3.4.Спектроскопия ямр 1н

Спектры ЯМР ¹Н альгинатов были изучены параллельно со спектрами ЯМР¹³С в надежде разработать более чувствительный и точный метод определения содержания мономерных звеньев и блочного состава. Вполне удовлетворительные спектры альгинатов, подвергнутых кратковременной мягкой кислотной обработке, снижающей вязкость растворов, можно получить, используя спектрометр на 100 МГц. И хотя в получаемых спектрах не удается добиться разрешения всех сигналов, тем не менее в слабом поле четко выявляются три пика –А (Н(1) остаткаG),В (сумма Н(1) остатка М и Н(5) остаткаMG) иС(Н(5) остаткаGG), интенсивности которых позволили рассчитать величиныF_gиF_gg:

F_g =I_a/(I_b + I_c) иF_gg =I_c/(I_b+I_c) .

Учитывая, что F_g + F_m = 1,F_gg + F_gm = F_g и F_mm +F_mg =F_m(а для достаточно длинных цепейF_mg ⁼F_gm), можно рассчитать величинуM/Gи содержание четырех возможных пар мономеров в молекулах альгинатов. Результаты, полученные для хорошо известных образцов, совпали с данными химических методов анализа и спектроскопии ЯМР¹³С.

По спектрам ЯМР ¹Н альгинатов и их фракций, снятых при 400 МГц, можно рассчитать величиныM/Gи вклады димерных последовательностейMM,MG=GMиGG. В дополнение к этому более высокое разрешение позволяет выделить четыре сигнала, соответствующие атому Н₅центрального остатка-L-гулуроновой кислоты во всех четырех возможных триадах:GGG,MGG,GGMиMGM. Данные о содержании этих тримеров хорошо коррелируют с величинами, полученными при использовании других методов анализа.

Протонные спектры поли-М и поли-Gкомпонентов бактериального альгината, продуцируемогоAzotobacter vinelandii, были проанализированы с помощью как одномерной, так и более современной двумерной техники ЯМР. Однозначное отнесение сигналов было выполнено с применением теории химических сдвигов, анализа констант спин-спинового взаимодействия и измерений ядерных эффектов Оверхаузера. Эти данные были использованы для изучения взаимодействия блоков поли-М и поли-Gс ионами Са²⁺в водной среде. Предложена модель связывания ионов кальция, основанная на измерении относительной интенсивности кросс-пиков в двумерных спектрахNOESYсвободного полимера и его кальциевой соли. Полученные результаты важны для объяснения гелеобразующих свойств альгинатов в присутствии ионов кальция и для выявления роли кальция как необходимого кофактора для работы полиманнуронан-С(5)-эпимеразы.

Спектроскопия ЯМР ¹Н высокого разрешения может быть эффективно использована для характеристики многих природных альгинатов, как водорослевых, так и бактериальных, в том числе для определения степени ацетилирования и локализации ацетильных групп в альгинатах бактерий. Однако, частичный гидролиз, традиционно применяемый для снижения вязкости растворов высокомолекулярных альгинатов перед съемкой протонных спектров ЯМР, может приводить к выпадению в осадок части альгината и тем самым существенно искажать получаемые результаты (величиныM/G).

Применение

Благодаря уникальным физико-химическим свойствам альгиновые кислоты и их соли нашли широкое применение в пищевой и ряде других отраслей промышленности, в том числе в биотехнологии и медицине, а производство альгиновых кислот и альгинатов из морских бурых водорослей является главным направлением переработки последних.

Альгиновые кислоты и их соли широко применяются в качестве стабилизаторов и загустителей суспензий и эмульсий; гелеобразователей в производстве мороженого, молочных продуктов, желе и т.п., фармацевтических препаратов и косметических средств. Альгинаты используются также в производстве бумаги, при отделке и крашении тканей и др. Из нерастворимых альгинатов получают относительно негорючие маслостойкие пленки и волокна. Альгинатное волокно и пленки применяются в медицине: хирургическая вата, марля, раневые покрытия и др. Использование альгиновых кислот в медицине перспективно и с целью выведения из организма Sr²⁺при поражениях⁹⁰Sr.