего радиуса и, как крайний случай, к росту однослойных УНТ.
 Зарождение и рост ОСНТ происходит в основном на жидких
или жидкоподобных частицах, характеризующихся высокими значениями работы адгезии. Для синтеза однослойных УНТ на твер79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дых каталитических частицах необходимо обеспечение высокой
степени пресыщения металлической частицы углеродом.
При прочих равных условиях использование в качестве катализаторов металлов с более высокими значениями энергии связи
“металл – С” приводит к образованию зародышей и соответственно УНТ меньшего диаметра.
Природа процесса кластеризации тонких пленок металла при
нагревании состоит в уменьшении свободной энергии Гиббса
пленки, за счет уменьшения поверхностной энергии. Зависимость
поверхностной энергии от размера нано – частицы предопределяет
связь между размером частицы и ее температурой плавления. Согласно оценкам и многочисленным экспериментальным данным2,
температура плавления нано – частицы стремится к нулю, когда ее
радиус становится меньше 0.5–0.6 нм. То есть на поверхности металлического кластера образуется жидкая оболочка. Температура
плавления нано – кластера уменьшается на сотни градусов по
сравнению с массивным образцом. Поэтому проведение процесса
нагрева 2 нм толщины каталитической пленки кобальта при типовых температурных режимах процесса 550–8500С приводит с одной стороны переходу нано-кластера с определенным числом атомов металла в жидкое расплавленное состояние, с другой стороны,
термодинамическая устойчивость жидкого состояния такого статистического ансамбля атомов должна иметь резкий верхний температурный предел. Равновесие между жидкими и твердыми кластерами является динамическим, и поскольку частота перехода
фазовых состояний кластера мала, то для каждой фазы успевают
установиться равновесные свойства.
Таким образом, чтобы на практике поддерживать заданный
размер и плотность рапределения жидкого металлического кластера по поверхности подложки необходимо:
 задаться нужной толщиной пленки катализатора[3]3, [4]4.
 поддерживать температурный градиент и температурный
интервал не позволяющий коалесцировать жидким металлическим кластерам нужного размера в более крупные.
 обеспечить стабилизацию размера кластера использованием
материала подложки с максимальной работой адгезии к расплаву
металла.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поэтому первым направлением исследований явилось исследование процессов роста УНС на многослойных металлических
структурах каталитических слоев и приемлемой металлической
пленке материала шины. На микрофотографиях рис. 3–12 представлены поверхности образцов типа I–VII после процесса формирования УНС при температуре 650–700 0С. Анализ представленных фотографий ясно демонстрирует зависимость роста УНС и их
морфологии от структуры образца. Неудовлетворительные результаты роста УНС отмечены в случае образцов типа IV, V, VI.
Все эти образцы используют в качестве подслоя тантал. С большой вероятностью можно утверждать, что кластеры кобальта каталитического слоя, а также кобальт на буферном слое алюминия
в условиях процесса синтеза УНС диффундируют в слой тантала
[6]5. Поэтому на этих образцах наблюдается незначительный рост
УНС или рост экзотических графеновых вертикальных кольцевых
структур рис. 7. На образце VII, кобальт сформирован на двуокиси
кремния, что так же не дает положительного результата.
Тогда, как структуры I, II, III кобальт на подслое алюминия и
нитрида титана продемонстрировали рост УНТ. Для оценки
влияния буферного подслоя алюминия были сформированы
структуры I в один цикл без экспозиций на воздухе. Результат
синтеза УНТ оказался аналогичен образцу VII. Становится ясно,
что окисленный тонкий слой алюминия AlOx стабилизирует кластер кобальта. Более того, в работе [5] установлено, что нанокластеры кобальта не только располагаются на поверхности, но и
находятся в приповерхностном слое за счет диффузии и стабилизированы в аморфной матрице алюминия, аналогично структуре
субмикрокристаллических сплавов [22]. На рисунках 13, 14, 16
представлены структуры углеродных нано – трубок. Трубки
имеют сильный разброс по диаметру от 4 нм до 15 нм. Все они
относятся к многослойным трубкам. Причем трубки большого
диаметра имеют бамбукоподобное строение. Трубки растут в виде неплотных неупорядоченных структур, получивших у исследователей названия “травы” или “войлока”.
В случае использования нитрида титана как материала слоя
шины и слоев алюминия и кобальта в качестве каталитического
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
слоя рост УНТ осуществляется вертикально, что важно для использования структуры в качестве катодных матриц.
1 мк
30 нм
Рис. 2. Образец V
Рис. 3. Образец VII
30 нм
100 нм
Рис. 4. Образец VI
Рис. 5. Образец VI
100 нм
300 нм
3 мк
Рис. 6. Образец V
Рис. 7. Образец V
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
300 нм
100 нм
Рис. 8. Образец II
Рис. 9. Образец III
1 мк
300 нм
Рис. 10. Образец VI
Рис. 11. Образец I
Рис. 12. Образец IV
Рис. 13. Образец IV
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 14. Дифрактограмма УНТ
образец I
Рис. 15. Образец I
Рис. 16 Вольт-амперная характеристика диодной структуры
На одном из полученных образцов рис. 8 проведены испытания эмиттеров УНТ в вакууме.4 х10-6мбар. Расстояние между катодом и анодом составляло 40мк, площадь эмитирующей поверхности 1мм2. На рисунке 16 представлена вольт – амперная характеристика диодной структуры. Линейная зависимость графика в
координатах уравнения Фаулера – Нортгейма (рис. 17), позволяет
утверждать об автоэмиссионном механизме полевой эмиссии.
Согласно теории Фаулера – Нортгейма плотность тока J автоэлектронной эмиссии связана с напряженностью локального поля
Е вблизи поверхности эмиттера следующим выражением:
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уравнение 1
где
,
,
, функции
представляют собой медленно меняющиеся зависимости, хорошо
апроксимирующиеся выражениями
, – работа
выхода элекрона в вакуум для проводника углерода (графит)
составляет 4.5 эВ. Явление усиления электрического поля на неоднородностях носит название коэффициента усиления электрического поля. Коэффициент усиления ß = E/V, где E – напряженность поля, V – приложенное напряжение. Коэффициент усиления рассчитывался по следующей формуле.
уравнение 2
Рис. 17. График уравнения Фаулера – Нортгейма
Коэффициент усиления составил величину
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Площадь эмитирующей поверхности рассчитывалась по
уравнению 3. И составила
, порог эмиссии 6
2
В, плотность тока 140 мА/м , деградация 5% час.
уравнение 3
Выводы
Исследован процесс роста углеродных нанотрубок на пленках катализатора кобальта с использованием различных подслоев
алюминия, нитрида титана, термического окисла кремния на
кремниевой подложке. Установлено, что окисленная пленка
алюминия в качестве подслоя кобальта позволяет формировать
углеродные нанотрубки в виде вертикальных массивов. В ходе
проведения исследований определено, что в качестве материала
шины проводника для микро-приборов на основе УНТ эмиттеров
можно использовать нитрид титана. Экспериментальное измерение эмиссионных характеристик структур прототипов микроприборов показало принципиальную возможность формирования УНС в процессе каталитического пиролиза паров этанола
Благодарности
Благодарим
сотрудников
ЯФФТИАН
В. В. Наумова,
Н. М. Тимину, А. А. Попова за осаждение металлических слоев,
сотрудника ОАО «НИИМЭ и завод МИКРОН Ч. П.Волка за проведение электронно-микроскопического анализа.
Работа выполнена при частичной поддержке Гранта губернатора Ярославской области в сфере науки и техники.
Литература
1. Limin Huang, Brian White, Matthew Y. Sfeir, Mingyuan Huang, Henry
X. Huang, Shalom Wind, James Hone, and Stephen O'Brien. Cobalt Ultrathin
Film Catalyzed Ethanol Chemical Vapor Deposition of Single-Walled Carbon
Nanotubes // J. Phys. Chem. B; 2006; V. 110 (23) P. 1103–1110.
2. Усольцева А. Н. Физико-химические основы каталитического синтеза углеродных нанотрубок: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. Новосибирск, 2007. C. 19.
3. Гусев А. И. Ремпель А. А. Нанокристаллические материалы. М.:
Физматлит, 2001. C. 221.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Anastasios John Hart. Chemical, Mechanical, and Thermal Control of
Substrate-Bound Carbon Nanotube Growth // Extended Abstract of Doctoral
Thesis. December, 2006.
5. Shuhei INOUE_ and Shigeo MARUYAMA Mass Spectroscopy of
Chemical Reaction of 3d Metal Clusters Involved in Chemical Vapor Deposition Synthesis of Carbon Nanotubes // Japanese Journal of Applied Physics
2008. Vol. 47, №. 4. P. 1931–1936.
6. Рогачев А. С. Волны экзотермических реакций в многослойных нанопленках // Успехи химии. 2007. Т. 77, № 1. С. 22–38.
СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК
НА ЗАКРЕПЛЕННОМ ПЛЕНОЧНОМ
КАТАЛИТИЧЕСКОМ СЛОЕ
Н. Г. Савинский1, А. А. Шорников1,
М. Л. Гитлин1, А. И. Русаков2, В. Ю. Орлов2
1
Ярославский филиал Физико-технологического
Института Российской Академии Наук,
Savinski1@yandex.ru
2
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
Исследован процесс роста углеродных нанотрубок на пленках двухслойного катализатора кобальт/алюминий на субстратах
кремния. Метод каталитического пиролиза этанола привлекает
простотой аппаратурного оформления, относительно низкими
температурами роста. В работе предпринята попытка разработать
технологию роста углеродных наноэмиттеров, интегрированную
с процессами изготовления микроприборов, основанных на полевой эмиссии.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, каталитический
пиролиз этанола, автоэмиссионные катоды.
PACS: 61.48-De, 85.35KT
Введение
Углеродные наноструктуры типа нанотрубок или нанопроволок на субстратах кремния потенциально привлекательны для
производства микроприборов основанных на полевой эмиссии:
эмиссионные дисплеи, аналоги вакуумных ламповых приборов,
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выполненных в микроисполнении [1–5]. Исторически, первые методы синтеза углеродных наноструктур связаны с аппаратурой для
синтеза бакмистерфуллеренов: таких как метод лазерной абляции
[6]1, метод электрической дуги [7]. Основным направлением исследований низкотемпературного роста углеродных наноструктур
(УНС) в настоящее время являются каталитические процессы осаждения из газовой фазы различных углеводородов (в англоязычной
литературе – Catalyst-assisted chemical vapor deposition (CACVD)
[8–11] в том числе плазменно-стимулированные [12], [13]. Однако,
плазменно-стимулированные PECACVD технологии являются существенно более дорогостоящими, процессы менее селективными,
возникают вопросы дефектов, связанных с ионной бомбардировкой
поверхности. Строго говоря, методы CАCVD также делятся на два
класса: методы с использование катализатора на носителе и методы
с образованием катализатора в газовой фазе, разложением металлоорганических соединений или карбонилов металлов при повышенной температуре. Для изготовления микроприборов по планарной технологии необходимы методы CACVD с пленочным каталитическим слоем, сформированным на кремниевом субстрате,
максимально интегрированные в современную технологию производства кремниевых СБИС. Среди методов CACVD особое место
занимает процесс каталитического пиролиза паров этанола
(КППЭ), который является одним из самых перспективных, среди
других методов роста углеродных нано структур. КППЭ метод отличает простота аппаратурного оформления, высокая региоселективность процесса роста наноструктур. Использование в качестве
источника углерода этанола в процессах CАCVD связано со способностью гидроксильного радикала, генерирующегося в процессе
пиролиза этанола, интенсивно взаимодействовать с аморфными углеродными осадками, переводя их в газовую фазу, и тем самым получать нанотрубки исключительно высокой чистоты (99%), без
всякой дополнительной очистки. Недавно, японскими учеными
были синтезированы вертикальные однослойные нанотрубки с использованием метода КППЭ2, что вызвало дополнительный интерес к этому процессу. Несмотря на пристальный интерес к этому
процессу [14–20], в литературе слабо отражены его общие закономерности, такие как влияние технологических параметров: зависи88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мости скорости роста от давления паров этанола, температурный
интервал роста, влияние катализатора и промотирующих каталитических слоев, региоселективность процесса, влияние газодинамики
процесса на рост и вид УНС. Наша работа призвана осветить некоторые закономерности роста УНТ методом КППЭ.
Экспериментальная часть
В качестве экспериментальных образцов использовались
многослойные структуры на кремниевой подложке с ориентации
<100>, размером от 2–5см2.
После подготовки многослойной каталитической структуры
образец устанавливался на столик-подложку из 2 миллиметровой
нержавеющей стали и помещался в центр горизонтального кварцевого цилиндрического реактора длиной 1 метр и внутренним диаметром 37 мм. Схема реактора представлена на рис. 1. После установки образца в реактор, производилась откачка механическим
форвакуумным насосом, после чего в реакторе прокачивалась
смесь газов аргон / водород 100 см3/ 30см3/ мин. Расход газов поддерживался контроллерами потока газов. Затем в течение 15 минут
при непрерывной подаче газов температура в реакторе поднималась до необходимой в диапазоне 450–7500С с помощью ИКнагревателей. Регулирование температуры осуществлялось с помощью ПИД регулятора, контроль температуры с использованием
термопары. Давление в реакторе измерялось с помощью вакуумметра Пирани и ионизационного измерителя давления 13ВТ3-003.
Регулирование давления в реакторе осуществлялось дросселированием с использованием механических вентилей. После достижения необходимой температуры процесса в реактор подаются пары этанола 99,5% и водород в течение 10 мин. Для постоянства
поддержания температуры источника этанола емкость с этанолом
термостатируется в жидкостном ультротермостате при температуре
300С. По окончании процесса, подача паров этанола прекращается,
в реактор продувается аргоном 100см3/мин. до полного остывания
реактора. Анализ синтезированных нано структур осуществлялся
методами растровой электронной микроскопии с использованием
микроскопа и LEO – 430 SEM и просвечивающей электронной
микроскопии с использованием LEO – 912AB
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1- ИК нагреватель, 2- кварцевый реактор, 3- образец с держателем, 4 – баллон с
водородом и контроллером потока, 5-баллон с аргоном и контроллером потока, 6 емкость и этанолом,7 - механический вакуумный насос, 8 вакууметр Пирани, 9 –
измеритель вакуума 13ВТ3- 003
1
2
3
9
8
4
5
6
7
Рис. 1. Схема реактора синтеза наноуглеродных структур
Результаты и обсуждение
Конструкция микроприбора предполагает высоту углеродного
наноавтоэмиттера не более 1 мкм. Потому, типовые скорости осаждения CCVD процессов сотни нанометров в секунду, в данном
случае являются скорее отрицательным фактором. Для того, чтобы
регулировать скорость роста УНС, нами были исследованы в первую очередь такие параметры массопереноса в системе, как общее
давление в реакторе, газовый поток и состав реакционных газов.
Скорость роста углеродных наноструктур зависит от количества вводимого этанола – источника углерода. На рис. 2 а, б, в представлены фотографии структур УНС в зависимости от давления
паров этанола в реактор при 6500С 10 мин наструктурах I кремний<100>, 20 нм алюминия, 2 нм кобальта (Si/20нмAl/2нмСо). На
рис. 3 представлена зависимость скорости роста УНС от давления
паров этанола в реакторе. Для вышеуказанной структуры в температурном диапазоне от 500 до 8000С и давлении от 1 до 5 кПа УНС
растут в виде вертикальных структур.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2. Влияние давления на скорость роста УНС
Зависимость от давления ясно демонстрирует, что скорость
роста лимитирует диффузия этанола к растущей поверхности УНТ.
а 1000Па;
1мкм
б 2000 Па;
500нм
в 5000Па; 1мкм
Рис. 3. Поперечный срез выросшего слоя углеродных наноструктур
при различном давлении паров этанола в реакторе
Давление насыщенного пара этанола составляет 5,852 кПа и в
данной конструкции реактора рост УНТ ограничен возможностью подачи паров в реактор. Исследование влияния температуры на рост УНС иллюстрируется рис. 4 и 5. Зависимость роста
УНС условно можно разбить на три диапазона. В интервале 500–
6500С скорость роста невелика 5–6 нм/мин, до температуры в
7000С возрастает до 30 нм/мин, затем резко уменьшается до величин 10нм/мин при 8000С. Из Аррениусовской зависимости,
изображенной на рис. 5, были определены энергии активации
процесса роста УНТ на разных участках температурной кривой.
Энергия активации 1, 2 и 3 диапазонов составила соответственно
40,5; 79,3 и –114 кДж/моль.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Столь значительная разница активационных барьеров на 1 и
2 и 3 диапазонах температур свидетельствует о существенно различных процессах лимитирующих рост УНС.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Так при низких температурах, очевидно сильно влияние процессов хемосорбции этанола на каталитической поверхности, тогда как на 2 участке возрастающий вклад оказывают процессы
термического разложением этанола. Третий участок, характеризуется отрицательным значением энергии активации, где, фактически, происходит ингибирование процесса роста УНТ. Возможно, это связано с высокой скоростью нуклеации пленки катализатора в структуры, на которых невозможен рост УНС. Другим
объяснением, может быть ингибирование роста за счет реакций
травления и окисления растущей УНС продуктами разложения
кислород содержащих примесей этанола.
а) 5000С; 300 нм
б) 5500С; 500 нм в) 6000 С; 500 нм
г) 6500С;300 нм
д) 7000С; 400 нм е) 7500С; 400 нм ж) 8000С; 500 нм
Рис. 6. Поперечный срез выросшего слоя углеродных наноструктур
при различной температуре Si/20нм Al/2нмСо 10 мин.
P = 2 кПа этанол/водород
Характерные диаметры синтезированных УНС составили
10–40 нм.
Выводы
Исследован процесс синтеза УНС из паровой фазы этанола в
проточном реакторе низкого давления. Установлено, что УНС
формируются в условиях синтеза виде вертикальных плотных
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
структур, пригодных к использованию в качестве холодных автоэмиссионных катодов для микро- и наноинтегрированных устройств. На одном из полученных образцов рис. 7 проведены испытания эмиттеров УНС в вакууме. Были получены следующие
результаты плотность тока 8мА/см2, порог эмиссии 6В/мкм, деградация 5% час.
Благодарности
Благодарим сотрудников ЯФФТИАН В. В. Наумова,
Н. М. Тимину, А. А. Попова за осаждение металлических слоев,
сотрудников ОАО «НИИМЭ и завод МИКРОН» г. Зеленоград
С. Н. Орлова, О. П. Гущина и Ч. П. Волка за проведение электронно-микроскопического анализа.
Работа выполнена при частичной поддержке Гранта губернатора Ярославской области в сфере науки и техники.
Литература
1. Елецкий А.В. //Журн. УФН. 2002 г. Т. 172, № 4. С. 401–438.
2. Chai G., Chow L. // Journal Carbon. 2007. № 45. P. 281.
3. Shinji I., Masato Y., Nobuyuki I., Hiroshi Y. // Japanese Journal
of Applied Physics. 2008. Vol. 47, № 1. P. 700–702.
4. Jyh-hua ting // field emission properties of carbon nanotube films
12. 10. 2006 www.ndl.org.tw
5. David S. Y. Shaw J. // J. Applied Physics Letters V. 80, № 1.
2002. P. 118–120.
6. Thess A. et al. // J. Science. 1996. V. 273. P. 483.
7. Kratschmer W., Lamb L. D., Fostiropoulos K., Huffman D. R.
// J. Nature 1990. V. 347. P. 354.
8. Anna Moisala Academic Dissertation “Studies on Synthesis of
Single-Walled Carbon Nanotubes by Gas-Phase Chemical Vapour Deposition” // Laboratory of Inorganic Chemistry Department of Chemistry
University of Helsinki Finland 2006 P. 43.
9. Mordkovich V. Z., Dolgovaa E. A., Karaevaa A. R., Kharitonov
D. N., Maslova I.A., Kameneva A.A., Tretjakov V.F. Synthesis of carbon nanotubes by catalytic conversion of methane: Competition between
active components of catalyst // J. Carbon. 2007. V. 45. P. 62–69.
10. Jarrn-Horng Lin, Ching-Shiun Chen, Hui-Ling Ma, Chen-Yin
Hsu, Hsiu-Wei Chen. Synthesis of MWCNTs on CuSO4/Al2O3 using
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
chemical vapor deposition from methane // J. Carbon 2007. V. 45.
P. 203–228.
11. Раков Э. Г. Получение тонких углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом на носителе // Успехи химии. 2007. Т. 76,
№ 1. С. 3–26.
12. Takafumi Matsuda, Marcel Mesko, Tomokazu Ishikawa, Jun Sato,
Akihisa OGINO, Ryo TAMURA, And Masaaki NAGATSU. Role of Negative Electric Field Biasing on Growth of Vertically Aligned Carbon Nanotubes Using Chemical Vapor Deposition // Japanese Journal of Applied
Physics. Vol. 47, № 9. 2008. P. 7436–7439.
13. Bernd Schroter, Thomas Reichelt, Helga Rudolph and Wolfgang
Richter. Directed growth of carbon nanotubes on solid surfaces // FriedrichSchiller-Universitat Jena, Institut fur Festkorperphysik, Annual Report.
2005. P. 2.
14. Maruyama S., Kojima R., Miyauchi Y., Chiashi S., Kohno M.
// J. Chem. Phys. Lett. 2002. V. 360. P. 229.
15. Hideki Sato, Koichi Hata, Ken Hiasa,Yahachi Saito // J. Vac. Sci.
Technol. B, 2007. V. 25, № 2. Mar/Apr. P. 579–582.
16. Бараш С. В., Симунин М. М. Горшков К. В. Оценка динамики
парогазовой смеси во время реакции в установке каталитического пиролиза этанола // Нанотехнологии в электронике: Сб. науч. тр.; под.
ред. А. А. Горбацевича. М.: МИЭТ, 2007. С. 80–87,
17. Горшков К. В. Симунин М. М. Установка для получения углеродных нанотрубок методом каталитического пиролиза из газовой
фазы этанола // Нанотехнологии в электронике: Сб. науч. тр. ; под.
ред. А. А. Горбацевича. М.: МИЭТ, 2007. С. 93–98.
18. Комаров И. А., Шлегель И. В. Симунин М. М. Методики производства углеродных нанотрубок каталитическим пиролизом этанола // Нанотехнологии в электронике: Сб. науч тр.; под. ред.
А. А. Горбацевича. М.: МИЭТ, 2007. С. 88–92.
19. Konravelov K. B, Sotirchos S. V. Dynamic stady of carbon nanotube production by chemical vapor deposition of alcohol // Rev. Adv. Mater Sci. 2005. V. 10. P. 243–248.
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ПЕРСПЕКТИВНЫХ,
МНОГОЦЕЛЕВЫХ АЗОКРАСИТЕЛЕЙ
НА ОСНОВЕ МЕТИЛФЛОРОГЛЮЦИНА (МФГ)
К. И. Кобраков1, Г. С. Станкевич1, В. И.Ушкаров1,
К. Г. Алексанян1, В. Ю. Орлов 2, Р. С. Бегунов 2
1
Московский государственный
текстильный университет имени А.Н. Косыгина
2
Ярославский государственный
университет имени П.Г. Демидова
E-mail: kki@msta.ac.ru
Поиск новых азокрасителей и азопигментов, способных эффективно окрашивать текстильные материалы, а также и другие
объекты и отличающихся малыми нормами расхода, отсутствием
всякого рода побочных действий и вписывающихся в традиционные схемы утилизации или очистки сточных вод продолжает оставаться актуальной задачей органической химии и химической
технологии.
Пути решения обозначенной задачи прежде всего заключаются
в поиске новых дешевых, доступных и экологически безопасных
полупродуктов.
В настоящей работе мы сообщаем о разработке методов синтеза новых бисазокрасителей и пигментов на основе трехатомного фенола – метилфлороглюцина (МФГ) и некоторых моно- и
диаминов.
МФГ в качестве азасоставляющей в реакции азосочетания до
начала наших исследований не изучался. Это связано, в первую
очередь, с его труднодоступностью и, соответственно, высокой ценой. Однако после разработки в ИОХ РАН эффективного и технологичного способа получения МФГ из 2, 4, 6 – триаминотолуола
(ТАТ) – продукта полного восстановления 2,4,6 –тринитротолуола
(ТНТ) он стал вполне доступным реагентом [1]. А с учетом того,
что в синтезе используется так называемый «демилитаризованный»
ТНТ, извлекаемый из снятых с вооружения по разным причинам
боеприпасов, цена МФГ стала сравнима с ценой фенола.
Как уже отмечалось, вследствие «экзотичности» МФГ его
химические свойства практически не изучены. В частности реакция электрофильного замещения до последнего времени ограни96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чивалась реакциями бромирования (работа конца XIX века) [2] и
несколькими примерами реакции ацилирования [3-5]. Однако с
точки зрения перспектив практического применения целевых
продуктов реакции безусловно наибольший интерес представляет
реакция азосочетания.
CH3
CH3
OH
HO
*
*
OH
- +
X N2 Ar`
OH
HO
- +
X N2 Ar
*
N N Ar
OH
CH3
OH
HO
Ar` N N
N N Ar
OH
Ar, Ar` – арильный, гетарильный радикал; * – место азосочетания.
В ходе проведенного нами исследования установлено, что
МФГ гладко реагирует с различными по строению солями диазония, причем показано, что на селективность реакции (т.е. образование продукта моно- или бисазосочетания) определяющее влияние оказывает характер заместителя в молекуле диазосоставляющей. Так, если в молекуле диазокомпоненты имеется сильный
электроноакцептор (- NO2, -SO3H), то для селективного получения
моноазосоединения реакцию азосочетания следует проводить в
интервале значения рН =0-1, при работе в интервале рН =2-8 независимо от соотношения и порядка прибавления реагентов в реакции всегда получается смесь продуктов моно- и бисазосочетания.
При дальнейшем повышении щелочности скорость образования
диазотата начинает намного превышать скорость реакции азосочетания и продукт практически не образуется. Если в молекуле диазокомпоненты наряду с электроноакцепторными заместителями
присутствует сильный электронодонор (-OH, -OCH3, -CH3), то для
получения моноазосоединения реакцию следует проводить при
величине рН =4-6.
Известно, что среди азокрасителей наибольший интерес
представляют бисазокрасители, имеющие в своем составе две
азогруппы, что позволяет получать с их помощью более глубокие
и насыщенные цвета [6].
Нами исследовано два подхода к синтезу красителей указанного строения на основе МФГ: проведение последовательно двух
реакций азосочетания солей диазония, полученных из моноани97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
линов по обоим возможным местам электрофильной атаки в
МФГ (метод А) или вовлечение в реакцию азосочетания солей
диазония, полученных из диаминов (метод Б).
Методика проведения реакции по методу А определяется
строением и свойствами первоначально образующегося моноазосоединения. Если промежуточный продукт (моноазосоединение)
водорастворим и обе диазосоставляющие одинаковы, реакция
проводится при рН = 7-8 и соотношении реагентов (МФГ к соли
диазония) 1:2 (см таблицу: соединение 1). Если диазосоставляющие различны и с одной из них МФГ образует водонерастворимый продукт, то сначала реакцию ведут с диазосоставляющей,
которая при сочетании с МФГ образует водорастворимый продукт при значении рН, описанном для конкретной соли диазония
при получении моноазосоединения, а затем доводят величину рН
до 7-8 и прибавляют вторую диазосоставляющую (см. таблицу:
соединение 2). В случае если обе диазосоставляющие на стадии
получения моноазосоединения, образуют с МФГ водонерастворимый продукт, то вторую стадию азосочетания следует проводить в водноспиртовой среде, при тех же значениях рН, что и в
предыдущем случае (см. таблицу: соединение 3).
Для синтеза бисазосоединений по методу Б в качестве диаминов нами были использованы 3,4′-диаминобензофеноны
O
R
H2N
NH2
R=-CH3, -OCH3, -OC6H5, -Cl,
N
O
.
синтез которых разработан нами [7] и отличается высокими выходами целевых продуктов, технологичен и основан на доступных исходных соединениях. Известно, что диаминодиарильные
производные, в которых арильные радикалы связаны друг с другом через различные «мостиковые» атомы или группы значительно
менее
канцерогенны
чем
классический
4,4′диаминодифенил (бензидин) и его производные [8].
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица
Выходы и электронные спектры
поглощения синтезированных бисазокрасителей
№
п/п
Структурная формула бисазосоединений,
CH3
Выход,
%
λмах , нм
(lg ε)
90
242,71(3,54)
252,53(3,56)
284,09(3,29)
357,14(3,72)
466,42(3,93)
85
200,32(4,31)
230,63(5,00)
415,28(4,47)
65
218,82(4,53)
228,42(4,52)
269,26(3,98)
293,26(4,15)
377,37(5,00)
455,00(4,23)
231,3(4,55)
291,1(3,89)
491,3(3,55)
OH
HO
где R=
OH
1.
HO3S
CH3
HO
N N
OH
SO3H
N N
OH
2.
NO2
CH3
HO
MeO
N N
OH
SO3H
N N
OH
3.
CH3
O2 N
HO
N N
OH
NO2
N N
OH
4.
81
O
R
N
O
N
N
5.
N R
76
O
R
N
OMe
N
N
N R
99
355,7(1,27)
423,1(3,44)
431,9(3,44)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
6.
2
3
4
O
72
349,6(1,25)
428,2(3,44)
432,4(3,45)
86
299,6(3,82)
245,3(3,70)
493,3(3,52)
78
241,3(4,12)
316,8(2,78)
430,4(3,49)
R
N
Me
N
N
7.
N R
O
R
N
N
N
N
8.
O
N R
O
R
N
Cl
N
N
N R
Нами установлено, что диамины плохо растворяются в среде
соляной кислоты, вследствие чего не удается получить хорошие
выходы соответствующих солей диазония с применением HCl.
Осуществить практически количественно реакцию диазотирования аминов удалось, используя нитрозилсерную кислоту. Соли
диазония получаются в виде светло-коричневых растворов, устойчивых при температуре 0–5°С.
Реакция азосочетания проводилась при соотношении реагентов
соль диазония : азокомпонента 1:2 в течение 0,5–1 часа при температуре 20–25ºС. Выходы и данные электронных спектров поглощения синтезированных бисазосоединений приведены в таблице.
Красителями 1–3 по стандартным методикам [9] были окрашены образцы шерстяной ткани, а также ткани из капрона и лавсана.
Проведенные испытания показали, что устойчивость окрасок полученных образцов к действию стирки, сухого и мокрого трения составляют 4–5 балЛов по шкале серых эталонов. Азосоединения 5–9
проявили свойства пигментов и были использованы для печати на
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
хлопчатобумажной ткани. При этом она давали яркий рисунок
бордово-красно-коричневой гаммы. Причем окраски также проявляют высокую устойчивость к физико-химическим воздействиям.
Специально поставленные опыты показали, что именно наличие трех гидроксильных групп в молекуле МФГ резко повышает способность красителя закрепляться на волокне.
Еще одной отличительной особенностью красителей, содержащих фрагменты МФГ, является их повышенная термостойкость. Проведенные термогравиметрические исследования показали, что некоторые полученные бисазосоединения имея высокие
температуры плавления (220ºС–350ºС), обладают высокой термостабильностью, что дает возможность применения их для крашения полимеров в массе.
Установлено, что синтезированные красители могут использоваться не только для колорирования текстильных материалов.
Так, полученными красителями были окрашены образцы древесины. Окраска проводилась красильным раствором, как содержащим только краситель, так и полимер (поливинилхлорид, полистирол, полиакрилонитрил). В результате образцы древесины
были окрашены в насыщенные цвета желто-красно-коричневой
гаммы, что свидетельствует о возможности применения указанных красителей для морения и окраски в составе лаков и полимерных пропиток. Нами показана также возможность применения синтезированных красителей в качестве тонеров для колеровки эмалей.
Особо следует отметить, что промышленный синтез азокрасителей на основе МФГ может быть реализован на существующем оборудовании и с использованием имеющихся технологий.
Кроме того, наряду с решением задачи утилизации зарядов
просроченных боеприпасов экологически безопасным путем решается также задача сохранения производственных мощностей
производства ТНТ, т.к. последний становится продуктом «двойного назначения».
Литература
1. Shevelev S. A., Shaknes A. Kh.,Ugrak B.I, Vorob`ev S.S.Synth. Commun. 2001. V. 37. P. 2557.
2. Herzig I., Pollak I., Monatsh. Chem. 1900. V. 21. S. 510.
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Robertson C. I. Chem. Soc. 1933. P. 440.
4. Brochmann M., Iustus Liebigs Ann. Chem. 1938. V. 535. S. 149.
5. Robertson D. I. Chem. Soc. 1953. P. 1241.
6. Карпов В. В., Белов А. Е., Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева, 2002. Т. XLVI. С. 67
7. Бегунов Р. С., Бродский И. И., Орлов В. Ю., Кобраков К. И., Станкевич Г. С., Алексанян К. Г. Способ получения 3,4΄-диамино-4-Rбензофенонов. Патент РФ RU 2318799 С1.
8. Ленихен Д. Н. Здоровье и окружающая среда. М.: Химия, 1979.
232 с.
9. Станкевич Г. С., Яковенко Т. И. Лабораторный практикум по курсу
химия красителей и текстильно-вспомогательных веществ. М.: ГОУВПО
МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2001. С. 58.
ОКРАШЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
КАК ПОЛУПРОДУКТЫ В СИНТЕЗЕ КРАСИТЕЛЕЙ
ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
К. И. Кобраков, О. Ю. Неборако
Московский государственный
текстильный университет имени А. Н. Косыгина
E-mail: kki@msta.ac.ru
Опыт использования красителей, выделенных из растительного сырья выявил ряд присущих им недостатков, к которым,
прежде всего следует отнести: невысокое, как правило, процентное содержание окрашенных соединений в сырье, неустановленный состав примесей, извлекаемых из растительного сырья при
экстрагировании окрашенных соединений, непостоянный состав
экстрактов и, как следствие, плохая воспроизводимость цветовых
характеристик окраски материала, трудности получения смесевых красителей. Более того в подавляющем большинстве случаев
для фиксации красителя на волокне необходимо использовать соли тяжелых металлов (протравы), что отрицательно влияет на
экологические характеристики как процесса крашения так и окрашенного материала и т.д.
Поэтому не удивительно, что с развитием промышленного
производства синтетических красителей, натуральные (природ102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ные) красители уходят на второй план и в XX веке интерес к ним
практически пропадает.
В тоже время ряд преимуществ натуральных красителей перед синтетическими, например, выделение из возобновляемого
(иногда неоднократно в течение года) растительного сырья, безопасность применения, достаточно широкая цветовая гамма, а
также обострившаяся в последние десятилетия экологическая обстановка, стимулировали возрождение интереса химиков к исследованиям направленным на преодоление указанных выше недостатков «растительных» красителей.
Анализируя литературные источники, посвященные обсуждаемому вопросу можно отметить, что, во-первых, подавляющее
большинство работ посвящено изучению окрашенных соединений
извлекаемых из экзотического сырья, произрастающего в странах
Юго-Восточной Азии, Индии, Пакистане и т.д., а во-вторых, как
уже отмечалось выше, за редкими исключениями при колорировании текстильных материалов «растительными» красителями для
закрепления красителя на волокне требуется использование солей
тяжелых металлов (протрав), например, CuSO4, K2Cr2O7, SnCl2,
Fe(NH4)(SO4)2 и др., что приводит к попаданию этих солей в сточные воды, а также они, естественно, остаются на окрашенном изделии. Конечно это практически сводит на нет экологические преимущества «растительных» красителей перед синтетическими.
В настоящем сообщении мы предлагаем иной взгляд на использование окрашенных соединений растительного происхождения. Как известно в состав окрашенных экстрактов растительного сырья входят различные, хотя и близкие по строению соединения. Например, фенольный состав травы крапивы двудомной представлен 42 веществами, из них идентифицированы
галловая, кофейная, хлорогеновая кислоты, гипирозид, кверцетин, лютеолина-7-гликозид, рутин, 3,4-изорамнетина дигликозид,
эскулетин.
Кроме окрашенных соединений в экстрактах содержатся
также и другие органические соединения, состав и строение, как
правило, не установлены. Именно эта сложность, вариабельность
состава экстрактов, зависимость его от времени и условий заготовки сырья, условий экстрагирования и др. приводят, как уже
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
упоминалось выше, к плохой воспроизводимости цветовых характеристик окрасок текстильных материалов.
В то же время химическое строение соединений входящих в
состав экстрактов позволяет провести некоторые химические
превращения по функциональным группам.
Нами, в качестве такой «модифицирующей» реакции была
выбрана реакция азосочетания.
В качестве растительного сырья были выбраны растения широко представленные во флоре России: зверобой продырявленный (Hypericum perforatum L.), крапива двудомная (Urtical), конский щавель (Rumex conferrtus willd)*.
