„Badanie rozpuszczalności α -tokoferolu w układach n-alkan/AOT/woda” Agnieszka Bartczak

1. „Badanie rozpuszczalności α-tokoferolu w układach n-alkan/AOT/woda” Agnieszka Bartczak Praca magisterska wykonana w Zakładzie Fizykochemicznych Podstaw Technologii Chemicznej Pod kierunkiem Dr Hanny Wilczury-Wachnik • Mikrokalorymetr UNIPAN Typ600 • Przy współpracy z dr Wioletą Maruszak przeprowadzono próbę wyznaczenia rozmiarów miceli AOT w Laboratorium Badań Strukturalnych za pomocą laserowego analizatora wielkości cząsteczek. Wykorzystano technikę dyfrakcji laserowej umożliwiającej określenie rozkładu wielkości cząstek w oparciu o zależność między kątem ugięcia światła laserowego a wielkością cząstki, która spowodowała to ugięcie. Zbadano roztwory AOT/n-heptan przy różnej zawartości wody, co wykazało wpływ dodatku wody na rozmiary tych agregatów. • Rysunek przedstawia wpływ • dodatku wody na rozkład wielkości • cząsteczek. • Rysunek przedstawia • porównanie rozkładu wielkości • cząsteczek przed (czerwony) ipo • dodatku wody (zielony) oraz po • dodaniu heptanu ( niebieski ). • WNIOSKI: • przeprowadzone badania kalorymetryczne wykazują silną zależność HE od stężenia surfaktanta, szczególnie w obszarze stężeń bliskich CMC; • stwierdzono, że obecność cząsteczek wody w układzie AOT/n-heptan/woda/ α-tokoferol powoduje gwałtowne obniżenie entalpii mieszania przy R→50; • wartości standardowej entalpii przenoszenia cząsteczek α-tokoferolu z n-heptanu do odwróconych miceli AOT wyznaczono metodą nieliniowej regresji otrzymując wartość ok. -20 kJ/mol; • uzyskane wartości CMC dla układów AOT/n-heptan to 0,01 [mol/kg]; w przypadku pomiarów spekrofotometrycznych zauważono, iż roztwory AOT w n-heptanie absorbują w zakresie 190 – 220 [nm] przy R = 0; • z badań strukturalnych wynika, że dodatek wody do układu AOT/n-heptan powoduje zmiany rozkładu wielkości cząstek w kierunku od zakresu dużych cząstek do małych; zmiany te mają charakter odwracalny. • Cel pracy: • Celem pracy jest zbadanie rozpuszczalności α-tokoferolu ( Vit. E ) w odwróconych micelach AOT. • Odwrócone micele AOT,czyli [bis(2-etylofenylo) sulfobursztynian sodu] modelują strukturę błon biologicznych. • Zbadano układy: • HE =f [ AOT], gdy R = 0 [α-tokoferol] = 0,02 [mol/kg] • HE = f [ AOT], gdy R = 5 [α-tokoferol] = 0,02 [mol/kg] • HE = f [ AOT], gdy R = 10 [α-tokoferol] = 0,02 [mol/kg] • HE = f [ R], gdy [α-tokoferol] = 0,02 [mol/kg] • pomiary przeprowadzono po wcześniejszymlizacji AOT w n-heptanie ( z ang. CMC Critical Micellar Concentration) • Komórka jest najmniejszą budulcową i funkcjonalną jednostką organizmów żywych. Stanowi ją przestrzeń ograniczona błoną komórkową. Błona komórkowa otacza komórkę, oddzielając ją od środowiska zewnętrznego, będąc selektywnie przepuszczalna barierą. Fakt, że błona komórkowa może mieć strukturę odwróconych miceli, skierował badania na układy zawierające odwrócone micele AOT jako modele błony biologicznej. • Surfaktanty posiadają doskonałą stabilność oraz pojemność solubilizacyjną. Utworzone przez nie mikroemulsje mogą być nośnikiem hydrofobowych i hydrofilowych leków. • Odwrócone micele to specyficzne struktury tworzone w rozpuszczalnikach nie polarnych przez cząsteczki surfaktantów o właściwościach amfifilowych. Ich wielkości można łatwo kontrolować zmieniając stosunek molowy wody do surfaktantu. Cząsteczki środka powierzchniowo czynnego są w nich uporządkowane w ten sposób, że części hydrofilowe tworzą rdzeń miceli zaś części hydrofobowe skierowane są w stronę fazy organicznej. W efekcie wnętrze odwróconej miceli jest hydrofilowe a powierzchnia zewnętrzna hydrofobowa. Dzięki takiej strukturze odwrócone micele wykazują specyficzną właściwość zamykania cząsteczek wody w swoim wnętrzu. Warunkiem koniecznym dla tworzenia miceli jest osiągnięcie przez surfaktant stężenia krytycznego micelizacji (CMC). • Prezentowana praca stanowi fragment