Многие современные противораковые препараты высокотоксичны, поэтому необходима адресная доставка этих препаратов непосредственно в клетки опухоли; это позволяет избежать повреждения здоровых тканей и проявления побочных эффектов. Недавно было разработано элегантное наноразмерное устройство, позволяющее высвобождать модельное соединение в ответ на изменение pH окружающего раствора (рис. 1). Лекарство загружается в мезопористые частицы оксида кремния (диаметр частицы около 130 нм). Поры на поверхности затем закрываются специальными наноклапанами, которые открываются и позволяют лекарству диффундировать наружу лишь при определенном значении pH. Сами частицы нецитотоксичны и легко поглощаются лизосомами клетки.
1. Мезопористые частицы оксида кремния получаются основно-катализируемым золь-гель превращением тетраэтоксисилана в присутствии цетилтриметиламмоний бромида. Запишите уравнения протекающих при этом реакций. Кратко опишите функцию цетилтриметиламмоний бромида. (2 балла)
2. Оцените размер пор, образующихся в наночастице диоксида кремния. (1 балл)
Наноклапан представляет собой сложную ротаксаноподобную систему. На поверхность частицы оксида кремния прививается специальный линейный аминосодержащий фрагмент, на который насаживается подвижная часть клапана – молекула циклического строения. При движении по линейному фрагменту эта молекула либо блокирует поры, располагаясь вблизи поверхности частицы, либо открывает их, перемещаясь на периферийную часть стержня (рис. 2).
Линейный фрагмент имеет строение, представленное на рис. 3.
3. Схематически изобразите кривую кислотно-основного титрования модифицированных частиц диоксида кремния. (2 балла)
4. Брутто-формула подвижной части клапана – C36H36N24O12. Изобразите структурную формулу этой молекулы, приняв во внимание, что это циклический олигомер, все атомы кислорода и азота в котором магнитно эквивалентны, а в спектре CNMR имеется три сигнала. Сколько сигналов, и с каким соотношением интенсивностей будет наблюдаться в HNMR спектре этого соединения? (3 балла)
Переключение наноклапана между открытым и закрытым положениями происходит за счет образования и разрушения водородных связей между линейным «стержнем» и подвижным фрагментом. Принимая во внимание, что при pH<4-5 клапан открыт, при 4-5
5. Изобразите схемы образования водородных связей в системе наноклапана при pH<4 и при 5 < pH < 10. (1 балл)
6. Укажите и аргументируйте, какая из приведенных выше границ (pH≈4-5 или pH≈10-11) будет изменяться при варьировании заместителя R в структуре стержня. (1 балл)
7. Предскажите, при каких значениях pH клапан будет открыт и закрыт, если в качестве стержня использовать структуру, приведенную на рис. 4. (1 балл)
Условия задачи можно скачать в виде файла.