Для извлечения окрашенных соединений использовали высушенную надземную часть растений. Отобранное сырье измельчали,
а затем проводили экстракцию водой на водяной бане в течение 60
минут при рН=9. полученные экстракты упаривали до сухого остатка и выдерживали в эксикаторе над P2O5 в течение 24 часов.
Выход экстрагированных окрашенных веществ (в расчете на сухой
остаток) составляет: зверобой – 23%, крапива-12%, щавель – 25%.
Реакции модификации веществ, входящих в состав экстрактов проводилось по следующей методике: определенное количество полученного сухого экстракта растворяли в щелочном растворе (рН=9-10) и охлаждали до 0-5°С. К полученному раствору
при перемешивании в течение 3-4 часов добавляли раствор соли
диазония, полученный из п-нитроанилина. По ходу реакции происходит выпадение осадка. Реакция считается законченной, когда
после добавления очередной порции соли диазония проба на
«вытек» с R-солью положительна, а проба с раствором соли диазония отрицательна.
Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили в эксикаторе под вакуумом над P2O5. следует отметить, что
поскольку полученные экстракты имеют многокомпонентный состав, то в результате реакции азосочетания мы получаем смесь
азосоединений близкого строения. Очевидно, что оценить выход
азосоединений в процентном отношении не представляется возможным. Мы можем лишь констатировать, что из одного грамма
*
Далее: зверобой, крапива, щавель.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сухого экстракта можно получить 0,8-0,9 грамм продукта азосочетания. Полученную смесь азосоединений нам не удалось разделить на индивидуальные вещества, однако, отметим, что «модифицированные» экстракты имеют четкую температуру плавления, не меняющуюся в серии опытов. Установлено, что если в
электронном спектре поглощения (ЭСП) водного экстракта зверобоя имеется 3 полосы: интенсивная с λмах = 220 нм и две менее
интенсивные полосы с λмах =276 нм и с λмах =318 нм, то в ЭСП
продукта, полученного взаимодействием экстракта зверобоя и
хлорида п-нитрофенилдиазония появляется перегиб с λмах
=221,5нм, третья полоса сдвигается батохромно на 12нм и наблюдается новая полоса с λмах =370нм.
Аналогичная картина наблюдается в случае экстрактов крапивы и щавеля. В ЭСП экстракта крапивы обнаружены 2 полосы
поглощения: первая интенсивная с λмах = 210 нм и вторая полоса
с λмах =270 нм. В ЭСП продукта сочетания первая полоса исчезает, вторая полоса батохромно сдвигается относительно таковой в
спектре экстракта на 10нм и появляется новая полоса с λмах
=398нм. В ЭСП экстракта щавеля имеется несколько полос поглощения : первая с λмах=203 нм, вторая с λмах= 277 нм и третья с
λмах =340 нм, а также две точки перегиба с λмах =215 нм и 241 нм.
В ЭСП продукта сочетания первая полоса исчезает, остается
только один перегиб с λмах= 213нм и наблюдается две полосы с
λмах=262 нм и 396 нм. Наблюдаемые изменения в ЭСП свидетельствуют об увеличении хромофорных систем «модифицированных» соединений, входящих в состав экстрактов.
В связи с изложенным интересно отметить, что реакция экстракта чистотела большого (Chelidonium majus L.) с хлоридом пнитрофенилдиазония не привела к получению азосоединения. По
видимому этот факт связан с тем, что в основном в экстракт переходят алкалоиды: сангвинарин (1) и хелеритрин (2), не способные вступать в реакцию азосочетания.
Сравнительное крашение тканей из различных видов волокон
изученными экстрактами, а также продуктами их химической
модификации показало, что например, при крашении экстрактом
зверобоя шерстяная ткань окрашивается в бежевый цвет. При
этом устойчивость окраски к стирке при 40°С составляют 3/3/4
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
балла по пятибалльной шкале серых эталонов. Применение протрав (CuSO4, K2Cr2O7, SnCl2, AlK(SO4)2) в концентрации 2% от
массы волокна приводит к значительному углублению цвета и
увеличению устойчивости окрасок к мокрым обработкам до 45/4-5/5 баллов. Аналогичная картина наблюдается при колорировании ткани из поликапромида. Полиэфирная ткань вообще не
окрашивается без протрав в изученных условиях.
O
O
N
O
C O
H2
O
CH2
O
+
CH3
N
MeO
CH2
+
CH3
MeO
Крашение продуктами модификации экстракта зверобоя тканью из поликапрмида по технологии крашения дисперсными красителями показало, что синтезированные соединения окрашивают полиамидную ткань в красно-коричневый цвет, а полиэфирную ткань – в светло-коричневый цвет. Устойчивость
полученных окрасок составляет: к стирке при 40°С – 4-5 баллов,
к сухому и мокрому трению – 4-6 баллов. Шерсть окрашивается
по технологии крашения кислотными красителями с хорошими
показателями устойчивости окраски: к стирке при 40°С – 4/4/5
баллов, к сухому и мокрому трению – 5 и 4 балла соответственно.
Продукты модификации экстрактов из крапивы и щавеля окрашивают полиамидную и полиэфирную ткань в желтокоричневый цвет, обеспечивая также очень высокие показатели
устойчивости окрасов.
Таким образом, применение «модифицированных» окрашенных соединений «растительного» происхождения позволяет отказаться от использовании при колорировании протрав, а сами извлекаемые из растительного сырья соединения можно рассматривать
как
потенциальные
полупродукты
ненефтеного
происхождения для синтеза красителя.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 2.
Эколого-химические проблемы
охраны окружающей среды
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ВОРКУТИНСКОГО
ПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
ПО СОСТОЯНИЮ ЛИШАЙНИКОВОГО ПОКРОВА
Г. В. Кондакова, О. Д. Денисенко
Ярославский госуниверситет им. П. Г. Демидова
e-mail: galya@bio.uniyar.ac.ru
Использование лишайников для целей биоиндикации и биомониторинга качества воздушного бассейна основано на существовании среди представителей лихенобиоты видов, различающихся степенью чувствительности к загрязнению воздуха. Север с его
обширными тундрами особенно богат лишайниками. Они не только принимают участие в сложении напочвенного покрова, но и являются основными строителями растительных сообществ. Легкая
ранимость и слабая способность к самовосстановлению растительного покрова Заполярья в целом и лишайников в частности
обусловила применение их в качестве чувствительных биоиндикаторов состояния окружающей среды. Один из методов оценки качества воздуха основан на использовании видового состава лихенобиоты изучаемой территории и выявлении чувствительных видов, поскольку их представители достаточно быстро повреждаются или исчезают уже при низких уровнях некоторых
загрязнителей воздуха. Наблюдаемое обеднение видового состава
лихенобиоты при неизменности прочих экологических условий
обычно объясняют загрязнением воздуха.
Целью данной работы было изучение лихенобиоты на территории Воркутинского промышленного комплекса (ВПК).
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВПК расположен в полосе южных кустарниковых тундр, в
ландшафтах которых преобладают поверхностно-глеевые почвы.
Древесная растительность отсутствует, лишь на отдельных участках пойм рек встречается древовидная ива, характерно развитие на
возвышенностях рельефа (плакорах) полярных березок. Важную
экологическую роль выполняют напочвенные лишайники [1].
Территория г. Воркуты включает центр города, районы и его
поселки. Здесь, начиная с 1943 г., было построено и действовало
в различные периоды более 40 шахт. Основными источниками
загрязнения атмосферы города являются предприятия угледобычи, энергетики, стройиндустрии, транспорта, коммунального хозяйства. Твердые отходы их производственной деятельности слагают породные отвалы, свалки строительного и бытового мусора,
занимающие большие территории. Долговременным депонентом
различных загрязнителей является почвенный покров. За пределами площадей механического загрязнения почвенный покров
подвергается аэрогенному загрязнению под воздействием пылевых выбросов предприятий в атмосферу[2]. Уровень загрязнения
территории резко снижается сразу за пределами поселков.
Для исследования было выбрано 10 точек, которые располагались как в открытой тундре, так и в зоне ВПК (рис. 1). Т. 1 –
7 км от центра города, расположена в 150 м от шахты № 33 (шахта не была введена в эксплуатацию), на склоне. В радиусе 6 км
жилых и промышленных построек нет. Т. 2 – центр города, на
расстоянии 150 м от нефтебазы, в низине. Т. 3 – 30 км от города,
расположена в 150 м от плотины на р. Уса, на склоне. Т. 4 – 150 м
от шахты № 40 «Воркутинская», на возвышенности. Вблизи располагается ТЭЦ-1. Т. 5 – пос. Северный, в 12 км от города, в низине. Вблизи располагаются ТЭЦ-2, а также две действующие
(№ 14 и № 16) и две закрытые шахты (№ 12 и № 7). Т. 6 –
пос. Юр-шор. Здесь располагается много шахт, на которых в данный момент добыча угля не осуществляется. Т. 7 – пос. Воргашор, в 150 м от шахты № 20 «Воргашорская» (крупнейшая шахта в Европе), на равнине. Т. 8 – пос. Строительный, в настоящее
время почти снесен. Участок расположен на равнине. Т. 9 –
пос. Комсомольский, в 150 м от шахты № 18, на возвышенности.
Т. 10 – разветвление дорог, одна из которых ведет к поселку За108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
полярный; находится в низине и удалена от промышленных
предприятий и от поселков.
Материал собирали в августе 2004-2005 г.г. В каждой точке
изучали видовой состав лишайников, проводили оценку их обилия и состояния слоевищ (размеры, наличие деформаций, органов
плодоношения, наличие некрозов), а также определяли коэффициент встречаемости каждого вида [3, 4, 5, 6, 7].
Рис. 1. Карта-схема городского кольца ВПК
с указанием точек отбора проб
При изучении лихенобиоты ВПК было обнаружено 42 вида
лишайников, которые относятся к 11 родам. Наибольшим разнообразием видов выделяются р.р. Cladonia (15 видов), Peltigera
(10 видов), Cetraria (6 видов). В целом преобладают лишайники с
кустистым типом таллома. Наиболее обильными во всех точках
оказались виды Peltigera spuria и P. leucophlebia, последний вид
имеет также максимальный коэффициент встречаемости (табл. 1).
Наиболее разнообразным видовой состав лишайников оказался в растительных группировках на склонах – точки 1 и 3.
Значительное разнообразие видов в этих точках можно объяснить
несколькими причинами: во-первых, ослабленная конкуренция со
стороны высших растений и разнообразие условий, создаваемых
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
микрорельефом; во-вторых, отсутствие вблизи данных точек каких-либо промышленных предприятий.
Таблица 1
Видовой состав, коэффициент встречаемости
и обилие лишайников
Точки
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Группа видов с очень низкой встречаемостью (10%)
Cetraria delisci (Bory.)
Th.Fr.
10
+/1
C. nigricans (Retz.) Nyl. 10
+/1
Cladina stellaris (Opiz.)
Brodo.
10
+/1
Cladonia cariosa (Ach.)
Schaer.
10
+/1
C. cenotea (Ach.) Schaer. 10
+/1
C. coccifera (L.) Willd.
10
+/1
C. cornutoradiata
(Coem.) Sandst.
10
+/4
C. deformis (L.) Hoffm.
10
+/3
C. subrangiformis Sandst. 10
+/2
C. uncialis (L.) Web.
10
+/2
Hypogimnia tubulosa
(Schaer.)
10
+/3
Parmelia olivacea (L.)
Ach.
10
+/1
P. sulcata Tayl.
10
+/1
Parmeliopsis ambigua
(Wulf.) Nyl.
10
+/1
P. hyperopta
(Ach.)Arnold.
10
+/1
Peltigera aphthosa (L.)
Willd.
10
+/1
P. rufescens (Weis.)
Humb.
10
+/2
P. venosa (L.) Baumg.
10
+/1
Dactylina arctica (Hook.)
Nyl.
10
+/1
Группа видов с низкой встречаемостью (20-30%)
Cladonia ceraspora Vain.
20
+/4
+/4
Виды
%
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
C. gracilescens (Flk)
Vain.
20
+/2
+/3
C. gracilis (L.) Willd.
20
+/2
+/3
C. subsquamosa (Nyl.)
Vain.
20
Hypogimnia physodes
(L.) Nyl.
20 +/2
Nephroma arcticum (L.)
Torss.
20 +/2
+/1
Peltigera malacea (Ach.)
Funck.
20
+/1
P. scabrosa Th. Fr.
20 +/3
+/4
Cladonia cornuta (L.)
Hoffm.
30 +/3
+/2
+/4
C. rangiferina (L.) Web.
30 +/3
+/2
+/2
C. sylvatica Sandst.
30 +/2
+/2
+/3
Peltigera polydactyla
(Neck.)
30 +/2 +/
Cetraria pinastri (Scop.)
S. Grey.
30 +/4
+/3
+/3
Группа видов со средней встречаемостью (40-50%)
Cetraria cucullata (Bell.)
Ach.
40 +/2
+/3
окончание табл. 1
C. islandica (L.) Ach.
40 +/3
+/2
Peltigera canina (L.)
Willd.
40
+/1
+/2 +/4 +/2
P. erumpens ( Tayl.)
Vain.
40 +/2 +/1
+/1
+/2
Physcia stellaris (L.) Nyl. 40
+/2
+/2
Stereocaulon paschale
(L.)
40 +/2
+/2
+/2
Cetraria nivalis (L.) Ach.
50 +/1 +/1 +/4
Cladonia fimbriata (L.)
Fr.
50 +/2
+/2
+/4
Группа видов с высокой встречаемостью (60-100%)
Peltigera spuria (Ach.)
DC.
70
+/4
+/4 +/3 +/3
P. leucophlebia (Nyl.)
Gyeln.
90 +/3 +/1
+/2 +/3 +/4 +/2
Всего видов
17 6 18 4
6
3 15
+/3 +/2
+/1
+/3
+/2
+/2 +/3
+/2 +/3
+/1 +/2
+/3
+/2 +/3
+/4 +/2
+/4 +/2 +/3
+/2 +/4 +/2
5 14 12
Примечание: « + » присутствие вида на площадке; цифра – обилие вида
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Также богаты разнообразием видов точки 7, 9 и 10 – по 15, 14
и 12 видов соответственно. Т. 7 удалена от действующей шахты
№ 20 «Воргашорская» в юго-восточном направлении. Точки 9 и 10
удалены от действующей шахты №18 «Комсомольская» в западном направлении. В соответствии с многогодовой розой ветров на
территории ВПК преобладают ветры южных и юго-западных направлений, поэтому пыль и содержащиеся в ней тяжелые металлы
в меньшей степени оседают и попадают в почву в данных точках.
Точки 2, 4, 5, 6 и 8 характеризуются меньшим видовым разнообразием – от 3 до 6 видов. Кроме того, в точках 2 и 6 у видов Peltigera
leucophlebia и P. spuria были отмечены деформация и уменьшение
размеров слоевищ, отсутствие органов плодоношения, в Т. 4 у вида P.leucophlebia отмечено наличие некротических пятен. Такое
минимальное разнообразие и изменения состояния слоевищ можно объяснить следующими причинами. Точки 5 и 6 расположены
вблизи ТЭЦ-2. Значительную площадь здесь занимают золошлакоотстойники, при этом над отстойниками наблюдается пылевое
облако, влияние которого ощущается на расстоянии не менее 20
км (по исследованиям В.В. Золотовой, 1993 г). Кроме того, эти
точки располагаются в северном и в северо-западном направлении
от действующих шахт № 14 и № 15. Летом на территории ВПК
преобладают северные и северо-западные ветры, поэтому пыль и
содержащиеся в ней тяжелые металлы разносятся и оседают непосредственно на лишайниковом покрове и на поверхности почвы.
Незначительное видовое разнообразие в Т. 8 можно объяснить
близостью шахт № 17 и № 19, а также влиянием действующей
шахты № 18 «Комсомольская», по отношению к которой Т. 8 располагается в северном направлении. Т. 2 – центр города, в непосредственной близости находится нефтебаза; Т. 4 – расположена
вблизи шахты № 40 «Воркутинская» и ТЭЦ-1.
Исходя из полученных результатов по видовому разнообразию, обилию и встречаемости лихенобиоты ВПК мы разделили
все обследованные точки по степени загрязнения воздушной среды: чистые точки – 1 и 3; точки со средней степенью загрязнения – 7, 9, 10; грязные точки – 2, 4, 5, 6, 8. Выявленные различия
в распространении лишайников во всех обследованных точках
позволили нам выделить три группы лишайников по степени
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чувствительности к загрязнению: толерантные, малочувствительные и чувствительные виды. Толерантные виды: Peltigera сanina,
P. spuria, P. leucophlebia. Эти виды были встречены во всех «грязных» точках. Кроме того, в «грязных» точках 5 и 8 были встречены виды Cetraria delisei и Peltigera malacea. Малочувствительные виды: Cetraria cucculata, C.islandica, C.nivalis, C.cornutoradiata, C.fimbriata, C.subsquamosa, Physcia stellaris. Они присутствуют в точках со средней степенью загрязнения. Чувствительные виды – виды, встреченные в точках, где отсутствуют
промышленные предприятия или степень загрязнения значительно ниже. К этой группе относятся эпифитные Hypogimnia tubulosa, Parmeliopsis ambigua, P.hyperopta и напочвенные лишайники
Cladina stellaris, Cladonia coccifera, C.deformis, C.subrangiformis,
Nephroma arcticum, Peltigera aphthosa, P. scabrosa. Полученные
нами результаты по чувствительности видов совпадают с некоторыми уже имеющимися сведениями по лишайникам ВПК [8, 9]. В
тоже время, нами было обнаружено 9 видов – Cetraria delisei, Cladina stellaris, Cladonia cariosa, C.ceraspora, C. Cornutoradiata,
C.subrangiformis,C.sylvatica, Hypogimnia tubulosa, Parmelia olivacea, которые не были указаны в работах вышеназванных авторов.
Литература
1. Отнюкова Т. Н. Диагностика загрязнения атмосферы по состоянию
ягельного лишайника // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 1997. № 3. С. 21–22.
2. Воркута – город на угле, город в Арктике / Под. ред. М. В. Гецен.
Сыктывкар, 2004. 352 с.
3. Бязров Л. Г. Лишайники в экологическом мониторинге. М.: Научный Мир, 2002. 336 с.
4. Гарибова Л. В. Водоросли, лишайники и мохообразные СССР. М.:
Наука, 1978. 98 с.
5. Определитель лишайников СССР. Вып. 3. Калициевые – Гиалектовые. СПб.: Наука, 1975. 275 с.
6. Определитель лишайников СССР. Вып. 5. Кладониевые – Акароспоровые. СПб.: Наука, 1978. 305с.
7. Солдатенкова Ю. П. Малый практикум по ботанике. Лишайники.
М., 1977. 126 с.
8. Природная среда тундры в условиях открытой разроботки угля (на
примере Юньягинского месторождения) / Под общей редакцией М. В. Гецен. Сыктывкар, 2005. 246 с.
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9. Иванов М. А. Эпигейные лишайники в проблеме индикации окружающей среды Воркутинского промышленного комплекса // Споровые
растения Крайнего Севера России. Сыктывкар, 1993. С. 52–58.
САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ
РАНЖИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПОСТУПЛЕНИЯ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНИЗМ ДЕТЕЙ,
ПРОЖИВАЮЩИХ В ЯРОСЛАВСКОМ РЕГИОНЕ
Е. В. Шитова, А. В. Еремейшвили, Ю. Н. Сватковская
Ярославский государственный
университет имени П. Г. Демидова
ibnjdf@mail.ru
Общеизвестно, что здоровье человека во многом зависит от
состояния его иммунной системы, которая, образно говоря, организует и направляет защитные силы нашего организма. В настоящее время установлено, что нормальное функционирование
этой системы в значительной мере зависит от соотношения между химическими элементами в организме, которые поступают в
организм из окружающей среды [1]. Если эти соотношения отличаются от той нормы, которая сложилась в процессе эволюции
человека под влиянием естественного геохимического фона, то
это приводит к сбоям в работе иммунной системы. Особую тревогу вызывают эпидемические заболевания детского населения,
проживающего в условиях избытка или дефицита ряда микро –
или макроэлементов, в том числе и тяжелых металлов.
Так, дефицит цинка у людей может оказать значительное
влияние практически на все компоненты иммунной системы [1],
так как он является критическим элементом в отношении дифференцировки, созревания и активации лимфоцитов, участвующих в
реализации иммунного ответа. Кроме этого выявлены антагонистические отношения цинка и со свинцом и с медью [1] прежде
всего связанные со стимуляцией выработки металлотионеина –
белка, участвующего в их связывании и детоксикации. Медь –
вступает в конкурентное взаимодействие с цинком, но не уступает
ему в биологической значимости (участвует в синтезе коллагена и
при ее дефиците возникает ломкость костей и деформация скелета
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
[1]; а дефицит меди в питании новорожденных (строго молочная
диета) может вызывать анемию). Чтобы поступление меди в организм было адекватным, необходимо соблюдать пропорции содержания этого элемента в пище и учитывать его антагонизм с другими микроэлементами (МЭ), прежде всего с цинком (от 5:1 до
15:1). Свинец влияет на функцию тромбоцитов: усиливая слипание кровяных пластинок, ухудшает микроциркуляцию в сосудах
головного мозга [8]. По данным литературы [2] известно, что свинец оказывает токсическое влияние на нервную систему. Установлено так же, что интоксикация свинцом утяжеляет течение вирусной инфекции [2]. Данные о жизненной необходимости свинца
весьма ограничены. Сообщается лишь о стимулирующем действии низких концентраций этого элемента на кроветворение [1].
По данным литературы известно, что существует прямая
корреляционная зависимость между содержанием тяжелых металлов в окружающей среде и накоплением их в биологических
средах человека [3]. Кроме того, известно, что дисбаланс по всем
четырем микроэлементам свидетельствует о мутагенном эффекте
загрязнителей окружающей среды [4]. К настоящему времени
проведено большое количество исследований по оценке влияния
факторов среды на здоровье детского населения. Мониторинг потребления детьми МЭ, обеспеченность этими веществами и при
необходимости соответствующая коррекция выявленных при
этом нарушений являются одним из необходимых условий адекватного роста, развития и здоровья детей. При этом не стоит забывать, что процент дисмикроэлементозов, в некоторых регионах
РФ доходит до 50% [6].
Известно, что имеются различные источники поступления
тяжелых металлов в организм (почва, вода, воздух, пища) [6, 7,
8]. Поэтому целью нашего исследования стало выявление основных источников поступления выбранных нами тяжелых металлов
в организм детей, проживающих в ярославском регионе. Для
достижения цели ежегодно в период с 2000 по 2008 г.г. изучалось
содержание цинка, меди и свинца в питьевой воде, воздухе, почве
и продуктах питания. Расчет суточной дозы поступления тяжелых металлов в организм производился в соответствии с руково115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дством оценки риска для здоровья населения при воздействии
химических веществ, загрязняющих окружающую среду [5].
Расчет суточной дозы химических веществ при потреблении
питьевой воды (мг/кг·сут) осуществлялся по формуле:
C × V × EF × ED
IW=
,
BW × AT × 365
где C – концентрация вещества в воде ,мг/л; V – потребление воды л/сут, дети до 6 лет до 1 литра; EF-350 дней; BW – масса тела
кг, 15 кг – дети; ED – продолжение воздействия в годах, дети
6 лет; AT – период усреднения экспозиции год, дети – 6 лет.
Расчет суточной дозы химических веществ при ингаляционном воздействии веществ с поступающим воздухом (мг/кг·сут.):
I=
((Ca × Tout × Vout ) + (Ch × Th × Vin )) × EF × ED
BW × AT × 365
,
где Са – концентрация вещества в воздухе, мг/м3; Сh –
концентрация вещества в воздухе жилища, мг/м3; Тout – время
проводимое вне помещения, ч/день, для детей 6 ч/день; Th – показатель времени, внутри помещения, ч/день, для детей 18 ч/день;
Vout – скорость вдыхания вне помещения, м3 /час, 0,018 м3 /час;
Vin – скорость вдыхания в помещении, м3 /час, 0,006 м3 /час; EF –
частота воздействия, дн/год, 350 дн/год; ED- продолжительность
воздействия в годах, дети – 6 лет; BW – масса тела, кг, дети 15 кг;
AT – период усреднения экспозиции (год), дети – 6 лет.
Суточная доза с поступления веществ с пищей:
Cr × C × F × ED × EF
I=
,
BW × AT × 365
где С – концентрация вещества в продукте, мг/кг; Сr – среднесуточное потребление продукта, кг/день; F – доля местных потенциально загрязненных продуктов; EF – частота воздействия,
дн/год, 365 дн; ED – продолжительность воздействия, лет; BW –
масса тела, кг; AT – период усреднения экспозиции, лет, дети –
6 лет.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поступление химических веществ с почвой (случайное заглатывание):
Сs × FI × EF × CF × IRn × ED
,
I=
BW × AT × 365
где Cs – концентрация вещества в почве, мг/кг; IRn – скорость поступления, мг/сут; FI – загрязненная фракция почвы; EF – частота
воздействия, дн/год, 365 дн; CF – пересчетный коэффициент,
дн/час; ED – продолжительность воздействия, лет; BW – масса
тела, кг; AT – период усреднения экспозиции, лет, дети – 6 лет.
В результате наших исследований были выявлены приоритетные поступления тяжелых металлов в организм детей, которые были переведены в относительные единицы (табл. 1).
Таблица 1
Процентное поступление тяжелых металлов
в организм с разными источниками (%)
Металлы
Воздух
Вода
Почва
Пища
Zn
2,62
0,017
0,00001
97,37
Cu
1,032
0,72
0,000002
98,25
Pb
9,89
4,49
0,00005
85,62
Таким образом, основным источником тяжелых металлов для
детей, проживающих в ярославском регионе, являются пищевые
продукты, что совпадает сданными других исследователей [7], а
значит, этот источник можно использовать для коррекции легких
диcэлементозов, широко распространенных в нашем регионе [9].
Вторую позицию по вкладу в элементный состав организма занимает воздушная среда, на третей позиции находится вода, а поступление тяжелых металлов при случайном заглатывании почвы занимает в ярославском регионе четвертое по значимости место.
Литература
1. Авцын А. П.. Жаворонков А. А.. Риш М. А. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М., 1991. 496 с.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Беляева Н. Н., Гасимова З. М., Климова Д. М. Влияние интоксикации свинцом на течение вирусной инфекции // Гигиена и санитария. 1994.
№ 1. С. 32–35.
3. Мудрый И. В. // Гигиена и санитария. 1997. № 1. С. 14–17.
4. Намазбаева З. И. и др. // Гигиена и санитария. 1999. № 1. С. 34–36.
5. Руководство по оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду № Р 2. 1. 10.
1920 – 04. Утверждено 05.03.2004 г. Г. Г. Онищенко.
6. Скальный А. В. Биоэлементы в медицине. СПб., 2000. 423 с.
7. Скальный А. В. Микроэлементы для вашего здоровья. М.: Медицинская литература, 2004. 302 с.
8. Чухловина М. Л. Свинец и нервная система // Гигиена и санитария.
1997. № 5. С. 39–42.
9. Шитова Е. В. Содержание тяжелых металлов в биосубстратах детей
в условиях промышленного города: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. Ярославль, 2005.
РОЛЬ НАПРАВЛЕННОГО МУТАГЕНЕЗА
В ИССЛЕДОВАНИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ
ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ
РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ
Т. Ю. Фуфина, М. М. Леонова,
Л. Г. Васильева, В. А. Шувалов
Институт фундаментальных
проблем биологии РАН
e-meil:tat-fufina@yandex.ru
Фотосинтез является важным процессом, который обеспечивает возможность существования земной жизни. В основе фотосинтеза лежит преобразование солнечной энергии в энергию химических связей. В этой реакции участвуют такие пигменты, как
хлорофилл (Хл) и бактериохлорофилл (БХл), которые не только
улавливают свет, но и обеспечивают процесс преобразования
солнечной энергии (Brettel, 1997). Этот процесс происходит в
мембран–связанных пигмент–белковых комплексах, так называемых реакционных центрах (РЦ) фотосинтеза. Исследования
реакционных центров пурпурных бактерий не только внесли огромный вклад в понимание механизмов трансформации энергии
при фотосинтезе, но и утвердили бактериальные РЦ в качестве
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
хорошей модели для изучения переноса электрона в биологических системах (Шувалов, 1990). Важным этапом этих исследований стало определение состава и структуры РЦ методом рентгеноструктурного анализа (Deisenhofer, 1984), так же расшифровка
аминокислотной последовательности белковых субъединиц (Williams, 1983). РЦ пурпурной несерной бактерии Rhodobacter (Rba.)
sphaeroides состоит из трех белковых субъединиц (тяжелой-H,
средней-M и легкой-L) и десяти кофакторов переноса электрона
(Рис.1). Кофакторы представлены четырьмя молекулами БХл, две
из которых являются первичным донором электрона (P); двумя
молекулами бактериофеофитина (БФео), двумя молекулами убихинона (QA и QB), атомом негемового железа и молекулой каротиноида, которая выполняет протекторную функцию.
P
BB
BA
Car
HA
HB
QB
Fe
QA
Рис.1. Реакционный центр Rba. sphaeroides (слева)
и расположение в нем кофакторов переноса электрона (справа)
Кофакторы образуют два возможных ветви переноса электрона, расположенные относительно симметрично. Однако, вследствие различия белкового микроокружения кофакторов, перенос
электрона возможен лишь по одной ветви. Эту ветвь называют активной (А) (Deisenhofer, 1984). Данные о составе и структуре пигмент-белкового комплекса легли в основу дальнейших исследований механизма переноса электрона в РЦ при помощи молекулярнобиологических, биохимических и биофизических методов. Использование биофизических методов позволяет исследовать РЦ как
единый механизм преобразования энергии света. Биохимические
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
методы дают возможность понять роль отдельных компонентов
пигмент-белкового комплекса. Известно, что РЦ, как и большинство белков, характеризуются определенной температурой плавления, поэтому путем варьирования температуры возможно удаление
или замещение кофакторов переноса электрона. Использование методов молекулярной биологии дает возможность изучать роль отдельных аминокислотных остатков в структуре и функционировании. Так, например, было показано, что единичное аминокислотное
замещение способно стать причиной исключения из реакционного
центра кофакторов переноса электрона – первичного донора электрона, акцептора электрона – убихинона или каротиноида (Jackson,
1997; Ridge, 1999; Wakeham, 2003). Установлено, что с помощью
сайт-направленного мутагенеза можно изменить пигментный состав реакционного центра путем замены аминокислотных остатков,
способных лигандировать атом магния у БХл. Использование методов молекулярной биологии позволило определить роль связанных молекул воды в РЦ. Было показано, что молекулы воды не
только играют функциональную роль в фотопереносе электрона, но
и необходимы для стабилизации структуры РЦ (Yakovlev, 2005).
С помощью метода сайт-направленного мутагенеза нами
впервые получены и исследованы РЦ с аминокислотными замещениями Ile(L177)His и His(L153)Tyr. Замена Ile-L177 на гистидин проводилась с целью изучить влияние введения заряженного
аминокислотного остатка вблизи первичного донора электрона на
свойства РЦ. Замещение гистидина в L153 позиции на тирозин
было направлено на изучение роли аминокилотного остатка тирозина в качестве лиганда к атому магния молекулы БХл ВА.
Методы
Сайт-направленный мутагенез проводили как описано ранее
(Хатыпов, 2005; Леонова, 2009). Клетки безантенных рекомбинантных штаммов Rba. sphaeroides выращивали на культуральной
среде Хатнера как описано ранее (Хатыпов, 2005) в присутствии
тетрациклина (1мкг/мл), канамицина (5мкг/мл) и стрептомицина
(5мкг/мл). Экстрагирование пигментов осуществляли смесью
ацетона с метанолом (7:2) по методу Straley (1973). Флуоресценцию экстрактов пигментов измеряли по ранее описанной методи120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ке (Леонова, 2009). Электрофорез в полиакриламидном геле проводили согласно методу, описанному ранее (Kassino, 2002). Спектры поглощения измеряли при комнатной температуре и при 90 К
на спектрофотометре Shimadzu UV-1601PC.
Результаты и обсуждение
Методом сайт-направленного мутагенеза в РЦ Rba. sphaeroides аминокислотный остаток изолейцина в положении L177
был заменен на гистидин. В структуре этого РЦ данная позиция
расположена между Р и мономерным БХл неактивной ветви (ВВ)
(Рис.1A).
A
BB
Б
TyrL153
HisL177
BA
PA
PA
Рис. 1А. Компьютерная модель РЦ с замещением изолейцина
на гистидин в позиции L177(A) и гистидина на тирозин в позиции L153 (Б)
Было показано, что мутантный штамм Ile(L177)His способен
к фотосинтетическому росту и формирует фотохимически активные РЦ. Наиболее выраженные отличия в спектральных и фотохимических свойствах мутантных пигмент-белковых комплексах
произошли в области поглощения молекул БХл. Было отмечено
уменьшение дипольной силы полосы P в 2 раза и ее коротковолновый сдвиг. Экстрагирование и анализ состава пигментов показали, что РЦ Ile(L177)His содержит на 1 молекулу БХл меньше,
чем РЦ дикого типа. Изначальное предположение о том, что в результате мутации одна из молекул Р не может быть встроена в РЦ
не нашло подтверждения. В соответствии с данными спектроскопии, первичный донор электрона в Ile(L177)His представлен димером БХл, и РЦ мутанта Ile(L177)His содержит все четыре мо121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лекулы БХл. Денатурирующий электрофорез в полиакриламидном геле показал, что в образце РЦ Ile(L177)His один БХл движется вместе с L-субъединицей (Fufina, 2007). Эти данные свидетельствуют о том, что результате аминокислотного замещения,
одна из молекул БХл образует ковалентную связь с белком и не
подвергается экстракции даже сильными органическими растворителями. В настоящий момент природа связи исследуется.
Как известно, гистидин в позиции L153 является аксиальным
лигандом со стороны белка к атому Mg молекулы БХл активной
ветви кофакторов переноса электрона (БХл ВА, Рис.2Б). Замещение гистидина на тирозин привело к дестабилизации пигментбелкового комплекса, поэтому все исследования мутантных РЦ
проводились без выделения их из фотосинтетических мембран.
Для того чтобы избежать влияния поглощения советособирающих комплексов на спектры поглощения РЦ, методами молекулярной биологии были получены бактериальные штаммы, содержащие РЦ как единственный пигмент-белковый комплекс.
Мембран-связанные РЦ His(L153)Tyr обладают фотохимической активностью, однако квантовый выход образования состояния P+QA- составляет всего 7% от квантового выхода в РЦ дикого
типа. Анализ спектров поглощения хроматофоров, измеренных
при комнатной температуре и при 90 К, выявил значительные отличия спектральных свойств мутантных РЦ в области поглощения мономерных бактериохлорофиллов, а именно отсутствие полосы поглощения ВА. После экстракции пигментов их хроматофоров ацетон-метанольной (7:2) смесью и измерения спектров
флуоресценции и возбуждения флуоресценции было показано,
что амплитуда полосы флуоресценции БХл из экстракта хроматофоров, содержащих мутантные РЦ, на четверть ниже амплитуды аналогичной полосы из спектра экстракта хроматофоров дикого типа. Сопоставление этих и других данных дало нам возможность предположить, что в реакционных центрах,
содержащих замену His(L153)Tyr, отсутствует молекула первичного акцептора электрона ВА.
В результате аминокислотного замещения His(L153)Tyr и
Ile(L177)His впервые получены РЦ с уникальными структурными
изменениями. При замещении Ile(L177)His получены РЦ, где
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
впервые образовалась ковалентная связь между молекулой БХл и
белком. В РЦ His(L153)Tyr наблюдается невстраивание молекулы
первичного акцептора электрона. Это приводит не только к существенным изменениям в скоростях переноса электрона, но и к
нестабильности самого РЦ.
Работа проводилась при финансовой поддержке Федеральным агентством по науке и инновациям Российской академии
наук, программой «Молекулярная и клеточная биология» № 10П,
грантом Президента РФ № НШ-3277.2006.4 и РФФИ 09-0400109-а.
Литература
1. Brettel K. Electron transfer and arrangement of the redox cofactors in
photosystem I // Biochim Biophys Acta, 1997. 1318. P. 322–373.
2. Шувалов В.А. Первичное преобразование световой энергии при фотосинтезе. М.: Наука, 1990. 208 с.
3. Deisenhofer J., Epp O., Miki K., Huber R., and Michel H. X-ray structure analysis of a membrane protein complex electron density map at 3Å resolution and a model of the chromophores of the photosynthetic reaction center from
Rhodopseudomonas viridis. // J. Mol. Biol., 1984. 180. P. 385–398.