projektu badawczego realizowanego aktualnie w Pracowni Fizykochemicznych Podstaw Technologii Chemicznej, którego celem jest znalezienie w odwróconych micelach AOT najbardziej uprzywilejowanych termodynamicznie miejsc lokowania się cząsteczek antyoksydantów np. α-tokoferolu. • Przedmiotem badań w mojej pracy jest rozpuszczalność α-tokoferolu w odwróconych micelach AOT. Obiektem prezentowanych badań jest układ AOT/n-heptan/woda/α-tokoferol. AOT to surfaktant anionowy o systematycznej nazwie [bis[(2etyloheksylo)sulfobursztynian sodu)]. Pomiary efektów cieplnych towarzyszących mieszaniu roztworów AOT i α-tokoferolu w n-heptanie z udziałem i bez udziału wody, a także określenie wpływu ilości wody na rozmiary miceli powstających w roztworze stanowią podstawę eksperymentu. Pomiary kalorymetryczne wykonano w temperaturze 298K, w szerokim przedziale stężeń AOT (poczynając od CMC), oraz w funkcji parametru R zdefiniowanego jako stosunek stężenia wody do stężenia surfaktanta w danym roztworze. Część eksperymentalną pracy zrealizowano metodą diatermiczną stosując mikrokalorymetr przepływowy UNIPAN 600. • Wykonano pilotażowe próby pomiaru wielkości miceli AOT w badanych roztworach laserowym analizatorem wielkości cząsteczek w Laboratorium Badań strukturalnych przy Wydziale Chemii UW. • Witamina E jest szeroko stosowanym w medycynie i kosmetyce antyoksydantem. Związki tego typu biorą udział w organizmie w tworzeniu mechanizmów ochronnych. Za antyoksydant uważa się każdą substancję, która jeśli jest obecna w niskim stężeniu w porównaniu z substancja podatną na utlenienie, znacząco opóźnia utlenienie lub mu zapobiega. Tokoferole są związkami rozpuszczalnymi w tłuszczach, ochraniają przed utlenianiem lipidy tworzące struktury komórkowe jak również lipidy w cząsteczkach lipoprotein znajdujących się w osoczu krwi. Witamina E występuje w wielu produktach np.. w ziarnie zbóż czy też w świeżych warzywach. Tokoferole nie rozpuszczają się w wodzie, są odporne na działanie kwasów, zasad i wyższych temperatur. • α-tokoferol ( witamina E) • AOT [bis(2-etyloheksylo)sulfobursztynian sodu] • Odwrócona micela zawierająca molekuły wody oraz cząsteczka AOT • Krytyczne Stężenie Micelizacji • Na skutek przekroczenia określonego stężenia surfaktantu w roztworze dochodzi do samorzutnej agregacji związku powierzchniowo-czynnego, co prowadzi do utworzenia różnego rodzaju miceli. Stężeniem tym jest krytyczne stężenie micelizacji. Wartości CMC wyznaczono refraktometrycznie w różnych temperaturach, a także rozpoczęto pomiary absorbancji A za pomocą spektrofotometru UVmini – 1240 dla roztworów AOT o różnym stężeniu i przy dodatku wody. Na podstawie pomiarów absorbancji dla różnych stężeń surfaktanta można wyznaczyć stężenie, przy którym następuje skokowy wzrost absorpcji światła, co związane jest z utworzeniem się miceli. • WYNIKI POMIARÓW: • Pomiary refraktometryczne • Wykres nr 1. METODYKA POMIAROWA– badania kalorymetryczne: W pomiarach kalorymetrycznychzastosowano metodę diatermiczną, która pozwala na rejestrowanie sygnału elektrycznego, odpowiadającego różnicy temperatur pomiędzy naczyniem pomiarowym, a naczyniem odniesienia w funkcji czasu. Linię bazową, do której odnosi się wielkość efektu cieplnego mieszania dwu cieczy wyznacza się każdorazowo dla stanu stacjonarnego. Odpowiada on przepływowi jednego składnika mieszaniny z prędkością równą sumarycznemu przepływowi obu składników podczas pomiaru bądź tez przepływowi dwu składników pompowanych z prędkością sumaryczną równą prędkości pompowania podczas pomiaru. W drugim przypadku następuje zamiana jednego ze składników przy pomiarze właściwym. Zmianę składu mieszaniny uzyskuje się poprzez odpowiedni dobór prędkości przepływu składników. Zbadano serię roztworów roztworów o zadanych stężeniach bez oraz z dodatkiem wody. 2. Pomiarów kalorymetryczne: Wykres nr 1 Wykres nr 2 Wykres nr 3 Wykres nr 4