4. Williams J.C., Steiner L.A., Ogden R.C., Simon M.I., Feher G. Primary
structure of the M subunit of the reaction center from Rhodopseudomonas
sphaeroides // Proc Natl Acad Sci U S A, 1983. 80. P. 6505–6509.
5. Макроносов А.Т., Гавриленко В.Ф. Фотосинтез. Физиологоэкологические и биохимические аспекты. М.: Изд-во МГУ, 1992.
6. Ackson J.A., Lin S., Taguchi A.K.W., Williams J.C., Allen J.P. and
Woodbury N.W. Energy Transfer in Rhodobacter sphaeroides Reaction Centers
with the Initial Electron Donor Oxidized or Missing // J. Phys. Chem. B, 1997.
101. P. 5747–5754.
7. Ridge J.P., van Brederode M.E., Goodwin M.G., van Grondelle R. and
Jones M.R. Mutations that modify or exclude binding of the QA ubiquinone and
carotenoid in the reaction center from Rhodobacter sphaeroides // Photosynth.
Res., 1999. 59. P. 9–26.
8. Wakeham M.C., and Jones M.R. Rewiring photosynthesis: engineering
wrong-way electron transfer in the purple bacterial reaction centre. // Biochem.
Soc. Trans., 2005. 33. P. 851–857.
9. Yakovlev A.G., Jones M.R., Potter J.A., Fyfe P.K., Vasilieva L.G.,
Shkuropatov A.Ya., and Shuvalov V.A. Primary charge separation between P*
and BA: Electron-transfer pathways in native and mutant GM203L bacterial
reaction centers // Cheml Phys., 2005. 319. P. 297–307.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Хатыпов Р.А., Васильева Л.Г., Фуфина Т.Ю., Болгарина Т.И., Шувалов В.А. Влияние замещения изолейцина L177 гистидином на пигментный состав и свойства реакционных центров пурпурной бактерии Rhodobacter sphaeroides // Биохимия, 2005. 70. C. 1527–1533.
11. Леонова М.М., Васильева Л.Г., Хатыпов Р.А., Бойченко В.А., Шувалов В.А Свойства мутантных реакционных центров Rhodobacter sphaeroides с
аминокислотными замещениями гистидина L153, лигандирующего центральный магний бактериохлорофилла ВА // Биохимия, 2009. 74. C. 558–567.
12. Kashino Y., Koike H., Yoshio M., Egashira H., Ikeuchi M., Pakrasi
H.B. and Satoh K. Low-molecular-mass polypeptide components of a photosystem II preparation from the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus
vulcanus. // Plant Cell Physiol., 2002. 43. P. 1366–1373.
13. Srtaley S.C., Parson W.W., Mauzerall D.C., and Clayton R,K. Pigment content and molar extinction coefficients of photochemical reaction centers from Rhodopseudomonas spheroides. // Biochem. Biophys. Acta, 1973. 305. P. 597–609.
14. Fufina T.Y., Vasilieva L.G., Khatypov R.A., Shkuropatov A.Y., Shuvalov V.A. Substitution of isoleucine L177 by histidine in Rhodobacter sphaeroides reaction center results in the covalent binding of PA bacteriochlorophyll
to the L subunit // FEBS Lett., 2007. 581. P. 5769-5773.
ФОРМАЛИЗОВАННЫЕ КРИТЕРИИ ВСР
В ОЦЕНКЕ ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕСТРОЕК
ВЕГЕТАТИВНОГО ГОМЕОСТАЗА
У РАБОТНИКОВ КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
* В. Г.Лебедев, А. В.Лебедев, * И. Ю.Мышкин
* Кафедра физиологии Ярославского
государственного университета им. П. Г.Демидова
Кафедра МБОС Ярославского государственного
педагогического университета им. К. Д. Ушинского
Наиболее перспективным направлением оценки состояния
здоровья и психоэмоционального статуса являются исследования,
проводимые на базе современных представлений об организме человека как сложной саморегулирующейся системе, способной реагировать на изменяющиеся условия среды. Известно, что связь человека с окружающей природой, техногенной и социальной средой
проявляется в особенностях ритмических колебаний обмена веществ (метаболизма) и его нейровегетативной регуляции, которые
можно зарегистрировать во всех системах организма.
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Звеном, объединяющим адаптивные реакции на уровне органов является система кровообращения. Обладая совершенным
аппаратом управления и саморегуляции, эта система чутко реагирует на малейшие изменения потребностей функциональных систем, обеспечивая их адекватным кровоснабжением в соответствии с гемодинамическими требованиями по жизнеобеспечению
разнообразной деятельности целостного организма. Это дает основания рассматривать систему кровоснабжения в качестве универсального индикатора адаптационно-приспособительной деятельности организма. Оценивая степень напряженности функционирования регуляторных систем, можно определить «цену»,
которую платит организм за свое существование в данных условиях жизнедеятельности.
Частота сердечного ритма является хорошим маркером вегетативного гомеостаза, быстро реагирует на его изменения при
адаптации к различным условиям окружающей среды. Высокая
степень адаптации к физической деятельности проявляется не
столько в увеличении функциональных возможностей отдельных
органов и систем органов, сколько в совершенствовании их регулирующих механизмов, по сути осуществляющих интеграцию
моторной и вегетативных функций [10].
В России после спада активности исследований в области
анализа ВСР в последние годы наблюдается повышенное внимание клиницистов к этому методу [2,3,4,7]. Так, на состоявшемся в
1999 г. в Москве международном симпозиуме “Компьютерная
электрокардиография на рубеже столетий” значительное число
докладов было представлено по ВСР.
Однако, работ, посвящённых анализу функционального состояния организма в процессе профессиональной деятельности на
основе анализа ВСР, относительно мало.
Теоретические основы метода
Основная информация о состоянии систем, регулирующих
ритм сердца, заключена в «функциях разброса» длительностей
кардиоинтервалов. При анализе ВСР речь идет о так называемой
синусной аритмии, которая отражает сложные процессы взаимодействия различных контуров регуляции сердечного ритма. Ди125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
намический ряд кардиоинтервалов может анализироваться и оцениваться на основе использования различных научнотеоретических концепций. Выделяют три взаимодополняющих
друг друга подхода [6, 9].
1. Рассматривать изменения сердечного ритма в связи с даптационной реакцией целостного организма, как проявление различных стадий общего адаптационного синдрома.
Теория Г. Селье об общем адаптационном синдроме описывает фазовый характер адаптационных реакций и обосновывает
ведущую роль истощения регуляторных систем при острых и
хронических стрессорных воздействиях в развитии большинства
патологических состояний и заболеваний. Система кровообращения может рассматриваться как чувствительный индикатор адаптационных реакций целостного организма, а вариабельность сердечного ритма хорошо отражает степень напряжения регупяторных систем, обусловленную возникающей в ответ на любое
стрессорное воздействие активацией системы гипофизнадпочечники и реакцией симпатоадреналовой системы.
2. Рассматривать колебания длительностей кардиоинтервалов
как результат влияния многоконтурной, иерархически организованной многоуровневой системы управления физиологическими
функциями организма. Этот подход основан на положениях биологической кибернетики и теории функциональных систем. При
этом, изменения показателей вариабельности сердечного ритма
можно считать обусловленными формированием различных
функциональных систем, соответствующих требуемому на данный момент результату.
С позиций кибернетики систему кровообращения (как и любую другую систему организма) можно рассматривать в виде
многоуровневой самоуправляемой структуры, состоящей из иерархически связанных элементов: «центрального» и «автономного» контуров управления. Наиболее простая двухконтурная модель регуляции сердечного ритма основывается на кибернетическом подходе, при котором система регуляции синусного узла
может быть представлена в виде двух взаимосвязанных контуров:
центрального и автономного с прямой и обратной связью. При
этом, воздействие автономного контура идентифицируется с ды126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
хательной, а центрального с не дыхательной аритмией. Рабочими
структурами автономного контура регуляции являются: синусный узел (СУ), блуждающие нервы и их ядра в продолговатом
мозгу (контур парасимпатической регуляции). Дыхательная система рассматривается как элемент обратной связи в автономном
контуре регуляции сердечного ритма (СР). Прямая связь между
центральным и автономным контурами осуществляется через
нервные (в основном симпатические) и гуморальные связи. Обратная связь обеспечивается афферентной импульсацией с барорецепторов сердца и сосудов, хеморецепторов и рефлексогенных
зон различных органов и тканей. Центральный контур регуляции
СР – это сложнейшая многоуровневая система нейрогуморальной
регуляции физиологических функций, которая включает в себя
многочисленные звенья от подкорковых центров продолговатого
мозга до гипоталамо-гипофизарного уровня вегетативной регуляции и коры головного мозга [1,2].
3. Рассматривать изменения сердечного ритма в связи с
деятельностью механизмов нейрогормональной регуляции как
результат активности различных звеньев вегетативной нервной
системы.
Регуляция ритма сердца осуществляется вегетативной, центральной нервной системой рядом гуморальных и рефлекторных
воздействий. Парасимпатическая и симпатическая нервные системы находятся в определенном взаимодействии под влиянием
центральной нервной системы и ряда гуморальных и рефлекторных факторов. Постоянное воздействие симпатических и парасимпатических влияний происходит на всех уровнях регуляции.
Их сущность заключается в различной степени активности одного из отделов вегетативной системы при изменении активности
другого. Ритм сердца может временами являться простой суммой
симпатической и парасимпатической стимуляции, а временами –
симпатическая или парасимпатическая стимуляция может сложно
взаимодействовать с исходной парасимпатической или симпатической активностью. Часто при достижении полезного приспособительного результата одновременно наблюдается снижение активности в одном отделе вегетативной нервной системы и возрастание в другом.
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изложенные выше различные подходы к анализу ВСР не
только не противоречат друг другу, но и являются взаимодополняющими. Текущая активность симпатического и парасимпатического отделов вегетативной нервной системы по существу
является результатом системной реакции многоконтурной и многоуровневой системы регуляции.
Методы анализа ВСР разделяют на три группы:
1) пространственно-временные и статистические методы;
2) пространственно-спектральные;
3) нелинейные.
Пространственно-временные и статистические методы.
Динамический ряд кардиоинтервалов называют кардиоинтервалограммой. На выбранном участке определяются длины
RR-интервалов. Их иногда обозначают как NN-интервалы. Из
последовательности RR-интервалов на плоскости строят интервалограмму. В ней по оси абсцисс откладывают номера RRинтервалов, а по оси ординат – их длины. Интервалограмма дает
представление о динамике изменений сердечного ритма. Интервалография часто дополняется построением скатерограммы. В
скатерограмме обе оси на плоскости имеют размерность длины
RR-интервалов, а точками отмечаются координаты пар длительностей предшествующего и последующего RR-интервалов. Скатерограмма имеет вид «облака», состоящего из множества точек,
отвечающих последовательным парам длительностей RRинтервалов. Чем больше плотность облака, тем меньше ВСР и
наоборот. В пространственно-временных методах кроме построения интервалограмм и скатерограмм используются такие количественные показатели, как средняя длина RR-интервалов, средняя ЧСС, определение максимальной амплитуда колебаний длительности RR-интервалов при различных формах физического,
ментального или фармакологического стресса.
Статистические методы используются для анализа последовательностей длин RR-интервалов как ряда случайных чисел.
Статистический анализ включает в себя определение моментов
длительности RR-интервалов. Момент нулевого порядка есть количество RR-интервалов N на исследуемом промежутке ЭКГ.
Момент первого порядка представляет собой математическое
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ожидание M, т.е. среднюю продолжительность RR-интервалов на
исследуемом промежутке ЭКГ. Момент второго порядка – это
дисперсия D, т.е. сумма квадратов отклонений длин RRинтервалов от их средней продолжительности на исследуемом
промежутке ЭКГ, деленная на количество N. Помимо дисперсии
используют стандартное или среднее квадратическое отклонение
SD, равное корню квадратному из дисперсии. Отношение SD к
M – вариация V, которая в отличие от других показателей является безразмерной. Помимо дисперсии и вариации для анализа
ВСР могут использоваться и моменты высших степеней, такие,
как асимметрия и эксцесс. Отличие двух последних показателей
от дисперсии состоит в том, что в основу их определения положено вычисление уже не квадратов, а кубов и показателей четвертой степени отклонений длин RR-интервалов от их средней
продолжительности на исследуемом промежутке ЭКГ, деленных
на N. Статистический анализ сердечного ритма для наглядности
сопровождается построением распределений длительности RRинтерваловв виде гистограмм. По оси абсцисс откладывается
длительность RR-интервалов, по оси ординат – частота встречаемости или, другими словами, число RR-интервалов одной длительности [12]. Статистический (временной) анализ сердечного
ритма позволяет определить соотношение центральных и автономных влияний на синусный узел. В частности он позволяет
адекватно оценивать текущее состояние механизмов автономного
контура регуляции и их защитно-восстановительное действие
Пространственно-спектральные методы.
Наряду с методами количественного анализа последовательностей RR-интервалов, как случайных чисел, исключительно
большое значение принадлежит их изучению как периодических
функций RR(t) с помощью спектральных методов. Наиболее часто используются преобразование в ряд Фурье. Для вычисления
коэффициентов ряда обычно применяют экономичный метод быстрого преобразования Фурье (БПФ). Mощным средством анализа изменения функции RR(t) является построение ее спектра a(f),
т.е. зависимости квадрата амплитуды oт частоты. Обычно строят
плотность мощности спектра (Power Spectum Density – PSD), измеряемую в msec2/Гц в зависимости от частоты в Гц и получае129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мую делением a(f) на 1/T. Важными характеристиками спектра
являются его мощность и мощности его отдельных участков. Они
представляют собой интегралы по частоте f от a(f). Мощность
всего спектра равна дисперсии D RR-интервалов ЭКГ[12].
Спектральные компоненты сердечного ритма.
При спектральном разложении ЭКГ в ней выделяют четыре
характерные зоны изменения амплитуд:
Ultra Low Friquency (ULF) – зона сверх низких частот (0 –
0.0033 Гц).
Very Low Friquency (VLF) – зона очень низких частот
(0.0033 – 0.05 Гц).
Low Friquency (LF) – зона низких частот (0.05 – 0.15 Гц).
High Friequency (HF) – зона высоких частот (0.15 – 0.5 Гц).
Частотную зону ULF включают в анализ только при разложении в ряд Фурье результатов суточного мониторирования ЭКГ.
Она не связана с проявлениями быстрой регуляции и ее происхождение до сих пор неизвестно.
Диагностически значимыми являются мощности остальных
трех зон спектра, отвечающих 5-минутной ЭКГ, а также отношение мощности LF к мощности зоны HF и значение частоты, при
которой амплитуда спектра имеет максимум в зоне LF.
Спектральный анализ дает возможность оценить состояние
различных звеньев вегетативной регуляции. Низкочастотная
часть спектра связана с симпатической нервной системой, высокочастотная – с парасимпатической нервной системой [8,12].
Мощность VLF характеризует уровень энерго-метаболического управления, осуществляемый через нейро-гормональные
симпатические пути, а также связана с терморегуляцией и гуморальными системами, такими, например, как ренин-ангиотензиновая. Мощность LF характеризует состояние сосудистого центра продолговатого мозга. Мощности LF и HF определяются
симпато-парасимпатическим балансом и парасимпатической
регуляцией. На мощность HF существенным образом влияет дыхательный центр. Непосредственная подчиненность дыхательного центра корковым функциям опосредует прямые центральные влияния на сердечный спектр.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Нелинейные методы анализа
Регистрация ЭКГ-сигнала в любой произвольный момент
времени позволяет оценить только показатели ВСР в данный
временной отрезок, но не охарактеризовать всю имеющуюся
совокупность признаков при использовании временного и частотного анализа. Живой организм представляет собой сложную
систему с множеством постоянно меняющихся переменных
внутренних факторов и внешних воздействий, на которые они
реагируют. Это обуславливает постоянное присутствие переходных (адаптационных) нестационарных процессов. Их характеристики имеют точку отсчета, и параметры зависят от начала
отсчета. Многообразные влияния на ВСР, включая нейрогуморальные механизмы высших вегетативных центров, обусловливают нелинейный характер изменений сердечного ритма, для
описания которого требуется использование специальных методов. Для описания нелинейных свойств вариабельности используют: сечение Пуанкаре, кластерный спектральный анализ,
графики аттрактора, сингулярное разложение, экспонента Ляпунова, энтропия Холмогорова и др. Нелинейный компонент
вариабельности сердечного ритма может быть охарактеризован
фрактальной или корреляционной размерностью временного
ряда (correlation dimension – СD), которая, в определенном
смысле, отражает сложность представленной группы данных и
признаков. Данное направление исследований имеет значимый
интерес, когда априорно присутствует большое число переходных процессов и необходимо оценить динамику изменений общерегуляторных процессов[5,11].
По данным литературы, изменение степени детерминированного хаоса (СD) в структуре ритма сердца связывается с
повышенным риском внезапной сердечной смерти. Уменьшение значений СD наблюдалось во время критических состояний
у больных с выраженной сердечной недостаточностью, причем
снижение сложности процесса изменения сердечного ритма
коррелировало с нарастанием декомпенсации. У больных с сахарным диабетом отмечено достоверное снижение значений СD
по сравнению со здоровыми людьми и положительная корреляция снижения значений и степени вегетативной дисфункции.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Целью исследования было изучение возможности использования анализа вариабельности сердечного (ВСР) ритма для оценки
состояния рабочих кабельного производства в процессе профессиональной деятельности в зависимости от их профессиональной
ориентации и стажа работы. Сердечно-сосудистый гомеостаз и
поддерживающие его процессы управления (вегетативная регуляция) рассчитывались на основе показателей вариабельности сердечного ритма. Степень напряжения регуляторных систем рассматривается как мера адаптационных возможностей организма.
Материал и методы исследования
Всего исследовано 168 человек, которые на основании участия в производстве были разделены на три группы: I группа –
работники производства кабелей в резиновой изоляции и оболочке (58 чел.); II группа – работники производства кабелей в пластмассовой изоляции и оболочке (58 чел.); контрольная группа (52
чел.), включающая работников, не связанных с основным производством. Вся выборка была разделена по продолжительности
трудовой деятельности на предприятии: – стаж работы до 5 лет; –
стаж работы от 5 до 10 лет.
Таблица 1
Показатели ВСР в зависимости от стажа
и вида трудовой деятельности (в мс2)
Показатель
TP
VLF
LF
HF
LF/HF
Контрольная
Группа I
Группа II
группа
До 5 лет
Выше 5 лет
До 5 лет
Выше 5 лет
4505,8±632,4 3940,9±738 3623,1±662,9 3940,1±600,4 7725,6 ±112,
1415,5±202,8 950,4±151,2 1022,6±214,0 1532,3±298,8 2675,1±478,0
2358,9±365,5 2004,5±503,4 1513,4±291,7 1793,7±314,0 3543,5±655,9
731,5±121,8 985,9±177,9 1087,1±230,3 614,1±66,8 1506,9±255,1
3,79±0,35
3,38±0,65
2,79±0,56
2,93±0,29
3,48±0,54
Общая мощность спектра (ТР) ЭКГ
У работников I группы показатель общей мощности спектра
сердечного ритма снижен вне зависимости от стажа по сравнению с контрольной группой.
Из табл. 1 следует, что у работников I группы с трудовым
стажем до 5 лет уровень уменьшения параметра составлял 12,5 %
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(р<0,05), а при стаже свыше 5 лет – 19,6 % (р<0,05). Внутригрупповое распределение общей мощности составляло 424–3107 мс2 ,
и 285,2–3316 мс2 соответственно (табл. 2).
Таблица 2
Центильные величины ВСР
у работников кабельного производства
Центили
TPмс2
15
35
50
65
85
97
770
1189
1636
2171
3058
4606
15
35
50
65
85
97
424
1064
1574
2093
2909
3107
15
35
50
65
85
97
285,2
612,5
1077
1657
2920
3316
15
35
50
65
85
97
1274
1721
1971
2329
2959
3195
15
35
50
65
85
97
1424
2600
3487
4559
6088
6602
VLF%
LF%
HF%
Контроль
28,5
48,5
22
39,5
41
19,5
35,5
45,1
19,4
36,1
44,5
18,5
35,45
48,3
16,3
35,0
49,0
15,6
Группа I (до 5 лет)
14,4
47,4
17,9
14,5
41,6
15,1
19,1
41,0
17,8
19,5
41,4
19,3
23,4
41,2
22,7
23,9
41,0
24,0
Группа I (выше 5 лет)
21,6
35,6
10,9
27,3
38,8
15,3
23,7
36,6
33,1
22,5
40,4
32,2
26,5
40,5
32,2
27,6
40,7
32,3
Группа I I (до 5 лет)
25,3
38,5
18,5
26,2
38,5
16,5
29,2
40,3
17,2
32
40,3
17,4
36,1
44,2
17,5
37,6
45,1
17,4
Группа I I (выше 5 лет)
17,15
26,4
7,2
20,65
35,3
11,8
26,00
37,2
13,2
27,75
38,5
15,4
31,90
41,45
18.75
33,60
42,6
19,3
133
LF/HF
2,30
2,45
2,80
2,95
2,90
3,61
2,65
2,75
2,30
2,14
1,80
1,69
3,26
2,53
1,10
1,25
1,25
1,26
2,08
2,40
2,34
2,45
2,50
2,60
3,60
2,99
2,82
2,50
2,15
2,20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Суммарная мощность спектра у работников II группы в начале
трудовой деятельности имеет достоверное снижение показателя, что
указывает на угнетение нейрогуморальной модуляции сердечного
ритма. Внутригрупповое распределение общей мощности (табл. 2)
составляло 1274 – 3316 мс2 . При увеличении стажа работы до 10
лет, общая мощность спектра становится достоверно высокой, указывающей на активацию нижележащих уровней управления. Внутригрупповое распределение общей мощности (табл. 2) составляло
1424- 6602 мс2 . Так, из табл. 1 следует, что показатель ТР имеет
достоверно сниженную величину 3940,1±600,4 мс2 у работников со
стажем работы до 5 лет, по сравнению с контрольной группой
4505,8±632,4 мс2, это уменьшение составляет 12,6% (р<0,05)
В то время как у работников данной группы с трудовым стажем от 5 до 10 лет показатель общей мощности ТР достоверно
увеличен, и составляет 7725,6 ±112,7 мс2 (р<0,05). По сравнению
с группой контроля, данный показатель на 71,4 % превышает
нормативный уровень.
VLF-компонент спектра ЭКГ
У работников I группы показатель VLF имеет достоверно
сниженную величину по сравнению с контрольной группой вне
зависимости от стажа работы. На таблице 1 представлена величина показателя VLF у работников I группы со стажем работы до
5 лет. Показатель VLF достоверно уменьшен до 950,4±151,2 мс2 и
по сравнению с контрольной группой 1415,5±202,8 мс2, данная
степень снижения показателя составляет 32,9 % (р<0,05). Внутригрупповое распределение показателя VLF, выраженного в процентах составляло 14,4 – 23,9 (табл. 2).
При стаже трудовой деятельности 5 – 10 лет у работников
данного производства показатель VLF, равный 1022,6±214,0 мс2
является также достоверно пониженным, с что составляет 27,8%,
по сравнению с группой контроля, равной 1415±202,8 мс2. Внутригрупповое распределение показателя VLF, составляло 21,6–
27,6 (табл. 2). У работников II группы, данная величина по сравнению с группой контроля имеет тенденцию к увеличению, вне
зависимости от стажа работы. В табл. 1 отображена величина
VLF у работников II группы, имеющих стаж трудовой деятельно134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сти до 5 лет. Показатель VLF имеет незначительное повышение
до 1532,3±298,8 мс2, но данное изменение не является достоверным. Внутригрупповое распределение показателя VLF, выраженного в процентах составляло 25,3–37,6 и 17,15–33,60 соответственно (табл. 2). По сравнению с контрольной группой, имеющих
VLF 1415,5±202,8 мс2 повышение составляет 8,3 %. У работников
II группы со стажем работы 5–10 лет показатель VLF, представленный на таблице 1, отображает достоверное увеличение мощности до 2675,1±478,0 мс2 при сравнении с группой контроля
1415,5±202,8 мс2 значение VLF повысилось на 89,0 %, (р<0,05).
LF-компонента спектра ЭКГ
Показатель низкочастотной составляющей спектра у работников I группы имеет достоверно сниженную величину по сравнению с контрольной группой.
На табл. 1 представлены LF-компоненты спектра у работников I группы. Показатель LF у работников с трудовым стажем до
5 лет равный 2004,5±503,4 мс2 (р<0,05) имеет достоверное снижение по сравнению с группой контроля 2358,9±365,5 на 15 %.
Внутригрупповое распределение показателя LF, выраженного в
процентах составляло 47,4 – 41,0 (табл. 2). Показатель LFсоставляющей у работников данного производства, имеющим
трудовой стаж 5–10 лет достоверно уменьшен 1513,4±291,7 мс2
по сравнению с контрольной группой 2358,9±365,5 мс2 на 35,8 %
(р<0,05). Внутригрупповое распределение показателя LF, выраженного в процентах составляло 35,6–40,7 (табл. 2). У работников II группы имеет место достоверное снижение величины LF
при трудовом стаже до 5 лет по сравнению с контрольной группой, при увеличении стажа труда до 10 лет, LF-компонента спектра несколько увеличивается, но не достоверно. Внутригрупповое
распределение показателя LF, выраженного в процентах составляло 38,5 – 45,1 соответственно (табл. 2).
В табл. 1 представлена величина LF у работников II группы с
трудовым стажем до 5 лет, она претерпевает достоверное уменьшение до 1793,7±314,0 мс2 (р<0,05) по сравнению с контрольной
группой, LF которой равен 2358,9±365,5 мс2 составляет 24,0 %.
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Показатель LF у работников данной группы с трудовым стажем
5–10 лет имеет достаточно высокую величину равную 3543,5±655,9
мс2 по сравнению с контрольной группой, повышение составляет
50,2%, но данное изменение достоверным не является.
HF-составляющая спектра ЭКГ
Показатель высокочастотной составляющей спектра ВСР у работников I группы имеет тенденцию к увеличению по сравнению с
группой контроля, но данное изменение величины HF достоверной
не является. В табл. 1 приведены величины HF-составляющей спектра при стаже работы I группы, она составляет 985,9±177,9 мс2 по
сравнению с контрольной группой 731,5±121,8 мс2 и имеет превышение показателя на 34,8 %, хотя оно достоверным не является.
Внутригрупповое распределение показателя HF, выраженного в
процентах составляло 17,9–24,0 (табл. 2). При увеличении стажа
трудовой деятельности от 5 до 10 лет показатель HF, равный
1087,1±230,3 мс2 также имеет недостоверное увеличение по сравнению с группой контроля 731,5±121,8 мс2, что составляет 48,6 %.
Внутригрупповое распределение показателя HF, выраженного в
процентах составляло 10,9–32,3 (табл. 2).
Другая картина наблюдается у группы работников кабелей в
пластмассовой изоляции и оболочке. При стаже трудовой деятельности до 5 лет у работников данной группы наблюдается
достоверное снижение величины HF по сравнению с контролем, в
дальнейшем при стаже работы от 5 до 10 лет имеет место рост
высокочастотной составляющей спектра у работников рассматриваемой группы по сравнению с контролем. Мощность HF у работников данного производства со стажем работы до 5 лет имеет
достоверно уменьшенную величину 614,1±66,8 мс2 по сравнению
данного показателя с HF контрольной группы 731,5±121,8 мс2,
что составляет 16,0 % (р<0,05). Внутригрупповое распределение
показателя HF, выраженного в процентах составляло 18,5 – 17,4
(табл. 2).При стаже трудовой деятельности 5 – 10 лет, величина
HF у работников достоверно повышается и составляет
1506,9±255,1 мс2, по сравнению с группой контроля данный показатель увеличивается на 106,0% (р<0,05). Внутригрупповое
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
распределение показателя HF, выраженного в процентах составляло 7,2 – 19,3 (табл. 2).
Таким образом, показатель высокочастотных колебаний имеет
достоверное изменение при разной продолжительности работы на
производстве у рабочих II группы. У работников с трудовым стажем до 5 лет наблюдается снижение HF-компоненты, что предопределяет снижение активности механизмов саморегуляции, при
увеличении стажа трудовой деятельности до 10 лет, влияние неблагоприятных факторов на автономный контур сопровождается
более выраженной реакцией, что и подтверждается достоверным
ростом HF-компоненты.
Симпатовагальный баланс у работников предприятия
У работников производства кабелей в резиновой изоляции
и оболочке отношение LF/HF имеет достоверную тенденцию к
снижению величины по сравнению с контрольной группой. В
табл. 1 отображен показатель отношения LF/HF у работников I
группы при трудовом стаже до 5 лет, он колеблется в пределах
3,38±0,65 по сравнению с контрольной группой 3,79±0,35 достоверно снижен до10,8 % (р<0,05). При увеличении стажа работы от 5 до 10 лет у работников данного вида производства наблюдается дальнейшее достоверное понижение этого показателя до 2,79±0,56 в то время как в контрольной группе он
изменяется в пределах 3,79±0,35, составляя величину 26,4 %
(р<0,05). У работников II группы симпатовагальный баланс
имеет достоверное снижение по сравнению с группой контроля
при стаже трудовой деятельности до 5 лет, при увеличении
стажа работы до 10 лет данный показатель не претерпевает достоверных изменений. У работников производства кабелей в
пластмассовой изоляции и оболочке со стажем трудовой деятельности до 5 лет отношение LF/HF имеет достоверное
уменьшение величины до 2,93±0,29. По сравнению с контрольной группой, LF/HF , у которой оно составляет 3,79±0,35 , данная величина снижена на 22,7 % (р<0,05). У работников II
группы при стаже работы 5–10 лет существенных изменений
величины симпатовагального баланса в сравнении с контрольной группой не наблюдается.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Заключение
Анализ литературы и результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что на основе предложенной методологии (теоретические подходы, методики исследований, методы анализа данных) могут быть решены следующие вопросы:
1. Оценка функционального состояния, изменений параметров вегетативного баланса и нейрогуморальной регуляции на основе интегрального подхода к системе кровообращения как индикатору адаптационной деятельности всего организма;
2. Обеспечение контроля функционального состояния работников для определения надежности деятельности и прогнозирования возможных физиологических отклонений с целью устранения факторов риска.
3. Анализ влияния неблагоприятных условий труда, относящихся к рабочему месту и организации его работы, на основании
сравнения физиологических затрат на адаптацию организма к тем
или иным условиям.
4. Количественная характеристика реакций вегетативной
нервной системы при воздействии на организм интоксикаций и
других патогенных факторов.
Литература
1. Баевский P. M., Кириллов О. И., Клецкин С. З. Математический
анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М., Наука, 1984. С. 220.
2. Баевский P. M., Иванов Г. Г. Вариабельность сердечного ритма:
теоретические аспекты и возможности клинического применения. Ультразвуковая и функциональная диагностика. 2001, 3, С. 106–127.
3. Григорьев А. И., Баевский P. M. Концепция здоровья и проблема
нормы в космической медицине. М., Слово, 2001, 96 с.
4 Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий. Международный симпозиум. Москва 27–30 апреля 1999 г. Тезисы докладов. М.,
1999. С. 320.
5. Медленные колебательные процессы в организме человека: Теория
и практическое применение в клинической медицине и профилактике.
Сборник научных трудов симпозиума 27–29 мая 1997 г., Новокузнецк,
1997. С. 194.
6. Михайлов В. М. Вариабельность сердечного ритма. Опыт практического применения. Иваново, 2000, 200 с.
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Рябыкина Г. В., Соболев А. В. Вариабельность ритма сердца. М.,
Изд-во «СтарКо», 1998. С. 123.
8. Хаютин В. М., Лукошкова Е. В. Спектральный анализ колебаний частоты сердцебиений: физиологические основы и осложняющие его явления.
Российский физиол. Журн. им. И. М. Сеченова, 1999, 85 (7), С. 893–909.
9. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных кардиологических систем (методические рекомендации)
//Уральский кардиологический Журнал, 2002, № 1.
10.Яблучанский Н.И., Кантор Б.Я., Мартыненко А.В. Вариабельность
сердечного ритма в современной клинике. Донецк: Будень, 1997. 108 с.
11. Goldberger A.h the normal heartbeat chaotic or homeostatic? News in
Physiological Sciences, 1991. P. 87–91.
12. Heart rate variability. Standatds of Measurement, Physiological interpretation and clinical use. Circulation, 1996, V. 93, P. 1043–1065.
СМОГ, ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ ЕГО ОБРАЗОВАНИИ
И ВЛИЯНИЕ СМОГА НА ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ
С. Г. Сибриков, В. Н. Казин
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
kaz@bio.uniyar.ac.ru
Изменения, вызванные человеком в природе, значительны, хотя иногда и неуловимы в глобальном масштабе. В атмосфере городов влияние человека выражено наиболее ярко. В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, они называются первичными
загрязнениями.
Наиболее характерный пример первичного загрязнения – это
лондонский смог. Загрязнение воздуха городов происходит в основном в результате процессов горения. Еще в древности такие города, как Рим, испытывали затруднения из-за загрязнения воздуха,
связанного с древесным дымом. Однако именно переход к сжиганию ископаемого топлива вызвал быстрое накопление проблем,
обусловленных загрязнением воздуха. Жители Лондона сжигали
каменный уголь с XIII века. Беспокойство и желание отрегулировать этот процесс возникли почти сразу же из-за ощутимого и
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
странного запаха. Жители средневекового Лондона считали, что с
этим запахом могут быть связаны некоторые заболевания.
Топливо обычно состоит из углеводородов (условно СН4).
Процесс их сгорания можно описать наиболее общим уравнением:
СН4 + 2 О2(г) → СО2(г) + 2 Н2О(г).
(1)
Этот процесс не производит впечатления опасной деятельности, поскольку продукты сгорания не являются токсичными.
Но процесс горения может протекать и в недостатке кислорода:
2 СН4 + 3 О2(г) → 2 СО(г) + 4 Н2О(г).
(2)
Здесь образуется оксид углерода (II), или угарный газ, являющийся ядовитым. Если кислорода еще меньше, то одним из
продуктов горения является углерод (сажа):
СН4 + О2(г) → С(тв.) + 2 Н2О(г).
(3)
При низкой температуре и относительно небольшом содержании кислорода возможны реакции пиролиза, которые могут
вызвать изменения в расположении атомов в молекуле. Продуктами таких реакций являются полициклические ароматические
углеводороды. Наиболее печально известен из этой группы бензо(α)пирен.
Кроме того, загрязнения могут вызвать примеси, входящие в
состав топлива. Наиболее распространенной примесью в ископаемом топливе является сера и ее соединения (например, минерал
пирит FeS2). В некоторых углях может содержаться до 6 % серы,
которая переходит при сжигании в оксид серы (IV) или SO2:
4 FeS2(тв.) + 11 О2(г) → 8 SO2(г) + 2 Fe2O3(тв.)
(4)
В топливе присутствуют и другие примеси, но сера и ее соединения всегда считались наиболее типичными загрязнителями
городской атмосферы.
Если рассмотреть состав различных видов топлива, то видно,
что они содержат различное количество серы (табл. 1).
Для многих людей SO2 и сажа стали воплощением проблем,
связанных с загрязнением воздуха городов. Сажа и оксид серы
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(IV) относятся к первичному виду загрязнения, поскольку образуются прямым путем из хорошо известного источника и проникают в атмосферу в этой форме [1].
Таблица 1
Содержание серы в различных видах топлива
Вид топлива
Содержание серы, %
0,2-0,7
0,5-0,4
1,5-2,5
0,3-0,9
0,1
Уголь
Горючие масла
Кокс
Дизельное топливо
Бензин, керосин
Типичные случаи загрязнения воздуха в Лондоне имели место зимой в условиях сырости и тумана. Использование топлива
было максимальным, и воздух был практически неподвижным.
Оксид серы (IV) хорошо растворим в воде и поэтому накапливается в ее частицах, конденсирующихся вокруг частиц дыма:
SO2(г) + Н2О(ж) ↔ Н+(водн) + HSO3−(водн).
(5)
Следы металлов-загрязнителей (Fe, Mn) катализируют переход сернистой кислоты в серную:
2 HSO3−(водн) + О2(водн) ↔ 2 Н+(водн) + 2 SO42−(водн).
(6)
Серная кислота обладает большим сродством к воде, поэтому
образовавшаяся капля дополнительно адсорбирует воду. Капли
постепенно растут, туман сгущается, кислотность достигает
очень низких значений рН.
Сильные туманы беспокоили Лондон на пороге XIX века.
Случаи легочных болезней неизменно учащались во время продолжительного зимнего тумана [2].
Переход в XX веке к топливам, получаемым из бензина, привел к возникновению совершенно нового загрязнения воздуха
вторичного загрязнителя или фотохимического смога. Фотохимический смог был впервые отмечен в Лос-Анжелесе во время
второй мировой войны. Тот факт, что топливо сжигается не в кислороде, а в воздухе, имеет важные последствия. Воздух является
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
смесью О2 и N2. При высокой температуре в пламени молекулы в
воздухе могут распадаться и даже молекулы сравнительно инертного газа азота подвергаются реакциям:
О(г) + N2(г) → NO(г) +·N(г),
(7)
N(г) + О2(г) → NO(г) + О(г).
(8)
Согласно уравнению (8) образуется радикал кислорода, который входит в уравнение (7). Однажды возникший в пламени радикал·О(г) будет воссоздаваться и участвовать во всей цепочке реакций, приводящих к образованию оксида азота (II) NO. Если
просуммировать две реакции (7,8), то получается:
N2(г) + О2(г) → 2NO(г).
(9)
Уравнения показывают, как оксиды азота образуются в пламени. Они появляются потому, что топливо сжигается скорее в
воздухе, нежели только в кислороде. Кроме того, некоторые топлива содержат соединения азота в качестве примесей, и в результате продукты сгорания этих примесей служат дальнейшим источником оксидов азота (NO + NO2).
Окисление оксида азота (II) в смоге дает оксид азота (IV), бурый газ. Этот цвет означает, что газ поглощает свет, фотохимически активен и претерпевает диссоциацию:
NO2(г) + hν → ·О(г) + NO(г).
(10)
Таким образом, согласно уравнению (10) вновь возникает оксид азота, но также одиночный и реакционноспособный атом кислорода, который может вступать в реакции с образованием молекулы озона О3:
О(г) + O2(г) → О3(г).
(11)
Озон – единственный загрязнитель, который наиболее ясно
характеризует фотохимический смог. Однако О3, который представляет такую проблему, не выбрасывается автомобилями. Это
вторичный загрязнитель.
Летучие органические соединения, высвобождаемые благодаря использованию топлив на основе бензина, способствуют
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
превращению NO в NO2. Эти реакции сложные, но их можно упростить, взяв простую органическую молекулу, например СН4,
для описания выхлопов автотранспорта:
СН4(г) + 2 О2(г) + 2 NO(г) + hν → Н2О(г) + НСНО(г) + 2 NO2(г).
(12)
Более детально этот процесс (10-12) описывается следующими реакциями:
NO2(г) + hν (менее 310 нм) →·О(г) + NO(г),
(13)
О(г) + О2(г) + М(тв) → О3(г) + М(тв),
(14)
О3(г) + NO(г) → О2(г) + NO2(г).
(15)
Традиционно эти процессы, в ходе которых разрушается и
образуется оксид азота (IV), представляют в виде равновесия, которое описывается константой равновесия, связывающей парциальные давления двух оксидов азота и озона:
К=
рNO ⋅ pO3
pNO2
(16)
Если увеличивать концентрацию NO2 так, чтобы не использовался О3, то равновесие поддерживалось бы за счет увеличения
концентрации озона. Это происходит в фотохимическом смоге
посредством радикалов ·ОН, участвующих в реакциях окисления
углеводородов. Пример данного процесса:
ОН(г) + СН4(г) → Н2О(г) + СН3(г),
СН3(г) + О2(г) → СН3О2(г),
(17)
(18)
СН3О2(г) + NO(г) → СН3О(г) + NO2(г),
(19)
СН3О(г) + О2(г) → НСНО(г) + НО2(г),
(20)
НО2(г) + NO(г) → NO2(г) +·ОН(г)
(21)
(формальдегид)
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эти реакции показывают превращение оксида азота (II) в оксид азота (IV) и простого алкана типа СН4 в альдегид (в данном
случае – формальдегид НСНО). Радикал ОН восстанавливается,
поэтому может считаться в некотором роде катализатором. Несмотря на то, что реакция протекает в фотохимическом смоге,
воздействие радикала ОН на большие и более сложные органические молекулы более быстрое. Альдегиды также могут претерпевать изменения под действием радикала ·ОН:
СН3СНО +·ОН(г) → СН3СО(г) + Н2О(г),
(ацетальдегид)
СН3СО(г) + О2(г) → СН3СОО2(г),
СН3СОО2(г) + NO(г) → NO2(г) + СН3СОО(г),
СН3СОО(г) →·СН3(г) + СО2(г).
(22)
(23)
(24)
(25)
Метил-радикал (СН3) из уравнения (25) может возвращаться
в уравнение (18).
Важным дополнением к этому ряду химических реакций является следующее:
СН3СОО2(г) + NO2(г) → СН3СОО2NO2(г).
(ПАН)
(26)
Последняя реакция приводит к образованию пероксиацилнитрата (ПАН), который раздражает слизистую глаз.
Смог, обнаруженный в районе Лос-Анжелеса [1], сильно отличается от того, который образовывался при сжигании каменного угля в Лондоне. Полное различие смога Лос-Анжелеса и Лондона приведено в табл. 2.
Загрязнение городской атмосферы смогом имеет отрицательные последствия для окружающей среды и здоровья людей. Два
газа, особенно характерные для фотохимического смога, озон и
оксиды азота, ухудшают дыхание. Озон ослабляет работу легких,
а оксиды азота при высоких концентрациях наиболее всего опасны для болеющих астмой. Кислородсодержащие соединения типа
альдегидов, а также пероксиацилнитрат (ПАН) вызывают раздражение глаз, носа, горла, а также головную боль в периоды
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
смога. Другой компонент автомобильных топлив – бензол. Он
является полезным компонентом бензина, поскольку повышает
его октановое число (взамен соединений свинца), но с другой
стороны, является потенциальным возбудителем рака. Компоненты обычного смога (оксиды серы, серная кислота) также отрицательно влияют на здоровье людей, вызывая раздражение слизистых оболочек органов дыхания и удушье.
Таблица 2
Сравнение смогов Лос-Анжелеса и Лондона
Характеристика
Температура воздуха,°С
Относительная влажность, %
Тип температурных изменений
Скорость ветра
Видимость
Месяцы наиболее частого появления
Основное топливо
Основные компоненты смога
Лос-Анжелес
24-32
< 70
Падение на высоте
1000 м
< 3 м/с
< 0,8-1,6 км
Август-сентябрь
Лондон
От -1 до 4
85 (+туман)
Излучение на высоте нескольких сотен метров
Безветренно
< 30 м
Декабрь-январь
Бензин
Уголь и бензин
О3, NO, NO2, CO, Твердые частицы, СО, соорганические ве- единения серы
щества
Тип химической реакции
Окислительная
Восстановительная
Время максимального сгуще- Полдень
Раннее утро
ния
Воздействие на здоровье
Временное раздра- Раздражение
бронхов,
жение глаз (ПАН)
кашель (SO2/копоть)
Повреждающиеся материалы Трескается резина Железо, бетон
(О3)
Серная кислота является сильным агентом, вызывающим
коррозию металлов, она разрушает памятники архитектуры и
обычные постройки. Поскольку в состав большинства строительных материалов входит известняк, то происходит усиленное
выветривание поверхности строений:
H2SO4(водн) + CaCO3(тв) + Н2О(жидк) → СО2(г) +СаSO4·2 Н2О(тв).
(27)
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Серная кислота превращает известняк в гипс. Это наносит
серьезный урон постройкам, поскольку осадки легко разрушают
гипсовый слой. Основной окислитель фотохимического смога –
это озон. Это реакционноспособный газ, который разрушает полимерные материалы. Покрышки автомобилей, щетки стеклоочистителей, пигменты и красители разрушаются при действии озона. Озон отрицательно воздействует на растения: изменяется
проницаемость клеток для ионов калия [1].
Литература
1. Введение в химию окружающей среды / Андруз Дж. и др. М.: Мир,
1999. 271 с.
2. Brimltcombe P. The Big Smoke. Methuen, London, 1987. P. 150.
РАЗВИТИЕ КОНЕЧНОСТЕЙ
У ЛИЧИНОК ЛЯГУШКИ ТРАВЯНОЙ
В НОРМЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЕ
И. П. Комарова, Ю. В. Холмогоров, Е. П. Киреева
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
e-mail-komarova@bio.uniyar.ac.ru
Эмбриологические исследования в норме и эксперименте
дают возможность подвергнуть причинному анализу условия
морфогенеза структур. Многие тяжелые металлы (в частности,
кадмий) входят в список опасных поллютантов, поступающих в
водную среду, поэтому необходим анализ таких и подобных факторов, способных вызывать абберантное развитие у гидробионтов. Развитие личинок лягушки проходят в водной среде и в
данном случае аномалии развития конечностей могут являться
маркерами нарушений состояния среды. Полученные результаты
могут использоваться в биомониторинге окружающей среды, могут быть моделями возможных нарушений эмбриогенеза позвоночных животных, человека, обитающих в загрязненной среде.
Целью работы являлось изучение эмбриогенеза поясов конечностей и свободных конечностей у личинок лягушки травяной (Rana temporaria) и влияние на их развитие солей кадмия.
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Икряные мешки лягушки травяной (Rana temporaria) были
собраны в естественных водоемах в г. Ярославле и деревне
Кузьминское. Вылупление и развитие личинок проходили в лабораторных условиях. Стадии развития личинок определяли по
внешним морфологическим признакам (2). Животных фиксировали в формалине (разведение 1:9). Непрерывная серия по развитию личинок охватывает интервал от 36-ой до 51-ой стадии.
Объекты проведены через серию спиртовых растворов возрастающей крепости, хлороформ, залиты в парафин. Парафиновые
блоки резали на микротоме с шагом 7–10 мкм, срезы укладывали сериями на предметные стекла. Серийные срезы окрашивали
гематоксилином Эрлиха и эозином, исследовали под световым
микроскопом и фотографировали. Эксперимент проводили в
аквариумах объемом 10 л, где создавался постоянный температурный и газовый режима воды. Диапазон исследуемых концентраций токсиканта установили на основании результатов
предварительных экспериментов. По итогам предварительного
эксперимента было обнаружено, что концентрации равные ПДК
(0,005мг/л) и превышающие ее (0,05 и 0,5 мг/л) не вызывают
заметного действия на личинок лягушки травяной. Вследствие
чего были выбраны следующие концентрации сульфата кадмия – 1, 2 и 5 мг/л. В трех аквариумах была помещена определенная концентрация сульфата кадмия (1, 2 и 5 мг/л), а четвертый являлся контрольным.
Выборка составила 516 особей, из них 100 выращивались в
растворах сульфата кадмия. В ходе исследования были изучены
серии срезов по развитию поясов конечностей и свободных конечностей личинок лягушки травяной (1, 3).
Пояс передних конечностей представляет собой кольцевидное образование, охватывающее передний участок туловища с
вентральной и латеральной сторон. Лопатка – scapula – парная
несколько вытянутая четырехугольная костная пластинка, слегка суженая по середине. Она образует верхнюю половину суставной ямки плечевой кости. Представлена скоплением мезенхимных клеток на стадии 36. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 39. Зрелый хрящ преобладает со стадии 43.
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Надлопатка – suprascapula – это парное образование, имеет
вид неправильной четырехугольной пластины, утончающейся к
своему дистальному краю. Представлена скоплением мезенхимных клеток на стадии 37. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 41. Зрелый хрящ преобладает со стадии 45.
На стадии 48 передняя и проксимальная части оссифицированы; в средней части расположена зона обызвествленного хряща.
Формируется суставная поверхность плечевого сустава –
articulatio humer, представленная зрелой хрящевой тканью на стадии 46. Осификация передней конечности начинается достаточно
быстро на стадии 48. В плечевом суставе – articulatio humer – сочленяющими поверхностями являются суставная полость, и головка плечевой кости. Плечевая кость – humerus – длинная кость
с хорошо выраженным диафизом и двумя утолщенными концами – эпифизами. Закладывается на стадии 39. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 40. Зрелый хрящ преобладает со
стадии 44. Процессы оссификации начинаются со стадии 47. Лучелоктевая кость – radioulna s. os antebrachii – происходит от сливания двух костей – лучевой и локтевой. Закладывается на стадии
41. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 43. Зрелый
хрящ преобладает со стадии 46.
При изучении внешнего строения личинок лягушки травяной обнаружили десинхроноз в их развитии: строение ротового
аппарата они соответствовало 41 стадии развития, а строение
задней конечности – 39 стадии развития. Проникая в организм,
кадмий накапливается в костной ткани и приводит к нарушению в развитии пояса передней конечности. Это проявляется в
частичном разрушении закладки плечевой кости.
Пояс задней конечности или таз состоит из двух хрящевых
полуколец на стадии 38. В последствии они срастаются между
собой и образуют большой непарный костно-хрящевой круг. От
него отходят два длинных отростка – крылья подвздошных костей – ala ossis ilei. Правая и левая седалищные кости – ossa
ischii раздельны только у головастика. Закладываются на стадии 37. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 41.
Зрелый хрящ преобладает со стадии 46.
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тазобедренный сустав –articulatio coxae– образован сочленением головки бедренной кости с вертлужной впадиной –
acetabulum – таза. Впадина по краю снабжена вертлужной губой – labrum acetabulare, которая охватывает головку бедренной
кости. От этой губы начинается довольно большая и свободная
капсула сустава. Закладывается на стадии 37. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 39. Зрелый хрящ преобладает со стадии 45.
Бедренная кость – os femoris – является одной самых длинных костей в скелете лягушки. Ее срединная часть – диафиз –
слегка S-изогнута. На проксимальном конце кости находится
почти шарообразная головка бедра, входящая в вертлужную
впадину таза. На стадии 39 она представлена скоплением мезенхимных клеток. На стадии 41 происходит замена мезенхимных клеток тел на хрящевую ткань. Хрящевая бедренная кость
полностью лежит в пределах основы конечности на стадии 42.
Зрелый хрящ преобладает со стадии 47.
Большеберцовая – tibia- и малоберцовая –fibula- кости в ходе развития срастаются и образуют кость голени – os cruris. Закладывается на стадии 41. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 43. Зрелый хрящ преобладает со стадии 48.
Скелет стопы подразделяется на три отдела: предплюсну –
tarsus, плюсну – metatarsus и фаланги пальцев. Отделы закладываются на стадии 42. К стадии 46 происходит замена мезенхимных клеток тел на хрящевую ткань.
При изучении головастиков, которые были помещены в искусственный водоем, содержащий соли кадмия, было отмечено
появление отклонений в развитии пояса задних конечностей и
свободных задних конечностей. Проникая в организм, кадмий
накапливается и приводит к остановке в развитии костной ткани (конечности). В непосредственном регионе конечности обнаружены закладки пояса задних конечностей. Одна из закладок бедренной кости имела уменьшенные размеры, запаздывал
гистогенез. В это время на стадии 41 должны также присутствовать закладки большеберцовой и малоберцовой костей. А к
стадии 42 закладки костей, составляющих стопу.
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изученные элементы скелета проходят стадии мезенхимы,
хряща, а затем кости. При сравнении верхнего и нижнего поясов конечностей был обнаружен десинхроноз в их развитии.
Верхний пояс конечностей опережает в развитии нижний у
представителей изученной выборки. Передние конечности закладываются на 39 стадии. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 42. Зрелый хрящ преобладает со стадии 44.
Процессы оссификации начинаются на стадии 47. Задние конечности представлены скоплением мезенхимных клеток на 39
стадии. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 43.
Зрелый хрящ преобладает со стадии 47. Процессы оссификации
начинаются на стадии 50.
При изучении личинок лягушки травяной, которые были
помещены в искусственный водоем, содержащий сульфид кадмия, было отмечено расхождение в темпах развития ротового
аппарата соответствовавшего 41 стадии развития, с развитием
задней конечности, находящейся на 39 стадии. Проникая в организм, кадмий накапливается в костной ткани и приводит к
нарушениям в развитии конечностей. Это проявляется в отсутствии закладок костей (большеберцовой и малоберцовой), или к
частичному недоразвитию (плечевая и бедренная).
Таким образом, исследования, проведенные на модели личинок лягушки, могут служить определенным «сигналом» о
возможных нарушениях развития скелета и у представителей
других классов хордовых, включая и человека. Экологические
загрязнения уже приводили к болезням и патологиям в популяции человека (болезнь итай-итай), поэтому можно говорить о
частичном переносе полученных результатов на млекопитающих, о сходном развитии кадмиевой патологии в костной системе человека.
Литература
1.Терентьев П. В. Лягушка. М.: Советская наука, 1950. С. 91–112.
2. Объекты биологии развития / под ред. Б. Л. Астаурова. М: Наука,
1975. С. 442–462.
3. Ноздрачев А. Д., Поляков Е. Л. Анатомия лягушки. М: Высшая
школа, 1994. С. 35–54.
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В СНЕГЕ, ПОЧВЕ И ВОДЕ
В РАЗНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ
И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
А. Л. Фираго, Е. А. Бакаева, Е. А. Тихомирова,
Е. М. Бутылина, А. А. Балдакова
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
annafirago@mail.ru
Современные промышленные центры являются мощными загрязнителями окружающей среды, на которую они воздействуют,
меняя ее химические и физические характеристики. Химические соединения попадают в организм человека несколькими путями: непосредственно аэрогенным путем, через водные источники в виде растворимых и нерастворимых примесей, или пройдя сложный путь миграции в цепи воздух-почва-растения-животное-человек.
Большая часть населения России, в настоящее время, проживает в городах, поэтому оценка качества городских почв, источников водоснабжения и воздушной среды, загрязненных тяжелыми металлами представляет весьма важную научную и
практическую задачу [1].
Город Ярославль – крупный промышленный центр, особенностью которого является специфичная планировка, когда центральная часть города практически окружена промышленными
предприятиями, а новые жилые районы располагаются по отношению к крупным промышленным зонам без полного учета повторяемости ветров и рельефа. Получившие в городе распространение отрасли промышленности – нефтепереработка и нефтехимия, химия, машиностроение, резиновая промышленность,
теплоэнергетика – характеризуются не только массой выбросов,
но и крайнем разнообразием его состава, включая высокотоксичные и канцерогенные вещества [2].
Актуальным является изучение экологической ситуации и
рисков для здоровья людей, проживающих в неблагоприятных
природно-климатических условиях Севера. На состояние экологической безопасности в северных регионах России оказывает
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
влияние интенсивная эксплуатация недр, приводящая к формированию искусственных геохимических провинций.
Поэтому целью нашего исследования стало: Определение содержания тяжелых металлов (Zn, Cu, Pb, Cd) в объектах окружающей среды (почвенном и снеговом покровах, питьевой воде)
южного жилого района г. Ярославля, Даниловского и Некрасовского районов Ярославской области, а также северных регионов
России – г. Котлас, Архангельской области и ТроицкоПечорского района Республики Коми.
Для определения экологической ситуации исследуемых нами
районов были отобраны и обработаны пробы почвенного (52
пробы) и снегового покровов (52 пробы), являющихся индикаторами загрязнения атмосферного воздуха, а также питьевой воды (140 проб). Отбор и подготовка проб проводилась в соответствии со стандартными методиками, искомые тяжелые металлы
определялись методом инверсионной вольтамперометрии.
В системе санитарно-экологического мониторинга, чрезвычайно важная роль принадлежит почвенному мониторингу. Поступая в почвы тяжелые металлы накапливаются и переходят от
звена к звену трофической цепи: «почва – растение – человек».
Таким образом, почва является не только индикатором антропогенного загрязнения среды, но и источником межсредового перехода элементов в атмосферу, воду и продукты питания [3]. Особенно опасны для человека тяжелые металлы (ТМ), которые аккумулируются в верхних, плодородных слоях почвы и в
растительной продукции.
Для исследования пробы почвенного и снегового покровов
были отобраны в р-не «Суздальский» г. Ярославля: ст. №1 Московский проспект (р-н Автовокзала), ст. №2 Московский пр-т
(пересечение с ул. Кривова), ст. №3 ул. Ньютона (пересечение с
ул. Калинина). Данный район города находится в окружении
крупных транспортных магистралей, а с юго-западной стороны
от района расположено крупнейшее в области нефтеперерабатывающее предприятие ЯНПЗ «Славнефть» [4]. Результаты представлены в таблице 1.
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в почвенном
и снеговом покровах района «Суздальский» г. Ярославля
Снеговой покров
Почвенный покров
Исследуемый
район
0-10м.
№1 10-100м.
среднее
0-10м.
№2 10-100м.
среднее
0-10м.
№3 10-100м.
среднее
фоновый
уровень
0-10м.
№1 10-100м.
среднее
0-10м.
№2 10-100м.
среднее
0-10м.
№3 10-100м.
среднее
фоновый
уровень
Уровень Категория
загрязне- загрязнения
ния
Тяжелые металлы, мг/кг (мг/дм3)
Zn
0,082±0,000
0,031±0,004
0,044±0,002
0,000±0,000
0,608±0,025
0,304±0,021
0,070±0,000
0,000±0,000
0,023±0,003
Cu
0,373±0,004
0,282±0,018
0,305±0,020
0,443±0,001
0,595±0,085
0,569±0,073
0,518±0,054
0,195±0,011
0,410±0,076
Pb
0,0376±0,0017
0,0311±0,0031
0,0332±0,0069
0,0779±0,0039
0,2143±0,0093
0,1631±0,0224
0,0181±0,0001
0,0053±0,0001
0,0130±0,0031
Cd
0±0,0
умеренно
0±0,0 средний
опасная
0±0,0
0±0,0
очень выопасная
0±0,0
сокий
0±0,0
0±0,0
допусти0±0,0 слабый
мая
0±0,0
0,144±0,050 0,069±0,003 0,0076±0,0006 0±0,0
0,056±0,006
0,052±0,007
0,054±0,006
0,119±0,028
0,048±0,010
0,068±0,003
0,000±0,000
0,095±0,009
0,063±0,012
0,035±0,002
0,006±0,001
0,015±0,003
0,053±0,001
0,015±0,005
0,026±0,002
0,021±0,003
0,008±0,001
0,013±0,005
0,0000±0,0000
0,0003±0,0001
0,0002±0,0001
0,0000±0,0000
0,0001±0,0000
0,0001±0,0000
0,0030±0,0006
0,0018±0,0005
0,0023±0,0000
-
0±0,0
мини0±0,0
мальный
0±0,0
0±0,0
мини0±0,0
мальный
0±0,0
0±0,0
мини0±0,0
мальный
0±0,0
0,080±0,010 0,002±0,000 0,0006±0,0002 0±0,0
-
-
-
Оценка уровня химического загрязнения почв проводили с
помощью следующих показателей: коэффициента концентрации
химического вещества (Кс) и суммарного показателя загрязнения
(Zc). Кс определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве к фоновому содержанию, а Zc равен сумме коэффициентов концентраций химических элементовзагрязнителей [5, 6].
Известно, что с каждым годом увеличивается количество выбросов в атмосферу от передвижных источников, поэтому мы
сделали попытку оценить вклад автотранспорта в загрязнение окружающей среды. Нами были отобраны пробы на расстоянии 010м, 10-50м, 50-100м от дороги. В результате наших исследова153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ний отчетливой динамики изменения содержания ТМ в депонирующих средах по мере удаления от дороги не обнаружено. Однако, при сравнении содержания ТМ в почвенном и снеговом покрове между жилой зоной (10-100м) и придорожной (0-10м) в целом было показано незначительное превышение содержания ТМ
в придорожных пробах, по сравнению с пробами, отобранными в
жилой зоне (табл. 1).
Было выявлено, что наиболее загрязнены почвенный и снеговой покровы на станции №2, находящейся на пересечении ул.
Кривова и Московского пр-та (табл. 1). На данной станции зарегистрированы максимальные концентрации всех исследуемых
элементов, исключение составил лишь уровень свинца в снеговом покрове, максимальное его значение отмечено на станции
№3 (0,0023±0,0000 мг/дм3).
В целом, с учетом наших данных (табл. 1), экологическую
ситуацию в районе «Суздальский» можно охарактеризовать как
неблагополучную. Для двух их трех исследованных станций показано высокое загрязнение почвенного покрова, а категория
опасности для здоровья населения характеризуется как опасная.
Загрязнение атмосферного воздуха и почв может служить источником токсических веществ (в том числе ТМ) в организме человека [7].
Следующим этапом нашей работы было сравнение экологической ситуации в исследуемом районе с другими районами. Для
сравнения были выбраны: р-н «Липовая гора» г. Ярославля, Даниловский и Некрасовский районы Ярославской области. Кроме
того, были отобраны и исследованы пробы почвенного и снегового покрова северных регионов России: г. Котлас Архангельской
области и Троицко-Печорский р-н Республики Коми, имеющих
другие геохимические и экологические особенности.
Как видно из данных табл. 2. содержание ТМ в депонирующих средах сильно варьирует в зависимости от места отбора
проб. Практически во всех исследуемых районах концентрации
тяжелых металлов (за исключением Zn) значительно превышают
фоновые значения. Максимальные значения по суммарному показателю загрязнения отмечены в г. Котлас Архангельской обл.,
где качество и почвенного, и снегового покрова характеризуется
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в почвенном
и снеговом покровах жилой зоны
населенных пунктов различных районов
Тяжелые металлы, мг/кг (мг/дм3)
Исследуемый
район
Zn
Cu
Pb
Cd
Почвенный покров
«Суздальский»
0,187±0,022 0,389±0,057 0,1097±0,0301 0±0,0
г. Ярославль
«Липовая гора»
г. Ярославль
очень
высо- опасная
кий
допустимая
0,214±0,017 0,054±0,009 0,0164±0,0027 0±0,0 слабый
очень
0,0001±
высо- опасная
0,0000
кий
допусНекрасовский
0,000±0,000 0,177±0,055 0,0128±0,0049 0±0,0 слабый
тимая
р-н, ЯО
максичрезвымальчайно
г. Котлас, АО 0,000±0,000 0,108±0,016 0,3643±0,0122 0±0,0
ный
опасная
Даниловский
р-н, ЯО
0,605±0,060 0,167±0,010 0,0183±0,0055
Тр-Печорск. р0,000±0,000 0,510±0,060 0,0000±0,0000 0±0,0
н Респ. Коми
Снеговой покров
УроКатеговень
рия зазагрязгрязненения
ния
средний
умеренно
опасная
Фоновый уро0,144±0,050 0,069±0,003 0,0076±0,0006 0±0,0
вень
«Суздальский»
0,064±0,011 0,010±0,002 0,0007±0,0002 0±0,0 слабый
г. Ярославль
«Липовая гора»
г. Ярославль
миниДаниловский
0,011±0,003 0,005±0,001 0,0003±0,0001 0±0,0 мальр-н, ЯО
ный
миниНекрасовский
0,068±0,007 0,002±0,000 0,0000±0,0000 0±0,0 мальр-н, ЯО
ный
0,0008± высог. Котлас, АО 0,006±0,001 0,008±0,002 0,0000±0,0000
0,0001 кий
Тр-Печорск. р0,170±0,020 0,030±0,007 0,0000±0,0000 0±0,0 слабый
н Респ. Коми
Фоновый уро0,080±0,010 0,002±0,000 0,0006±0,0002 0±0,0
вень
155
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
как опасное для здоровья населения. Для территорий с подобным
уровнем загрязнения почв отмечается изменение показателей
здоровья населения, а именно, увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции у женщин
и т.п. [5]. Основной причиной обнаруженного загрязнения окружающей среды в первую очередь может быть соседство исследуемого района с Архангельским ЦБК, выбросы которого имеют
в своем составе тяжелые металлы.
Роль воды в жизнеобеспечении человека неоценима. Результаты систематических исследований последних десятилетий показывают практически повсеместное ухудшение качества поверхностных вод по причине массированного сброса в водоемы неочищенных хозяйственно-бытовых, промышленных, ливневых вод,
содержащих различные токсические химические соединения [8].
Кроме того, в настоящей работе были отобраны и исследованы пробы воды всех исследуемых районов в период с сентября
2008г. по май 2009г. Результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов
в питьевой воде различных районов
Исследуемый район
«Суздальский»
г. Ярославль
«Липовая гора»
г. Ярославль
Даниловский р-н, ЯО
Некрасовский р-н, ЯО
г. Котлас, АО
Тр-Печорск. р-н
(Респ., Коми)
ПДК
Zn
Тяжелые металлы, мг/ дм3
Cu
Pb
Cd
0,094±0,012
0,0058±0,0007 0,0004±0,0001
0
0,195±0,068
0,0286±0,0016 0,0029±0,0007
0
0,028±0,005
0,055±0,007
0,500±0,010
0,0068±0,0009 0,0004±0,0001 0,0004±0,0002
0,0032±0,0002
0
0
0,0012±0,0001 0,0005±0,0000 0,0002±0,0000
0,050±0,010
0,0100±0,0010
0
0
5
1
0,03
0,001
Анализ данных позволяет отметить, что содержание в питьевой воде Zn, Cu, Pb и Cd значительно различается в исследуемых
районах, но во всех случаях находится в пределах ПДК. Можно
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
заключить, что вода проходит должную обработку на очистных
сооружениях станций водоочистки.
Таким образом, необходим постоянный мониторинг за состоянием качества среды обитания человека. Выявление и установление границ содержания поллютантов, характерных для данной местности, оценка степени их опасности для здоровья населения, а также определение источников загрязнения является
одним из приоритетных направлений современных экологических исследований.
Литература
1. Маймулов В. Г., Пацюк Н. А., Баскович Г. А. Гигиеническая оценка
влияния химического загрязнения окружающей среды мегаполиса на состояние здоровья детей // Гигиена и санитария. 2004. № 4. С. 31–34.
2. Мелюк С. А., Лукьяненко В. И. Современное экологическое состояние Ярославской области и здоровье населения // Актуальные проблемы
экологии Ярославской области. Материалы науч. практ. конф. Вып. 2. Т. 1.
2002. С. 29–36.
3. Сетко А. Г., Боев В. М. Медицина окружающей среды и социальногигиенический мониторинг на урбанизированных и сельских территориях
// Гигиена и санитария. 2006. С. 20–22.
4. Лайпанова Р. Я., Фурса Н. С., Горохова Т. А., Коротаева М. С., Онегин С. В. Экологическая оценка техногенного загрязнения Ярославской
области. Ярославль: Ремдер. 2003. 76 с.
5. Бочаров Л. В., Иванов Ю. В. Эколого-геохимические методы оценки
загрязненности атмосферы малых городов (на примере г. Ливны Орловской
области) // Вестник Воронеж. Ун-та. Сер. геология. 1997. № 4. С. 137–145.
6. Боев В. М, Красиков С. И., Воронкова И. П., Чеснокова Л. А.,
Аверьянов В. Н., Кузьмин С. А. Загрязнение свинцом некоторых объектов
окружающей среды // Гигиена и санитария. 2004. № 1. С. 25–28.
7. Шишлова Н. А. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье жителей Уссурийска. Труды Всерос. науч. практ. конф. Здоровье –
основа человеческого потенциала: Проблемы и пути их решения. 2008.
С. 328–329.
8. Унгуряну Т. Н., Лыжина А. В., Деменьтьевский В. С., Алешин А. А., Бузинов Р. В. Качество питьевой воды в г. Новодвинске Архангельской области по данным многолетнего мониторинга // Экология человека. 2008. № 4. С. 6–10.
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЛИЯНИЕ МЕСТА ПРОЖИВАНИЯ
НА ПОКАЗАТЕЛЬ ЦИРКАДНОГО ИНДЕКСА
В. Е. Середняков, Е. И. Крюков, М. Р. Черняев
Ярославский государственный
университет им. П.Г. Демидова
serednyakov@mail.ru
По данным Росстата общая смертность в России за последние
годы неуклонно растет как и смертность от болезней системы
кровообращения. Так, если в 1990 году это было 915,5 тысяч человек, то в 2005 это уже 1299,5 тысяч [1]. Причем смертность
связанная с сердечно-сосудистой патологией примерно на 3%
опережает рост цифр общей смертности. Причастность медицины
к подобным тенденциям очевидна, но на здоровье человека, как
известно, влияет и окружающая среда.
За последние два десятилетия были выявлены существенные
взаимосвязи между показателями вегетативной нервной системой
и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний, включая
внезапную смерть [2–5]. Экспериментально подтверждена связь
между предрасположенностью к летальным аритмиям и признаками повышенной симпатической или пониженной вагусной активности. Взаимосвязь большего риска смерти у больных перенесших инфаркт миокарда со сниженной вегето-сосудистой регуляцией была впервые продемонстрирована Wolf [6]. Позднее
специалисты использовали спектральный анализ колебаний сердечного ритма для количественного определения показателей
сердечно-сосудистой системы от удара к удару [7]. В конце
1980-х было подтверждено, что показатели вегето-сосудистой регуляции представляют собой устойчивый и независимый предиктор смерти у больных перенесших острый инфаркт миокарда [8–
10]. Предполагается, что изменения роли вегето-сосудистой регуляции, могут носить защитный характер даже в отношении
внезапной сердечной смерти [11, 12]. Как правило, целью изменений вегето-сосудистой регуляции является улучшение электрической стабильности сердца. Несмотря на понимание проекторной роли увеличения вагусной активности, до конца не ясно,
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
до каких пределов ее следует увеличивать в целях достижения
оптимальной защиты организма [13].
Известно, что физические упражнения могут снизить частоту
внезапной сердечной смерти и общую смертность от сердечнососудистых заболеваний. Считается, что регулярные физические
тренировки способны изменять вегетативный баланс. Так физические упражнения способствуют восстановлению физиологических
симпато-вагальных взаимодействий, как это показано на примере
постинфарктных больных [14]. Пониженная вегето-сосудистая регуляция не является простым отражением повышенного симпатического или сниженного вагусного тонуса, обусловленного снижением сократимости желудочков, но также характеризует пониженную вагусную активность, которая находится в тесной связи с
патогенезом желудочковых аритмий и внезапной сердечной смерти. Это просто маркер неблагоприятного прогноза.
Исходя из вышесказанного нам показался интересным анализ вариабельности циркадного индекса, связанного с риском
внезапной смерти, от места проживания испытуемого[15–16]. Исследование проводили в кабинете функциональной диагностики
одной из больниц г. Ярославля. Под наблюдением находились
пациентки в возрасте от 18 до 75 лет, без выраженных органических поражений сердца, не принимающих препаратов влияющих
на работу сердца (практически здоровые). Суточное мониторирование электрокардиограммы по Холтеру проводили с помощью
кардиорегистратора «Кардиотехника-4000». Пациентки при этом
придерживались привычного режима дня. Запись и обработку
сигналов осуществляли в соответствие с общепринятыми рекомендациями [17]. Для обработки записей использовали программу "NEWMON.EXE 9902". Для определения влияния пространственного фактора рассчитывали значение циркадного индекса у
жителей различных районов г. Ярославля. Для этого все обследуемые были разделены на 6 групп по районам их проживания.
Всего под наблюдением находились 60 женщин. Расчет вариабельности ритма сердца производили с учетом последовательных
интервалов R–R синусового происхождения длительностью 300 с
шагом в 1 минуту и вычислением стандартных временных параметров в дневные и ночные периоды[18]. Результаты исследова159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния обрабатывали с применением t-критериев Стьюдента для
парных выборок математической статистики с использованием
стандартных пакетов программного обеспечения “STATISTIKA’99 Edition” и “Excel 3,0”.
Полученные средние значения циркадного индекса у женщин
были следующие: Дзержинский район-1,26±0,03; Заволжский
район – 1,27±0,03; Кировский район-1,31±0,11; Красноперекопский район – 1,28±0,06; Ленинский – 1,11±0,015 и Фрунзенский
район – 1,34±0,06. Поскольку физиологической нормой по циркадному индексу являются значения от 1,2 до 1,44, то в большинстве районов города риск внезапной смерти имеет приемлемые
значения. Исключением из правила является Ленинской район,
где у женщин циркадный индекс ниже нормы и статистически
достоверно ниже аналогичного показателя в соседних районах
города. Как уже говорили, это бывает при заболеваниях связанных с вегетативной “деиннервацией” сердца, когда снижается
скорость передачи импульсов от вегетативной нервной системы к
сердцу, что сопряжено с высоким риском внезапной смерти. Таким образом, можно сделать вывод, что жители Ленинского района попадают в группу риска по внезапной смерти.
Вполне вероятно, такой высокий риск сопряжен с негативным воздействием расположенной поблизости городской промышленной зоны, а в частности Ярославского моторного завода;
транзитных железнодорожных путей восточной федеральной магистрали, интенсивного потока автотранспорта.
Литература
1. Машустин Ю. Н. Летальный тупик кардиологии // Аргументы и
факты. 2009. № 22. С. 21.
2. Lown B, Verrier RL. Neural activity and ventricular fibrillation // N Engi
J Med. 1976; 294: 1165-70.
3. Corr PB, Yamada KA, Witkowski FX. Mechanisms controlling cardiac
autonomic function and their relation to arrhythmogenesis. In: Fozzard HA, Haber E, Jennings RB, Katz AN, Morgan HE, eds. The Heart and Cardiovascular
System. New York: Raven Press, 1986: 1343–1403.
4. Schwartz PJ, Priori SG. Sympathetic nervous system and cardiac arrhythmias. In: Zipes DP, Jalife J, eds. Cardiac Electrophysiology. From Cell to
Bedside. Philadelphia: W.B. Saunders, 1990: 330–43.
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Levy MN, Schwartz PJ eds. Vagal control of the heart: Experimental basis and clinical implications. Armonk: Future, 1994.
6. Wolf MM, Varigos GA, Hunt D. Sloman JG. Sinus arrhythmia in acute
myocardial infarction. Med J Australia 1978; 2:52–3.
7. Akselrod S, Gordon D, Ubel FA et al. Power spectrum analysis of heart
rate fluctuation: a quantitative probe of beat to beat cardiovascular control. Science 1981: 213: 220–2.
8. Kleiger RE, Miller JP, Bigger JT, Moss AJ and the Multi-center PostInfarction Research Group. Decreased heart rate variability and its association
with increased mortality after acute myocardial infarction. Am J Cardiol 1987;
59: 256–62.
9. Malik M, Farrell T, Cripps T, Camm AJ. Heart rate variability in relation
to prognosis after myocardial infarction: selection of optimal processing techniques. Eur Heart J 1989: 10:1060–74.
10. Bigger JT, Fleiss JL, Steinman RC et al. Frequency domain measures
of heart period variability and mortality after miokardial infarction. Circulation
1992; 85: 164–71.
11. Kleiger RE, Bigger JT, Bosner MS et al. Stability over time of variables
measuring heart rate variability in normal subjects. Am J Cardiol 1991; 68: 626–30.
12. Van Hoogenhuyze DK, Weinstein N, Martin GJ et al. Repro-ducibility
and relation to mean heart rate of heart rate variability in normal subjects and in
patients with congestive heart failure secondary to coronary artery disease. Am J
Cardiol 1991; 68: 1668–76.
13. Покровский В. М. Формирование ритма сердца в организме человека и животных. Краснодар: Кубань-Книга, 2007. 144 с.
14. Михайлов В. М. Вариабельность ритма сердца. Опыт практического применения метода. Иваново, ИМА, 2000. 200 с.
15.Крюков Е. И. Вариабельность сердечного ритма у женщин разных
возрастных групп: Дипломная работа. Ярославль: ЯрГУ, 2009. 70 с.
16. Черняев М. Р. Вариабельность сердечного ритма у мужчин разных
возрастных групп. Дипломная работа. Ярославль: ЯрГУ, 2009. 63 с.
17. Баевский Р. М., Никулина Г. А. К методике анализа данных Холтеровского мониторирования для оценки адаптационных возможностей системы кровообращения в условиях длительного космического полета. 2-я
Mеждународная научно-практическая конференция «Информатизация
подготовки профессиональной деятельности операторов аэрокосмических
систем», 19-20 апреля 1995 г. МО. C. 255–256.
18. Демидова М. М., Тихоненко В. М. Циркадная ритмика показателей
вариабельности ритма у здоровых обследуемых // Вестн. аритмол. 2001;
23: 61–7.
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗВИТИЕ ОСЕВОГО СКЕЛЕТА,
ЧЕРЕПА, КОНЕЧНОСТЕЙ У ЛИЧИНОК
ЛЯГУШКИ ТРАВЯНОЙ (Rana TEMPORARIA)
И. П. Комарова, Е. Е. Жомова,
Н. П. Афанасьева, М. М. Егорова
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
e-mail-komarova@bio.uniyar.ac.ru
Эмбриологические исследования в норме и эксперименте
дают возможность подвергнуть причинному анализу условия
морфогенеза структурных элементов скелета. В то же время необходим анализ внешних факторов, способных вызывать абберантное развитие. Развитие личинок лягушки проходит в водной
среде и аномалии развития скелета могут являться маркерами нарушений состояния среды.
Целью работы являлось изучение эмбриогенеза скелета черепа, позвоночного столба, конечностей у лягушки травяной (Rana
temporaria) и влияние на их развитие солей кадмия.
Икряные мешки лягушки травяной (Rana temporaria) были собраны в естественных водоемах в г. Ярославле и деревне Кузьминское. Вылупление и развитие личинок проходили в лабораторных
условиях. Стадии развития личинок определяли по внешним морфологическим признакам (2, 3, 4). Животных фиксировали в формалине (разведение 1:9). Непрерывная серия по развитию личинок
охватывает интервал от 36-й до 51-й стадии. Объекты проведены
через серию спиртовых растворов возрастающей крепости, хлороформ, залиты в парафин. Парафиновые блоки резали на микротоме
с шагом 7–10 мкм, срезы укладывали сериями на предметные стекла. Серийные срезы окрашивали гематоксилином Эрлиха и эозином, исследовали под световым микроскопом. Эксперимент проводили в аквариумах объемом 10 л, где создавался постоянный температурный и газовый режима воды. Диапазон исследуемых
концентраций токсиканта установили на основании результатов
предварительных экспериментов. По итогам предварительного
эксперимента было обнаружено, что концентрации равные ПДК
(0,005 мг/л) и кратно превышающие ее (0,05 и 0,5 мг/л) не вызыва162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ют заметного действия на развитие личинок лягушки травяной.
Вследствие чего были выбраны большие концентрации сульфата
кадмия – 1, 2 и 5 мг/л. В трех аквариумах была помещена определенная концентрация сульфата кадмия (1, 2 и 5 мг/л), а четвертый
являлся контрольным.
Выборка составила 536 особей, из них 100 подвергались воздействию сульфата кадмия. В ходе исследования были изучены
серии сагиттальных и поперечных срезов по развитию поясов конечностей и свободных конечностей личинок лягушки травяной.
Череп и кости позвоночного столба последовательно проходят
мезенхимный и хрящевой период развития с 36 по 43 стадии. На
43–49 стадии хрящ гипертрофируется и постепенно замещается костью. На 50–51 стадиях это практически дефинитивная кость.
Особенностью развития позвоночного столба было следующее: центры охрящевения и оссификации располагались в дугах
позвонков, позднее появлялись в телах позвонков. Большое значение имеет пульпозное ядро, разделяющее позвонки, оно сохраняющееся до самых поздних стадий развития, крупное, выполняет функцию стабилизатора позвоночного столба , его дополняют
при движении мощные мышечные пучки.
Полученные нами результаты по развитию черепа свидетельствуют о том, что закладка и развитие костей черепа, в частности
замещающих, идёт неравномерно. Первой появляется затылочная
кость. Она проходит ряд непрерывных стадий от мезенхимных
клеток с участками хряща, до молодого и зрелого хряща с последующей полной его деструкцией. Подобные изменения проходят
все замещающие кости. Однако, как мы видим, сроки наступления каждого последующего этапа в развитии разных костей не
совпадают. Данные наблюдения касаются не только костей черепа, но и всего скелета. Изучение эмбриогенеза позвоночного
столба амфибий также подтверждает этот факт. Для сравнения
мы взяли две замещающие кости черепа (затылочную и переднеушную), так как на протяжении всех стадий их развитие хорошо
отслежено и позвоночный столб.
Данные по сравнению сроков наступления различных стадий
в развитии замещающих костей (затылочной, переднеушных и
позвонков) представлены в табл. 1
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Последовательные стадии развития
некоторых замещающих костей осевого скелета головастика
Кость
Характеристика
преобразования кости
Скопление мезенхимных клеток с участками преобразования хряща
Молодой хрящ
Зрелый хрящ
Начало гипертрофии хряща
Деструкция хряща
Полная оссификация кости
Затылочная
Переднеушная
Позвоночный
столб
36
37
36 – 37
37 – 39
40 – 42
43
44 – 48
49
38 – 41
42 – 43
44
45 – 48
49
39 – 40
41 – 42
43
44 – 50
51
Как видно из таблицы, раньше всех появляется в онтогенезе
затылочная кость. Она же лидирует в своём развитии на протяжении всех стадий до полной её оссификации. Информация о подобных исследованиях, в частности, на лягушке отсутствует. Поэтому мы можем предположить, что такая незначительная разница в сроках наступления той или иной стадии преобразования
костей связана с индукционным влиянием со стороны нервных
клеток, головного и спинного мозга. Рядом с затылочной располагается переднеушная кость, разница между стадиями их развития не существенна. Кости позвоночного столба отстают в своём
развитии от затылочной кости на 1–2 стадии. Это может быть
связано с тем, что позвоночный столб и затылочная кость непосредственно граничат друг с другом, поэтому их развитие не разорвано более значительным временным промежутком, т. к. испытывает те же индукционные влияния.
Пояс передних конечностей представляет собой кольцевидное образование, охватывающее передний участок туловища с
вентральной и латеральной сторон. Лопатка – scapula – парная
несколько вытянутая четырехугольная костная пластинка, слегка
суженая по середине. Она образует верхнюю половину суставной
ямки плечевой кости. Представлена скоплением мезенхимных
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
клеток на стадии 36. Процессы созревания хряща начинаются на
стадии 39. Зрелый хрящ преобладает со стадии 43.
Надлопатка – suprascapula – это парное образование, имеет
вид неправильной четырехугольной пластины, утончающейся к
своему дистальному краю. Представлена скоплением мезенхимных клеток на стадии 37. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 41. Зрелый хрящ преобладает со стадии 45. На стадии 48 передняя и проксимальная части оссифицированы; в средней части расположена зона обызвествленного хряща.
Формируется суставная поверхность плечевого сустава –
articulatio humer, представленная зрелой хрящевой тканью на стадии 46. Осификация передней конечности начинается достаточно
быстро на стадии 48. В плечевом суставе – articulatio humer – сочленяющими поверхностями являются суставная полость, и головка плечевой кости. Плечевая кость – humerus – длинная кость
с хорошо выраженным диафизом и двумя утолщенными концами – эпифизами. Закладывается на стадии 39. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 40. Зрелый хрящ преобладает со
стадии 44. Процессы оссификации начинаются со стадии 47. Лучелоктевая кость – radioulna s. os antebrachii – происходит от сливания двух костей – лучевой и локтевой. Закладывается на стадии
41. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 43. Зрелый
хрящ преобладает со стадии 46.
При изучении внешнего строения личинок лягушки травяной
обнаружили десинхроноз в их развитии: строение ротового аппарата соответствовало 41 стадии развития, а строение задней
конечности – 39 стадии развития. Проникая в организм, кадмий
накапливается в костной ткани и приводит к нарушению в развитии костной ткани. Это проявляется в частичном разрушении закладки плечевой кости.
Пояс задней конечности или таз состоит из двух хрящевых
полуколец на стадии 38. В последствии они срастаются между
собой и образуют большой непарный костно-хрящевой круг. От
него отходят два длинных отростка – крылья подвздошных костей – ala ossis ilei. Правая и левая седалищные кости – ossa ischii
раздельны только у головастика. Закладываются на стадии 37.
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Процессы созревания хряща начинаются на стадии 41. Зрелый
хрящ преобладает со стадии 46.
Тазобедренный сустав –articulatio coxae– образован сочленением головки бедренной кости с вертлужной впадиной –
acetabulum- таза. Впадина по краю снабжена вертлужной губой –
labrum acetabulare, которая охватывает головку бедренной кости.
От этой губы начинается довольно большая и свободная капсула
сустава. Закладывается на стадии 37. Процессы созревания хряща
начинаются на стадии 39. Зрелый хрящ преобладает со стадии 45.
Бедренная кость – os femoris – является одной самых длинных костей в скелете лягушки. Ее срединная часть – диафиз –
слегка S-изогнута. На проксимальном конце кости находится
почти шарообразная головка бедра, входящая в вертлужную впадину таза. На стадии 39 она представлена скоплением мезенхимных клеток. На стадии 41 происходит замена мезенхимных клеток тел на хрящевую ткань. Хрящевая бедренная кость полностью лежит в пределах основы конечности на стадии 42. Зрелый
хрящ преобладает со стадии 47.
Большеберцовая – tibia – и малоберцовая – fibula – кости в
ходе развития срастаются и образуют кость голени – os cruris. Закладывается на стадии 41. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 43. Зрелый хрящ преобладает со стадии 48.
Скелет стопы подразделяется на три отдела: предплюсну –
tarsus, плюсну – metatarsus и фаланги пальцев. Отделы закладываются на стадии 42. К стадии 46 происходит замена мезенхимных клеток тел на хрящевую ткань.
При изучении головастиков, которые были помещены в искусственный водоем, содержащий соли кадмия, было отмечено
появление отклонений в развитии пояса задних конечностей и
свободных задних конечностей. Проникая в организм, кадмий накапливается и приводит к остановке в развитии конечности. В непосредственном регионе конечности обнаружены измененные закладки пояса задних конечностей: частично разрушена закладка
бедренной кости, отсутствуют закладки большеберцовой и малоберцовой костей, отстают в развитии кости стопы.
Изученные элементы скелета проходят стадии мезенхимы,
хряща, а затем кости. При сравнении верхнего и нижнего поясов
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
конечностей был обнаружен десинхроноз в их развитии. Верхний
пояс конечностей опережает в развитии нижний у представителей изученной выборки. Передние конечности закладываются на
39 стадии. Процессы созревания хряща начинаются на стадии 42.
Зрелый хрящ преобладает со стадии 44. Процессы оссификации
начинаются на стадии 47. Задние конечности представлены скоплением мезенхимных клеток на 39 стадии. Процессы созревания
хряща начинаются на стадии 43. Зрелый хрящ преобладает со
стадии 47. Процессы оссификации начинаются на стадии 50.
Костные элементы конечностей и поясов несколько в более
поздние сроки, чем кости черепа и позвоночного столба демонстрируют переход от хрящевой стадии развития к костной – 45–46
стадии. Оссификация также несколько запаздывает, и начинается
только с 50 стадии (что подтверждает теорию морфогенного поля
и общий десинхроноз в развитии частей личинки, который проявлялся и на более ранних стадиях (с 39 стадии развитие ротового
аппарата у четырех личинок не соответствовало развитию конечностей) (1).
При изучении личинок лягушки травяной, которые были помещены в искусственный водоем, содержащий сульфид кадмия,
было отмечено расхождение в темпах развития ротового аппарата
соответствовавшего 41 стадии развития, с развитием задней конечности, находящейся на 39 стадии.
Проникая в организм, кадмий накапливается в костной ткани
и приводит к нарушениям в развитии конечностей. Это проявляется в отсутствии закладок костей (большеберцовой и малоберцовой), их частичному разрушению (плечевая и бедренная), замедлению роста костей стопы, отставанию процессов дифференцировки ткани верхней конечности.
Таким образом, морфогенез конечностей может служить косвенным признаком нарушенности водных экосистем, может использоваться в системном биомониторинге (1).
Литература
1. Коваленко Е. Е., Кружкова Ю. И. Аномалии задних конечностей у
лабораторной шпорцевой лягушки. Феномен массовых аномалий
// Вестник СПбУ, сер. 3, вып. 1 (№ 3). 2000. С. 3–8.
2. Терентьев П. В. Лягушка. М.: Советская наука, 1950. С. 91–112.
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Объекты биологии развития / Под ред. Б. Л. Астаурова. М.: Наука,
1975. С. 442–462.
4. Ноздрачев А. Д., Поляков Е. Л. Анатомия лягушки. М: Высшая
школа, 1994. С. 35–54.
ЭКОМЕТРИЯ БИОАГРЕССИВНОСТИ
АСБЕСТОВ И СИЛИКАТОВ МЕТОДОМ АНАЛИЗА
ЭНЕРГИИ ИНЬ ЯН ЧЕЛОВЕКА
М. Н. Довгань, В. В. Попов
Центр биорезонансной медицины г. Ярославль
E-mail: docmich@yandex.ru; vlavita2000@yandex.ru
В настоящее время существует острая необходимость разработки технологии понижения класса опасности асбестов. В странах Единого Экономического Сообщества (ЕЭС) с 1.01.2005 г.
действует запрет на применение асбеста, поскольку Всемирная
Организация Здравоохранения (ВОЗ) признала его безусловным
фиброканцерогеном. Это привело к «асбестовому кризису» в виде неудовлетворенной востребованности мирового рынка, так как
нет, и не будет альтернативного материала с подобным уникально широким спектром свойств.
Авторами данного исследования разработана технология понижения класса опасности асбеста. В основе экометрической оценки силикатов положено понятие баланса энергии Инь Ян человека.
Эта технология пригодная для промышленного использования.
Класс опасности асбеста понижен до низшего 4-го. Баланс энергии
Инь Ян показал, что модифицированный хризотил-асбест приобрел
признаки потенциального лекарственного вещества.
Эта технология применима в условиях, как для добывающего
предприятия, так и для выпускающего асбестовые изделия, а
также для обезвреживания ранее произведенных изделий, зданий,
сооружений и огнестойких интерьеров.
В данной работе также обоснована экометрическая методика,
способная дополнить критериальные методы оценки системы классификации условий труда в зависимости от степени вредности и
опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса (Руководство Р.2.2.755-99). Экомет168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рическая методика разработана с учетом нормативно-правовых актов государственной системы измерений, которые позволяют в
полном объеме дать метрологическое обеспечение медицинской
техники (Закон РФ от 27 апреля 1993 г. № 4872-1 «Об обеспечении
единства измерений» и Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. №
184-ФЗ «О техническом регулировании») [1].
В системе технических экометрических средств измерений
существует большой пробел – отсутствие метрологически обоснованного метода оценки биологического воздействия силикатов (в
частности, асбеста) на организм данного индивида приборными
методами. Экометрия столь большого количества параметров существующими клинико-морфологическими методами на лабораторных животных весьма затруднительна. Экометрия такого вида
относится к многофакторным экспериментам, весьма длительна и
дорогостояща. Необходим быстрый и дешевый метод в данном
разделе экометрии силикатов, как разделе метрологии. В частности, в прогнозировании пневмокониозов, вызванных силикатсодержащими веществами, с учетом их структуры, состояния поверхности, ее наноструктуры и активность центров БренстедаЛьюиса, генезиса минерала, сочетания их с другими веществами,
влияния технологического воздействия, старения, дробления, пропаривания и др. факторов.
В экометрии силикатов, как разделе метрологии, существует
методологический пробел – отсутствие технического (рабочего)
средства измерения при наличии только эталонного метода (метода клинико-морфологических исследований с использованием
лабораторных животных чистых линий), а для врача санэпиднадзора необходим простой измерительный инструмент. Нужен этот
метод для быстрой и надежной экометрической оценки силикатов, как дополняющий эталонный метод с использованием лабораторных животных, в условиях: заводской лаборатории, выставки строительных материалов, лекционной аудитории и т. д.
В основе данного экометрического метода использованы понятия баланса энергий Инь и Ян в соответствии с канонами китайской медицины, дополненного Р. Фоллем (Германия, 1954 г.).
Далее кратко приведен метод, который вписываеся в существующую законодательную базу. За основу взят метод биоре169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зонансной медицины, где чувствительным элементом (датчиком) биосвойств силикатов является человек. Системы, органы
и ткани человека спроецированы на биологически активные
точки (БАТ) кожи, по электросопротивлению которых в диапазоне 0 – 100 kΩ определяется уровень возбуждения органа (системы) или его подавления. При этом минимальное сопротивление (100 ед. шкалы прибора) индицирует крайнюю степень воспалительного или аллергического процесса – верхний уровень
энергии Ян. Напротив, повышение сопротивления БАТ до 100
kΩ. (0 ед. шкалы) указывает на дегенеративный процесс – верхний уровень энергии Инь. Физиологический коридор (норма)
составляет 50–65 ед. шкалы прибора соответствует балансу
энергии Инь – Ян. Помещая на медикаментозную пластину пассивного электрода исследуемое вещество, мы прогнозируем его
воздействие на те или иные физиологические системы организма при дальнейшей инкорпорации этого вещества. По приращению показаний прибора с веществом на пластине и без него
определяем направление процесса в сторону воспаления или
дегенерации (смещения баланса энергии в сторону Ян или Инь).
По справочнику «Вредные вещества промышленности» [3]
были выбраны силикаты и древесина, что позволило создать
экометрическую калибровочную шкалу из 7 хорошо известных
веществ. С этой шкалой проводилось сравнение 2-х модификаций хризотил-асбеста А6-45 с неизвестными экометрическими
показателями, которые были обработаны модификатором. Он
представляет собой продуцент E.coli (кишечная палочка), который вносилася в испытуемые образцы в соотношениях от 10-5
до 10-6 по сухому веществу весовых долей, дающий необратимый эффект улучшения экометрических свойств силикатов и
улучшение баланса энергий Инь-Ян. Существует принципиальная возможность внесения порошкового модификатора, но это
не технологично и неприменимо для обработки поверхностей
(например, строительные конструкции или шифер) асбестсодержащих изделий. Следует отметить, что существующая лабораторная база дает возможность производить модификатор в
объеме 2 тонны в год, достаточных для модификации 2.000.000
тонн хризлтил-асбеста.
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В процессе исследования было отмечено значительное ослабление энергии Инь и, соответственно, дегенеративных свойств
асбеста модификации №1, близкое к уровню экометрических показателей речного песка, цемента и красной глины, что указывает
на уменьшение класса опасности модифицированного асбеста с
III до IV класса.
Краткое описание метода
В качестве базового экометрического средства применена
методика 98/232 Минздрава РФ с использованием экспертной
компьютерной системы «ИМЕДИС-ФОЛЛЬ» в режиме диагностики и подбора препаратов.
Изначально определялось исходное состояние пробанда по 10ти контрольным акупунктурным точкам (КТИ) меридианов: лимфатической системы, легких, толстой кишки, нервной дегенерации, кровообращения, аллергии или дегенерации сосудов, эпителиально-паренхиматозной дегенерации, эндокринной системы,
сердца, тонкой кишки. При этом определялось исходное состояние перечисленных физиологических систем пробанда в баллах
Фолля от 0 до 100. Далее, помещая на датчик исследуемое вещество, определялось отклонение от исходного состояния с вычислением эффекта воздействия каждого вещества. Использованные
вещества: песок речной, песок речной молотый, песок речной молотый модифицированный, асбест «Ураласбест», А6-45, А6-45
технологическая модификация № 1, А6-45 модификация №2, глина красная, древесина свежей березы, портландцемент М300 навесками по 100 мг. Затем производилось суммирование всех 10
отклонений по каждому веществу, тем самым определялась суммарная нейтральность вещества или тенденция к стимулирующим
или дегенеративным процессам в целом для данной группы КТИ,
обозначенных знаками (+) или (-).
Полученные данные интегральных оценок исследованных
веществ представлены в таб. 1.
Анализ результатов тестирования
По существующим представлениям к низшему IV классу
опасности относятся древесина, глина красная и цемент. Их ин171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тегральные показатели приведены в таблице 1. Эти вещества
дают наименьшую вероятность возникновения пневмокониозов.
Таблица 1
Таблица интегральных экометрических оценок веществ
III – IV класса опасности
Класс
Шкала интегральных Интегральный поопасности
экометрических
казатель исследоВещество
вещества показателей в баллах ванных веществ
[3]
Фолля
(Σ = Δ1 + … Δ9)
+30
+29
Древесина свежей березы
+25
+20
Песок речной молотый
+15
+12
модифицированный
IV
+10
+5
0…+5
Цемент, глина красная
Песок речной, асбест
-5
-5
А6 – 45 модификация № 1
Асбест А6 – 45 модифи– 10
-10
кация № 2
- 15
- 20
III
- 25
-24
Асбест А6 – 45
- 30
-30
Песок речной молотый
Речной песок (Σ= -5) является состаренным минералом, поэтому мало агрессивен. Здесь можно провести аналогию с кварцевым песком пустынь, не вызывающим пневмокониоза [2].
Глина красная (Σ=+5) уже имеет признаки благоприятного
воздействия и используется в медицине.
В этом же классе находится цемент (Σ=0). Вероятность пневмокониоза невелика.
Образец свежей древесины (Σ=+29) несет признаки полезности для человека. Среди этих же потенциально полезных веществ
находится песок молотый модифицированный (Σ=+12), который
изначально до модификации обладал фиброгенными свойствами
(Σ =-30) – III класс опасности. В результате технологической модифицирующей обработки он перешел в IV более низкий класс
172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
опасности и находится между глиной и деревом по интегральному показателю. По этому показателю Σ=+12, его можно отнести к
веществам полезным.
Аналогично асбест А6 – 45 (Σ=-24) заводской поставки, после модифицирующей обработки понизил агрессивность до Σ=-5
(модиф. № 1) и Σ=-10 (модиф. № 2) и по экометрическим показателям приблизились речному песку.
Таблица 2
Сравнительная характеристика веществ
до и после технологической обработки
Интегральный показатель исследованных
веществ (Σ=Δ1+… Δ9)
До
После
обработки обработки
Изменение
свойств
№
п/п
Наименование
вещества
Вид обработки
1
Песок речной
0,05 – 0,25 мм
Не обработанный
-5
-
-
2
Песок речной
Помол
0,05 – 0,25 мм
-5
-30
-25
ухудшение
Модификация
-30
+12
+42
улучшение
-
-24
-
4
Песок речной молотый модифицированный
Асбест А6-45
5
Асбест А6-45 №1 Модификация №1
-24
-5
6
Асбест А6-45 №2 Модификация №2
-24
-10
3
+19
улучшение
+14
улучшение
Дополнительно была проведена экометрия 2-х видов хризотил-асбеста А6-45 и А6-45М модификации № 1 по 10 точкам меридиана легких. Измерения через отклонения по модулю от физиологического коридора нормы 50–65 ед., что соответствует балансу энергий Инь–Ян.
Из результатов тестирования асбестов А6 – 45 и А6 – 45М по
меридиану легких правой руки следует, что асбест А6 – 45 увеличивает интегральное отклонение от физиологического коридора нормы от 29 до 45 ед., а асбест А6 – 45М – уменьшает интегральное отклонение от физиологической нормы от 29 до 14 ед.
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По меридиану легких левой руки для асбеста А6 – 45 – увеличение с 64 до 74 ед., а для А6 – 45М – уменьшение с 64 до 36 ед.
Таблица 3
Тестирование трех видов асбеста по меридиану легких
Тестирование асбестов (правая рука)
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Точки меридиана легких
(правая рука)
Альвеолы
Медиастинальное сплет.
КТИ
Бронхиолы
Плевра
Бронхи
Бронхиальное сплетение
Трахея
Гортань
Гортаноглотка
Исходное
состояние
75
72
61
58
52
63
66
68
69
68
Асбест
Асбест Крокидо-лит
А6 – 45 А6 – 45М
(ЮАР)*
79
72
40
76
59
47
44
57
39
68
68
50
61
47
20
68
47
50
66
64
43
67
55
37
61
54
41
70
60
24
*образец крокидолита №14007 (р. Оранжевая, ЮАР) представлен Минералогическим музеем им. Ферсмана РАН.
Таблица 4
Тестирование асбестов (левая рука)
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Точки меридиана легких
Альвеолы
Медиастинальное сплет.
КТИ
Бронхиолы
Плевра
Бронхи
Бронхиальное сплетение
Трахея
Гортань
Гортаноглотка
Исходное
состояние
78
62
55
52
78
40
53
78
69
76
Асбест
Асбест
Крокидолит
А6 – 45 А6 – 45М
(ЮАР)
78
72
46
69
66
22
67
62
5
30
39
27
67
60
41
74
65
24
73
51
35
74
63
59
67
66
50
70
69
40
Из данных результатов можно сделать вывод, что асбест А6 –
45М не только не ухудшает параметры точек меридиана легких, но
и позволяет сделать предположение о некотором прогнозируемом
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
терапевтическом эффекте на систему органов дыхания (табл. 5, 6)
и, связанных с ней улучшением баланса энергий Инь – Ян.
Таблица 5
Таблица отклонений по модулю от физиологического
коридора нормы (50–65 ед.), правая рука
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Точки меридиана легких
Альвеолы
Медиастинальное сплетение
КТИ
Бронхиолы
Плевра
Бронхи
Бронхиальное сплетение
Трахея
Гортань
Гортаноглотка
Σ – сумма отклонений
Исходное
состояние
10
7
0
0
0
0
1
3
4
3
29
Асбест
Асбест
А6 – 45 А6 – 45М
14
5
0
11
6
3
0
3
1
2
0
5
45
0
3
3
3
0
0
0
0
14
Крокидолит
(ЮАР)
10
3
11
0
30
0
7
13
9
26
109
Таблица 6
Таблица отклонений по модулю от физиологического
коридора нормы (50 – 65 ед.), левая рука
№
п/п
1
Точки меридиана легких
Альвеолы
Медиастинальное сплете2
ние
3
КТИ
4
Бронхиолы
5
Плевра
6
Бронхи
7
Бронхиальное сплетение
8
Трахея
9
Гортань
10
Гортаноглотка
Σ – сумма отклонений
Исходное
состояние
13
0
0
0
13
10
0
13
4
11
64
175
Асбест
Асбест Крокидо-лит
А6 – 45 А6 – 45М
(ЮАР)
13
7
5
1
4
28
2
20
2
9
8
9
2
5
74
7
11
5
0
0
0
1
4
36
45
23
9
26
15
1
0
10
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
С целью апробации терапевтического действия модифицированный хризотил-асбест применен при обострении хронического
простатита (частые позывы и затруднение при мочеиспускании,
тянущие боли в промежности). Предварительно проведена биорезонансная диагностика с прогнозированием действия асбеста. Это
нашло клиническое подтверждение. После употребления через
рот 1 столовой ложки пульпы асбеста было отмечено следующее:
через 8 часов после приема данного вещества появилась непривычная легкость мочеиспускания, полное исчезновение тянущей
боли в промежности и исчезновение наружных геморроидальных
узлов. Этот эффект легкости мочеиспускания длился около 3-х
недель (испытано на одном из авторов). Отмечен выраженный
желчегонный эффект с уменьшением тяжести в правом подреберье на фоне слабительного эффекта. После этого положительного
опыта модифицированный асбест был применен при хроническом 3-х летнем нейродермите локтевых сгибов, сопровождающийся сильным зудом с появлением грубой кожи и расчесами у
пациентки П.Ю. 8 лет. Отмечен выраженный терапевтический
эффект при однократной аппликации пульпы модифицированного асбеста на ночь. После снятия повязки кожа кубитальной ямки
очистилась, стала неестественно белой, гладкой и нежной, зуд не
беспокоил. Через неделю – восстановление цвета кожи до естественного. При последующем наблюдении в течение 3-х лет рецидива симптомов нейродермита не было.
Выводы
Метод оценки баланса энергий Инь – Ян в интерпретации
Р. Фолля применим не только для тестирования фармакологических препаратов с целью выявления показаний и противопоказаний, но и для экометрической оценки агрессивности силикатов
и других материалов.
Метод Р. Фолля позволяет более тонко дифференцировать
агрессивность силикатов через оценку энергий Инь – Ян, присвоив им количественную характеристику. Внутри III–IV классов
опасности силикатов возможно создание 12-ти бальной шкалы
градаций по 6 баллам на класс. Это дает возможность оценивать
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тенденцию изменения агрессивности силикатов в процессах их
технологических обработок.
Создание 12-бальной шкалы внутри III–IV класса требует
применения калибровочных веществ, биосвойства которых хорошо известны. В данной работе применены следующие материалы: дерево, глина, речной песок, асбест А6-45 («Ураласбест»).
Крокидолит (голубой асбест) значительно агрессивней хризотил-асбеста (белый асбест).
В работе показано, что агрессивность песка после помола возрастает, что общеизвестно, а метод Р. Фолля это подтверждает.
Отмечены изменения биосвойств песка и асбеста в позитивную
сторону с тенденцией перехода из одного класса в другой, в более
низкий класс опасности после модифицирующей обработки.
Экометрия методом баланса энергий Инь – Ян в интерпретации Р. Фолля может служить техническим средством, дополняющим метод классического клинико-морфологического исследования, который является эталонным в экометрии.
Литература
1. Воздействие на организм человека опасных и вредных производственных факторов. Медико-биологические и метрологические аспекты: Т. 1.
М.: ИПК Изд. стандартов, 2004.
2. Борщевский Ю. М. Силикатозы и гигиена труда. Л.: Медицина,
1974.
3. Вредные вещества в промышленности. Справочник: в 3 т. Изд. 7,
перераб. и доп. / под ред. Н. В. Лазарева и Э. Н. Левина. Л. Химия, 1976.
4. Методические указания. Регистрационный № 98/232, разработан
НИИ Традиционной медицины при Московском медицинском институте
им. И. М. Сеченова.
5. Портнов Ф. Г. Электропунктурная рефлексотерапия. 3-е изд. Рига,
1987.
6. Самохин А. В., Готовский Ю. В. Электропунктурная диагностика и
терапия по методу Р. Фолля. М: Центр интеллектуальных медицинских
систем «ИМЕДИС», 1995. 448 с.
7. Чжу Лянь. Руководство по современной чжэн-цзютерапии. СПб.:
Комета, 1992.
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЯДЕР НЕЙРОНОВ
ПРЕДОПТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ АРКУАТНОГО
И СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКОГО ЦЕНТРОВ
ГИПОТАЛАМУСА ПРИ СТРЕССЕ
И ВВЕДЕНИИ АЛЬФА-ТОКОФЕРОЛА
М. В. Козак
Астраханский государственный университет
Исследовалось влияние альфа-токоферола (ТФ) на морфофункциональное состояние нейронов ростральной предоптической области, а также аркуатный и супрахиазматический центры
гипоталамуса белых крыс в норме, в условиях введения ТФ и
действии острого стресса.
Ранее, исследованиями Д. Л Тёплого (1990) было показано,
что дополнительное введение ТФ изменяет морфометрические
показатели некоторых центров гипоталамуса, нейросекрет которых оказывает влияние на функционирование репродуктивной
системы [4]. Участие ТФ в регуляции проницаемости клеточных
мембран является универсальным механизмом её стабилизации.
Однако, до настоящего времени не выяснено, как влияет ТФ на
нейросекреторные клетки. Можно предположить, что соответствующие рецепторы этих клеток могут быть чувствительными не
только к стероидам, но и к ТФ. Нейроны гонадотропин-рилизинг
гормона (GnRH) являются первичным регулирующим звеном репродуктивной оси [5]. Половые стероиды (эстрогены и андрогены) обеспечивают обратную связь с центральной нервной системой, гипоталамусом и передней долей гипофиза для регулирования синтеза и ритмичности секреции люлиберина, а также
чувствительности гонадотропоцитов гипофиза к люлиберину [7].
У крыс GnRH нейроны находятся в ростральных предоптических
областях (POA) гипоталамуса [5]. Функционирование GnRH нейронов (активация и торможение) осуществляется через рецепторы к половым стероидам и другие мембранные рецепторы посредством нейромедиаторов. Основные нейромедиаторы, регулирующие GnRH нейроны, включают катехоламины, γ-amino
butyric acid, глютамат, нейропептид Y, нейротензин, β-эндорфин
и вазоактивный полипептид [9]. Многие из этих нейропептидов
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вырабатываются нейронами аркуатного (АЯ) и супрахиазматического (СХЯ) ядер гипоталамуса. Эндокринные центры АЯ и СХЯ
регулируют многие функции организма, в том числе глюкокортикостероидный гомеостаз, в связи с этим для понимания репродуктивных процессов необходимо ассоциированное изучение
функции этих ядер с нейронами POA.
Материал и методика. Экспериментальные исследования
проводились на половозрелых белых крысах линии Вистар со
средней массой тела самцов 230 г, самок 200 г. в период относительного «гормонального покоя» самок (фазы диэструса и метаэструса) в зимний период. Самцов и самок содержали раздельно в
стандартных условиях вивария при температуре 22ºC.
Экспериментальные животные, самцы и самки, были разделены на 8 групп по 10 животных в каждой.
Животные первой группы – контроль, отдельно самки и самцы – без воздействия.
Животным второй группы (ТФ), самкам и самцам per os вводили 10% раствор α-токоферол – ацетата в дозе 1 мг на 100 г массы в течение последних 14 дней до декапитации, один раз в сутки
в утренние часы.
Животных третьей группы, самок и самцов, (стресс) подвергали иммобилизационному стрессу. Для этого в течение последних 5 дней ежедневно на один час в 11 00 дня животных помещали в пластиковый пенал по размеру тела, ограничивающий свободные движения, но не препятствующий свободному
поступлению воздуха.
Четвёртая группа животных, самцы и самки (стресс + ТФ).
Самцов и самок подвергали 5 дневному стрессу в сочетании с
двухнедельным введением ТФ.
При проведении экспериментов использовался 10% масляный
раствор альфа-токоферол – ацетата (производство завода биопрепаратов, г. Покров). Доза 1 мг альфа-токоферол – ацетата на 100 г
массы животного выбрана на основании данных об оптимальном
действии витамина, как антиоксиданта, при разовом суточном введении не более 5 мг на животное со средней массой 200 г [11].
Декапитацию животных проводили в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
животных», под хлоралгидратным наркозом внутрибрюшинно
(2,5% раствор, 1 мл на 100 г массы тела животного).
Фиксацию мозга проводили по Карнуа [3], окраску целлоидинпарафиновых срезов осуществляли 0,1% водным раствором
крезилвиолета [1].
Морфометрию ядер и ядрышек центров гипоталамуса проводили при помощи окуляр-микрометра МОВ-1, 15× объектив 40×.
Площадь ядер и ядрышек в мкм2 определяли, пользуясь формулой: S = π / 4× d1 d2, где d1 и d2 – взаимно перпендикулярные диаметры (ядра, ядрышка). Диаметр измеряли в плоскости оптического среза, проходящего через ядрышко [2]. Количество клеток
для анализа в контроле и по каждому экспериментальному варианту воздействия составило от 40 до 50.
В ходе эксперимента и перед его завершением изучали влагалищные мазки для определения фазы эстрального цикла.
Микрофотографии получены с помощью цифровой камеры
Mercury Cyber Pix E-560 M, монокулярного оптического адаптера
и лицензированных компьютерных программ анализа и редактирования изображений. Экспериментальные данные анализировались с помощью метода альтернативного анализа и t-критерия
Стьюдента.
Результаты исследований и их обсуждение. Морфометрический анализ ядер и ядрышек предоптической области гипоталамуса (рис. 1) показал отсутствие половых различий по этому
признаку (р > 0,05). Установлено, что у самцов и самок крыс, получивших ТФ, значительно уменьшилась площадь ядра соответственно на 37 и 32 % (p < 0,001). Одновременно происходит
уменьшение площади ядрышка нейронов у самцов на 19%, у самок на 20 % (p < 0,001).
Под воздействием экспериментального стресса изучаемые
морфометрические показатели не претерпели достоверных изменений (р>0,05). Введение ТФ на фоне стресса привело к уменьшению площади ядра нейронов у самок на 31%, у самцов на 36%
(p < 0,001) и уменьшению площади ядрышек на 23% у самок и на
17% у самцов (p < 0,001). Процент выявленных изменений приближен к изолированному влиянию ТФ.
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
120
4,5
Площадь ядрышек РОА в мкм2
Площадь ядер РОА в мкм2
100
80
60
40
20
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
К
ТФ
Стресс
0
ТФ +стресс
К
ТФ
стресс
ТФ +стресс
Рис. 1. Площадь ядер (слева) и ядрышек (справа) предоптической области
гипоталамуса при введении ТФ и в результате воздействия стресса
(самки светлые столбцы, самцы – тёмные)
Аркуатный центр гипоталамуса. Морфометрический анализ
ядер и ядрышек аркуатного центра гипоталамуса (табл. 1) также
показал отсутствие половых различий изучаемого показателя
(р > 0,05). Введение ТФ привело к значительному уменьшению
площади ядра на 15% (p < 0,01) у самцов и 25% (p < 0,001) у самок. Одновременно отмечено уменьшение площади ядрышек
нейронов у самцов на 26, у самок на 31% (p < 0,001). Установлено, что под воздействием стресса уменьшаются размеры ядер
нейронов у самок на 19%, у самцов на 14% (p < 0,001).
Таблица 1
Влияние альфа-токоферола и стресса
на аркуатный центр гипоталамуса
Варианты
Контроль
ТФ
Стресс
ТФ
стресс
Пол
самки
самцы
самки
самцы
самки
самцы
+ самки
самцы
S ядер в
мкм2
50,7 ± 0,76
52,6 ± 1,51
37,9 ± 1,51
44,6 ± 1,76
40,9 ± 1,82
45,3 ± 1,80
38,2 ± 1,31
46,2 ± 1,84
Достоверность раз- S ядрышек,
ности с контролем и
мкм2
изменения, %
3,68 ± 0,17
3,71 ± 0,11
25***
2,55 ± 0,11
15**
2,74 ± 0,14
19***
2,04 ± 0,10
14**
2,87 ± 0,14
25***
2,90 ± 0,08
12**
2,63 ± 0,05
Изменения, %
31***
26***
45***
23***
21***
29***
Примечание: достоверность разности с контролем: * р ≤ 0,05;** р ≤ 0,01;
*** р ≤ 0,001.
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одновременно уменьшается и площадь ядрышек у самок на
45, у самцов на 23% (p < 0,001 в обоих случаях). Введение ТФ на
фоне стресса вызвало уменьшение площади ядра нейронов у самок на 25%, у самцов на 12% (p< 0,001), а также уменьшение
площади ядрышек на 21% у самок и на 29%, у самцов (p<0,001).
Таблица 2
Морфометрический анализ ядер и ядрышек
супрахиазматического центра гипоталамуса
Варианты
Контроль
ТФ
Стресс
ТФ + стресс
Пол
самки
самцы
самки
самцы
самки
самцы
самки
самцы
Достоверность
разности
S ядрышек,
S ядер, мкм2
с контролем и
мкм2
изменения, %
40,6 ± 1,22
2,71 ±0,11
42,3 ± 1,10
2,54 ± 0,11
35,7 ± 1,50
12*
2,51 ± 0,09
36,2 ± 1,34
14**
2,43 ± 0,11
39,2 ± 1,20
2,36 ± 0,10
41,3 ± 1,77
2,45 ± 0,09
34,8 ± 1,28
14**
2,40 ± 0,09
37,4 ± 1,57*
12*
2,56 ± 0,10
Изменения
%
-
Примечание: достоверность разности с контролем: * р ≤ 0,05;** р ≤ 0,01;
*** р ≤ 0,001.
Влияние ТФ и стресса на морфометрические показатели неоднозначно. Хотя в обоих случаях происходит уменьшение размеров ядер и ядрышек, но локальная область изменений различна. Как результат воздействия стресса изменяются размеры ядер
и ядрышек вентромедиальных областей АЯ, после введения ТФ
выявляется более широкая полоса затронутых нейронов с захватом латеральных областей (рис. 2).
Супрахиазматический центр гипоталамуса. Морфометрический анализ ядер и ядрышек супрахиазматического центра гипоталамуса (табл. 2) не выявил достоверных половых различий по
данному показателю (р > 0,05). Введение ТФ привело к уменьшению площади ядра на 14% (p < 0,01) у самцов и 12% (p < 0,05)
у самок. Достоверного изменения размеров ядрышек нейронов
у самцов и самок при этом не отмечено (р > 0,05).
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис 2. Аркуатное ядро гипоталамуса белых крыс. Влияние ТФ и стресса.
Окраска крезилвиолетом. Снимки при увеличении светового микроскопа:
окуляр ×15, объектив ×40. Вверху справа АЯ самца (контроль), слева –
самки (контроль); внизу слева – стресс самцы, справа внизу – ТФ самцы
Воздействие экспериментального стресса также не привело к
достоверному изменению размеров ядер и ядрышек нейронов
СХЯ ни у самок, ни у самцов (р > 0,05).
В случае совместного влияния ТФ и стресса выявлено уменьшение площади ядер нейронов у самок на 14% (p<0,01), у самцов
на 12% (p < 0,05), без изменения площади ядрышек (р > 0,05).
При хронических функциональных нарушениях размеры
ядер секреторных клеток взаимосвязаны с белковым синтезом.
Показано, что ядра сморщиваются сразу же после раздражения их
секреторного нерва, тогда как угнетение фармакологическими
средствами ведёт к набуханию ядер [10]. Поэтому при изменении
183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
размеров ядер и, особенно, ядрышек можно говорить об изменении их функционального состояния.
Результаты экспериментов показали, что ядра и ядрышки
GnRH нейронов предоптической области гипоталамуса изменили
морфометрические показатели в сторону уменьшения их значений, то есть они оказались чувствительными к влиянию ТФ. Половых различий в этой реакции не выявлено. Иммобилизационный стресс не отразился на размерах ядер и ядрышек GnRH нейронов РОА. В случае сочетанного влияния ТФ и стресса
уменьшение морфометрических показателей GnRH нейронов, повидимому, зависит от действия ТФ, так как результаты изменений сопоставимы и в том и в другом варианте.
Существует тесное взаимодействие GnRH нейронов предоптической области с АЯ и СХЯ в регуляции гонадотропной функции.
Многие классические нейромедиаторы и нейропептиды изменяют активность GnRH нейронов через прямые и косвенные
действия. Пульсирующий выброс люлиберина в портальную систему представляет собой заключительный путь выхода нейронной сети, которая интегрируется множеством внутренних и
внешних стимулов. Одним из основных рецепторных полей этой
сети, чувствительных к уровню половых гормонов, является медиобазальный гипоталамус и АЯ, а передаточными пептидами к
GnRH нейронам – β-эндорфины и нейропептид Y [8]. В экспериментальных работах было также показано, что в АЯ имеется рецепторы для управления энергетическим балансом в организме и
рецепторное поле к стероидам надпочечников [6].
При рассмотрении результатов морфометрических показателей ядер и ядрышек АЯ отмечается уменьшение их размеров под
влиянием ТФ и стресса. Эти изменения различаются. При стрессе
уменьшаются ядра вентромедиальных отделов АЯ, реакция на
ТФ оказалась сильнее, затрагивается более широкая полоса клеток АЯ. Формирование различий в реакции на стресс и ТФ заключается в количестве затронутых клеток, что может указывать
на разные рецепторные зоны АЯ.
Циркадные ритмы в выбросе люлиберина обеспечиваются
СХЯ. В экспериментальных работах показано, что многочисленные стимулы поступают как от аркуатного, так и непосредствен184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ного действия андрогенов на центральную часть супрахиазматического центра гипоталамуса [6].
Результаты опытов показали, что только при влиянии ТФ определяется не резко выраженное, но статистически значимое
уменьшение размеров ядер, без изменения размеров ядрышек
нейронов СХЯ. Скорее всего, это объясняется неоднородной
структурой супрахиазматического центра и ограниченным числом клеток чувствительных к данному воздействию.
Полученные данные опытов свидетельствует о существенном
и достоверном влиянии введения ТФ на морфофункциональное
состояние нейронов изучаемых центров гипоталамуса у половозрелых крыс. Морфометрический анализ показал, что при введении ТФ произошло существенное уменьшение площади ядер
GnRH нейронов предоптической области, это может указывать на
прямое или косвенное его влияние на рецепторы нейронов при
конкурентном действии с другими нейромедиаторами и стероидными гормонами.
Литература
1. Буреш Я., Бурешова О., Хьюстон Д. П. Методики и основные эксперименты по изучению мозга и поведения ; пер. с англ.
Е. Н. Живописцевой / Под ред. проф. А. С. Батуева. М.: В.Ш., 1991. 399 с.
2. Гейнисман Ю. Я. Структурные и метаболические проявления функции нейрона. М.: Наука, 1974. 112 с.
3. Ромейс Б. 1953. Микроскопическая техника ; пер. с нем. В. Я. Александрова, З. И. Крюковой. – М.: Иностранная литература, 1953. 575 с.
4. Тёплый Д. Л. Влияние витамина Е на нейросекреторные клетки гипоталамуса белых крыс // Цитология. 1990. Т. 32, № 12. С. 1161–1167.
5. Cashion A. B. The Morphometry of Astrocytes in the Rostral Preoptic
Area Exhibits a Diurnal Rhythm on Proestrus: Relationship to the Luteinizing
Hormone Surge and Effects of Age /A. B. Cashion., J. Matthew Smith and M.
Wise Phyllis // Endocrinology. 2003. Vol. 144, № 1. Р. 274–280.
6. Chun-Xia Yi Ventromedial Arcuate Nucleus Communicates Peripheral
Metabolic Information to the Suprachiasmatic Nucleus // Endocrinology. 2006.
Vol. 147, № 1. P. 283–294.
7. Freeman M. E. Knobil E., Neill J. D. The neuroendocrine control of the
ovarian cycle of the rat / M.E Freeman. // The Physiology of Reproduction. Raven Press, Ltd, New York. 1994. Р. 613–658.
8. Li C., Chen P., Smith M. S. Morphological evidence for direct interaction between arcuate nucleus neuropeptide Y (NPY) neurons and gonadotropin-
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
releasing hormone neurons and the possible involvement of NPY Y1 receptors
// Endocrinology. 1999. № 140. P. 5382–5390.
9. Moenter S. M. DeFazio R. A. Endogenous (gamma)-Aminobutyric Acid
Can Excite Gonadotropin-Releasing Hormone Neurons // Endocrinology. 2005.
Vol. 146, № 12. P. 5374–5379.
10. Szentagothai J., Flerko B., Mess B, Halasz B. (Я. Сентаготаи,
Б. Флерко, Б. Меш.) Гипоталамическая регуляция передней части
гипофиза. АН Венгрии. Будапешт. 1965. 330 с.
11. Yasuda M., Fujita T., Mizunoya Y. Influence of vitamin E on the level
of lipids... // J. Pharm. Sos. Jap. 1979. Vol. 99, № 3. P. 285–289.
НАДФ – ДИАФОРАЗО – ПОЗИТИВНЫЕ
И ХОЛИНЭСТЕРАЗО-ПОЗИТИВНЫЕ НЕЙРОНЫ
ИНТРАМУРАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ
ЖЕЛУДКА КРЫСЫ В НОРМЕ И ПАТАЛОГИИ
Е. В. Шитова, И. В. Тихомирова, Е. К. Тихомирова
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
ibnjdf@mail.ru
Одними из наиболее распространенных заболеваний являются заболевания желудочно-кишечного тракта. В ряде случаев эти
заболевания связаны с нарушениями функционально характера,
в которых немаловажную роль играет парасимпатический отдел
вегетативной нервной системы [1]. Блуждающий нерв определяет
двигательную, секреторную и трофическую функцию органов
пищеварительной системы. Регулирует обмен веществ в тканях,
обеспечивает наиболее благоприятные условия для функционирования органов, в том числе и желудка [1, 4]. Перерезка блуждающего нерва (ваготомия) приводит к нарушению всех функций
желудка, а также механизмов внутриклеточной саморегуляции.
Неотъемлемой частью этих механизмов является интрамуральный нервный аппарат [2, 3]. Кроме этого, клинические данные
показывают, что в человеческом организме, перенесшем радикальную операцию на желудке, имеет место динамика функций
органов пищеварительной системы, как отрицательная, так и положительная [2, 3]. Изучение восстановительных процессов, происходящих в интрамуральных ганглиях, поможет обосновать ва186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
готомию в качестве лечебного мероприятия при некоторых заболеваниях желудка.
Целью нашего исследования было: изучение морфологических и гистохимических изменений нейронов интрамуральных
ганглиев желудка крыс после односторонней ваготомии.
Эксперименты проводились на белых лабораторных крысах.
Они являются наиболее изученным объектом в отношении организации центральной и периферической нервной системы. Большинство исследователей использовали крысу при выяснении таких вопросов, как организация спинномозговых ганглиев, паравертебральных и превертебральных ганглиев автономной
нервной системы.
Было поставлено 5 серий экспериментов. Забор материала
проводили у контрольной группы и на 7-е, 14-е, 30-е и 60-е сутки
после ваготомии. Нами исследован интрамуральный аппарат передней стенки желудка, площадью 5 мм2. Из каждого фрагмента
получали 50–60 срезов, толщиной 40 мкм, т. о. захватывали подслизистое и межмышечное сплетения. Срезы изучали при помощи светового микроскопа. Анализ проводили по цифровому изображению нейронов с помощью программы ImageJ, рассчитывая
диаметр нейронов, их округлость и активность ферментов. Вся
статистическая обработка производилась в Microsoft office Excel.
НАДФ – диафоразо – позитивные нейроны в межмышечном
и подслизистом сплетениях образовывали группы клеток в среднем по 4–5 штук в каждом ганглии. Окраска их варьировала от
голубого до темно-синего цвета. Активность же холинэстеразы в
нейронах интрамуральных ганглиев оценивали по оптической
плотности фермента, которая варьировала от желтого до темнокоричневого цвета. Интенсивность окраски НАДФ – диафоразо –
позитивных нервных клеток желудка крысы выражалась в процентах от максимально темного (черного) цвета, принятого за
100%. От 68,7±1,83 % в контроле она достоверно уменьшилась на
7-е сутки до 63,3±0,51%, достигнув минимального значения на
30-е сутки (38,7 ± 0,45%). А затем интенсивность окраски достоверно возрастала и к 60 – м суткам составляла 72,1±0,55%, что
указывает на увеличение активности фермента. Аналогичная картина прослеживалась и при оценке ферментативной активности
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
холинэстеразо (ХЭ) – позитивных нейронов. Начальное значение
активности составляло 62,16% и резко уменьшалось на 7-е сутки
после денервации – 54,32%. В более поздние сроки происходила
стабилизация активности ХЭ на уровне, несколько превышающем исходное значение.
В ходе исследований было выявлено, что среднее количество
НАДФ-диафоразо – позитивных и ХЭ – позитивных клеток в одном интрамуральном ганглии желудка крысы в норме составляло
до 7-и и до 5-и нейронов соответственно. Их количество на 30-е
сутки достигло минимального значения до 50-и и 2-х нейронов
соответственно, а на 60 немного увеличилось и составило до 6-и
и до 3-х нейрона соответственно.
Изменение линейных размеров интрамуральных ганглиев является прямым следствием вагусной денервации желудка. Исчезновение связей с периферическими вегетативными центрами
приводит к деструктивным изменениям в интрамуральных ганглиях. Так показатели максимального диаметра ХЭ – позитивных
нейронов интрамуралных ганглиев желудка в различные сроки
эксперимента отличались нестабильностью и скачкообразностью.
Вслед за незначительным снижением размеров на 7-е сутки следовало их увеличение на 14-е сутки. В более поздние сроки отмечалась еще одна волна: на 30-е сутки диаметр нейронов снизился
до значений характерных для нормы (28,19±1,06 мкм), а затем,
несколько увеличился. В целом, наибольшие размеры для ХЭпозитивных клеток выявлены на 14-е сутки после ваготомии –
68,4±1,97мкм. Сходным образом ведут себя показатели диаметра
НАДФ – диафоразо – позитивных нейронов. Здесь в контрольной
(неоперированной) группе животных выявлены наиболее маленькие линейные размеры нейронов (13,2±0,53 мкм). Постепенное их
увеличение происходило до 30-х суток после ваготомии и вновь
снижалось к 60-м суткам, достигая значений – 12,98±0,196 мкм.
Объективно можно отметить, что клетки в норме были,
большей частью, овальной формы. Показатель округлости клеток
выражается долями или процентами от идеальной окружности,
форма которой принимается за 100 %. Как показывают данные
эксперимента, начальная округлость ХЭ-позитивных клеток составляла 80,94%. Минимальное значение, которое было получено
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на 7-е сутки, составляло 80,50%. После ваготомии этот показатель скачкообразно изменялся. Сначала более стремительно возрастал и на 14-е сутки достиг 83,32%, а затем на 30-е сутки –
83,57%. В последний контрольный срок (60 суток) он равнялся
83,22%. Похожим образом вел себя показатель округлости тел
НАДФ – диафоразо – позитивных нейронов. Так в контрольной
группе он составил 80,12%. Значение это практически не изменялось после ваготомии и составляло на 7-е, 14-е, 30-е и 60-е сутки
от 71,32% до 82,10%.
Таким образом, морфометрические параметры НАДФ – диафоразо – позитивных и ХЭ – позитивных нейронов после ваготомии максимально изменялись к 30 суткам, а именно снижалось
их общее количество, увеличивался диаметр, клетки становились
более вытянутыми, и снижалась их ферментативная активность.
Но на 60 сутки эксперимента, изученные нами показатели, восстанавливались практически до исходного уровня.
Литература
1. Зефиров Л. Н., Рахманкулова Г. М. Медиаторы. Обмен, физиологическая роль и фармакология. Казань: Изд-во Казанского университета,
1975. 185 с.
2. Печатникова Е. А. О регенерации блуждающих нервов у человека.
М.: Медицина, 1974. 86 с.
3. Румянцева Т. А. Развитие интрамуральных ганглиев желудка белой
крысы в условиях дефицита афферентной иннервации: Морфология, 2000.
№ 3. С. 51–57.
4. Физиология человека; под ред. В. М. Покровского, Г. Ф. Коротько
М.: Медицина, 2001. 405 с.
УТИЛИЗАЦИЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕШЛАМОВ
СОВМЕСТНО С ОТРАБОТАННЫМИ МАСЛАМИ
Н. Л. Гурылёва, С. Д. Тимрот, Н. С. Яманина
Ярославский государственный
технический университет
E-mail: gurylevanl@ystu.ru, timrotsd@ystu.ru
В процессах добычи и переработки нефти образуется большое количество нефтесодержащих отходов различного состава.
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эти продукты, накопленные или накапливающиеся на нефтеперерабатывающих предприятиях, с одной стороны оказывают негативное влияние на окружающую природную среду, а с другой
являются невостребованным ценным материальным ресурсом.
Существующие в настоящее время методы утилизации нефтесодержащих отходов зачастую сводятся к их сжиганию и захоронению, что приводит потере ценных компонентов и вторичному загрязнению окружающей среды. Таким образом, разработка
эффективных методов утилизации нефтесодержащих отходов является актуальной [1].
Цель работы – изучение свойств и разработка технологии
утилизации крупнотоннажных высоковязких нефтяных отходов.
Объектом исследования в данной работе являлся нефтешламы
различного срока хранения с установки «Альфа-Лаваль» завода
«Славнефть-ЯНОС», нефтешлам среднего и донного слоя и маслошлам Ярославской перевалочной нефтебазы, маслошлам, образующийся на Ярославском моторном заводе. В работе исследованы физико-химических свойства и групповой состав нефтешлама.
Полученные результаты представлены в табл. 1. Основным компонентами неорганической части являются нетоксичные оксиды
железа, кальция, алюминия и кремния.
Таблица 1
Физико-химические показатели нефтешлама
Наименование показателя
1. Плотность, кг/м3
2. Кислотное число, мг КОН/г
Массовая доля компонента, %
3. Вода
4. Органическая часть
5. Минеральная часть:
Кремний
Кальций
Натрий
Железо
Алюминий
Значение показателя
Нефтешлам
Донный осадок
«Альфа-Лаваль»
1450
1030
9,1
44,1
9,2
46,7
26,7
3,6
–
4,6
11,8
190
37,3
27,4
35,3
22,2
3,2
0,2
3,8
5,9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Данные по его гранулометрическому составу свидетельствуют о ее высокой дисперсности. Органическая составляющая
шламов представлена высококипящими нефтяными фракциями
с температурой начала кипения свыше 210о С. Так температура
начала кипения органических фракций дизельного топлива –
150 о С (табл. 2).
Таблица 2
Результаты определения фракционного состава
нефтесодержащих отходов
Фракции (t, о С)
Нефте-и маслошламы
НШДХ
НШТВ
МШ жидкий
МШ пастообр.
МШ ЯМЗ
Дизельное топливо
ОММ
Начало
кипения
220
220
220
220
220
150
220
230
269-290
330-350
360-380
10
10
5
10
5
10
10
15
40
10
50
80
60
25
80
50
85
40
10
30
25
-
Класс опасности отхода ΙΙΙ. На основании данных по составу шламов было сделано предположение о возможности их использование в качестве порообразующей добавки в производстве керамзита [2]. Все нефтешламы в дозировках 4% и выше
обеспечивают высокий коэффициент вспучивания, низкую насыпную плотность и достаточно широкий интервал обжига керамзита на уровне традиционно применяемой добавки – дизельного топлива.
Особую актуальность приобретает идея создания на основе
нефтешламов суспензий, обладающих такой вязкостью, которая
позволяла бы перекачивать данную суспензию насосами и
транспортировать по трубопроводам. Это позволило бы значительно упростить и удешевить процесс переработки нефтешламов с целью удобства дозирования шлама в производственный
процесс. Исследованы реологические свойства суспензий «нефтешлам-отработанное масло». При сравнении кривых течения
нефтешлама и донного осадка установлено, что смесь нефтеш191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лам-отработанные масла имеют значительно большее отклонение от ньютоновского характера течения, особенно при малых
скоростях сдвига. А смеси отработанные масла-донный осадок
имеют практически ньютоновский характер течения, вязкость
практически не зависит от скорости сдвига. В ходе данной работы была определена энергия активации нефтешлама – донного
осадка, позволяющая получить количественные оценки зависимости вязкости от температуры. Проанализировав величины
энергии активации для разных видов суспензий, было выявлено,
что суспензии нефтешлам-отработанное масло являются более
прочными. Это объясняется более высокой дисперсностью минеральной части суспензии.
Создание подобных суспензий нефтешламов с отработанным маслом позволило упростить процесс их обезвоживания.
Тем самым значительно повысить технологичность нефтешлама
для его переработки. В работе были проведены испытания процесса обезвоживания нефтешламов с применением термообработки и деэмульгатора марки «Кемеликс». Полученные данные
показали низкую эффективность технологий обезвоживания.
Данные по вязкости нефтяных суспензий позволили подобрать
для дозирования перистальтический насос марки НП-50.
Лабораторные испытания предлагаемой технологий утилизации высоковязких шламов совместно с отработанными маслами подтвердили возможность их реализации в промышленном
масштабе [3].
Литература
1. Макаров В. М., Яманина Н. С., Филиппова О. П., Фролова Е. А.
Утилизация отходов машиностроительных и нефтеперерабатывающих
предприятий // Экология и промышленность России. 2001. № 10. С. 13–15;
2. Филиппова О. П., Макаров В. М., Яманина Н. С. Сырьевая смесь
для производства легкого заполнителя; Пат. 2 287 499РФ. Опубл.
20.11.2006, бюл. № 32.
3. Яманина Н. С. Макаров В. М. Исследование возможности использования нефтешламов в производстве керамзита // Экология промышленного производства. 2002. № 2. С. 35–36.
192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИЗУЧЕНИЕ И ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО
СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
ВОДОХРАНИЛИЩА-ОХЛАДИТЕЛЯ
ЯРОСЛАВСКОЙ ГРЭС
М. А. Борисова, А. В. Тихонов
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
E-mail: m.a.bor2003@mail. ru
В 60–70-е годы прошлого столетия в связи с активным строительством на территории бывшего СССР тепловых и атомных
электростанций и прогрессирующим сбросом подогретых вод в
водоемы большое внимание в научной литературе стало уделяться влиянию поступающего в водоемы тепла на их экосистемы в
целом и на отдельные гидробионты. Проблема экологии подогретых вод стала рассматриваться как одна из актуальных в области
антропогенного воздействия на окружающую среду. Одной из ее
негативных сторон является чрезмерное зарастание водохранилищ-охладителей, что приводит к нарушению нормального водоснабжения электростанций. Вместе с тем многие водохранилищаохладители, кроме своего прямого назначения, используются и в
других народнохозяйственных целях, в том числе для водоснабжения и очень широко – в рекреационных целях. Высшая водная
растительность водоемов имеет большое значение в процессах их
самоочищения, что особенно важно для тех из них, в которые попадают бытовые стоки, а также в регулировании в них биологических процессов: она в значительной степени препятствует развитию такого отрицательного явления, как «цветение» воды.
Водохранилище-охладитель Ярославской ГРЭС – одно из
старейших на территории бывшего СССР. Первое исследование
высшей водной растительности в водохранилище-охладителе после его наполнения было проведено в 1937 году. По данным
Г. И. Долгова [1] растительность на водоёме отсутствовала. Исследования В. М. Катанской в 1974 году показали 80–90% зарастание первых 4-х прудов. За последние 35 лет в условиях изменения гидротермического режима водоема (в последние годы сброс
подогретых вод не производится), возможно, произошли измене193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ния его растительного покрова, что и определило актуальность
данного исследования.
Объект и методы исследования. Водохранилище-охладитель
Ярославской ТЭЦ (Ляпинские пруды) относится к наливным водоемам. Образовано в начале 30-ых годов XX века на месте выработанных торфяных карьеров в районе Нижнего поселка Заволжского
района г. Ярославля. Состоит из семи мелководных прудов, отделенных друг от друга невысокими валами. В годы функционирования ЯрГРЭС первый пруд считался теплым, уже к 4-ому – вода
становилась холодной. Берега водохранилища низкие, пологие,
слабо изрезанные, без крупных извилин и заливов. Весной наблюдается затопление некоторых прилегающих участков. Дно от берега и от разделяющих валов пологое с постепенным падением глубины к середине. Донные отложения в прибрежье везде песчаные,
в центральной части прудов илистые, мягкие.
Постановлением Администрации Ярославской области Ляпинские пруды были включены в список особо охраняемых природных
территорий со статусом "Памятник природы" Ярославской области.
В основу работы положены данные полевых обследований
берегов и акватории канала и двух первых прудов водохранилища-охладителя ЯрГРЭС, оказывающихся в зоне наибольшего
рекреационного воздействия, в июле-августе 2009 года. Сбор материала проводился маршрутным методом с берега, описание и
картирование растительности водоема по методике В. Г. Папченкова [2]. Протяженность вдоль берега и ширина различных типов
растительности определялась с помощью шагомера с длиной шага 1 м. Закономерности размещения фитоценозов в пространстве
в зависимости от условий местообитания устанавливали методом
экологического профилирования.
Составлены электронная база данных флористического списка с использованием программы Microsoft Exsel 7.0, картосхема
зарастания прудов. Название ассоциаций фитоценозов давалось
на доминантно-детерминантной основе.
Результаты и их обсуждение. Флора исследованной территории включает 66 видов макрофитов из 34 семейств, с доминированием цветковых растений. Споровые растения на водоеме представлены макроводорослью Chara coronata, сосудистыми расте194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ниями Equisetum fluviatile, Thelypteris palustris и 5 видами гигрофильных мхов. Экобиоморфологический спектр растений водоема
представлен следующими группами экотипов: гидрофиты (11 видов), гелофиты (23 вида) и околоводные (34 вида) растения.
Среди гидрофитов наибольшее участие в зарастании мелководий акватории прудов принимают Ceratophyllum demersum и
Myriophyllum spicatum, в устье канала и на мелководье правого
побережья значительно влияние Elodea canadensis. На акватории
вдоль всего канала доминирует Hydrocharis morsus-ranae с долевым участием на отдельных участках рясковых.
Среди высокорослых гелофитов на мелководье по всему
побережью доминируют Phragmites australis и Typha latifolia; они
являются эдификаторами в сообществах, местами образуют чистые
заросли. Среди низкорослых гелофитов значительно участие на
мелководье в устье канала и по побережью первого пруда Equisetum fluviatile. Участие типичных для мелководий Sagittaria sagittifolia, Alisma plantago-aquatica в зарастании прудов выражено слабо.
В нескольких участках сырого побережья единичными особями отмечены редкие [3] для области виды: Pedicularis sceptrumcarolinum, Epipactis palustris и Eupatorium cannabinum. Последний
вид на данной территории найден впервые.
В целом объем гидро– и гелофитов водоема не претерпел
серьезных изменений за последние 35 лет. По исследованиям
1973 года [1] флора Ярославского водохранилища была представлена 18 видами высших растений и харовыми водорослями.
Из них 7 видов составили группу погруженных гидрофитов, 4 –
гидрофиты с плавающими листьями и 7 – надводные (гелофитные) растения. Преобладали Phragmites australis, Ceratophyllum
demersum, Myriophyllum spicatum; Elodea canadensis и крупные
харовые водоросли. Кроме того, было отмечено значительное
участие в зарастании водоемов Vallisneria spiralis, которая по устному сообщению А. В. Дубровиной была впервые обнаружена в
водохранилище в 1945 году. К доминантам акватории В. М. Катанской был отнесен и Potamogeton crispus; его активность, вероятно, приходилась на раннелетний период. У юго-западного побережья между фитоценозами тростника южного был отмечен
Acorus calamus.
195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выраженное доминирование на акватории Ceratophyllum demersum, Myriophyllum spicatum и по берегам Phragmites australis
отмечено и в ходе наших исследований. При этом отмечено активное расселение в устье канала и первом пруду Elodea
canadensis (ранее отмечалась лишь в холодном 4-ом пруду). Тогда
как, Acorus calamus, Potamogeton crispus и Vallisneria spiralis нами
не были обнаружены. Возможной причиной выпадения термофильной Vallisneria spiralis из состава флоры водоема послужило
изменение температурного режима воды в водоеме, двух других
видов – вытеснение их более сильными эдификаторами, как тростник (на мелководье) и роголистник (в воде).
Растительный покров канала и прудов представлен двумя
группами классов: водной (Aquiphytosa) и прибрежно-водной
(Aquiherbosa vadosa) растительностью. Первый класс представлен 8
формациями и 17 ассоциациями; второй – 2 классами формаций,
7 формациями и 19 ассоциациями. Всего на водоеме были выделены 37 ассоциаций, относящихся к 15 формациям и 3 классам. В целом большинству сообществ свойственны флористическая бедность (преимущественно 1–2-х видовые) и простота структуры (1 –
редко 2-ярусные). Флористическое богатство фитоценозов гелофитов несколько возрастает (6–7 видов) на обсыхающем побережье за
счет видов гигрогело- и гигрофитного разнотравья.
На левобережном сильно заторфованном побережье водоема
зарастание идет по классическому типу в виде поясного (зонного)
распределения сообществ (рис. 1). Со стороны акватории на глубине от 0,5 м с вязкими илистыми грунтами формируются сообщества Elodea canadensis с примесью Hydrocharis morsus-ranae или Ceratophyllym demersum. В сторону берега на мелководной заиленной
литорали с глубиной 0,3–0,2 м их сменяют сообщества Sagittaria sagittifolia с покрытием до 70%. На глубине 0,2–0,1 м их сменяет
Phragmites australis высотой более 3 м, образующий преимущественно чистые заросли (местами с примесью Equisetum fluviatile). На
обсыхающем грунте в зарослях тростника единичными особями
отмечаются виды гигрофильного разнотравья (Carex nigra, Epilobium palustre, Lycopus europaeus, Persicaria minor, Poa palustris, Scutellaria galericulata и др.), а на мертвом опаде рыхлыми куртинами
(латками) – гигрофильный мох Leptodictium riparium.
196
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1. Elodeetum сanadensis, Sagittarietum sagittifoliae, Phragmitetum
australis, Heteroherboso–Phragmitetum australis
На мелководье местами наблюдается вариант выраженной
смены одного высокотравного гелофита (Typha latifolia, иногда с
примесью Carex pseudosyperus) на заросли другого, как
Phragmites australis (рис. 2).
Рис. 2. Ceratophylletum demersi, Sagittarietum sagittifoliae, Typhetum
latifoliae, Phragmitetum australis
На левобережье при слабой заторфованности и выраженной
рекреации зарастание выглядит иным образом (рис. 3). На
акватории развиваются сообщества Elodea сanadensis, местами
прерываемые на значительном удолении от берега группировками
197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Typha latifolia. На глубине до 0,1 м их сменяют группировки Sagittaria sagittifolia, которые на глубине 0,05 м замещается зарослями
Equisetum fluviatile, в которых на мёртвом опаде отмечены
куртины гидрофильных мхов.
Рис. 3. Elodeetum сanadensis, Typha latifolia, Sagittaria sagittifolia,
Equisetetum fluviatilis
Рис. 4. Сообщества Hydrocharis morsus-ranae, Phragmites australis,
Calamagrostis canescens
В местах, отведенных для купания, растительность отсутствует.
Зарастание сильно заиленного (местами ила до 0.7м) и слабо
проточного канала выглядит таким образом (рис. 4), что на
198
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
акватории сплошное покрытие создает Hydrocharis morsus-ranae с
примесью рясковых, по пологим берегам практически чистые
заросли Typha latifolia и осок или Calamagrostis canescens.
С момента предыдущего исследования площади зарастание
двух первых прудов водохранилища-охладителя ЯрГРЭС составляют не более 50%.
Литература
1. Катанская В. М. Растительность водохранилищ-охладителей тепловых
электростанций Советского Союза. Л.: Наука, Ленингр. отд., 1979. 279 с.
2. Папченков В. Г. Растительность водоемов и водотоков Среднего
Поволжья. Ярославль: ЦМП МУБиНТ. 2001. С. 4–7.
3. Красная книга Ярославской области / Под ред. Л. В. Воронина.
Ярославль: Изд-во А. Рутмана, 2004. 384 с.
ОЦЕНКА ГЕНОТОКСИЧЕСКОГО
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ
Прохорова И.М., Фомичева А.Н., Ковалева М.И.
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
paragen@mail.ru
Генетическая токсикология или токсикогенетика, возникнув,
как прикладной раздел экологической генетики, стала в настоящее время самостоятельной быстроразвивающейся наукой (ИнгеВечтомов С. Г., 2009). Ее задача – изучение воздействия факторов среды на генетический аппарат человека.
Факторы, способные повреждать генетические структуры и
процессы, называются генотоксикантами. Нарушения генетических структур клеток, возникающие при воздействии генотоксикантов – мутации могут возникать в соматических и половых
клетках, но судьба их различна (Дубинин Н. П., 1994; Тарасов В. А., 1994).Соматические мутации вносят вклад в бремя болезней человека. Они играют важную роль в возникновении рака,
дегенеративных изменений, например, при преждевременном
старении, при возникновении аутоиммунных заболеваний и др.
Мутации в половых клетках представляют угрозу не только для
199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поколения, подвергшегося воздействию, но и для последующих
поколений, и могут привести к вымиранию и вырождению вида.
Человечество стремится не только выжить, но и сохранить
природу, биологическое разнообразие. Поэтому необходима защита от генотоксикантов не только человека, но и всех видов, населяющих Землю. В связи с этим генетическая токсикология переросла первоначальную задачу: изучение действия факторов
среды на наследственность человека. В генетической токсикологии возникло и быстро развивается направление, которые можно
назвать экотоксикогенетикой. Ее задача – изучение воздействия
факторов среды на генетический аппарат различных организмов
в составе биоценоза.
Экотоксикогенетические исследования становятся обязательной
составной частью при комплексном изучении природных сред. В
настоящее время наиболее интенсивно такие исследования ведутся
при изучении водоемов. Это объясняется тем, что, во-первых, все
вещества, поступающие в биосферу, рано или поздно оказываются в
водоемах (при осаждении из атмосферного воздуха, при смывах с
почв). Во-вторых, все организмы потребляют воду и в количествах
больших, чем любого другого типа соединений. Таким образом, доля водного фактора в мутагенной нагрузке велика и превышает долю атмосферного воздуха (Журков, Соколовский, 1985).
Особенно актуально изучение токсикогенетической ситуации
в водоемах, находящихся на территориях, подвергающихся многофакторному антропогенному воздействию и являющихся источником питьевого водозабора и рекреационными зонами для
больших групп населения.
В лаборатории генетики Ярославского государственного
университета им. П. Г. Демидова более 20 лет ведутся исследования загрязнения водоемов бассейна Ярославского участка Верхней Волги генотоксикантами. Степень мутагенного загрязнения
воды оценивалась по суммарной мутагенной активности (СМА).
СМА – интегральный и, вместе с тем, значительно более экономичный показатель, чем система ПДК, который выявляет суммарное действие всех генетически активных факторов с учетом
их взаимодействия (Лекявичус, 1983; Журков, Соколовский,
1985; Прохорова, Ковалева, Фомичева 1997).
200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Однако при оценке СМА необходимо учитывать, что вода
представляет собой комплекс факторов, в том числе мутагенов и
промутагенов с разным типом действия. Так, например, метод с
использованием ауксотрофных по гистидину штаммов Salmonella
typhimurium непригоден, так как в природных водах, как правило,
содержится гистидин, что приводит к ложноположительным результатам. А именно этот тест используется многими авторами
для оценки нативной воды и грунтов.
Для оценки генотоксичности воды и грунтов природных водоемов нами проведено сравнительное изучение широкого набора токсикогенетических методов. В результате предложена система из трех тестов (табл. 1), в которых мутагенность оценивалась по частоте видимых мутаций (ВМ) у Chlorella vulgaris
(Ваулина и др., 1975), доминантных летальных мутаций (ДЛМ) у
Drosophila melanogaster (Методические рекомендации…, 1981) и
хромосомных аберраций (ХА) в меристеме Allium cepa (Sharma,
1983, Прохорова, Фомичева, Ковалева, 2005).
Таким образом, эта система тестов позволяет регистрировать
широкий спектр генетических нарушений: доминантные и рецессивные генные мутации, хромосомные аберрации, мутации, как в
соматических, так и в половых клетках, выявлять мутагены и
промутагены, приобретающие генетическую активность в результате метаболической активации в многоклеточных растительных и животных организмах.
Для интегральной оценки мутагенной активности воды водоемов нами использованы два показателя: выраженность мутагенной активности (ВМА) и продолжительность генотоксического
воздействия. ВМА оценивалась как кратность превышения спонтанного уровня мутаций при воздействии проб воды (Экологогигиенический контроль…, 1989, Прохорова, 2000, Ковалева,
2002) (табл. 1).
Продолжительность генотоксического воздействия определялась как доля проб, давших позитивный ответ, от общего числа
изученных проб станции за весь срок исследования. (Прохорова,
Ковалева, Фомичева 2002) Продолжительность выражалась в
баллах (табл. 2).
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Оценка выраженности мутагенной активности (ВМА)
при использовании различных тестов
Метод
Учет ВМ у
Chlorella
vulgaris
Учет ДЛМ
у Drosophila melanogaster
Тип регистрируепоказатель
мых нарушений
Превышение частоты ВМ над
Генные
контрольмутации
ным уровнем (кратность)
Генные и
хромосомПревышеные мутание частоции в соты ДЛМ
матиченад конских и
трольным
генеративуровнем
ных клет(кратность)
ках
ХромоУчет ХА в
сомные
анааберрации
телофазе
в соматимитоза у
ческих
Allium cepa
клетках
Превышение частоты ХА над
контрольным уровнем (разность)
Уровни ВМА, соответствующие баллам
ОтсутстСлабая
Средняя
Сильная
вие МА
МА
МА
МА
(0)
(1)
(2)
(3)
ДостоДостоДостоверные
Отсутстверные
верные
различия
вие досразличия различия
в 5-10 раз
товерных в 1-2 раза в 2-5 раз
(ВМА от
различий (ВМА 1-2 (ВМА 2-5
5-10 балбалла)
баллов)
лов)
Отсутствие достоверных
различий
Достоверные
различия
в 2-5 раз
(ВМА 2-5
баллов)
Достоверные
различия
в 5-10 раз
(ВМА 510 баллов)
Достоверные
различия
в более 10
раз
(ВМА более 10
баллов)
Отсутствие достоверных
различий
Достоверные
различия
менее чем
на 10%
(ВМА
менее 10
баллов)
Достоверные
различия
на 10-25%
(ВМА 1025 баллов)
Достоверные
различия
более чем
на 25%
(ВМА более 25
баллов)
Таблица 2
Оценка продолжительности мутагенной активности
Категория загрязнения
Отсутствует
Случайное
Периодическое
Хроническое
Стабильное
Доля проб, давших
позитивный ответ, %
0
0-25
26-50
51-75
76-100
202
Балл
0
1
2
3
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 3
Генотоксическое состояние воды по СГИ
Суммарный
генотоксический индекс
Состояние
0
2-5
6-9
благополучное
неудовлетворительное
опасное
Для оценки токсикогенетической ситуации в водоеме нами
предложен показатель суммарный генетический индекс (СГИ),
который равен сумме баллов, характеризующих «выраженность»
и «продолжительность» мутагенного эффекта. Таким образом,
как состояние водоема в целом, так и его отдельных участков,
может быть оценено в баллах.
С использованием СГИ нами поведено изучение генотоксического потенциала воды водоемов бассейна Верхней Волги и установлены закономерности их генетического загрязнения. Проведено токсикогенетическое картирование, мутагенного загрязнения изученных водоемов.
Например, на рис. 1 представлена карта-схема загрязнения р.
Которосль – притока р. Волги на территории Ярославской области.
Река Которосль испытывает высокую антропогенную нагрузку. Она берет начало из оз. Неро, подвергающегося антропогенному воздействию г. Ростова, протекает по территории Ярославской области, где принимает сельскохозяйственные, промышленные и бытовые стоки, протекает по промышленному району г.
Ярославля и впадает в р. Волгу. Таким образом, она подвергается
значительному загрязнению. Вместе с тем жители региона используют Которосль как источник питьевой воды, для купания,
полива, рыбалки и т.д.
Такие карты-схемы могут быть использованы природоохранными службами для:
- определения сложившейся экологической ситуации;
- токсикогенетической характеристики природных сред;
- учета условий существования видов, так как генотоксический пресс определяет насыщение популяции мутациями, а, следовательно, фенотипическое разнообразие;
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- определения опасности дополнительного введения генотоксических загрязнителей в определенный регион;
- определения масштабов необходимых природоохранных
мероприятий;
- выбора участков для строительства населенных пунктов и
водозабора.
Рис. 1. Суммарный генотоксический индекс
различных участков р. Которосль
Кроме того, каждый житель может региона, взглянув на карту, может определить для себя какие участки территории ему выбрать для проживания, строительства дачи, оздоровительного отдыха детей, рыбалки, загородного отдыха в выходные дни и т. д.
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ХЕМОТИПОВ
Mentha spicata L.
Е. Пелях, М. Писова, В. Чобану
НИЛ биохимии растений, Молдавский государственный
университет, Республика Молдова,
г. Кишинев, ул. Матеевича, 60 (+373 22 245012)
Различные хемотипы Мяты колосовой были собраны в дикорастущих популяциях как на территории Молдовы, так и в
других географических зонах. Растения выращивались на биологической станции Университета на протяжении ряда лет,
проводилось изучение биологических особенностей, морфологических признаков, компонентный состав эфирного масла
экотипов и хеморас изучаемого вида мяты. Привлечение дикорастущих форм мят в селекционный процесс является весьма
перспективным, поскольку по точному замечанию Н. И. Вавилова, селекция является эволюцией, направляемой волей человека. В этой связи несомненно важным является подбор исходного материала, гибридизация и отбор нужных генотипов.
По морфологическим признакам все экотипы M. spicata L.
практически не различались и соответствовали ботаническому
описанию вида: листья мелкие ланцетовидные ярко-зеленые
буз антоциановой окраски, по краю пильчато-зубчатые. Цветки
в густых мутовках сближенных в колосовидные соцветия на
концах ветвей, окраска венчика варьирует от светло-лиловой
до темно-лиловой. Цветение всех изучаемых форм мяты приходится на конец июля – начало августа.
Для выявления потенциальных возможностей экотипов мяты колосовой проводилось изучение особенностей вегетации,
эфиромасличности, компонентного состава масла.
Для решения поставленной задачи эфирное масло получали по методу Гинзберга из растений, собранных в стадии массового цветения. Химическую характеристику проводили современными и классическими методами исследования терпеновых соединений, о которых мы сообщали ранее [1].
205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Физико-химическая характеристика
эфирного масла экотипов Mentha spicata L.
Выход
Место про- э.м. на
Вид мяты
n20D
израстания абс. сух.
вес, %
M.spicata L. Молдова,
1,5
1,4600
Бахмут-1
M.spicata L. Молдова,
0,8
1,4960
Бахмут-2
M.spicata L. Украина
2,1
1,4610
(Приднепровская)
M.spicata L. Украина
1,2
1,4927
(Ержовская)
M.spicata L. Молдова,
1,1
1,4758
Хынчешть1
M.spicata L. Хынчешть1,5
1,4950
2
M.spicata L. Хынчешть1,8
1,4600
3
M.spicata L. Молдова,
1,3
1,4920
Трушены
M.spicata L. Россия-1
0,8
1,4910
M.spicata L. Россия-2
0,9
1,4970
α20D
λmax
-20,0
-
-55,0
235
Основной
компонент, %
Ментол
23,
Ментон 45
-15,0 260, 272, Кетоокиси 37,4
280
+12,5
Ментол 21,7,
Ментон 60,5
Карвон 58,5
-82,5 260, 272, Кетоокиси
282
-55,5
235
Карвон 65,6
-27,5
-
-45,0
235
Ментол 40,0,
Ментон 31,0
Карвон 61,2
M.lavandulio Италия
dora Sacco.
2,5
M.spicata L. Молдова,
Бахмут
M.spicata L. Молдова,
Кишинев-1
M.spicata L. Молдова,
Кишинев-2
M.spicata L. Молдова,
Милешты
Мичь
M.spicata L. Молдова,
Сынжерей
2,2
-41,5
235
Карвон 58,7
-88,0 260, 272, Кетоокиси 58,6
282
1,4948 -6,0
Линалоол 51,7,
Линалилацетат44,5
1,4952 -57,3
235
Карвон 70,2
2,0
1,4660 -18,0
-
1,2
1,4935 -52,5
235
Карвон 62,2
1,4
1,4881 -46,1
235
Карвон 61,5
1,8
1,4650 -15,0
-
206
Линалоол 86,7
Ментол
32,4,
Ментон 31,8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По данным физико-химического анализа было обнаружены
значительные различия как по интенсивности маслообразования, так и по компонентному составу эфиных масел между
различными экотипами Мяты колосовой (табл. 1). Эфирные
масла всех экотипов мяты колосовой были светло-желтыми
жидкими при комнатной температуре и различались по органолептическим характеристикам.
Наиболее высокая эфиромасличность у итальянского экотипа
(2,5%), а наиболее низкая (0,8%) – у двух молдавских форм. Особое
внимание привлекает к себе компонентный состав эфирного масла
экотипов. Все изучаемые нами формы Мяты колосовой при однообразии морфологических признаков различаются между собой как
составом терпеноидов, так и их количественными соотношениями
компонентов, т.е. являются хеморасами. Следует отметить, что вид
мяты, полученный нами от Сакко и названный им M.lavanduliodora
[4] по всем морфологическим характеристикам полностью соответствует M. spicata L., хотя по органолептической оценке совершенно
отличался от привычного запаха карвонной Мяты колосовой
По составу компонентов эфирного масла изученные виды
мяты разделились на три основные группы. Первая группа хеморас синтезирует в основном циклические монотерпеноиды с кислородной функцией при 3-м атоме углерода р-ментанового цикла – ментол, ментон, пиперитон, кетоокиси (табл. 2). При этом
наблюдается значительное варьирование количественных соотношений компонентов.
Вторая группа хеморас накапливает в составе эфирного масла циклические монотерпеноиды с кислородной функцией при
2-м атоме углерода р-ментанового цикла – монотерпеноиды
группы карвона. При этом количественные соотношения компонентов варьируют не так значительно как в первой группе и основным компонентом (более 50% в составе эфирного масла) является карвон.
Третья группа хеморас мяты колосовой синтезирует в основном кислородсодержащие терпеноиды ациклического строения –
линалоол и линалилацетат в различных соотношениях, а таже сопутствующие в небольших количествах гераниол, геранилацетет,
нерол и другие. И хотя эти компоненты содержатся в составе
207
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
эфирного масла в минорных количествах, они значительно улучшают его органолептическую оценку и делают эту группу хеморас весьма привлекательными для использованиея в качестве новых эфироносов [2].
Таблица 2
Варьирование количественных соотношений компонентов
эфирного масла экотипов M.spicata L.(1 группа)
Экотип
Монотерпены
Ментол
Ментон
Изо-ментон
Пиперитон
Окись пиперитона
Пиперитенон
Окись
пиперитенона
Пулегон
Молдова, Украина
Молдова,
Хын(ПриднепБахмут
чешть-1
ровская)
1,2
1,2
1,5
4,5
13,2
23,0
3,7
44,3
45,0
4,5
15,2
3,2
3,3
1,2
7,3
31,8
0,7
3,2
2,7
0,1
0,7
37,9
3,1
2,8
-
0,1
3,3
Россия-2
Молдова,
Хынчешть-3
7,2
14,0
2,6
2,0
8,8
14,9
0,8
38,5
0,5
45,2
12,7
2,7
3,1
0,4
3,5
3,0
1,7
6,7
Строго говоря, разделить вторую и третью группу хеморас
можно только условно, т. к. ациклические монотерпеноиды обнаруживаются и в эфирном масле карвонных хемотипов.
Ранее Рейтсема [3] предложил схему, по которой эфирные
масла мят разделяются на три основные группы – тип мяты колосовой, мяты перечной и мяты лимонной в зависимости от синтеза
терпеноидов с кислородной функцией при 2-м или 3-м атоме углерода р-ментанового цикла или ациклических компонентов. Полученные нами результаты по изучению хеморас мяты колосовой, мяты длиннолистной [2] и мяты полевой [1] подтверждают
эту схему.
Легкость скрещивания мят в природе, общность ареалов распространения различных видов мят мяты проиводят к спонтанному появлению хеморас, обладающими морфологическими характеристиками вида, но с различным компонентным составом
эфирного масла.
208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Подтверждение этому мы получили при изучении генеративных потомств от различных комбинаций скрещивания и от самоопыления видов и гибридов мят, которые по морфологическим
признакам соответствовали M. spicata L.
Таблица 3
Варьирование компонентного состава терпеноидов
экотипов M. Spicata L. (2 и 3 группы)
Украина,
Россия Кишинев-1 Италия
Ержово
Монотерпены
2,2
7,8
7,0
1,2
Линалоол
0,7
0,8
0,3
49,7
Линалилоацетат
1,9
1,4
0,4
44,3
Гераниол
2,5
1,7
2,2
2,8
Геранилацетат
1,8
0,5
0,5
2,5
Карвон
53,5
58,7
62,2
Дигидрокарвон
8,7
5,3
10,0
Экотип
Молдова, Молдова,
Трушены Кишинев-3
0,9
0,2
9,0
86,0
4,2
3,0
0,5
5,9
0,8
3,3
64,1
6,5
-
60
50
40
30
20
Рис. 1. Разнообразие химического состава
эфирного масла хеморас M.spicata L.
209
Карвон
Геранилацетат
Гераниол
Линалилоацетат
Линалоол
Окись пиперитенона
Пиперитенон
Окись пиперитона
Пиперитон
Ментон
Ментол
Монотерпены
0
Первый экотип Молдова,
Хынчешть-1
Первый экотип Украина
(Приднепровская)
Второй и третий экотипы
Украина, Ержово
Второй и третий экотипы
Италия
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Изученные нами экотипы мяты колосовой разнообразны по
компонентному составу эфирного масла. При этом в одной и той
же экологической зоне произрастают как аналогичные, так и различные хемотипы, которые возникают в результате гибридизации
при сохранении морфологических признаков определенного вида. При контакте популяций разных видов образование межвидовых гибридов неизбежно. Гибриды обладают большей вегетативной подвижностью, устойчивостью к заболеваниям, адаптационным потенциалом, из-за чего могут встречаться чаще в местах
совместного произрастания, чем исходные виды.
Таблица 4
Характеристика эфирного масла
сеянцев различного происхождения
Образец
К4
Лс-103-22
Лс 103
Лс 91
К4 Мi-17
17Д-62
17Д-21
21-24
Происхождение
Самоопыление
M.piperita
F2 M.piperita
F1 M.piperita
F1 M. piperita
F1 К4 х
M.incana.Wild.
К4Мi-17 x
M.arvensis L.
K4Mi-17 x
M.arvensis L.
F2 M.longifolia L
Выход
э.м.%
2,5
n20D
α20D
λmax
1,4918
-53.0
235
Основной
компонент,%
Карвон 63,9
3,4
2,2
3,8
2,6
1,4625 -20,0
1,4885 +12,5
1,4586 -20,0
1,4640 -18,4
252
-
Линалоол 89,7
Пулегон 54,1
Ментол 64,6
Линалоол 91,1
3,0
1,4608
-19,0
-
Линалоол 84,6
2,7
1,4922
-52,5
235
Карвон 66,1
2,1
1,4834
-5,5
260,
272, 282
Кетоокиси
51,7
Разнообразие химических признаков экотипов видов мяты
свидетельствует о сложных гетерозиготных генотипах исходных дикорастущих видов мяты и позволяет выделять из генеративных потомств перспективные сеянцы для дальнейшей селекции.
Почвенно-климатические условия Молдовы весьма благоприятны для возделывания эфиромасличных культур. Мята издавна являлась традиционной эфиромасличной культурой нашего региона, агротехника ее возделывания разработана и по210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лученные нами перспективные хеморасы и гибриды могут
предстиавлять интерес для расширения ассортимента эфиромасличных растений.
Литература
1. Чобану В., Пелях Е., Писова М. Сравнительноле изучение хеморас
Menta arvensis L. Anale ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova, seria
“Ştiinţe chimico-biologice”, 2003. P. 124–127
2. Пелях Е., Писова М., Чобану В. О внутривидовом полихимизме
M.longifolia (L.)Huds. Anale ştiinţifice ale Universităţii de Stat din Moldova,
seria “Ştiinţe chimico-biologice”, 2007.
3. Reitsema R. A Biogenetic Arrangement of Mint Species. J.Amer.Pharm.
Ass. 1956,VLVII, № 4.
4. СаккоТ., Нано Д. Международный конгресс по эфирным маслам.
Тбилиси, 1964. С.164.
5. Shimizu S. Report for TEAK, Japan Toyama Univer., 2001.
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Секция 3. Проблемы
химического образования
и устойчивое развитие
РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЕТЕНТНОСТОГО ПОДХОДА
В ОБУЧЕНИИ БИОХИМИИ
СТУДЕНТОВ-ЭКОЛОГОВ
Е. Л. Грачева
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
gav@bio.uniyar.ac.ru
В условиях неблагоприятной экологической обстановки одной из важнейших задач вузов в настоящее время является подготовка специалистов-экологов, компетентных в вопросах охраны
окружающей среды и рационального природопользования. Такой
специалист должен не только обладать фундаментальными знаниями в области естественных наук, но и успешно применять их
при решении профессиональных задач, проявляя творческую
инициативу, умение работать в команде, быть конкурентоспособным и мобильным в меняющихся условиях рынка труда.
Именно успешная профессиональная деятельность, а не сумма
полученных знаний является сегодня ожидаемым результатом и
критерием качества образования, поэтому важнейшим элементом
модернизации Российской системы образования является внедрение компетентностного подхода к подготовке специалистов.
В понимании большинства ученых компетенции – это обобщенные способы действий, обеспечивающих продуктивное выполнение профессиональной деятельности. В совокупности компетенции дают компетентность. Компетентность определяется
как способность специалиста включиться в определенную деятельность. Следовательно, компетентностный подход усиливает
212
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
прикладной, практический характер всей системы образования, в
том числе и предметного обучения.
Различают, согласно классификации А. В. Хуторского, трехуровневую иерархию образовательных компетенций:
• ключевые – относятся к общему содержанию образования;
• общепредметные – относятся к определенному кругу учебных предметов и образовательных областей, например естествознанию;
• предметные – формируются в рамках конкретных учебных
предметов.
Выделяют несколько групп ключевых компетенций, например, компетенции познавательной деятельности, информационные, коммуникативные компетенции, компетенции личностного
самосовершенствования. Для успешного формирования ключевых компетенций необходимо их определение в учебном предмете (образовательной области), проектирование на их основе
предметных образовательных компетенций, определяющих, в
свою очередь, выбор технологий обучения, форм контроля результатов учебно-познавательной деятельности учащихся. Контроль – это не только определение степени обученности и оценка,
он может быть действенным средством многопланового воздействия на личность студента.
Для выработки ключевых компетенций удобно использовать
модульный принцип построения образовательной программы и
рейтинговую оценку знаний студентов. Использование модульной технологии обучения позволяет сделать образовательную
программу более управляемой и гибкой, а рейтинговая система
оценки результатов обучения повышает мотивацию студентов к
освоению образовательной программы и продуктивность их познавательной деятельности.
При изучении дисциплины «Введение в биохимию» студентами факультета биологии и экологии Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, обучающихся по специальности «Экология» 020801, мы применяем рейтинговую интенсивную
технологию модульного обучения (РИТМ). Изучаемый курс биохимии разбит нами на 7 модулей. Модуль – это логически завершенная часть (тема, раздел) курса, которая заканчивается кон213
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
трольным мероприятием. Успешность усвоения каждого модуля
оценивается в баллах. Все набранные баллы суммируются и составляют индивидуальный рейтинг студента. При этом в рейтинг
идут только баллы, набранные с первого раза и в срок, начисляются
призовые баллы за дополнительные виды работ.
Приведем примеры ключевых компетенций с указанием видов деятельности студентов, посредством которых они вырабатываются в рамках используемой нами модульно-рейтинговой
системы:
• осуществлять действия по поиску, анализу, систематизации
и оценке информации (выполнение домашней работы, составление отчета по лабораторной работе, написание рефератов, составление кроссвордов);
• использовать информационные технологии для обработки и
представления информации (разработка проблемного вопроса с
ответом, подготовка презентации по теме);
• участвовать в обмене идеями, информацией, знанием, опытом с другими людьми, выступать инициатором совершенствования деятельности (активная работа на лекции, на лабораторном
занятии, в том числе рациональные предложения по проведению
лабораторной работы).
Для определения уровня сформированности предметных
компетенций по биохимии мы используем безмашинный контроль (мини-контрольные работы, выполняемые студентами почти на каждом лабораторном занятии) и стандартизированные тестовые материалы (тест входного контроля, тематические тесты и
тест выходного контроля). На примере модуля «Белки» укажем
некоторые предметные компетенции, уровень сформированности
которых позволяют оценить вышеуказанные формы контроля результатов учебно-познавательной деятельности студентов.
Безмашинный контроль:
• уметь писать формулы пептидов, давать названия пептидам;
• понимать особенности пептидной связи, причины этих особенностей и следствия, вытекающие из них;
• объяснять физико-химические свойства белков на основе их
состава и строения;
214
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• показывать в виде схемы все возможные взаимодействия в
третичной и четвертичной структуре белка.
Стандартизированный тест:
• знать химический состав, классификацию аминокислот и
белков;
• определять суммарный заряд белковой молекулы в зависимости от аминокислотного состава и рН среды;
• иметь представление об уровнях структуры белков и связях,
их стабилизирующих;
• понимать биологическую роль белков в живых организмах.
Следует отметить, что мини-контрольная или тест считаются
выполненными студентом успешно только в том случае, если
сумма набранных за них баллов составляет не менее50 % от максимального за данную работу количества баллов.
Наш опыт показывает, что использование модульнорейтинговой технологии приводит к улучшению качества знаний,
мотивирует учебную деятельность студентов, позволяет проводить мониторинг успешности обучения, повышает уровень активности учащихся в образовательном процессе, дисциплинирует
их. Это объективно подтверждают результаты проведенного нами в 2008–2009 учебном году педагогического эксперимента.
Одна группа студентов-экологов обучалась по модульнорейтинговой системе, другая являлась контрольной, где обучение
велось традиционными методами, а его результаты оценивались
по общепринятой пятибалльной (фактически четырехбалльной)
шкале. В качестве контрольной была выбрана группа учащихся с
более высоким средним баллом за тест входного контроля. В
конце изучения дисциплины все студенты писали тест выходного
контроля, позволяющий оценить итоговый уровень сформированности компетенций. Средний балл по тесту выходного контроля у группы студентов, обучавшейся по рейтинговой системе
с использованием стандартизованных тестов (9,98 балла) оказался выше, чем у студентов контрольной группы (8,21 балла). Статистически достоверных отличий по результатам теста входного
контроля не было выявлено, тогда как, по результатам теста выходного контроля есть статистически достоверное различие в
пользу опытной группы, уровень значимости 0,043 (статистиче215
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ская обработка результатов педагогических экспериментов осуществлялась в пакете анализа данных MS Excel, использовался tкритерий Стьюдента, сравнение проводилось при критическом
уровне значимости 0,05).
Следует также отметить, что рейтинговая система оценки
знаний студентов «вынуждает» их готовиться к каждому занятию, способствует возрастанию состязательности в учебе, усилению интереса к изучаемому предмету, снижению числа пропусков занятий без уважительной причины. Это подтверждают и результаты проведенного нами анкетирования студентов-экологов.
Анализ данных, полученных в ходе анкетирования, позволяет утверждать, что модульно-рейтинговая технология принимается
абсолютным большинством студентов (93%). 60% опрошенных
считают, что модульно-рейтинговая система способствует лучшему усвоению учебного материала по сравнению с традиционным обучением. По мнению 67% опрошенных обучение c использованием модульной технологии стимулирует интерес студентов к изучению дисциплины. Очевидно, что объективные и
субъективные показатели эффективности применения рейтинговой системы оценки знаний студентов в сочетании с модульной
технологией обучения в целом совпадают.
Таким образом, компетентностный подход, будучи ориентированным прежде всего на новое видение целей и оценку результатов профессионального образования, предъявляет свои требования и к другим компонентам образовательного процесса – содержанию, педагогическим технологиям, средствам контроля и
оценки. Рейтинговая система оценки результатов обучения инициирует творческую деятельность студентов, способствует формированию адекватной самооценки и способности к самоконтролю, позволяет проявить лидерские качества, полнее раскрыть и
реализовать личностный потенциал.
Изучение дисциплины «Введение в биохимию» формирует у
студентов представление о том, что организм человека, как и
других существ, представляет собой сложную саморегулирующуюся систему, которая на протяжении всей жизни находится в
химическом взаимодействии со средой обитания. Это позволяет
учащимся оценить опасность загрязнения природной среды, в
216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
том числе за счет антропогенной деятельности, то есть способствует формированию экологического сознания будущих специалистов-экологов.
Литература
1. Азарова Р. Н., Борисова Н. В., Кузов В. Б. Проектирование компетентностно-ориентированных и конкурентноспособных основных образовательных программ ВПО, реализующих ФГОС ВПО: Метод. рекомендации. М.; Уфа: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов. 2008. 81 с.
2. Антипова . М., Колесина К. Ю., Пахомова Г. А. Компетентностный
подход к организации дополнительного педагогического образования в
университете // Педагогика. 2006. № 8. С. 57–71.
3. Хуторской А. В. Технология проектирования ключевых и предметных компетенций // Интернет-журнал "Эйдос". 2005. 12 декабря.
http://www.eidos.ru/journal/2005/1212.htm.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОЗНАНИЯ ШКОЛЬНИКОВ
Г. А. Урванцева, М. В. Лалетина
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
Экологическое образование оказывает существенное влияние
на экологическое сознание учащихся. Формирование экологического сознания предполагает такую перестройку взглядов и представлений человека, когда усвоенные им экологические нормы
становятся одновременно нормами его поведения по отношению
к природе.
Мы провели исследование экологического сознания школьников СОШ № 44 г. Ярославля. Испытуемыми стали 40 учащихся
двух восьмых классов. Учащиеся 8б класса были выбраны нами в
качестве экспериментальной группы, а 8а – контрольной. В экспериментальном классе в каждый урок по биологии были включены экологические аспекты изучаемой темы, проводилась внеурочная работа экологической тематики. В контрольном же классе уроки по тем же темам не включали экологических аспектов.
Эксперимент продолжался в течение двух месяцев. На заключи217
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тельном этапе эксперимента учащимся обоих классов был предложен тест на исследование экологического сознания.
Исследование экологического сознания проводилось с помощью исследовательского комплекса «Экологическая психодиагностика», включающего 4 методики: «Натурофил», «Эзоп»,
«Альтернатива», «Заповедные мифы».
Отобранные методики отвечают основным требованиям: они
проверены на надежность и валидность, многократно апробированы и достаточно просты в применении и обработке.
Методика «Натурофил» оценивает показатель интенсивности
отношения к природе. При обработке ответов учащихся по методике «Натурофил» получили следующие результаты, занесенные
в табл. 1.
Таблица 1
Распределение показателя интенсивности
отношения к природе у учащихся 8-х классов
Показатель интенсивности отношения к природе
Крайне низкий
Низкий
Ниже среднего
Средний
Выше среднего
Высокий
Очень высокий
8а
Общее значение
0%
10,5%
15,7%
57,8%
5,2%
5,2%
5,2%
8б
Значение
мальчиков
0%
22,2%
22,2%
44,4%
11,1%
0%
0%
Общее значение
0%
19,0%
14,2%
47,6%
9,5%
9,5%
0%
Значение
мальчиков
0%
19,0%
14,2%
47,6%
9,5%
9,5%
0%
У учащихся 8-х классов преобладает средний показатель интенсивности отношения к природе (57,8% и 47,6% в 8а и 8б соответственно). Причем, уровень интенсивности отношения к природе у учащихся 8а класса, в общем, оказался чуть выше. Вероятно, это связано с тем, что классы неравнозначны (8б класс
составляют одни мальчики, 8а класс – смешанный). Проанализировав показатели мальчиков в обоих классах, обнаружили более
высокий уровень интенсивности отношения к природе у учащихся 8б класса (у 44,4% мальчиков 8а класса средний уровень интенсивности отношения к природе, а в 8б у 47,6% мальчиков). К
тому же, в 8б есть мальчики, у которых выявлен, высокий уро218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вень интенсивности отношения к природе, а в 8а такой показатель присущ только девочкам. Очень высокий показатель интенсивности отношения к природе выявлен у девочки 8а класса, что
подтверждает литературные данные о различии восприятия природы в мужском и женском сознании. Таким образом, можно
констатировать средний уровень экологической культуры у учащихся 8-х классов СОШ №44 г. Ярославля.
Методика «ЭЗОП» устанавливает тип доминирующей установки в отношении природы: а) эстетическая установка – природа воспринимается как объект красоты; б) когнитивная установка – природа воспринимается как объект изучения; в) этическая
установка – природа воспринимается как объект охраны;
г) прагматическая установка — природа воспринимается как объект пользы.
При интерпретации результатов учащихся по методике
«ЭЗОП» получили следующие результаты, занесенные в табл. 2.
Таблица 2
Распределение типа доминирующей установки
в отношении природы у учащихся 8-х классов
8а
Тип установки
Эстетическая
Когнитивная
Этическая
Прагматическая
Общее
значение
10,5%
21,0%
36,8%
31,5%
8б
Значение
мальчиков
0%
11,1%
22%
66,6%
Общее
значение
38,0%
4,7%
14,2%
47,6%
Значение
мальчиков
38%
4,7%
14,2%
47,6%
В целом у учащихся преобладает прагматический тип установки в отношении природы, то есть природа воспринимается
как объект пользы. Возможно, это связано с возрастом учащихся,
с содержанием школьной программы (курс географии, химии), с
воспитанием. Также высок процент преобладания этической и эстетической установок в отношении природы у школьников. При
сравнении результатов теста мальчиков 8-х классов, также доминирует прагматическая установка, количество мальчиков с такой
установкой в 8б ниже, чем в 8а (66,6% в 8а, в 8б – 47,6%). В 8б
219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
классе высокий процент учащихся, у которых преобладает эстетическая установка (38%). С сожалением можно констатировать,
что большинство учащихся 8-х классов воспринимают природу
как источник материальных благ, природоохранное сознание находится на низком уровне.
Методика «Альтернатива» оценивает тип мотивации взаимодействия с природными объектами: а) эстетический тип мотивации – отношение, направленность действий к природе как к объекту красоты; б) когнитивный тип мотивации – отношение, направленность действий к природе как к объекту изучения и
познания; в) практический тип мотивации – отношение, направленность действий к природе как к средству получения жизненного опыта; г) прагматический тип мотивации – отношение, направленность действий к природе как к объекту материальной
пользы.
При анализе ответов учащихся по методике «Альтернатива»
получили следующие результаты, занесенные в табл. 3.
Таблица 3
Распределение типа мотивации взаимодействия
с природными объектами у учащихся 8-х классов
8а
Тип мотивации
Эстетический
Когнитивный
Практический
Прагматический
Общее
значение
10,5%
15,7%
47,3%
26,3%
8б
Значение
мальчиков
0%
11,1%
55,5%
44,4%
Общее
значение
52,3%
4,7%
23,8%
19,0%
Значение
мальчиков
52,3%
4,7%
23,8%
19,0%
Можно отметить преобладание эстетического (52,3%) и
практического (47,3%) типа мотивации взаимодействия с природой у учащихся 8-х классов. Прагматический и когнитивный
(26,3% и 15,7% соответственно) тип мотивации выражен значительно слабее. Таким образом, зафиксирован феномен, обусловленный противоречием, характерным для традиционной системы
школьного экологического образования, которое вольно или невольно формирует прагматизм экологического сознания («при220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
родные ресурсы», «полезные» животные и «вредители» и т. д.), в
то время как на поведенческом уровне детям свойственно стремление к духовному общению с миром природы, натуралистическому взаимодействию с ней. У учащихся 8б класса явно преобладает эстетический тип мотивации, у 8а практический. Когнитивный тип выражен слабо у учащихся обоих классов.
Методика «Заповедные мифы» определяет отношение учащихся к заповедникам. При анализе ответов учащихся по методике «Заповедные мифы» получили следующие результаты, занесенные в табл. 4.
Таблица 4
Распределение характера отношения к заповедникам
у учащихся 8-х классов
Отношение к заповеднику
Познавательный интерес
Практическая реализация
духовноразвивающего потенциала заповедной природы
Природоохранная активность
8а
8б
Общее
значение
21%
Значение
мальчиков
22,2%
Общее
значение
4,7%
Значение
мальчиков
4,7%
52,6%
55,5%
38%
38%
26,3%
22,2%
57,1%
57,1%
У всех учащихся наблюдается эмоционально положительное
отношение к заповедникам. Однако, отношение к заповеднику,
как к источнику материальной пользы (56,2%), значительно превосходит познавательное (21%) и природоохранное (26,3%) отношение у учащихся 8а класса, что является тревожным симптомом. Познавательный интерес к заповедникам проявляют наименьшее число учащихся в обоих классах. Возможно, это связано
с тем, что учащиеся проживают в большом городе, вдалеке от
особо охраняемых природных территорий, мало слышат информации о заповедниках. Природоохранная активность наиболее
выражена у мальчиков 8б класса (57,1%). В целом можно констатировать, что использование экологических аспектов тем на уроках биологии и во внеучебное время повышает уровень экологического сознания у школьников 8б класса.
221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Литература
1. Медведев В. И., Алдашева А. А. Экологическое сознание: учебное
пособие для студентов вузов, обучающихся по педагогике, психологии,
экологическим направлениям и специальностям. 2-е изд. ,доп. М.: Логос,
2001. 382 с.
2. Новиков Ю. В. Природа и человек. М.: Просвещение, 1991. 221 с.
3. Дерябо С. Д., Ясвин В. А. Экологическая педагогика и психология:
учебное пособие для вузов. Ростов н/Д.: Феникс, 1996. 476 с.
К ВОПРОСУ О ГИГИЕНИЧЕСКИХ ОСНОВАХ
ВИТАМИННО-МИНЕРАЛЬНОЙ ПРОФИЛАКТИКИ
Е. В. Шитова, А. А. Балдакова, Е. М. Бутылина
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
ibnjdf@mail.ru
В последние годы не только за рубежом, но и в России отмечается взрыв научной активности, посвященной решению глобальной и вечной проблемы "Что есть польза, а что есть вред для
здоровья? Как правильно питаться, как правильно принимать микроэлементы, как правильно принимать витамины?" Общепризнанная концепция нутрициологии утверждает, что "весь мировой и
отечественный опыт убедительно свидетельствует о том, что наиболее эффективным и экономически доступным способом кардинального улучшения обеспечения населения микронутриентами
является включение в рацион питания специализированных пищевых продуктов, обогащенных этими ценными биологически активными пищевыми веществами до уровня, соответствующего
физиологическим потребностям человека "[3]. Известно, что в
нашей стране очень широко распространены дефициты магния,
цинка, йода, селена, кальция и ряда других макро- и микроэлементов. В тоже время не следует думать, что баланс минералов всегда
отрицательный, дефицитарный. Распространенность избытка химических элементов составляет от 1/6 до 1/10 части всех дисмикроэлементозов, а в промышленных зонах и в некоторых регионах
этот показатель выше – до 50% [2]. Так при нормальной фоновой
концентрации одного из элементов в организме, в достаточном
количестве, поступающего с пищей, при профилактическом упот222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
реблении витаминно-минеральных комплексов можно получить
нарушение элементного баланса в организме и вызвать связанные
с этим заболевания. Например, при избыточном поступлении в организм человека железа, меди, селена, ванадия, хрома, молибдена,
никеля, бора, марганца, фтора эти минералы становятся токсичными, могут провоцировать серьезные заболевания, а также сдвигать сложную систему сбалансированных взаимоотношений макро- и микроэлементов [1]. По международным данным и по данным лаборатории фармакологии мутагенеза НИИ Фармакологии
РАМН, все металлы с переменной валентностью (медь, хром, железо и т. д.) при назначении их "на авось" могут выступать как
промоутеры мутагенеза и канцерогенеза.
Таким образом, прежде чем употреблять витаминно-минеральные комплексы, желательно знать не только исходное содержание
химических элементов в организме человека, но и представлять
взаимодействие и взаимовлияние минералов и витаминов.
Основным источником витаминов и минералов для человека
является пища. Содержание этих нутриентов в пищевом рационе
может колебаться и зависит от разных причин: от сорта и видов
продуктов, от способов и сроков их хранения, характера технологической обработки пищи, от выбора блюд и привычек в питании.
Другим, источником являются витаминно-минеральные комплексы. Поступившие в организм минералы взаимодействуют между
собой: цинк борется с кальцием за одни и те же рецепторы для всасывания в желудочно-кишечном тракте, железо вытесняет медь;
марганец – магний; молибден – медь; медь – цинк и молибден и
т. д. Часто в витаминно-минеральные комплексы входят сразу несколько конкурирующих между собой элементов. Поэтому необходимо серьезно подходить к вопросу о выборе препарата для коррекции витаминной и особенно минеральной недостаточности.
Бесконтрольное и неграмотное применение такого рода фармакологических средств угрожает развитием гипервитаминозов, гипермикроэлементозов и дисбаланса в витаминном и минеральном обмене. Что и наблюдалось в наших исследованиях.
Учитывая то, что к группе риска по возникновению витаминных и минеральных дисбалансов относятся дети [2, 3], нами были
обследованы выборки детей от 1 до 3 лет постоянно проживающих
223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в Архангельской и Ярославской области. В каждой области дети
были разделены на группы. 1 – я группа: получающие с профилактической целью витаминно-минеральные комплексы и 2 – я группа:
не употребляющие витаминно-минеральных препаратов.
В качестве материала исследования были выбраны волосы, в
которых оценивали количественное содержание цинка, меди,
свинца и кадмия. Методом исследования выбрана инверсионная
вольтамперометрия. Статистическая обработка данных проводилась с помощью пакета Statistica версии 5.
В ходе работы было произведено 256 измерений проб волос из
Архангельской области и 249 измерений из Ярославской области.
В среднем, как в Архангельской, так и в Ярославской области
фоновое содержание выбранных нами элементов имело похожую
картину. Так при нормальном содержании цинка в волосах
(113,0 ± 9,1 мкг/г и 106,7 ± 5,7 мкг/г соответственно) отмечалось
превышение нормативных показателей содержания меди (до
11 мкг/г) в организме детей (19,9 ± 2,9 мкг/г и 12,5 ± 2,3 мкг/г соответственно). Кроме этого в Архангельской области отмечено превышение нормативных показателей содержания свинца (до 3 мкг/г)
и составило 4,2 ± 0,9 мкг/г; содержание свинца в Ярославской области составило 2,1 ± 0,6 мкг/г. Содержание кадмия в выбранных
областях соответствует нормативам и составило по 0,2 ± 0,01 мкг/г.
В ходе анкетирования были отобраны группы здоровых детей, профилактически принимающих витаминно-минеральные
комплексы. В результате выявлено, что как в Архангельской, так
и в Ярославской области отмечалось достоверное изменение содержания микроэлементов в организме детей, принимающих витаминно-минеральные комплексы, а именно: в Архангельской
области – снижение содержания цинка в 1,2 раза, увеличение содержания свинца в 1,6 раза и кадмия – в 1,5 раза; в Ярославской
области: отмечено снижение концентрации цинка в 1,2 раза и
увеличение концентрации меди в 1,3 раза.
Данные изменения могли быть спровоцированы антагонистическими отношениями между микроэлементами с одной стороны, а с другой стороны непрофессиональным подбором препарата при самопрофилактике без знания фоновых концентраций
микроэлементов в организме.
224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, и в лечебных, и в профилактических технологиях витаминной и минеральной коррекции проблема выбора
конкретного препарата и проблема его дозирования стоит очень
остро. Не стоит забывать, что лечение, а в ряде случаев и назначение профилактических мероприятий – это прерогатива врача.
При этом, вопреки распространенному в недавнем прошлом мнению, минеральная коррекция должна проводиться только при доказанном дефиците того или иного элемента и по возможности
монопрепаратами с последующей периодической оценкой элементного статуса организма.
Литература
1. Авцын А. П., Жаворонков А. А., Риш М. А. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология. М., 1991. 496 с.
2. Скальный А. В. Биоэлементы в медицине. СПб., 2000. 423с.
3. Тутельян В. А., Спиричев В. Б., Шатнюк Л. Н. Справочник по диетологии. М. Медицина , 2002 544 с.
ЗНАЧЕНИЕ ЙОДА
ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
Г. А.Урванцева
Ярославский государственный
университет им. П. Г. Демидова
Хорошо известна роль йода в организме человека – участие в
образовании гормонов щитовидной железы (ЩЖ). Щитовидная
железа – одна из самых крупных желез внутренней секреции: у
взрослого человека она весит 15–20 г и состоит их двух долей длиной 4 см и шириной 2–2.5 см, соединенных перешейком. ЩЖ секретирует йодсодержащие гормоны, называемые тиреоидными.
Клетки ЩЖ обладают характерной способностью избирательно
накапливать йод. Ежедневно ЩЖ расходует 75 мкг йода для нужд
организма. Йод поступает в ЩЖ в форме ионов, которые окисляются до молекулярного йода пероксидазами и образовавшийся молекулярный йод реагирует с аминокислотой тирозином. При этом
сначала синтезируются монойодирозин (1) и дийодтирозин (2):
225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
H2
C
I
H2
C
I
CH
COOH
COOH
NH2
HO
NH2
HO
CH
(1)
(2)
I
Затем они соединяются с белком с образованием тиреоглобулина, расщепление которого протеиназой и последующая конденсация монойодтирозина и дийодтирозина приводит к образованию двух главных гормонов ЩЖ–трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4):
I
I
O
HO
I
COOH
C
H2
CH
NH2
(Т3)
I
I
O
HO
I
I
NH2
C
H2
CH
COOH
(Т4)
Трийодтиронин и тироксин секретируются в кровь, где они соединяются с белками сыворотки крови, служащими их переносчиками. В тканях комплексы гормонов с белками распадаются с освобождением Т3 и Т4. Трийодтиронин физиологически более активен, чем тироксин, но количество его в сыворотке крови примерно
в 100 раз меньше, чем тироксина. Поэтому для диагностики заболеваний щитовидной железы определяют концентрацию свободного тироксина (Т4). ЩЖ секретирует в кровь и тиреокальцитонин,
который регулирует концентрацию кальция в плазме.
Тиреоидные гормоны регулируют рост и развитие клеток,
функции центральной и периферической нервных систем, мышечной, репродуктивной, костной, сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма. И самое главное – они могут
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
управлять процессами синтеза белков, влияя на процесс транскрипции. Еще один очень важный эффект действия тиреоидных
гормонов – способность стимулировать клеточное и тканевое дыхание путем регуляции поглощения кислорода митохондриями.
Йод также является регулятором функции ЩЖ, даже более важным, чем передняя доля гипофиза, в которой образуется тиреотропный гормон (ТТГ), регулирующий синтез и секрецию тиреоидных гормонов. Поэтому дефицит йода приводит к тяжелым последствиям: снижаются умственные способности, появляются
апатия и сонливость, нарушается обмен веществ. При хроническом недостатке йода ткань ЩЖ разрастается и образуется эндемический зоб. Но если недостаток йода сохраняется достаточно
долго, увеличение объема железы не нормализует потребление
йода и снова появляются симптомы йододефицита.
Организм человека не может синтезировать йод, поэтому
люди должны получать его исключительно с продуктами питания. Всемирная организация здравоохранения рекомендует следующие нормы суточного потребления йода: для детей 90–
120 мкг, для взрослых – 150–200 мкг. Самое большое количество
йода требуется беременным и кормящим женщинам – 200 мкг в
день. Известно, что щитовидная железа плода начинает работать
с 12-й недели беременности, поэтому первые три месяца эмбрион
развивается исключительно за счет тиреоидных гормонов матери.
Если их недостаточно, страдает весь организм будущего ребенка,
и прежде всего его мозг. Кроме того, дефицит йода опасен и для
матери, поскольку потребление йода организмом во время беременности возрастает: недостаток йода в пище беременной женщины может привести к быстрому развитию зоба.
Проблема дефицита йода для России чрезвычайно актуальна,
так как более 70% ее территории имеют недостаток йода в воде и
почве, а отсюда и в продуктах питания местного происхождения.Жители России употребляют в среднем 40–80 мкг йода в сутки, в то время как в США на среднего жителя приходится 400–
800, а в Японии – 1500 мкг йода в сутки. Исследования, проведенные в разных странах мира показали, что в регионах тяжелой
йодной недостаточности у 1–10% населения встречается кретинизм, у 5–30% – неврологические нарушения и умственная от227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сталость, у 30–70% – снижение умственных способностей. Установлено, что при эндемическом зобе, сопровождающемся кретинизмом, в ткани щитовидной железы отсутствует фермент, необходимый для превращения аминокислоты тирозина в тироксин.
Возникающая при этом недостаточность гормона ЩЖ препятствует нормальному росту и развитию, приводя к умственной и физической отсталости.
Профилактика дефицита йода должна осуществляться, прежде всего, обеспечением поступления достаточных количеств йода
за счет естественных продуктов питания с высоким его содержанием:
Перечень богатых йодом продуктов питания
Продукт
Морская капуста
треска
креветки
хек
яйцо куриное
молоко коровье
мясо животных
печень говяжья
свекла
мясо птицы
картофель
хлеб ржаной
сливки 20%
фасоль и соя
салат, виноград
крупы разные
орехи грецкие
фрукты
Содержание йода в мкг%
до 3000
135
110
33
20
16
6.8-7.2
6.3
до 7
4–5.6
5
3–5.6
9.3
8.2–12.1
8
3.3–5.1
3.1
2
Итак, наиболее богатыми источниками йода являются морские
продукты, а также молоко и куриные яйца. Следует также использовать в пищу продукты питания, обогащенные йодом – йодированную соль, йодированные масло, хлеб, молоко и другие продукты. Этот метод профилактики называется «немым»: человек зачастую не знает, что употребляет в пищу продукт питания,
обогащенный йодом. Использование йодированной поваренной со228
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ли является наиболее универсальным методом массовой профилактики йоддефицитных заболеваний. Диапозон ее потребления невелик (5–10 г) в сутки и не зависит от времени года, возраста, пола и
других параметров. В 1998 году в нашей стране принят новый
стандарт на йодированную поваренную соль: от 25–55 мкг йода на
1 кг поваренной соли в виде стабильной соли – йодата калия. Использование йодата калия повышает качество йодированной соли,
увеличивает сроки ее хранения и реализации. Применение йодированной поваренной соли способно ликвидировать йодный дефицит.
Однако в определенные периоды жизни человека (детский и подростковый, беременность, кормление грудью) организм нуждается
в регулярном дополнительном приеме физиологических доз йода.
В таких случаях врачи назначают препараты, содержащие физиологическую дозу йодида калия, например, йодомарин, одна таблетка которого содержит дневную дозу йода.
Нами определена концентрация йодид-ионов в образцах воды
и почвы из разных муниципальных районов Ярославской области.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в образцах воды
из Переславского района (пробы взяты из колодца, колонки и озера
Плещеево) содержание йодид-ионов меньше, чем в водопроводной
воде г. Ярославля. Так как содержание йодид-ионов в образцах
варьирует от 6,36 до 10,08 мкг/л, то исследованные муниципальные
районы Ярославской области можно отнести к районам с умеренным дефицитом йода. Содержание йода в образцах почвы Переславского муниципального района составляет 447,48±43,15 мкг/кг,
а в Ярославском муниципальном районе – 575,96±38.35 мкг/кг, что
позволяет отнести Переславский и Ярославский районы к регионам
с низкой концентрацией йода в почве.
Литература
1. Популярная медицинская энциклопедия / под ред. Б. В. Петровского. М.: Советская энциклопедия, 1987. 704 с.
2. Пивоваров Ю. П., Королик В. В., Зиневич Л. С. Гигиена и основы
экологии человека: Учебник для студ. высших мед. учебн. заведений. М.:
Академия, 2004. 528 с.
3. Марри Р., Греннер Г., Родуэл В. Биохимия человека: в 2 т.; пер. с
англ. М.: Мир, 1993.
229
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Свириденко Н. С. Диета для щитовидной железы // Наука и жизнь,
№ 3, 2004.
5. Урванцева Г. А. Зависимость числа патологий щитовидной железы
от содержания йода в воде и почве в Ярославской области // Материалы
четвертой научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии Ярославской области». Вып. 4, т. 2. Ярославль: Издание ВВО РЭА.
С. 106–110.
ПРИМЕНЕНИЕ ЛИПАЗЫ
ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА
ДЕСОРБЦИИ ЖИРОВЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
С ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ
И ПОЛИЭФИРНЫХ ТКАНЕЙ
Л. С. Петрунин, Т. Е. Баланов**, В. В.Сафоно,
А. Б. Белова*, Н. Л. Клячко *
Московский государственный текстильный
университет имени А. Н. Косыгина,
*Московский государственный
университет им. М.В. Ломоносова,
**ООО «ЦНИИБыт»
E-mail: pls-07@mail.ru
Как известно застарелые пятна жирового происхождения,
подвергающиеся в процессе эксплуатации действию тепла, света
и других факторов относятся к числу наиболее трудноудаляемых
загрязнений.
Поэтому в данной работе представляло интерес найти экологичный и эффективный способ интенсификации процесса удаление
жировых загрязнений с поверхности текстильных материалов.
В настоящее время ферменты находят широкое применение
во многих областях, включая медицину, пищевую, косметическую, бумажную и текстильную промышленность, органический
синтез, а также они получили большое распространение в составах моющих и пятновыводных средств.
Среди всего многообразия ферментов особенно привлекателен класс ферментов липаз, которые ускоряют процесс разложения жировых веществ. Также немало важным является то, что
230
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
липазы стабильны как в водных, так и в органических средах, что
делает возможным применение их в моющих составах как для
водной обработки текстильных изделий, так и для химической
чистки в среде органических растворителей.
Липаза является широко распространенным ферментом, обнаруженным у животных, растений и микроорганизмов, а с появлением генной инженерии увеличилось число липаз, производимых из рекомбинантных бактерий и дрожжей. Однако более перспективными считаются липазы микроорганизмов, поскольку в
природе они представлены в достаточно большом количестве и
при этом имеют широкий pH и температурный диапазон действия
по сравнению с липазами животных и растений.
В работе была исследована модифицированная липаза, полученная ферментацией генетически измененных микроорганизмов
Aspergillus.
Исследование проводили на расшлихтованной отбеленной и
неаппретированной хлопчатобумажной и полиэфирной ткани,
искусственно загрязненной пигментно-масляным составом по
гостированной методике.
Эффективность удаления жировых загрязнений с хлопчатобумажных тканей оценивалась по величине моющей способности, которая рассчитывалась на основе измеренных оптических
характеристик обработанных, загрязненных и исходных тканей
на спектрофотометре MINOLTA CM-3600d итальянской фирмы
ORINTEX.
В ходе эксперимента определена рабочая область фермента, в
которой он проявляет линейную зависимость от концентрации
субстрата. Изучена активность липазы в зависимости от pH среды, температуры и времени инкубации. Исследована стабильность фермента в различных температурных и временных режимах. Изучено влияние концентрации, температуры, и времени обработки на моющую способность фермента.
Установлено, что фермент липаза проявляет наибольшую активность в щелочной среде при pH от 8 до 10,5. Данная среда
благоприятна для удаления жировых загрязнений.
Показано, что при повышении температуры обработки моющая способность липазы увеличивается и максимальный моющий
231
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
эффект наблюдается при температуре 40-60ºС, при дальнейшем
повышение температуры моющая способность снижается.
Отмечено, что увеличение времени обработки также влияет
на моющий эффект, предельное значение достигается при 20 минутах. С дальнейшим ростом продолжительности обработки
моющий эффект значительно не изменялся.
Фермент липаза растворим только в водной среде и не растворим в жирах, однако, реакция гидролиза может идти только на
поверхности раздела фаз вода-масло. Максимально увеличить эту
поверхность помогают поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Также как известно ПАВ являются основой всех моющих
средств. При проникновении молекул ПАВ внутрь загрязнение
разрыхляется и дробится на мельчайшие капельки жира с развитой суммарной поверхностью, поэтому эффективность липазы в
этих условиях высока. Одновременно с этим происходит вытеснение частиц загрязнений с волокна и переход их во взвешенном
состоянии в раствор.
Поэтому в работе также было исследовано влияние различных классов ПАВ на активность липазы и на эффективность удаления жировых загрязнений, изучено введение в смесь НПАВ
биологически активных добавок – ферментов.
Было установлено, что наилучший моющий эффект при удалении жировых загрязнений оказывает смесь неионогенных ПАВ,
относящихся к оксиэтилированным высшим жирным спиртам:
НПАВ1 и НПАВ2 в соотношении 5:1 соответственно.
Отмечено, что введение липазы в смесь НПАВ1 и НПАВ2
приводит к повышению моющей способности композиции, причем наиболее полное удаление жирового загрязнения наблюдается при очистке полиэфирных тканей, что связано со структуой и
гидрофобными свойствами волокна.
Изучено влияние добавок различных солей на эффективность
удаления жировых загрязнений с текстильного материала.
Показано, что введение 1г/л щелочной добавки – кальцинированной соды к смеси НПАВ1, НПАВ2, липаза, приводит к значительному повышению моющей способности композиции как
при обработке хлопчатобумажных, так и полиэфирных тканей.
232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Исследовано влияние окислителей (О1, О2) и восстановителей (В1, В2) на процесс десорбции жировых загрязнений с текстильных материалов.
На основании экспериментальных данных можно сделать
вывод, что наиболее эффективным является введение добавки
восстановителя В2, так как происходит значительное увеличение
моющей способности состава, превышающее по абсолютному
значению моющей способности добавки всех исследуемых окислителей и восстановителей.
Таким образом, в ходе проведенной работы была исследована возможность применения ферментов – липаз для удаления жировых загрязнений с текстильных материалов разного происхождения, подобраны соотношения концентраций компонентов в
смесях ПАВ, липазы, щелочные соли и восстановители, рассмотрены и исследованы различные композиции на их основе в качестве составов для удаления жировых загрязнений.
На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод о целесообразности применения ферментов в
процессах удаления жировых загрязнений с поверхности текстильных материалов.
233
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
Памяти Германа Севировича Миронова (1935–2008 гг.) ................... 4
Секция 1. Проблемы современного органического синтеза
и принципы «зеленой химии»
ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ КАРБО-, N,O-СОДЕРЖАЩИХ
ГЕТЕРОАРОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В. Ю. Орлов, А. Д. Котов .............................................................. 8
АРОМАТИЧЕСКОЕ НУКЛЕФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ
В МЕЖФАЗНЫХ СИСТЕМАХ
В. В. Плахтинский, И. Г. Абрамов.............................................. 10
НОВЫЙ ПОДХОД К ПОЛУЧЕНИЮ ТРИЦИКЛИЧЕСКИХ
СИСТЕМ, СОДЕРЖАЩИХ ФРАГМЕНТЫ БЕНЗОКСАЗЕПИНОНА
И БЕНЗТИОЗЕПИНОНА
НА ОСНОВЕ РЕАКЦИИ ДЕНИТРОЦИКЛИЗАЦИИ
А. В. Смирнов, Л. С. Каландадзе, В. Н. Сахаров,
А. В. Сапегин, Т. А. Христолюбова............................................ 11
НОВЫЙ ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА
ЗАМЕЩЕННЫХ ИЗОИНДОЛОНОВ
А. С. Воробьева, А. П. Ильин, М. В. Дорогов ........................... 15
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОИЗВОДНЫХ
1,1,1-ТРИХЛОР-2,2,-ДИФЕНИЛЭТАНА С НИТРИТАМИ
ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
В. Н. Казин, С. Г. Сибриков ........................................................ 16
ЭФФЕКТ СОПРОВОЖДЕНИЯ ПРИ ХЛОРИРОВАНИИ
МЕТИЛОВЫХ ЭФИРОВ БИФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
К. Л. Овчинников, С. С. Рожков, М. С. Черкалин ..................... 21
МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩАЯ ФУЛЛЕРЕНОВАЯ ЧЕРНЬ,
КАК КАТАЛИЗАТОР ГИДРОГЕНИЗАЦИОННОГО
АМИНИРОВАНИЯ
Н. А. Магдалинова, М. В. Клюев, Т. Г. Волкова ....................... 22
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ КАРТ
КОХОНЕНА ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ
234
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
М. Ю. Соловьев ............................................................................ 26
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ 1Ht-2,4-ДИНИТРОБЕНЗОЛОВ
Р. С. Бегунов, Ю. С. Яковлева, Г. А. Рызванович ..................... 29
СИНТЕЗ 4-ЗАМЕЩЁННЫХ
АРИЛПИРИДАЗИН-3-(2Н)-ОНОВ
И. Е. Стомпелев, А. В. Колобов .................................................. 35
ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ СУЛЬФОХЛОРИРОВАНИЯ
ПРОИЗВОДНЫХ 1-АРИЛ-1Н-ПИРАЗОЛОВ
Ю. В. Новожилов, М. К. Корсаков, О. А. Ясинский ................. 36
ОКИСЛЕНИЕ ВИНИЛЬНЫХ МОНОМЕРОВ
В ПРИСУТСТВИИ НИТРОКСИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ
М. В. Постнов, А. М. Гробов, Д. В. Лошадкин, Е. М. Плисс ... 39
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗОЛА, БИФЕНИЛА И ТЕРФЕНИЛА
Н. В. Лебедева, М. В. Постнова, Г. Н. Кошель .......................... 41
НОВЫЕ БЕНЗАННЕЛИРОВАННЫЕ ЛАКТАМНЫЕ
СИСТЕМЫ РЯДА БЕНЗОКСАЗИНОНА
И. А. Вихров ................................................................................. 43
СИНТЕЗ ЗАМЕЩЕННЫХ ПИРИДО[1,2-α]БЕНЗИМИДАЗОЛОВ –
ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ МЕТОК ДЛЯ ДНКЗОНДОВ
Г. А. Рызванович, Р. С. Бегунов, Ю. С. Яковлева ..................... 44
ХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ
БЕНЗОФУРАН-5,6-ДИКАРБОНИТРИЛОВ
Ж. В. Чиркова, С. И. Филимонов, И. Г. Абрамов,
А. П. Хорн, А. С. Данилова ......................................................... 49
СИНТЕЗ БИС-СУЛЬФАМИДНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
1Н-ПИРРОЛ-1-ИЛУКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
Т. В. Сахарова, Д. Б. Кобылинский, М. В. Дорогов .................. 50
КОНСТАНТА РАВНОВЕСИЯ НИТРОЗО-ОКСИМНОЙ
ТАУТОМЕРИЗАЦИИ ПАРАХИНОНМОНООКСИМОВ
235
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕАКЦИИ
АРОМАТИЧЕСКОГО НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ
Д. А. Базлов, А. Д. Котов, В. Ю. Орлов ..................................... 52
ОСОБЕННОСТИ РЕАКЦИИ ДЕГИДРИРОВАНИЯ
АНГИДРИДОВ 4-R-ЗАМЕЩЕННЫХ ЦИКЛОГЕКСАН-1,2ДИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
А. А. Шетнев, В.В. Плахтинский, А. В. Колобов ...................... 57
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СИНТЕЗА НОВЫХ АМИДНЫХ
ПРОИЗВОДНЫХ 3-АРИЛ-5-АМИНОИЗОКСАЗОЛОВ
Е. В. Семенычев, М. К. Корсаков, О. А. Ясинский ................... 58
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
ГИДРОПЕРОКСИДНОГО РАДИКАЛА С ДВОЙНОЙ СВЯЗЬЮ
В СРЕДЕ ПОЛЯРНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
М. А. Казнина, А. В. Сирик, В. А. Мачтин, Е. М. Плисс.......... 60
4-ФЕНИЛОКСИФТАЛОНИТРИЛЫ
И ФТАЛОЦИАНИНЫ НА ИХ ОСНОВЕ
В. С. Шарунов, И. И. Бойко, И. Г. Абрамов, С. И. Филимонов,
Г. Г. Красовская, О. В. Доброхотов ............................................ 62
СИНТЕЗ МОНОМЕРОВ НА ОСНОВЕ ХЛОРАЛЯ И ДДТ
В. Н. Казин, С. Г. Сибриков ........................................................ 64
ЖИДКОФАЗНОЕ КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
П-АЦИЛЗАМЕЩЕННЫХ ТОЛУОЛОВ КИСЛОРОДОМ
С. В. Красников, Т. А. Обухова,
Е. Е. Фролова, Н. В. Камкина ...................................................... 71
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ОБРАЗОВАНИЯ σ -КОМПЛЕКСОВ В РЕАКЦИИ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПАРА-НИТРОХЛОРБЕНЗОЛА
С ФЕНИЛАЦЕТОНИТРИЛОМ
А. В. Цивов, А. Д. Котов, В. Ю. Орлов ...................................... 72
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ МНОГОСЛОЙНОГО ПЛЕНОЧНОГО
КАТАЛИЗАТОРА В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА ИЗ ПАРОВОЙ ФАЗЫ
УГЛЕРОДНЫХ НАНОСТРУКТУР
Н. Г. Савинский, А. А.Шорников, М. Л. Гитлин,
А. И. Русаков, В. Ю. Орлов ......................................................... 76
236
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СИНТЕЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК НА ЗАКРЕПЛЕННОМ
ПЛЕНОЧНОМ
КАТАЛИТИЧЕСКОМ СЛОЕ
Н. Г. Савинский, А. А. Шорников, М. Л. Гитлин,
А. И. Русаков, В. Ю. Орлов ......................................................... 87
СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ПЕРСПЕКТИВНЫХ,
МНОГОЦЕЛЕВЫХ АЗОКРАСИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ
МЕТИЛФЛОРОГЛЮЦИНА (МФГ)
К. И. Кобраков, Г. С. Станкевич, В. И. Ушкаров,
К. Г. Алексанян, В. Ю. Орлов, Р. С. Бегунов............................. 96
ОКРАШЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ КАК ПОЛУПРОДУКТЫ В СИНТЕЗЕ
КРАСИТЕЛЕЙ ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
К. И. Кобраков, О. Ю. Неборако ............................................... 102
Секция 2. Эколого-химические проблемы охраны
окружающей среды
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ
ВОРКУТИНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
ПО СОСТОЯНИЮ ЛИШАЙНИКОВОГО ПОКРОВА
Г. В. Кондакова, О. Д. Денисенко ............................................. 107
САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ РАНЖИРОВАНИЕ
ИСТОЧНИКОВ ПОСТУПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В ОРГАНИЗМ ДЕТЕЙ, ПРОЖИВАЮЩИХ
В ЯРОСЛАВСКОМ РЕГИОНЕ
Е. В. Шитова, А. В. Еремейшвили, Ю. Н. Сватковская .......... 114
РОЛЬ НАПРАВЛЕННОГО МУТАГЕНЕЗА
В ИССЛЕДОВАНИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ
ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ РЕАКЦИОННЫХ ЦЕНТРОВ
Т. Ю. Фуфина, М. М. Леонова,
Л. Г. Васильева, В. А. Шувалов ................................................ 118
ФОРМАЛИЗОВАННЫЕ КРИТЕРИИ ВСР В ОЦЕНКЕ
ОПЕРАТИВНЫХ ПЕРЕСТРОЕК ВЕГЕТАТИВНОГО
ГОМЕОСТАЗА У РАБОТНИКОВ
КАБЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В. Г. Лебедев, А. В. Лебедев, И. Ю. Мышкин ......................... 124
237
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СМОГ, ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ПРИ ЕГО ОБРАЗОВАНИИ И ВЛИЯНИЕ СМОГА
НА ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ
С. Г. Сибриков, В. Н. Казин ...................................................... 139
РАЗВИТИЕ КОНЕЧНОСТЕЙ У ЛИЧИНОК ЛЯГУШКИ
ТРАВЯНОЙ В НОРМЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЕ
И. П. Комарова, Ю. В. Холмогоров, Е. П. Киреева ................. 146
СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СНЕГЕ,
ПОЧВЕ И ВОДЕ В РАЗНЫХ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ
И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
А. Л. Фираго, Е. А. Бакаева, Е. А. Тихомирова,
Е. М. Бутылина, А. А. Балдакова .............................................. 151
ВЛИЯНИЕ МЕСТА ПРОЖИВАНИЯ
НА ПОКАЗАТЕЛЬ ЦИРКАДНОГО ИНДЕКСА
В. Е. Середняков, Е. И. Крюков, М. Р. Черняев ...................... 158
РАЗВИТИЕ ОСЕВОГО СКЕЛЕТА,
ЧЕРЕПА, КОНЕЧНОСТЕЙ У ЛИЧИНОК
ЛЯГУШКИ ТРАВЯНОЙ (Rana TEMPORARIA)
И. П. Комарова, Е. Е. Жомова,
Н. П. Афанасьева, М. М. Егорова ............................................. 162
ЭКОМЕТРИЯ БИОАГРЕССИВНОСТИ АСБЕСТОВ И СИЛИКАТОВ
МЕТОДОМ АНАЛИЗА ЭНЕРГИИ
ИНЬ ЯН ЧЕЛОВЕКА
М. Н. Довгань, В. В. Попов ....................................................... 168
ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЯДЕР НЕЙРОНОВ
ПРЕДОПТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ АРКУАТНОГО
И СУПРАХИАЗМАТИЧЕСКОГО ЦЕНТРОВ ГИПОТАЛАМУСА
ПРИ СТРЕССЕ И ВВЕДЕНИИ АЛЬФА-ТОКОФЕРОЛА
М. В. Козак ................................................................................. 178
НАДФ – ДИАФОРАЗО – ПОЗИТИВНЫЕ И ХОЛИНЭСТЕРАЗОПОЗИТИВНЫЕ НЕЙРОНЫ ИНТРАМУРАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ
ЖЕЛУДКА КРЫСЫ В НОРМЕ И ПАТАЛОГИИ
Е. В. Шитова, И. В. Тихомирова, Е. К. Тихомирова ............... 186
УТИЛИЗАЦИЯ ВЫСОКОВЯЗКИХ НЕФТЕШЛАМОВ
СОВМЕСТНО С ОТРАБОТАННЫМИ МАСЛАМИ
Н. Л. Гурылёва, С. Д. Тимрот, Н. С. Яманина ......................... 189
238
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИЗУЧЕНИЕ И ОЦЕНКА СОВРЕМЕННОГО
СОСТОЯНИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
ВОДОХРАНИЛИЩА-ОХЛАДИТЕЛЯ ЯРОСЛАВСКОЙ ГРЭС
М. А. Борисова, А. В. Тихонов ................................................. 193
ОЦЕНКА ГЕНОТОКСИЧЕСКОГО
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ
Прохорова И.М., Фомичева А.Н., Ковалева М.И. ................... 199
СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ХЕМОТИПОВ
Mentha spicata L.
Е. Пелях, М. Писова, В. Чобану ................................................ 205
Секция 3. Проблемы химического образования
и устойчивое развитие
РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЕТЕНТНОСТОГО ПОДХОДА
В ОБУЧЕНИИ БИОХИМИИ СТУДЕНТОВ-ЭКОЛОГОВ
Е. Л. Грачева ............................................................................... 212
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОЗНАНИЯ ШКОЛЬНИКОВ
Г. А. Урванцева, М. В. Лалетина .............................................. 217
К ВОПРОСУ О ГИГИЕНИЧЕСКИХ ОСНОВАХ
ВИТАМИННО-МИНЕРАЛЬНОЙ ПРОФИЛАКТИКИ
Е. В. Шитова, А. А. Балдакова, Е. М. Бутылина ..................... 222
ЗНАЧЕНИЕ ЙОДА ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА
Г. А. Урванцева .......................................................................... 225
ПРИМЕНЕНИЕ ЛИПАЗЫ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ
ПРОЦЕССА ДЕСОРБЦИИ ЖИРОВЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
С ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ И ПОЛИЭФИРНЫХ ТКАНЕЙ
Л. С. Петрунин, Т. Е. Баланов, В. В.Сафоно,
А. Б. Белова, Н. Л. Клячко ......................................................... 230
239
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Научное издание
ПРИНЦИПЫ ЗЕЛЕНОЙ ХИМИИ
И ОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ
Материалы Всероссийской
научно-практической конференции
9–10 октября 2009 года
Компьютерная верстка И. Н. Иванова
Подписано в печать 25.09.09. Формат 60×84 1/16.
Бум. офсетная. Гарнитура "Times New Roman".
Усл. печ. л. 13,95. Уч.-изд. л. 10,84.
Тираж 120 экз. Заказ
.
Оригинал-макет подготовлен
в редакционно-издательском отделе
Ярославского государственного университета
им. П. Г. Демидова.
150000, Ярославль, ул. Советская, 14.
Отпечатано на ризографе.
ООО «Ремдер» ЛР ИД № 06151 от 26.10.2001.
Ярославль, пр. Октября, 94, оф. 37
тел. (4852) 73-35-03, 58-03-48, факс 58-03-49.
240
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
241
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
105
Размер файла
4 490 Кб
Теги
синтез, зеленой, органических, принципы, 1573, химия
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа