7 - 8znani i cenieni naukowcy, a w szczególności p. wolschann, a. karpfen i g. koehler. profesor...
TRANSCRIPT
2019
(73)
7 - 8
(865 – 866)
CZASOPISMO
POLSKIEGO TOWARZYSTWA CHEMICZNEGO
RADA REDAKCYJNA RYSZARD ADAMIAK, IRENA BARANOWSKA, ANDRZEJ BARAŃSKI,
BOGUSŁAW BUSZEWSKI (PRZEWODNICZĄCY), TADEUSZ GÓRECKI,
MIETEK JARONIEC, ANATOL KOJŁO, TADEUSZ M. KRYGOWSKI,
JERZY LESZCZYNSKI, KRZYSZTOF MATYJASZEWSKI, PIOTR PANETH,
JANUSZ PAWLISZYN, K. MICHAŁ PIETRUSEWICZ, DARIUSZ POGOCKI,
MAREK POTRZEBOWSKI, SŁAWOMIR RUBINSZTAJN, GRZEGORZ SCHROEDER,
ANDRZEJ W. SOKALSKI, ARTUR P. TERZYK
KOMITET REDAKCYJNY MARCIN DRĄG, ADAM JEZIERSKI, LESZEK KĘPIŃSKI,
LUDWIK KOMOROWSKI, WITOLD RYBA-ROMANOWSKI, SŁAWOMIR SZAFERT,
ANDRZEJ TROCHIMCZUK, KAZIMIERA WILK
P. O. REDAKTORA NACZELNEGO
IZABELA NOWAK
P. O. SEKRETARZA REDAKCJI DAGMARA JACEWICZ
e-mail: [email protected]
BIURO POLSKIEGO TOWARZYSTWA CHEMICZNEGO (FINANSE) e-mail: [email protected]
JACEK MALINOWSKI (KOLPORTAŻ)
e-mail: [email protected]
Korespondencję należy kierować pod adresem: Redakcja „Wiadomości Chemicznych”
e-mail: [email protected]
ADRES STRONY INTERNETOWEJ
https://ptchem.pl/pl/chem-news
© Copyright by Redakcja „Wiadomości Chemicznych”, Warszawa 2019
pISSN 0043-5104
eISSN 2300-0295
Obsługa artykułów: Joanna Drzeżdżon
Skład i przygotowanie do druku:
Mateusz Drzeżdżon
Druk:
Robert Parma Fotografia al. marsz. Józefa Piłsudskiego 189b, 05-270 Marki
NIP 5241017186, tel. +48790307070, fax +48227811649 e-mail: [email protected]
2019, 73, 7-8
WSPOMNIENIA DEDYKOWANE PROFESOROWI
ALEKSANDROWI KOLLOWI Z OKAZJI 80.
ROCZNICY URODZIN
Prof. dr hab. Lucjan Sobczyk
Wydział Chemii, Uniwersytet Wrocławski,
ul. Joliot-Curie 14, 50-383 Wrocław
e-mail: [email protected]
Profesor Aleksander Koll był jednym z pierwszych członków Zespołu Chemii
Fizycznej organizowanego przeze mnie na Uniwersytecie Wrocławskim w końcu lat
pięćdziesiątych. Tematyka badawcza była poświęcona zagadnieniom oddziaływań
molekularnych i związanych z nimi własnościami dielektrycznymi. Problemy, na
których byliśmy skoncentrowani to wiązania wodorowe w różnych układach i rozkład
440 WSPOMNIENIA DEDYKOWANE PROFESOROWI ALEKSANDROWI KOLLOWI
ładunków spostrzegany w momentach dipolowych oraz w rozważaniach teoretycznych.
Szeroko stosowaliśmy również pomiary widm oscylacyjnych i elektronowych. Badania
nasze były rozwijane przy współpracy z ośrodkami zagranicznymi. Wymieniam, jako
szczególnie owocne kontakty z zespołami J. K. Syrkina w Moskwie, D. Hadżiego
w Lublanie, M. Magafa w Paryżu, M. Daviesa w Aberystwyth, P. Huygensa w Leuven
oraz G. Zundela w Monachium. Szczególną rolę w działalności, nie tylko czysto
naukowej, odegrał G. Zundel, dzięki któremu zostały podpisane umowy o współpracy
naukowej między Uniwersytetem w Monachium i Uniwersytetem Wrocławskim. Jeśli
idzie o sukcesy naukowe Profesora Kolla, to wymieniłbym w szczególności pomiary
momentów dipolowych związków z wewnątrzcząsteczkowymi wiązaniami
wodorowymi. Przede wszystkim wykazał On, że w zasadach Mannicha i Schiffa
konformacja pierścienia chelatowego może być niepolarna. W badaniach swoich
stosował zarówno metody spektroskopowe i rezonansu magnetycznego, jak
i rozważania teoretyczne metodą dynamiki molekularnej. Szczególnie wartościowe
i ciekawe wyniki uzyskał (wspólnie z kolegami w Petersburgu) w odniesieniu do
kompleksów halogenowodorów z różnymi zasadami w roztworach CCl4. Profesor Koll
w badaniach swoich wykorzystywał również wyniki badań krystalograficznych.
Badania teoretyczne struktury i efektów energetycznych tworzenia
wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych prowadził przy współpracy
z Uniwersytetem Wiedeńskim. Był koordynatorem wspólnych programów
w ramach współpracy między Austrią i Polską. Rezultatem było opublikowanie
kilkunastu oryginalnych prac naukowych. Ze strony austriackiej zaangażowani byli
znani i cenieni naukowcy, a w szczególności P. Wolschann, A. Karpfen i G. Koehler.
Profesor Koll był również intensywnie zaangażowany we współpracy między
Uniwersytetami Wrocławia i Petersburga. Ta współpraca jest kontynuowana do
dzisiejszych czasów. Profesor Koll odbył dłuższy staż naukowy w Petersburgu
i nawiązał stałą współpracę z S. M. Melikovą, K. S. Rutkowskim i S. F. Burejko,
a również z V.B. Borisenką, D.N. Szczepkinem i G.S. Denisowem. Warto także dodać,
że Profesor Koll odbyt staż naukowy w Uniwersytecie Guelf w Kanadzie nawiązując
współpracę z C.A. Fyfem. Kontynuował także przez dłuższy czas współpracę
z L. Hellemansem z Uniwersytetu w Leuven, z którym Uniwersytet nasz ma stalą
współpracę.
Profesor Koll był zawsze jednym z najbardziej aktywnych w organizacji przez
nasz Zespół konferencji i szkół krajowych i międzynarodowych. Trzeba tu wymienić na
pierwszym miejscu zapoczątkowane przeze mnie i prof. Zundela cykl konferencji pod
nazwą: Horizons in Hydrogen Bond Research. Pierwsza z tej serii konferencja odbyła
się w Monachium, druga - w Karpaczu. Na uwagę zasługuje również seria konferencji
obejmująca Polskę, Rosję i Ukrainę, a poświęcona problemom oddziaływań
molekularnych. Organizujemy także coroczne szkoły fizyko-chemii organicznej, które
mają charakter bardziej krajowy. Profesor Koll był zawsze mocno zaangażowany
w działalność dydaktyczną. Wypromował 11 doktorów i był opiekunem kilkudziesięciu
magistrantów. Prowadził wykłady monograficzne i seminaria z zakresu chemii
fizycznej i zjawisk elektro-optycznych w fazach skondensowanych. W 1982 roku PWN
wydał podręcznik akademicki pt. Eksperymentalna Chemia Fizyczna, który został
WSPOMNIENIA DEDYKOWANE PROFESOROWI ALEKSANDROWI KOLLOWI 441
wyróżniony nagrodą I stopnia MNT i SW. Jest to wysoce cenione wyróżnienie
akademickie. Autorami podręcznika byli: L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner i A. Koll.
Od początku znajomości łączyła mnie i Olka Kolla serdeczna przyjaźń. Dotyczy to
również naszych rodzin. Mieliśmy także kilka znajomych rodzin, z którymi
spotykaliśmy się często. Spośród nich najbardziej utkwiły w mej pamięci profesorowie
matematyki i biologii: R. Duda i T Krupiński, a także ks. A. Dziełak. Ten ostatni do tej
pory kieruje Duszpasterstwem Ludzi Nauki. Regularnie spotykaliśmy się w klasztorze
Sióstr Urszulanek. Podobnie spotykaliśmy się na zebraniach Studium Generale
założonego przez prof. J. Mozrzymasa, obecnie kierowanego przez prof.
A. Jezierskiego.
W naszym życiu niewiele było polityki, ale mogę powiedzieć, że nasze poglądy
były do siebie zbliżone. Profesor Koll był w Radzie Zakładowej ZNP społecznym
inspektorem pracy. W 1980 r. zaangażował się w tworzenie Solidarności na Wydziale
Chemii i całym Uniwersytecie. Na Wydziale Chemii był przewodniczącym Koła do
roku 1989. Warto dodać, że działalność zarządu Koła była w zasadzie nielegalna. Jak
wiadomo, 13 maja 1982 roku podjęto demonstracje przeciw stanowi wojennemu. Taka
demonstracja odbyła się również na Wydziale Chemii. W wyniku donosów Profesor
Koll został aresztowany i internowany w Głogowie. Skorzystałem z możliwości
odwiedzenia Go parokrotnie. Sprawiły mi przyjemność spotkania i możliwość
serdecznych uścisków. Po zwolnieniu z internowania zajął się intensywnie pracą
naukową.
W 2009 roku Profesor Koll miał przejść na emeryturę, ale szczęśliwie
zaproponowano Mu funkcję rektora w Niepublicznej Wyższej Szkole Medycznej we
Wrocławiu. Do dziś pełni tę funkcję, kieruje administracją całej uczelni, prowadzi też
zajęcia dydaktyczne z podstaw chemii i chemii kosmetycznej. Podjął się również
redakcji czasopisma o nazwie Kosmetologia Estetyczna. Należy podziwiać talenty
organizacyjne Profesora Aleksandra Kolla, jak również Jego poświęcenie się wiedzy
i nauce.
2019, 73, 7-8
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW
W MASIE
BULK PHOTOPOLYMERIZATION
OF (MET)ACRYLATES
Konrad Gziut*, Agnieszka Kowalczyk
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej
ul. Pułaskiego 10, 70-322 Szczecin
*e-mail: [email protected]
Abstract
Wprowadzenie
1. Fotopolimeryzacja 1.1. Fotopolimeryzacja rodnikowa
2. Fotopolimeryzacja rodnikowa (met)akrylanów
2.1. Fotopolimeryzacja (met)akrylanów w filmie 2.2. Fotopolimeryzacja (met)akrylanów w masie
Uwagi końcowe
Piśmiennictwo cytowane
444 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
Mgr inż. Konrad Gziut w roku 2016 ukończył studia na Wydziale Technologii
i Inżynierii Chemicznej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego
w Szczecinie. Obecnie jest doktorantem w Instytucie Technologii Chemicznej
Organicznej ZUT. Specjalność – technologia polimerów, fotopolimeryzacja.
https://orcid.org/ 0000-0001-8663-5311
Dr inż. hab. Agnieszka Kowalczyk w roku 2007 ukończyła studia na Politechnice
Szczecińskiej, w roku 2011 ukończyła studia doktoranckie na Wydziale
Technologii i Inżynierii Chemicznej Zachodniopomorskiego Uniwersytetu
Technologicznego w Szczecinie, gdzie w 2017 r. uzyskała stopień doktora
habilitowanego nauk technicznych. Od 2017 r. pracuje jako adiunkt w Instytucie
Technologii Chemicznej Organicznej ZUT w Szczecinie. Specjalność – technologia
polimerów, technologia klejów konstrukcyjnych.
https://orcid.org/ 0000-0002-9017-7058
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 445
ABSTRACT
Meth(acrylate) polymers are prepared by polymerization according to the
radical mechanism. This is possible due to the occurrence of unsaturated double
bonds (vinyl groups) in monomers. Meth(acrylate) polymerization reaction is
usually carried out in organic solvents using thermal initiators which decompose at
elevated temperature to give radicals. An appropriately selected initiator or
electromagnetic radiation (e.g. UV light) can be used to initiate the polymerization
process. In this case the process is called photopolymerization.
Due to the fact that the radical photopolymerization mechanism of
met(acrylates) has already been well understood, and the advantages of light-
induced polymerization offer enormous possibilities, this technology still attracts
the attention of researchers and industrialists, which results in its continuous
development. Meth(acrylates), which are very reactive, are suitable compounds for
this technology. Light induced process of transformation these molecules into
polymer can be carried out in a very short time. In addition, a wide range of
monomers allows to obtain products with various properties. Typically,
photopolymerization is associated with the cross-linking of polymers that form part
of photocurable compositions, as a result of which, for example, varnish coatings,
dental fillings or self-adhesive materials are produced.
In this article, contemporary literature on the photopolymerization of
(meth)acrylates with reference to the photopolymerization in bulk method is also
pointed out. This technique allows to obtain polymer syrups - a polymer solution in
unreacted monomers. These viscous liquids are very interesting semi-finished
products (free of solvent and almost ready for application) for the preparation of
various polymer materials, especially coatings and adhesives.
Keywords: photopolymerization, photocuring, bulk photopolymerization,
(meth)acrylates, polymer syrup
Słowa kluczowe: fotopolimeryzacja, fotosieciowanie, fotopolimeryzacja w masie,
met(akrylany), syrop polimerowy
446 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
WYKAZ STOSOWANYCH SKRÓTÓW
BP – benzofenon (ang. Benzophenone)
CRP – kontrolowana polimeryzacja rodnikowa (ang. Controlled
Radical Polymerization)
CQ – kamforochinon (ang. Camphorquinone)
HDDA – diakrylan heksanodiolu (ang. Hexanediol diacrylate)
LED – dioda emitująca światło (ang. Light-emitting Diode)
Photo CRP – kontrolowana fotopolimeryzacja rodnikowa (ang.
Photocontrolled Radical Polymerization)
TMPTA – triakrylan trimetylolopropanu (ang. Trimethylolpropane
triacrylate)
TPGDA – diakrylan glikolu tripropylenowego (ang. Tripropylene glycol
diacrylate)
TX – tioksanton (z ang. Thioxanthone)
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 447
WPROWADZENIE
Indukowana światłem reakcja polimeryzacji ma szerokie zastosowanie
przemysłowe i stanowi nadal przedmiot badań w wielu ośrodkach naukowych.
Wiele substancji charakteryzuje się czułością na promieniowanie
elektromagnetyczne, do którego zalicza się m.in. promieniowanie ultrafioletowe (UV)
oraz widzialne (VIS). Promieniowanie, w kontakcie z materią, potrafi wywoływać
różnorakie skutki, np. degradację materiału czy jego zażółcenie. Światło może być
jednak bardzo użyteczne i stosowane w pożądanych reakcjach. Pochłanianie
promieniowania słonecznego przez chlorofil skutkuje m.in. produkcją tlenu
niezbędnego dla podtrzymania życia form białkowych. Innym przykładem reakcji
zachodzącej z udziałem promieniowania elektromagnetycznego jest fotopolimeryzacja.
Pierwsze doniesienie literaturowe o fotopolimeryzacji ukazało się w 1845 r. [1],
kiedy J. Blyth i A. Hoffman zaobserwowali reakcję, w której „styrol” (dziś styren)
zmienił się w „metastyrol” pod wpływem światła słonecznego. Reakcje fotochemiczne
na szerszą skalę zaczęto jednak wykorzystywać w technologii tworzyw sztucznych
dopiero w połowie XX wieku. Istotnie przyczyniły się do tego firmy opracowujące
technologie drukarskie. Firma Eastman Kodak, która opatentowała światłoczułe
polimery bazujące na celulozie lub poli(chlorku winylu) i kwasie cynamonowym lub
jego pochodnych oraz firma DuPont, która wykorzystała fotopolimeryzację rodnikową
w technologii druku [2, 3]. Rozkwit technologii UV nastąpił w latach 90. XX wieku.
Wiele wyzwań w dziedzinie fotopolimeryzacji zostało do tego czasu przezwyciężonych,
a światowy rynek systemów utwardzanych promieniami UV osiągnął w 1995 r. poziom
miliarda dolarów [4].
W składzie fotopolimeryzujących kompozycji występują najczęściej monomery
czy oligomery (mono- bądź wielofunkcyjne), fotoinicjatory (choć znane są również
układy bez fotoinicjatora) oraz różnego rodzaju dodatki [5]. Najszerzej wykorzystywane
układy fotoutwardzalne bazują na żywicach akrylanowych, ze względu na ich dużą
reaktywność oraz możliwość otrzymywania produktów o zróżnicowanych
właściwościach - poprzez modyfikowanie łańcucha estrowego. Fotopolimeryzację
cechuje duża szybkości reakcji, niskie koszty energii oraz możliwość polimeryzacji bez
użycia rozpuszczalników. Dzięki wymienionym korzyściom jest metodą
proekologiczną, chętnie stosowaną w wielu gałęziach przemysłu (np. farbiarskim,
lakierniczym, klejowym, stomatologicznym) oraz intensywnie rozwijaną przez ośrodki
badawcze [6-10].
1. FOTOPOLIMERYZACJA
Fotopolimeryzacja jest to polimeryzacja inicjowana fotochemicznie. Istotą tej
reakcji jest absorbcja promieniowania elektromagnetycznego przez fotoinicjator,
który rozpada się na rodniki lub jony zdolne do zainicjowania polimeryzacji. Do
wytworzenia z fotoinicjatorów jonów lub wolnych rodników, w procesie
448 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
napromieniowania wykorzystuje się światło widzialne (VIS) lub ultrafioletowe
(UV). Widmo promieniowania elektromagnetycznego przedstawiono na rys. 1.
Rysunek 1. Widmo promieniowania elektromagnetycznego
Figure 1. The spectrum of electromagnetic radiation
Zakres światła widzialnego obejmuje fale o długości ok. 400-760 nm.
Promieniowanie ultrafioletowe, niewidzialne dla zdrowego, ludzkiego oka mieści
się w zakresie długości fali ok. 40-400 nm. Wyróżnia się jego cztery obszary:
próżniowy UV (40-200 nm), UV-C (200-280 nm), UV-B (280-315 nm) oraz UV-A
(315-400 nm) [8]. Najbardziej niebezpieczne dla zdrowia człowieka (spośród
wymienionych obszarów) są fale o najkrótszej długości (tj. UV-C) a zarazem
niosące ze sobą największą energię [7].
Dzięki temu, że czynnikiem rozkładającym inicjator w reakcji
fotopolimeryzacji jest kwant energii pochodzący od światła o odpowiedniej
długości fali, ten sposób otrzymywania materiałów polimerowych ma szereg zalet.
Główną korzyścią jest możliwość uzyskania bardzo dużych szybkości
polimeryzacji, które wynikają z równie szybkiego tworzenia się rodników lub
jonów inicjujących reakcję pod wpływem promieniowania. Innymi zaletami są:
możliwość prowadzenia procesu w temperaturze pokojowej bądź niższej,
stosowanie kompozycji nie zawierających rozpuszczalnika, a także niskie zużycie
energii [9]. Wymienione zalety dają reakcji fotopolimeryzacji dużą przewagę nad
klasyczną polimeryzacją, która wymaga często podwyższonej temperatury przez co
nie może być stosowana np. w stomatologii ze względu na ryzyko poparzenia
pacjenta. Bez wątpienia fotopolimeryzacja jest także metodą bardziej
proekologiczną, w porównaniu z klasyczną polimeryzacją inicjowaną termicznie.
Ponadto, istotną cechą fotopolimeryzacji jest rozdzielczość przestrzenna, czyli
ograniczenie polimeryzacji wyłącznie do obszarów naświetlanych [10].
Warto podkreślić różnicę pomiędzy fotosieciowaniem, a fotopolimeryzacją.
Często nadużywane jest pojęcie sieciowania, w kontekście polimeryzacji.
Fotopolimeryzacja jest reakcją łańcuchową, w której foton inicjujący rozpoczyna
reakcję łączenia dużej ilości monomerów. Natomiast sieciowanie odnosi się do
powstawania wiązań pomiędzy łańcuchami prepolimerów lub polimerów. Nie
każda więc reakcja polimeryzacji, nawet jeżeli jej efektem jest produkt w postaci
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 449
stałej, skutkuje produktem usieciowanym. Istotną cechą polimerów usieciowanych
jest ich chemoodporność - są nierozpuszczalne. Dla przykładu, poli(metakrylan
metylu) będący w warunkach standardowych twardym ciałem stałym, syntezowany
jest na drodze polimeryzacji monofunkcyjnego monomeru i ulega rozpuszczeniu
np. w acetonie - nie jest usieciowany [11].
Wyróżnia się dwa podstawowe typy fotopolimeryzacji, w zależności od
rodzaju cząstek reaktywnych, powstających podczas rozpadu fotoinicjatora [12]:
fotopolimeryzacja rodnikowa lub fotopolimeryzacja jonowa (kationowa). Pierwsza
z nich stosowana jest do (met)akrylanów i nienasyconych poliestrów. Według
drugiego mechanizmu przebiega natomiast fotopolimeryzacja monomerów
epoksydowych, oksetanów oraz eterów winylowych. Charakterystyczne cechy
fotopolimeryzacji kationowej to brak występowania inhibicji tlenowej oraz
możliwość uzyskania dużego przyrostu przereagowania polimeru po usunięciu
źródła promieniowania [13]. W literaturze znaleźć można również informacje
dotyczące fotopolimeryzacji anionowej. Doniesień tych jest jednak niewiele, a ten
typ fotopolimeryzacji odgrywa marginalne znaczenie przemysłowe.
Charakterystyczną cechą tej metody jest wysoka reaktywność anionowych centrów
aktywnych względem tlenu, wilgoci i dwutlenku węgla, co znacznie utrudnia
przeprowadzenie procesu. Istotną zaletą jest możliwość otrzymywania polimerów
o przewidywanym ciężarze cząsteczkowym oraz jego wąskim rozkładzie. Od wielu
lat prognozuje się, że w przyszłości będzie jednak odgrywać większą rolę,
szczególnie w procesie fotosieciowania, ze względu na zdolność do polimeryzacji
w obszarach, do których promieniowanie nie dociera. Pozwoliłoby to na
sieciowanie grubszych warstw materiałów, znacznie wypełnionych czy o dużej
zawartości pigmentów [12].
Szczególny przypadek stanowi CRP - kontrolowana/„żyjąca”
polimeryzacja rodnikowa (ang. Controlled Radical Polymerization),
z powodzeniem wykorzystana do otrzymywania polimerów o ściśle określonej
masie cząsteczkowej i jej wąskim rozkładzie oraz o sprecyzowanej strukturze [14].
Do zapoczątkowania tego typu polimeryzacji również może zostać wykorzystane
światło, wtedy mówi się o Photo CRP – kontrolowanej fotopolimeryzacji
rodnikowej (ang. Photocontrolled Radical Polymerization) [15].
1.1. FOTOPOLIMERYZACJA RODNIKOWA
Fotoinicjowana polimeryzacja rodnikowa przebiega zgodnie z ogólnym
schematem polimeryzacji rodnikowej. Występują w niej trzy podstawowe etapy:
I. Inicjacja – inicjator, pod wpływem promieniowania o określonej długości
fali, ulega rozpadowi z wytworzeniem rodników. Następnie powstaje aktywna
forma monomeru (forma „startowa”) w efekcie przeniesienia niesparowanego
elektronu z rodnika na cząstkę monomeru [16]:
450 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
I → 2 R•
R• + M → R-M• ,gdzie:
I - inicjator reakcji
R• - rodnik inicjujący polimeryzację
M – monomer
II. Propagacja łańcucha - utworzone centra aktywne reagują z kolejnymi
cząsteczkami monomeru co prowadzi do szybkiego wzrostu makrorodników:
R-M• + M → R-M-M•
R-M-M• + M → R-M-M-M•
Czas przyłączenia 10000 cząsteczek monomeru do makrorodnika wynosi
około 1s, przy czym znaczący wpływ na szybkość propagacji ma lepkość układu
polimeryzacyjnego [7].
III. Terminacja - proces dezaktywacji rosnącego makrorodnika lub
zakończenie łańcucha. Najczęściej przebiega na dwa sposoby, tj.
dysproporcjonowania (przeniesienie atomu wodoru z jednego wzrastającego
makrorodnika na drugi, z wytworzeniem dwóch nieaktywnych łańcuchów,
z których jeden posiada wiązanie podwójne) lub rekombinacji (połączenie dwóch
makrorodników ze sobą z wytworzeniem jednego łańcucha polimerowego).
Zakończenie łańcucha może następować również na skutek przeniesienia łańcucha
kinetycznego, oddziaływania z tlenem, działania inhibitorów czy reakcji
z rodnikami powstającymi w procesie rozkładu inicjatora [16].
Należy zauważyć, że w układach fotopolimeryzujących, to głównie od
fotoinicjatorów zależy szybkość polimeryzacji oraz barwa (zażółcenie)
otrzymanego polimeru. Przy wyborze fotoinicjatora należy pamiętać, że jego pasmo
absorbcji światła musi się pokrywać z długością fali świetlnej stosowanego emitera
(lampy). Ważnymi czynnikami związanymi ze stosowaniem fotoinicjatorów jest ich
rozpuszczalność w kompozycji polimerowej oraz generowanie produktów
ubocznych, szkodliwych dla zdrowia (np. benzen) [7]. Najczęściej stosowanymi
fotoinicjatorami polimeryzacji rodnikowej są: a) fotoinicjatory I typu, które ulegają
α- lub β-rozszczepieniu w reakcji jednocząsteczkowej - benzoina i jej pochodne,
ketale dibenzylu, α-hydroksyalkilofenony, α-aminoalkilofenony oraz tlenki
acylofosfiny, b) fotoinicjatory II typu, generujące rodniki w obecności ko-inicjatora
(zazwyczaj amin, tioli bądź alkoholi) - kamforochinon (CQ), benzofenon (BP) oraz
tioksanton (TX) [17, 18].
Na przebieg fotopolimeryzacji rodnikowej negatywny wpływ ma tlen. Może
on wygaszać stany wzbudzone inicjatora, znacznie zmniejszając efektywność
inicjowania. Ponadto tlen reaguje gwałtownie z rodnikami znajdującymi się na
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 451
atomie węgla (rodniki propagujące czy powstałe z rozpadu inicjatora) tworząc
rodniki nadtlenowe. Procesy te mogą znacznie spowolnić polimeryzację lub nawet
całkowicie ją zahamować. Aby zminimalizować niekorzystny wpływ tlenu, proces
prowadzi się w atmosferze gazu obojętnego. W przypadku fotosieciowania stosuje
się także folie zabezpieczające, którymi nakrywa się naświetlane materiały aby
wyeliminować dostęp tlenu [9].
2. FOTOPOLIMERYZACJA RODNIKOWA (MET)AKRYLANÓW
Poliakrylany otrzymywane są w wyniku polimeryzacji kwasu akrylowego,
kwasu metakrylowego oraz ich estrowych pochodnych (rys. 2) – (met)akrylanów
(estry kwasu akrylowego lub metakrylowego z alkoholami alifatycznymi bądź
rozgałęzionymi o 1-18 atomach węgla).
Rysunek 2. Kwas (met)akrylowy oraz jego (met)akrylanowe pochodne (R: 1-18 atomów C)
Figure 2. (Meth)acrylic acid and it’s (meth)acrylate derivatives (R: 1-18 C atoms)
Monomery metakrylowe zawierają w swojej strukturze, w odróżnieniu od
monomerów akrylowych, grupę metylową -CH3 przy węglu α. Obecność tej grupy
w polimetakrylanach wpływa na ich twardość, sztywność oraz stabilność. Powoduje
także ograniczenie możliwości rotacji makrocząsteczki, czego skutkiem są wyższe
wartości temperatury zeszklenia polimetakrylanów - w stosunku do poliakrylanów
posiadających taką samą grupę estrową w łańcuchu bocznym. Usztywnienie
cząsteczki wywiera również wpływ na wyższą wytrzymałość na rozciąganie
w stosunku do estrów kwasu akrylowego [19]. Początkowo poliakrylany stosowano
głównie jako spoiwa w przemyśle farb i lakierów. W latach 30-tych ubiegłego
wieku firma Röhm and Haas wprowadziła na rynek „szkło akrylowe” pod nazwą
handlową „Plexiglas” [20]. Nazwano tak poli(metakrylan metylu) - transparentny,
termoplastyczny polimer o stosunkowo wysokiej odporności mechanicznej, który
łatwo można było formować. Dzięki swoim cechom znalazł zastosowanie jako
substytut szkła i został najpopularniejszym i mającym największe znaczenie
452 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
techniczne polimerem wśród polimerów akrylowych. Z czasem poli(met)akrylany
zaczęły także odgrywać coraz większą rolę w produkcji materiałów
dentystycznych, tekstylnych czy klejów. Obecnie światowy rynek akrylanów wart
jest miliardy dolarów amerykańskich [21]. Najszerzej stosowanymi układami
fotopolimeryzującymi są te, które bazują na monomerach bądź oligomerach
(met)akrylanowych. Wszystko za sprawą ich dużej reaktywności oraz możliwości
otrzymywania materiałów o zróżnicowanych właściwościach poprzez łatwą
modyfikację łańcucha estrowego. Na ogół proces polimeryzacji przebiega wolniej
w przypadku metakrylanów aniżeli akrylanów, lecz tworzą one produkty o wyższej
twardości. Najczęściej stosuje się monomery wielofunkcyjne, gdyż pozwalają one
na otrzymanie wysokiego stopnia usieciowania produktu co przekłada się na jego
właściwości, tj. dużą odporność chemiczną oraz termiczną [10].
Fotopolimeryzację (met)akrylanów można prowadzić na wiele sposobów np.
na powierzchni – otrzymywanie powłok czy filmów [22, 23], w masie - w tym
przeważający sposób to naświetlanie cienkich filmów, ciekłych mieszanin mono-
lub oligomerów, rzadziej prowadzenie reakcji w reaktorze [24, 25], w emulsji [26,
27], frontalnie – aby uzyskać polimer o większej grubości poprzez naświetlanie
jednostronne i propagację reakcji w głąb materiału wskutek powstającego ciepła
[28, 29], w cieczach jonowych – które pozwalają na zwiększenie kontroli nad
reakcją czy prowadzenie procesu w temperaturze pokojowej [30, 31], in situ – aby
uzyskać materiały o zdefiniowanej mikrostrukturze [32, 33 ], in vivo – stosowane
dla materiałów biomedycznych np. w terapiach antyrakowych [34, 35], w polu
magnetycznym [36] czy poprzez kontrolowaną polimeryzację żyjącą, która stwarza
ogromne możliwości otrzymywania polimerów o zaprojektowanych strukturach
[37, 38].
2.1. FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W FILMIE
Fotopolimeryzacja cienkich warstw (met)akrylanowych odnosi się do procesu,
w wyniku którego, za pomocą światła, warstwa światłoczułego preparatu (w postaci
ciekłej) przekształcana jest w ciało stałe. Zazwyczaj wykorzystywany jest układ
zawierający prepolimer bądź polimer, w którym w wyniku reakcji tworzą się
połączenia (sieć) między łańcuchami makrocząsteczek co skutkuje uzyskaniem
nierozpuszczalnego ciała stałego. Proces ten stosowany jest m.in. do sieciowania
materiałów takich jak: powłoki lakiernicze, hydrożele, wypełnienia
stomatologiczne, tusze drukarskie, czy kleje [39-42]. W kontekście materiałów
powłokowych, fotopolimeryzacja odbierana jest więc jako nowoczesna metoda
sieciowania. Proces ten jest bardzo efektywny - w ciągu sekundy (stosując lampę
rtęciową, w warunkach przemysłowych) za pomocą światła, lepka ciecz zamieniana
jest w ciało stałe. Jest to jednak proces wrażliwy na obecność tlenu. Inhibicja
tlenowa znacząco wpływa na wierzchnią warstwę filmów (ok. 1-10 μm) oraz na
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 453
strukturę sieci, pod względem właściwości fizycznych, co potwierdzono przez
niedawne badanie przy użyciu zaawansowanych technik charakterystyki
powierzchni [43].
Fotopolimeryzację w filmie można prowadzić na wiele sposobów, w różnych
układach i warunkach, np: a) kompozycje w systemie wodnym bądź
rozpuszczalnikowym; b) kompozycje proszkowe [44]; c) sieciowane dualnie,
światłem oraz termicznie [45]; d) indukowany światłem proces zol-żel pozwalający
na otrzymywanie hybrydowych struktur organiczno-nieorganicznych [46];
e) otrzymywanie współprzenikających się sieci polimerowych (IPNs) czy hydrożeli
o strukturze IPN [47, 48]; f) układy nanokompozytowe, również z generowanymi
nanocząstkami in situ podczas naświetlania materiału, pozwalające na poprawę
bądź nadaniu matrycy zupełnie nowych właściwości [49, 50]; g) systemy redoks
indukowane światłem, które pozwalają na sieciowanie grubych (nawet 8mm) i/lub
pigmentowanych powłok [51].
Typowe kompozycje fotosieciowalne przeważnie są bezrozpuszczalnikowe,
a w ich skład wchodzą [11]:
oligomery (ok. 70% wag.) – główne składniki, nadają produktowi
polimeryzacji podstawowe właściwości fizykochemiczne
rozcieńczalniki reaktywne (ok. 25% wag.)- monomery o małej lepkości
dodawane w celu obniżenia lepkości kompozycji oraz poprawienia gęstości
sieciowania poprzez zwiększenie ilości wiązań podwójnych w układzie
fotoinicjator lub układ fotoinicjatorów (ok. 5% wag.)
inne dodatki– np. środki powierzchniowo czynne, dodatki reologiczne,
fotostabilizatory, środki dyspergujące, barwniki, uniepalniacze,
plastyfikatory, nanocząstki itp.
Kompozycję fotoreaktywną należy wymieszać, nanieść w postaci cienkiej
warstwy, a następnie naświetlić promieniowaniem o odpowiedniej długości fali.
Reakcje fotopolimeryzacji filmów akrylanowych są obecnie ograniczone do
stosunkowo cienkich warstw (zazwyczaj do 50 μm), dla których penetracja
światłem jest wystarczająco wysoka aby zapewnić szybkie i skuteczne utwardzanie.
Dla grubszych warstw i / lub w obecności wypełniaczy, pigmentów czy
w rozproszonych mediach, przenikanie światła nie jest wystarczające, aby zapewnić
dogłębny i wydajny proces polimeryzacji.
Fotopolimeryzacja grubych warstw (ok. 1 cm) może być przeprowadzona przy
zastosowaniu specjalnych systemów inicjujących reakcję. Opracowywane są nowe
układy fotoinicjatorów, które będą reagowały na fale o długościach lepiej
penetrujących kompozycję, bądź które będą w stanie powodować powstawanie
centrów aktywnych in situ. Przewiduje się, że w ciągu najbliższych 10-15 lat,
wdrożenie opracowanych strategii dotyczących penetracji grubszych warstw
rozszerzy zastosowania fotopolimeryzacji na zupełnie nowe klasy produktów
454 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
w dziedzinach stomatologii, kompozytów, druku 3D, biomateriałów oraz produkcji
tworzyw sztucznych [52].
Przykładowe monomery lub oligomery akrylanowe, często używane
w kompozycjach fotoutwardzalnych przedstawiono na rys. 3. Różnice
w lepkości tych składników są znaczące, np. diakrylan heksanodiolu (HDDA) - 10
mPa·s, diakrylan glikolu tripropylenowego (TPGDA) - 15 mPa·s, triakrylan
trimetylolopropanu (TMPTA) - 115 mPa·s, poliestry akrylanowe - 0,5÷50 Pa·s,
epoksyakrylany - 7,5÷25 Pa·s, uretanoakrylany - 3,5÷45 Pa·s. Związki akrylanowe
czasem posiadają uciążliwe, nieprzyjemne zapachy i mogą wykazywać właściwości
drażniące skórę [43].
Rysunek 3. Przykładowe monomery i oligomery stosowane w akrylanowych kompozycjach
fotoutwardzalnych
Figure 3. Exemplary monomers and oligomers used in acrylate photocurable compositions
2.2. FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE
Na drodze fotopolimeryzacji w masie otrzymuje się surowce bądź półprodukty,
które mogą być wykorzystane jako spoiwa do produkcji farb, lakierów czy klejów.
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 455
Takie półprodukty określane są w patentach jako syropy polimerowe. Są
roztworami uzyskanych polimerów pozostałych w (nie przereagowanych)
monomerach [53]. Główne wady tej metody to: duży wzrost temperatury układu
(silnie egzotermiczna reakcja, brak rozpuszczalnika) oraz powstawanie frakcji żelu
czy już wcześniej wspominana inhibicja tlenowa [21, 54]. Jednak brak
rozpuszczalnika jest również czynnikiem, który pozwala nazywać tę metodę
proekologiczną, a uzyskiwany syrop może być gotowym produktem do sieciowania
i aplikacji (ewentualnie po wymieszaniu z dodatkami).
Doniesień literaturowych odnośnie fotopolimeryzacji w masie prowadzonej
w reaktorach jest stosunkowo niewiele, a informacje odnośnie otrzymywanych
produktów, w zależności od źródła potrafią się znacząco od siebie różnić - bądź są
niepełne. Proces fotopolimeryzacji w masie prowadzony jest w reaktorach, które
przepuszczają promieniowanie UV-Vis (zwykle szklanych) w obecności gazu
obojętnego (najczęściej azotu lub argonu), bez użycia rozpuszczalnika. Dostępne są
na rynku także reaktory szklane z koncentrycznie umieszczonym źródłem
promieniowania. Takie reaktory mogą jednak sprawiać wiele trudności
technicznych. W przypadku uzyskania produktu o wyższej lepkości pojawiają się
problemy z mieszaniem, odbieraniem produktu czy oczyszczeniem reaktora.
W przypadku uzyskania usieciowanej, nierozpuszczalnej frakcji polimeru podczas
reakcji wyczyszczenie takiego reaktora mogłoby okazać się niemal niewykonalne.
Fotopolimeryzacji w masie poddaje się monomery bądź roztwory
polimerów/oligomerów w monomerach. Według patentu firmy LG Chem [55],
proces prowadzony jest do konwersji ok. 4-20% przy zastosowaniu promieniowania
o irradiancji ok 40mW/cm2, w obecności gazu obojętnego zawierającego 10-30%
objętości tlenu. Reakcję prowadzono 5min. uzyskując syrop o lepkości na poziomie
1 - 100 Pa·s w temperaturze ok. 20°C. Inny patent, należący do Francuskiego
koncernu Arkema, zawiera opis otrzymywania syropu poprzez fotopolimeryzację
mieszaniny poli (metakrylanu metylu) rozpuszczonego w metakrylanie metylu.
Proces rozpoczynano w temperaturze pokojowej, trwał w zależności dla różnych
układów od 40 min. do 24 h. Produkt charakteryzował się lepkością na poziomie
100-1000 mPa·s w temperaturze 25°C. Nie podano jednak osiąganej konwersji.
Według wynalazku, uzyskany syrop polimerowy może służyć do impregnacji
różnego rodzaju włókien bądź mat [56]. Z opisu wynalazku US4141806 znany jest
sposób fotopolimeryzacji w masie nienasyconych monomerów, tj. estrów kwasu
akrylowego lub metakrylowego w obecności fotoinicjatora (pochodne benzoiny,
acetofenonu oraz benzofenonu) w ilości 0-10% wag. Proces może być prowadzony
w sposób ciągły lub nieciągły z użyciem lampy zanurzeniowej lub zewnętrznej
otaczającej reaktor. Konwersja monomerów wynosiła ok. 40-90%. Wytworzone
polimery po modyfikacji odpowiednimi związkami sieciującymi lub/oraz
pigmentami mogą być stosowane jako lakiery [57].
456 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
W latach 2014-2017 kilka artykułów naukowych dotyczących otrzymywania
spoiw klejowych na drodze fotopolimeryzacji w masie opublikowali naukowcy
z Korei Południowej (Seung-Suk Baek wraz z współpracownikami) [58-62].
Badacze podają, iż procesy prowadzono w szklanych kolbach w atmosferze azotu
(po 30 min. przemywania mieszaniny). Stosowano mieszadło mechaniczne,
a proces prowadzono aż do uzyskania produktów o odpowiedniej lepkości. Źródłem
światła była lampa UV marki Philips o mocy 18 W. Kopolimery, które otrzymano
posłużyły do wytworzenia materiałów samoprzylepnych.
W Międzynarodowym Laboratorium Klejów i Materiałów Samoprzylepnych
Instytutu Technologii Chemicznej Organicznej Zachodniopomorskiego
Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie prowadzone są badania nad
fotopolimeryzacją w masie funkcyjnych (met)akrylanów z przeznaczeniem na
spoiwa klejowe lub powłoki lakiernicze [24].
UWAGI KOŃCOWE
Pomimo, że proces fotopolimeryzacji jest znany i wykorzystywany
w przemyśle od ok. 70 lat to technologia UV wciąż dynamicznie się rozwija
i znajduje coraz więcej zastosowań stwarzając ogrom możliwości naukowcom
i przemysłowcom. Szybki i ciągły rozwój tej dziedziny spowodowany jest m.in.
tym, że należy ona do tzw. „zielonych technologii” przyjaznych środowisku,
poprzez możliwość wykluczenia lotnych związków organicznych, zastosowanie
surowców odnawialnych oraz możliwość prowadzenia procesu w temperaturze
pokojowej przy zastosowaniu konwencjonalnych źródeł światła (np. lampy LED)
czy słońca. Szczególną rolę jako monomery w tych procesach odgrywają od wielu
lat met(akrylany) ze względu na wysoką reaktywność, dostępność na rynku oraz
możliwość otrzymywania materiałów o zróżnicowanych cechach użytkowych.
Pomimo iż polimeryzacja indukowana światłem kojarzona jest głównie
z sieciowaniem, a jej głównym celem jest uzyskiwanie cienkich warstw materiałów
polimerowych, to od niedawna z powodzeniem stosowana jest również do
wytwarzania prepolimerów w postaci syropów polimerowych. Uzyskane syropy,
mogą być dalej modyfikowane różnymi dodatkami i stanowią gotową
fotosieciowalną kompozycję, z której można otrzymać kleje (w postaci ciekłej lub
jako filmy) oraz lakiery.
PIŚMIENNICTWO CYTOWANE
[1] J. Scheirs, Historical Overview of Styrenic Polymers, Modern Styrenic Polymers: Polystyrene
and Styrenic Copolymers. Edit. by J. Scheirs and D. B. Priddy 2003.
[2] Patent US 2610120A, Photosensitization of polymeric cinnamic acid esters.
[3] Patent US 2760863A, Photographic preparation of relief images.
[4] A. B. Scranton, C. N. Bowman, R. W. Peiffer. Photopolymerization: fundamentals and
application, ACS symposium series, 673, Waszyngton, 1997.
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 457
[5] X. Pan, N. Malhotra, S. Dadashi-Silab, K. Matyjaszewski, A Simplified Fe-Based PhotoATRP
Using Only Monomers and Solvent, Macromol. Rapid Commun. 2017, 38, 1600651.
[6] C. Decker, Photoinitiated crosslinking polymerisation, Prog. Polym Sci. 1996, 21, 593.
[7] J. Pączkowski, Fotochemia polimerów: teoria i zastosowanie, Toruń, 2003.
[8] J. G. Drobny, Radiation Technology for Polymers, CRC Press, Boca Raton, 2010.
[9] Y. Yagci, S. Jockusch, N. J. Turro, Photoinitiated Polymerization: Advances, Challenges, and
Opportunities, Macromol. 2010, 43, 6245.
[10] E. Andrzejewska, A. Marcinkowska, M. Podgórska, I. Stępniak, M. Sądej, Fotopolimeryzacja:
nowe badania, nowe materiały, Polimery 2009, 54, 327.
[11] I. V. Khudyakov, Fast photopolymerization of acrylate coatings: Achievements and problems,
Prog. Org. Coat. 2018, 121, 151.
[12] P. Glöckner, T. Jung, S. Struck, K. Studer, Radiation Curing for Coatings and Printing Inks,
Vincentz Network, Hannover, 2008.
[13] M. Sangermano, I. Roppolo, A. Chiappone, New Horizons in Cationic Photopolymerization,
Polymers 2018, 10(2), 136.
[14] W. A. Braunecker, K. Matyjaszewski, Controlled/living radical polymerization: features,
developments, and perspectives, Prog. Polym. Sci. 2007, 32, 93.
[15] M. Chen, M. Zhong, J.A. Johnson, Light-Controlled Radical Polymerization: Mechanisms,
Methods and Applications, Chem. Rev. 2016, 116(17), 10167.
[16] Z. Florjańczyk, S. Penczek, Chemia Polimerów (tom I), Wydawnictwo Politechniki
Warszawskiej, Warszawa, 2002.
[17] W. A. Green, Industrial Photoinitiators: A Technical Guide, CRC Press 2010, 86.
[18] J. Segurola, S. N. Allena, M. Edge, A. McMahona, S. Wilson, Photoyellowing and
discolouration of UV cured acrylated clear coatings systems: influence of photoinitiator type,
Polym. Degrad. Stab. 1999, 64(1), 39.
[19] R. V. Slone, Methacrylic Ester Polymers in Encyclopedia of Polymer Science and Technology,
2010.
[20] C. E. Carraher, Jr, Introduction to Polymer Chemistry Fourth Edition, CRC Press, Taylor &
Francis Group, Boca Raton, 2017, 7, 271.
[21] J. Vandenbergh, T. Junkers, Polyacrylates, O. Olabisi, K. Adewale (Eds.), Handbook of
Thermoplastics (2nd ed.), CRC Press, Boca Raton, 2016, 169-192.
[22] Z. Czech, A. Kowalczyk, J. Kabatc, J. Świderska, Photoreactive UV-crosslinkable solvent-free
acrylic pressure-sensitive adhesives containing copolymerizable photoinitiators based on
benzophenones, Eur. Polym. J. 2012, 48(8), 1446.
[23] D. Prządka, A. Marcinkowska, E. Andrzejewska, POSS-modified UV-curable coatings with
improved scratch hardness and hydrophobicity, Prog. Org. Coat. 2016, 100, 165.
[24] P. Bednarczyk, K. Gziut, A. Kowalczyk, Preparation and properties of urethane acrylate
varnishes obtained by bulk photopolymerization, Przem. Chem. 2018, 97(11), 1000.
[25] N. S. Allen, M. Edge, A. R. Jasso, T. Corrales, M. Tellez-Rosas, Control of stereoregularity in
poly(methyl methacrylate) by photoinitiated polymerization, J. Photochem. Photobiol. A 1997,
102(2–3), 253.
[26] F. Jasinski, P. B. Zetterlund, A. M. Braun, A. Chemtob, Photopolymerization in dispersed
systems, Prog. Polym. Sci. 2018, 84, 47.
[27] K. Jain, J. Klier, A. B. Scranton, Photopolymerization of butyl acrylate-in-water
microemulsions: Polymer molecular weight and end-groups, Polymer, 2005, 46(25), 11273.
[28] Y. Cui, J. Yang, Z. Zeng, Z. Zeng, Y. Chen, Monitoring frontal photopolymerization by
electroresistance, Eur. Polym. J. 2007, 43(9), 3912.
[29] C. Nason, Todd Roper, C. Hoyle, J. A. Pojman, UV-Induced Frontal Polymerization of
Multifunctional (Meth)acrylates, Macromol. 2005, 38.
[30] E. Andrzejewska, Photoinitiated polymerization in ionic liquids and its application, Polym. Int.,
2017, 66, 366.
16458 K. GZIUT, A. KOWALCZYK
[31] E. Andrzejewska, M. Podgorska-Golubska, I. Stepniak, M. Andrzejewski, Photoinitiated
polymerization in ionic liquids: Kinetics and viscosity effects, Polymer 2009, 50(9), 2040.
[32] S. Turri, M. Levi, E. Emilitri, R. Suriano, R. Bongiovanni, Direct Photopolymerisation of PEG
Methacrylate Oligomers for an Easy Prototyping of Microfluidic Structures, Macromol. Chem.
Phys. 2010, 211(8), 879.
[33] P. J. LeValley, B. Noren, P. M. Kharkar, A. M. Kloxin, J. C. Gatlin, J. S. Oakey, Fabrication of
Functional Biomaterial Microstructures by in Situ Photopolymerization and Photodegradation,
ACS Biomater. Sci. Eng. 2018, 4, 3078.
[34] C. Guo, X. Qu, N. Rangaswamy, B. Leehy, C. Xiang, D. Rice, A murine glaucoma model
induced by rapid in vivo photopolymerization of hyaluronic acid glycidyl methacrylate, PLOS
ONE 2018, 13(6), e0196529.
[35] M. Zhao, F. Danhier, C. Bastiancich, N. Joudiou, L. Pallavi, G. N. Tsakiris, B. Gallez, A. des
Rieux, A. Jankovski, J. Bianco, V. Préat, Post-resection treatment of glioblastoma with an
injectable nanomedicine-loaded photopolymerizable hydrogel induces long-term survival, Int. J.
Pharm. 2018, 548(1), 522.
[36] I. V. Khudyakov, N. Arsu, S. Jockusch, N. J. Turro, Magnetic and spin effects in the
photoinitiation of polymerization, Des. Monomers Polym. 2003, 6(1), 91.
[37] M. A. Tasdelen, M. Ciftci, Y. Yagci, Visible Light Induced Atom Transfer Radical
Polymerization, Macromol. Chem. Phys. 2012, 213(13), 1391.
[38] K. Borská, D. Moravčíková, J. Mosnáček, Photochemically Induced ATRP of (Meth)Acrylates
in the Presence of Air: The Effect of Light Intensity, Ligand, and Oxygen Concentration,
Macromol. Rapid Commun. 2017, 38(13), 1600639.
[39] P. Bednarczyk, M. Pawlikowska, Z. Czech, Primers used in UV-curable nail varnishes, Int. J.
Adhes. Adhes. 2017, 74, 177.
[40] Z. Czech, A.K. Antosik, P. Bednarczyk, UV-crosslinkable photoreactive self-adhesive
hydrogels based on acrylics, Pol. J. Chem. Tech. 2016, 18(2), 126.
[41] A. Mozelewska, P.Bednarczyk, Z. Czech, Wpływ krotności sieciowania UV na właściwości
akrylanowych klejów samoprzylepnych, Przem. Chem. 2018, 1( 9), 149.
[42] Y. Feng, Q. Deng J. Hu, C. Peng, Q. Wu, Z. Xu, Study on gel weight fraction of ultraviolet-
cured acrylic adhesives, Chem. Pap. 2019, 73(2), 517.
[43] M. Sangermano, A. Chiolerio, G. Marti, P. Martino, UV Cured Acrylic Conductive Inks for
Microelectronic Devices, Macromol. Mat. Eng. 2013, 298(6), 607.
[44] J. P. Fouassier, J. Lalevée, Photoinitiators for Polymer Synthesis: Scope, Reactivity and
Efficiency, Wiley-VCH, Weinheim, 2012.
[45] V. Maurin, C. Croutxé-Barghorn, X. Allonas, Photopolymerization process of UV powders.
Characterization of coating properties, Prog. Org. Coat. 2012, 73 (2–3), 250
[46] M. Sarrafi, B. Kaffashi, S. Bastani, Investigation of cure advancement in dual-cure
polyurethane-acrylate coatings over metal substrates, J. Coat. Technol. Res. 2018, 15(3), 527
[47] M. Mohsenia, S. Bastaniab, A. Jannesari, Influence of silane structure on curing behavior and
surface properties of sol–gel based UV-curable organic–inorganic hybrid coatings, Prog. Org.
Coat. 2014, 77(7), 1191.
[48] A. Mougharbel, J. Mallégol, X. Coqueret, Diffusion Behavior of Isobornyl Acrylate into
Photopolymerized Urethane Acrylate Films: Influence of Surface Oxidation during Curing,
Langmuir 2009, 25(17), 9831.
[49] Z. Sadakbayeva, M. Dušková-Smrčková, A. Šturcová, J. Pfleger, K. Dušek, Microstructured
poly(2-hydroxyethyl methacrylate)/poly(glycerol monomethacrylate) interpenetrating network
hydrogels: UV-scattering induced accelerated formation and tensile behaviour, Eur. Polym. J.
2018, 101, 304.
[50] V. E. Podasca, A. L. Chibac, T. Buruiana, E. C. Buruiana, Impact of ZnO and ZnO/Ag
nanoparticles on the photocatalytic activity of photopolymerized films, J. Coat. Tech. Res. 2016,
1.
FOTOPOLIMERYZACJA (MET)AKRYLANÓW W MASIE 459
[51] V. Melinte, A. Chibac, T. Buruiana, E. C.Buruiana, Hybrid nanocomposites prepared by in situ
photopolymerization using photoinitiator-modified montmorillonite, Prog. Org. Coat. 2017, 104,
125.
[52] P. Garra, F. Dumur, D. Gigmes, A. Al Mousawi, F. Morlet-Savary, C. Dietlin, J. P. Fouassier, J.
Lalevée, Copper (Photo)redox Catalyst for Radical Photopolymerization in Shadowed Areas and
Access to Thick and Filled Samples, Macromol. 2017, 50(10), 3761.
[53] P. Garra, C. Dietlin, F. Morlet-Savary, F. Dumur, D. Gigmes, J. P. Fouassier, J. Lalevée,
Photopolymerization processes of thick films and in shadow areas: a review for the access to
composites Polym. Chem. 2017, 8, 7088.
[54] N. Ballard, J. M. Asua, Radical polymerization of acrylic monomers: An overview, Prog.
Polym. Sci. 2018, 79, 40.
[55] Patent US 10131728B2, Acrylic syrup preparation method and acrylic syrup.
[56] Patent EP 2989132B1, Liquid (meth) acrylic syrup it's method of polymerization, use and
molded article obtained thereof.
[57] Patent US 4141806A, Bulk photo polymerization process for esters of acrylic and methacrylic
acids.
[58] S. S. Baek, S. J. Jang, S. W Lee, S. H. Hwang, Effect of Chemical Structure of Acrylate
Monomer on the Transparent Acrylic Pressure Sensitive Adhesives for Optical Applications,
Polym. Kor. 2014, 38(5), 682.
[59] S. S. Baek, S. J. Jang, S. H. Hwang, Preparation and adhesion performance of transparent
acrylic pressure sensitive adhesives: effects of substituent structure of acrylate monomer, Int. J.
Adhes. Adhes. 2016, 64, 72.
[60] S. S. Baek, S. H. Hwang, Preparation and adhesion performance of transparent acrylic pressure-
sensitive adhesives containing menthyl acrylate, Polym. Bull. 2016, 73(3), 687.
[61] S. S. Baek, S. H. Hwang, Eco-friendly UV-curable pressure sensitive adhesives containing
acryloyl derivatives of monosaccharides and their adhesive performances, Int. J. Adhes. Adhes.
2016, 70, 110.
[62] S. S. Baek, S. J. Jang, S. H. Hwang, Construction and adhesion performance of biomass
tetrahydro-geraniol-based sustainable/transparent pressure sensitive adhesives, J. Ind. Eng.
Chem. 2017, 53(25), 429.
Praca wpłynęła do Redakcji 28 marca 2019 r.
2019, 73, 7-8
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE
– KATYNON I JEGO POCHODNE
NEW PSYCHOACTIVE SUBSTANCES –
CATHINONE AND ITS DERIVATIVES
Katarzyna Kurpet*, Grażyna Chwatko
Katedra Chemii Środowiska, Uniwersytet Łódzki
ul. Pomorska 163, 90-236 Łódź *e-mail: [email protected]
Abstract Wykaz stosowanych skrótów
Wprowadzenie
1. Katynon
1.1. Catha Edulis: przeklęta roślina źródłem nietypowej przyjemności
1.2. Właściwości chemiczne i fizyczne
1.3. Synteza
2. Analogi strukturalne katynonu
2.1. Sposoby modyfikacji cząsteczki katynonu
2.2. Drogi syntezy pochodnych katynonu
3. Metabolizm oraz neurochemiczny mechanizm działania katynonu i
jego syntetycznych analogów 4. Objawy działania katynonu i jego pochodnych oraz niekorzystne
reakcje toksyczne u człowieka
Uwagi końcowe
Piśmiennictwo cytowane
462 K. KURPET, G. CHWATKO
Katarzyna Kurpet jest studentką ostatniego roku studiów magisterskich na
kierunkach analityka chemiczna oraz nauczanie chemii Wydziału Chemii
Uniwersytetu Łódzkiego. Pracę licencjacką realizowała w Katedrze Chemii
Środowiska pod opieką dr hab. Grażyny Chwatko, prof. nadzw. UŁ, którą obroniła
w roku 2017. Obecnie prowadzi badania nad opracowaniem nowej metody
wykrywania i oznaczania wybranych związków antyutleniających.
https://orcid.org/0000-0003-2777-6389
Dr hab. Grażyna Chwatko, prof. nadzw. UŁ od 1996 roku jest zatrudniona na
Wydziale Chemii Uniwersytetu Łódzkiego. Pracę doktorską na temat
„Wyznaczanie statusu redox tioli w osoczu krwi ludzkiej metodą wysokosprawnej
chromatografii cieczowej” obroniła w roku 2002. Roczny staż podoktorski,
związany z badaniem biochemicznych aspektów aterogennego działania
homocysteiny, odbyła w New Jersey Medical School, International Center for
Public Health, Newark, USA. W 2014 roku uzyskała stopień doktora
habilitowanego nauk chemicznych po przedstawieniu rozprawy na temat: „Analiza
próbek biologicznych na zawartość metabolicznie spokrewnionych związków
siarki”. Jej zainteresowania naukowe obejmują opracowywanie nowych metod
wykrywania i oznaczania związków siarki w próbkach biologicznych oraz
zastosowanie tych metod do monitorowania przemian metabolicznych
w organizmach, zarówno w stanach fizjologicznych jak i patologicznych.
https://orcid.org/0000-0001-9247-5131
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 463
ABSTRACT
Cathinone is the major alkaloid found in the Catha edulis plant. The chemical
structure of the cathinone is similar to amphetamine, and the difference in their
structure is the presence of the ketone group in the beta side chain position.
Synthetic derivatives belong to the novel group of psychoactive substances called
‘legal highs’ or ‘designer drugs’. Synthetic cathinones are formed by modifications
of the cathinone molecule consisting in the attachment of various substituents to the
benzene ring and side chain and the use of a nitrogen atom to build the pyrrolidine
ring. On this basis, these relationships can be divided into four main groups:
N-alkylated, N-pyrrolidinyl, 3,4-methylenedioxy-N-alkylated and 3,4-
methylenedioxy-N-pyrrolidinyl derivatives [1-2]. The simplicity of the synthesis
and the availability of substrates favors the continuous process of modifying the
cathinone derivatives covered by legal control. Therefore, continuous improvement
of cathinone detection methods is extremely important for forensic chemistry.
Cathinones easily penetrate the blood-brain barrier, inhibiting the uptake of
neurotransmitters, including dopamine, serotonin or noradrenaline, and increase
their concentration in the synaptic cleft. This leads to increased monoaminergic
transmission in the central as well as in the peripheral nervous system, which entails
a number of adverse effects [3]. In this article we described the pharmacokinetics,
postulated neurochemical mechanisms and pharmacological and toxicological
effects of cathinones. The current legal status of cathinone derivatives and selected
synthesis methods was also discussed. We believe these information contribute
improving public health and safety.
Keywords: cathinone, alcaloids, drugs, khat, new psychoactive substances, designer
drugs
Słowa kluczowe: katynon, alkaloidy, narkotyki, czuwaliczka jadalna, nowe
substancje psychoaktywne, dopalacze
464 K. KURPET, G. CHWATKO
WYKAZ STOSOWANYCH SKRÓTÓW
5-HT – serotonina
CoA – koenzym A
DA – dopamina
DAT – transporter dopaminy
logPoktanol/woda – logarytm współczynnika podziału oktanol/woda
MAO – oksydaza monoaminowa (ang. monoamine oxidase)
MDMA – 3,4-metylenodioksymetamfetamina; Ecstasy
MDPBP – 3,4-metylenodioksy-α-pirolidynobutiofenon MDPPP – 3,4-metylenodioksy-α-pirolidynopropiofenon
MDPV – 3,4-metylenodioksypirowaleron
MOPPP – 4-metoksy-α-pirolidynopropiofenon
MPBP – 4-metylo-α-pirolidynobutiofenon
MPHP – 4-metylo-α-pirolidynoheksofenon
MPPP – 4-metylo-α-pirolidynopropiofenon
NA – noradrenalina
NAD – dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy
NAT – transporter noradrenaliny
NSP – nowe substancje psychoaktywne
PAL – enzym amoniakoliaza fenyloalaniny (ang. L-phenylalanine
ammonia lyase) SERT – transporter serotoniny
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 465
WPROWADZENIE
Katynon jest jednym z aktywnych biologicznie alkaloidów występujących
w czuwaliczce jadalnej, krzewie określanym jako khat (ang.). Ze względu na swoje
właściwości psychoaktywne, khat był znany i używany od wieków przez mieszkańców
Afryki Wschodniej i północno-wschodniej części Półwyspu Arabskiego. W wielu
regionach żucie świeżo zebranych liści czuwaliczki jadalnej uważa się za kwestię
kultury i tradycji lokalnej. Ze względu na strukturalne podobieństwo, katynon i jego
pochodne często określane są jako „naturalne amfetaminy”. Różnica w budowie wynika
wyłącznie z obecności grupy karbonylowej w łańcuchu bocznym katynonu. Podobnie
jak amfetamina, katynon i jego analogi wykazują właściwości stymulujące, euforyczne
i empatogenne. Wpływ na centralny układ nerwowy spowodował wzrost
zainteresowania syntezą pochodnych katynonu do celów leczniczych już na początku
XX wieku, jednakże związki te zaczęły przyciągać szerszą uwagę dopiero około roku
2000. W tym czasie syntetyczne katynony zaliczono do szerszej grupy narkotyków
oficjalnie nazwanych „nowymi substancjami psychoaktywnymi” (NSP). NSP
definiowane są przez Europejskie Centrum Monitorowania Narkotyków i Narkomanii
jako nowe środki odurzające lub psychotropowe, które nie zostały wymienione
w konwencjach Organizacji Narodów Zjednoczonych, ale mogą zagrażać zdrowiu
publicznemu w porównywalnym stopniu do substancji tam wymienionych. Istnieje
wiele określeń używanych w stosunku do NSP. W krajach anglojęzycznych
najpopularniejsza nazwa to ‘legal highs’ odnosząca się do preparatów sproszkowanych
lub tabletek, bądź też ‘herbal highs’ dla preparatów roślinnych. W Polsce wszystkie
tego typu substancje funkcjonują pod nazwą „dopalacze”. W ciągu ostatnich 15 lat
pochodne katynonu stopniowo stały się dostępne w tak zwanych „smart shops”, za
pośrednictwem Internetu oraz w sklepach z artykułami farmaceutycznymi, będąc
sprzedawane, jako sole do kąpieli, aromaty lub odżywki roślinne. Dość często preparaty
te zawierają kombinację dwóch lub więcej pochodnych katynonu, wraz z innymi typami
NSP: kofeiną, lidokainą lub benzokainą, co znacznie utrudnia lekarzom identyfikację
przyczyny zatrucia, a nawet śmierci wynikających z celowego lub niezamierzonego
użycia syntetycznych katynonów [1-2].
1. KATYNON
1.1. CATHA EDULIS: PRZEKLĘTA ROŚLINA ŹRÓDŁEM NIETYPOWEJ
PRZYJEMNOŚCI
Catha edulis (łac.), inaczej czuwaliczka jadalna, jest głównym naturalnym
źródłem katynonu [4]. Roślina ta może występować jako krzew lub drzewo
osiągając wysokość oscylującą pomiędzy 1,5 a 6 metrów. Posiada duże błyszczące
liście o lancetowatym lub eliptycznym kształcie i ząbkowanych brzegach,
o barwach od ciemnożółtych do zgniłozielonych. Ich charakterystyczną cechą
jest silny aromatyczny zapach. Ponadto liście czuwaliczki jadalnej zawierają liczne
466 K. KURPET, G. CHWATKO
flawonoidy, garbniki, sterole, aminokwasy, glikozydy, witaminy i składniki
mineralne oraz opisane w niniejszym artykule alkaloidy: katynon i katynę, które
odpowiadają za psychoaktywne doznania. Czuwaliczka jadalna jest całoroczną,
wiecznie zieloną rośliną, która może występować w wielu strefach klimatycznych
oraz w różnych typach gleby.
Powszechnie uważa się [5], że khat pochodzi z Etiopii, jednakże jego
właściwości psychostymulujące przyczyniły się do rozpowszechnienia rośliny
w wielu krajach arabskich i afrykańskich. Dziko rosnącą roślinę Catha edulis
można spotkać w południowo-zachodnich krajach Półwyspu Arabskiego, a także
wzdłuż wschodniego wybrzeża Afryki [4]. Prawie we wszystkich krajach tych
regionów występują regularne i planowane uprawy: w Etiopii, Somalii, Jemenie,
Republice Południowej Afryki, Kenii, Sudanie oraz na Madagaskarze. Mieszkańcy
tych krajów stosują różne oryginalne określenia tej rośliny, m.in.: mirra, czat,
tschat, meongi, muringi, muraa (Kenia); jaad (Somalia); qat (Jemen); musutate,
ngongo, mutabungwa, kitandwe (Uganda); warfo, mlonge, mulungi (Tanzania);
Bushman tea (RPA) oraz wiele innych.
Najczęstszą formą używania czuwaliczki jadalnej jest żucie świeżych liści
i pędów, jednak można spotkać się z wieloma innymi formami jej spożycia [4]. Po
wysuszeniu i zmieleniu, użytkownicy rośliny, mieszają ją i palą razem z tytoniem
lub rozpuszczają w słodzonym mleku. Zdarza się również, że liście łączone są
z miodem lub cukrem, a w niektórych krajach występują nawet ciastka lub cukierki
zawierające ten narkotyk. W zależności od fantazji użytkowników, możliwości
spożycia czuwaliczki jadalnej jest bardzo wiele.
Podczas długotrwałego przeżuwania uwalniane są aktywne składniki rośliny,
które następnie połykane są wraz ze śliną [4]. Pomimo pierwszych negatywnych
efektów wywołanych przez alkaloidy, takich jak zawroty głowy, bóle w jamie
brzusznej i nudności, po niedługim czasie występują już stany euforyczne.
Użytkownicy odczuwają przypływ niespotykanej wcześniej energii, wzmożoną
czujność, poczucie nieskończonego szczęścia i wzrost samooceny. Osoby żujące
czuwaliczkę jadalną stają się pewni siebie, przez co mają skłonność do wzmożonej
gadatliwości. Często towarzyszy temu nadmierne demonstrowanie swoich uczuć,
zwiększona zdolność wyobraźni, a także niekontrolowane wybuchy śmiechu. Po
zaprzestaniu żucia czuwaliczki jadalnej w miejsce radości, optymizmu i dobrego
samopoczucia pojawiają się napięcie, niestabilność emocjonalna oraz drażliwość.
W badaniach [6] dotyczących praktyki żucia khatu i jego postrzeganych skutków
zdrowotnych przeprowadzonych wśród 622 osób społeczności Dera Woreda
(Etiopia), aż 92,8% respondentów zauważyło szkodliwy wpływ nadużywania
czuwaliczki jadalnej na zdrowie. Do najczęściej zgłaszanych objawów należały:
zaburzenia snu, halucynacje, barwienie zębów, lęk, utrata apetytu, depresja czy
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 467
psychoza. Badani wskazują także, że w zwalczaniu bezsenności pomagają im
‘chebsi’, czyli lokalne alkoholowe napoje takie jak ‘Tela’ i ‘Araqe’, które wypijane
są przez nich po zażyciu khatu.
Od wieków żucie świeżych liści czuwaliczki jadalnej, dla osiągnięcia
zadowalających efektów psychostymulujących, stanowi tradycję lokalnych
społeczności, zwłaszcza podczas kulturowych lub religijnych ceremonii, wliczając
pogrzeby oraz śluby [7]. Taki sposób zażywania rośliny jest również szeroko
praktykowany na co dzień podczas tak zwanych sesji żucia, które są głównym
społecznym i kulturowym fenomenem w szczególności w Jemenie. Nawyk żucia
khatu jest w tym regionie prestiżowy, a sesje stanowią formę towarzyską
z jednoczesnym współzawodnictwem i rywalizacją o status [8]. Podczas takich
spotkań obowiązują subtelne zasady, niemal o rytualnym znaczeniu. Sesje
odbywają się w specjalnie zaprojektowanych pomieszczeniach (Mandher, Mafraj
lub Dewan) przeznaczonych do tego celu, mogących niekiedy pomieścić nawet do
200 osób [7]. Pokoje te wyposażone są w wygodne poduszki na ścianach oraz
perskie lub beduińskie dywany na podłodze, na których stoją niskie stoły
z błyszczącymi mosiężnymi tacami i kilkoma dużymi fajkami wodnymi [8].
Zwyczajem jest, aby uczestnicy sesji siedzieli na bawełnianych materacach
otaczających pokój na podłodze, z lewym zgiętym kolanem i wygiętą prawą nogą
w pozycji pionowej, opierając się na lewym boku i kładąc łokieć na specjalnie
wykonane poduszki zwane Madka [7]. Każdy ze zgromadzonych posiada własną
„porcję” młodych liści i pędów czuwaliczki jadalnej, które nieustannie są dokładane
do ust i żute. Podczas sesji, która trwa zwykle od czterech do sześciu godzin,
członkowie społeczności medytują, słuchają muzyki i rozmawiają dzieląc się przy
tym swoimi przemyśleniami. Mężczyźni i kobiety gromadzą się osobno, przy czym
w ostatnich latach zauważa się wzrost częstości praktykowania sesji żucia wśród
kobiet. Szacuje się, że co najmniej 80% mężczyzn, 60% kobiet i coraz więcej dzieci
poniżej dziesiątego roku życia spędza większość popołudni, aby cieszyć się
rozrywką zalecaną przez mistyków religijnych od X wieku [8-9]. Jemeńczycy
uważają, że sesje khat stanowią ważną okazję do spotkań z innymi ludźmi,
zacieśniania więzi społecznych oraz do wymiany pomysłów i informacji.
W rzeczywistości jednak osłabione zostają więzi rodzinne, gdyż rodzice większość
czasu spędzają na przygotowaniu lub uczestnictwie w sesji żucia, zaniedbując
dzieci oraz własne małżeństwo, co prowadzi często do jego rozpadu [7]. Ponadto
szacuje się, że aż 85% miesięcznego dochodu mężczyzn przeznacza się na zakup
czuwaliczki jadalnej, co znacznie przewyższa wydatki na żywność dla ich rodzin
[5]. Pomimo tego Jemeńczycy wciąż traktują sesje khat jako pozytywny aspekt
codziennego życia występujący w ich kulturze od wieków. Jak wspomina Kandela
[9], jeden z urzędników państwowych określa nietypową roślinę słowami: „it is
NH2
O
NH2 N
N
N
N
Katynon Amfetamina
3,6-dimetylo-2,5-difenylopirazyna3,6-dimetylo-2,5-difenylodihydropirazyna
468 K. KURPET, G. CHWATKO
what gives us our power, without khat Yemen is nothing” („to daje nam naszą moc,
bez khatu Jemen jest niczym”).
Khat jest głęboko zakorzeniony w tradycjach socjokulturowych kilku krajów,
gdzie był praktykowany przez ograniczony segment populacji w dobrze
zdefiniowanym i stabilnym otoczeniu społecznym. Jednak w ostatnich latach
stosowanie tego stymulanta rozszerzyło się poza te granice i osiągnęło rozmiary
epidemii. Zjawisko to można wyjaśnić nie tylko pojawieniem się nowoczesnego
transportu, ale także głębokimi zmianami społecznymi i kulturowymi, które miały
miejsce w tych krajach w XX wieku [8].
1.2. WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE I FIZYCZNE
Katynon (2-amino-1-fenylo-1-propanon lub α-aminopropiofenon) strukturą
przypomina amfetaminę, od której odróżnia go obecność grupy ketonowej
występującej przy węglu łańcucha bocznego (Rys. 1). Stąd katynon nazywany
jest często -keto amfetaminą. Podobnie jak fenetyloaminy, katynon występuje
w dwóch formach stereoizomerycznych, różniących się aktywnością. Enancjomer
S jest naturalnie występującą formą 2-amino-1-fenylo-1-propanonu. W związku
z enolizacją grupy ketonowej, katynon ulega racemizacji, w szczególności, jako
wolna zasada oraz w polarnych rozpuszczalnikach. Katynon, niestabilizowany
obecnością mocnych kwasów, wykazuje silną tendencję do cyklizacji tworząc 3,6-
dimetylo-2,5-difenylohydropirazynę z późniejszym utlenieniem do 3,6-dimetylo-
2,5-difenylopirazyny [10-11]. Wybrane właściwości chemiczne i fizyczne katynonu
umieszczono w Tab. 1.
Rysunek 1. Struktura chemiczna katynonu, amfetaminy oraz produktów cyklizacji i utlenienia katynonu
Figure 1. The chemical structure of cathinone, amphetamine and products of cathinone cyclization and
oxidation
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 469
Tabela 1. Wybrane właściwości fizykochemiczne katynonu [12-13] Table 1. Chemical and physical properties of cathinone [12-13]
Wzór sumaryczny C9H11NO
Masa molowa 149,193 g/mol
Normalna temperatura topnienia 335,80 K
Normalna temperatura wrzenia 557,96 K
Temperatura krytyczna 791,45 K
Objętość krytyczna 0,46 m3/kg-mol
Rozpuszczalność (25 °C) Dobrze rozpuszczalny w eterze i etanolu; w wodzie:
5,15105 mg/dm
3
Ciśnienie pary (25 °C) 1,8910-2
mmHg
logPoktanol/woda 1,22
1.3. SYNTEZA
Biosynteza
Proponowane są dwie drogi biosyntezy katynonu zachodzące w krzewie Catha
edulis [14]. Obie zaczynają się od L-fenyloalaniny (Rys. 2), która zostaje
przekształcona przez enzym amoniakoliazę fenyloalaniny (PAL) w kwas trans-
cynamonowy. W tym punkcie, drogi biosyntezy rozchodzą się. Jedna jest zależna
od koenzymu A (CoA), natomiast w drugiej nie bierze on udziału.
Pierwszym krokiem w syntezie niezależącej od CoA jest uwodnienie kwasu
cynamonowego z wytworzeniem kwasu 3-hydroksy-3-fenylopropionowego [14].
Kwas ten jest kolejno przekształcany do benzaldehydu w reakcji rozszczepienia
aldolowego, czego wynikiem jest usunięcie cząsteczki kwasu octowego.
Wykorzystując odpowiednią dehydrogenazę, dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy
(NAD) oraz wodę, benzaldehyd zostaje przekształcony w kwas benzoesowy.
W kolejnym etapie przy udziale enzymu zależnego od difosforanu tiaminy oraz
pirogronianu powstaje 1-fenylopropano-1,2-dion. W końcu wykorzystanie enzymu
transaminazowego prowadzi do otrzymania ostatecznego produktu: (S)-katynonu.
Druga droga syntezy, zależna od CoA, zaczyna się od przekształcenia kwasu
cynamonowego w trans-cynamoilo-CoA za pomocą ligazy CoA [14]. Następnie
hydraza enol-CoA katalizuje reakcję hydratacji z wytworzeniem 3-hydroksy-3-
fenylopropionylo-CoA. Ostatecznie produkt ten przekształcany jest w benzoilo-
CoA przez enzym tiolazę. Na tym etapie ścieżki biosyntezy katynonu zbiegają się,
a ich dalszy przebieg jest identyczny.
OH
O
OH
OOH
O
OH
O
O
O
NH2
O
OH
O
S-CoA
O
S-CoA
OH O
S-CoA
O O
S-CoA
OS-CoA
O
CoASH
S-CoA
O
OH
NH2
O
kwas 3-hydroksy-3-fenylopropanowy
benzalehyd
kwas benzoesowy
1-fenylopropano-1,2-dion
Kwas trans-cynamonowytrans-cynamoilo-CoA
3-hydroksy-3-fenylopropionylo-CoA
3-oksy-3-fenylopropionylo-CoA
benzoilo-CoA
PAL
H2O
NAD
NADH
H2O
ligaza CoA
hydrataza enol-CoAuwodnienie
rozszczepienie aldolowe
dehydrogenaza
NAD
NADH
dehydrogenaza
CoASHtiolaza
rozszczepienie aldolowe
CoASH
tioesteraza
ligaza CoA
pirogronian
CO2
enzym zalezny od ThDP.
enzym zalezny od ThDP.
transaminaza
(S)-katynon
L - fenyloalanina
470 K. KURPET, G. CHWATKO
Rysunek 2. Biosynteza katynonu [14]
Figure 2. Biosynthesis of a cathinone [14]
Chemiczna synteza
Najprostszym sposobem otrzymania katynonu jest ekstrakcja liofilizowanego
materiału roślinnego za pomocą metanolu, separacja niepolarnych i słabo
zasadowych związków oraz oczyszczenie poprzez ponowną kwasowo-zasadową
N
NH2
OH
OH
NH2
NHCHO
OH
NHCHO
OH
NHCHO
O
NH2
O
NH2
O
NHCHO
O
OH
NH2
N
HCO2H
(-H2O)
HCO2H
(-H2O)
CrO3 /
(1R:2S)-Norefedryna
(1R:2S)-(+)-N-Formylonorefedryna
(1S:2R)-Norefedryna
Norefedryna
(R)-(+)-N-Formylo-aminopropiofenon(S)-(+)-N-Formylo-aminopropiofenon
(1S:2R)-(+)-N-Formylonorefedryna
Chlorowodorek (S)-(+)-aminopropiofenonu Chlorowodorek (R)-(+)-aminopropiofenonu
CrO3 /
20% HCl 20% HCl
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 471
ekstrakcję [10]. W ten sposób uzyskuje się żółty olej, który po potraktowaniu
kwasem szczawiowym daje ciało stałe o temperaturze topnienia 157-160 °C.
Kolejne opisane poniżej procedury umożliwiają otrzymanie optycznie czynnego
katynonu.
W pierwszej metodzie [10] produktem wyjściowym jest mieszanina
racemiczna norefedryny, a cały proces składa się z czterech etapów, które zostały
przedstawione na Rys. 3. Norefedryna jest przekształcana z dużą wydajnością
w swoje izomery optyczne za pomocą kwasu O,O'-dibenzoilo-d-winowego.
Następnie każdy enancjomer jest modyfikowany do jego N-formylowej pochodnej
i utleniony za pomocą trójtlenku chromu w pirydynie. W kolejnym etapie
przeprowadza się hydrolizę z użyciem 20% kwasu solnego w temperaturze 40 °C,
w wyniku czego powstaje optycznie czysty chlorowodorek α-aminopropiofenonu.
W ten sposób z racemicznej norefedryny uzyskuje się (-)-α-aminopropiofenon
z 39% ogólną wydajnością, natomiast izomer (+) z 40% ogólną wydajnością.
Rysunek 3. Synteza enancjomerów katynonu z mieszaniny racemicznej norefedryny [10]
Figure 3. Synthesis of cathinone enantiomers from the racemic mixture of norephedrine [10]
CCH
3HOOC
NH2
H
CH3
HOOC
NH
HC
O
CH3
CCH
3
O
H NH C CH
3
O
CCH
3
O
H NH3 Cl
(CH3CO)2O
+ -
HCl,
S-(-)-Katynon
1. PCl52. AlCl3/CH2Cl2
S-Alanina N-acetylo-S-alanina
472 K. KURPET, G. CHWATKO
Najskuteczniejsza metoda otrzymywania racemicznie czystego S-(-)-katynonu
obejmuje alkilowanie Friedla-Craftsa S-alaniny, które prowadzi do finalnego
produktu, jakim jest czysty chlorowodorek S-(-)-katynonu (Rys. 4) [15]. Procedura
ta charakteryzuje się nieco większą wydajnością niż metoda opisana powyżej,
jednak warto zauważyć, że do poprzednio opisanej syntezy używa się naturalnej
i relatywnie taniej pochodnej kwasu winowego, natomiast w poniższym przypadku
wykorzystywana jest syntetyczna alanina [10].
W pierwszym etapie następuje acetylowanie S-alaniny z użyciem bezwodnika
octowego, a następnie chlorowanie za pomocą pięciochlorku fosforu, które
prowadzi do otrzymania odpowiedniego chlorku acylowego [15]. W tym samym
kroku wykonywane jest alkilowanie Friedla-Craftsa na chlorowanym ketonie za
pomocą chlorku glinu i benzenu. Ostatecznie, podgrzanie i dodanie kwasu solnego
umożliwia usunięcie aldehydu z pierwszego etapu i zastąpienie go
chlorowodorkiem.
Rysunek 4. Synteza enancjomerycznie czystego S-(-)-katynonu [15]
Figure 4. Synthesis of enantiomerically pure S-(-)-cathinone [15]
W Polsce istnieje ustawa o przeciwdziałaniu narkomanii [16], w której istnieją
akty prawne mówiące o zakazie posiadania oraz produkowania substancji
psychotropowych, ich preparatów, środków odurzających, środków zastępczych,
nowych substancji psychoaktywnych czy prekursorów kategorii 1 przez jednostki
do tego nieuprawnione. Jednak ostatnie lata pokazały, że wyżej wymienione
produkty opanowały czarny rynek, co wskazuje na istnienie tak zwanych
„domowych laboratoriów”. Prosta synteza oraz łatwość zdobycia prekursorów do
produkcji katynonu, sprzyjają rozpowszechnieniu tego narkotyku.
N
O
RCH
2
R
R RR3
15
4
2
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 473
2. ANALOGI STRUKTURALNE KATYNONU
2.1. SPOSOBY MODYFIKACJI CZĄSTECZKI KATYNONU
Chemiczna struktura katynonu może być rozważana jako prototyp, na
podstawie którego powstają nowe substancje psychoaktywne, zwane katynonami
[17]. Na Rys. 5 pokazano charakterystyczne miejsca modyfikacji struktury
cząsteczki katynonu z zaznaczeniem pozycji α oraz . Obecnie znanych jest wiele
pochodnych katynonu (Tab. 2), które można traktować również, jako pochodne
fenetyloamin z grupą -ketonową w łańcuchu bocznym.
Rysunek 5. Ogólna struktura pochodnych katynonu
Figure 5. The general structure of cathinone derivatives
Pochodne mogą powstawać poprzez modyfikację następujących miejsc
w strukturze katynonu:
R1 = atom wodoru lub grupa alkilowa lub [NR1R2] = pierścień pirolidynowy,
ftalimidowy bądź inna struktura pierścieniowa,
R2 = atom wodoru lub grupa alkilowa lub [NR1R2] = pierścień pirolidynowy,
ftalimidowy bądź inna struktura pierścieniowa,
R3 = atom wodoru lub jeden bądź więcej podstawników: alkilowy,
alkoksylowy, halogenkowy i alkilenodioksylowy, niezależnie od tego czy są
one dalej podstawione przez inny podstawnik jednowartościowy,
R4 = atom wodoru lub dowolna grupa alkilowa,
R5 = atom wodoru lub dowolna grupa alkilowa.
Pod względem chemicznym, katynony można podzielić na cztery główne
grupy [18]. Pierwsze znane syntetyczne analogi katynonu były często
N-alkilowanymi pochodnymi (pozycje R1, R2), z których niektóre zawierały
również podstawnik przyłączony do pierścienia benzenowego (R3). Ta rodzina
katynonów obejmuje substancje, które są głównie syntetyzowane do celów
terapeutycznych, mianowicie anorektyki dietylopropion i dimetylopropion oraz
antydepresant bupropion, a także pochodne, które w rzeczywistości zostały
wprowadzone na rynek narkotykowy: etkatynon, metylokatynon, MEPH, flefedron,
4-metyloetkatynon, metedron, bufedron, pentedron oraz 3,4-dimetylometkatynon.
474 K. KURPET, G. CHWATKO
Tabela 2. Pochodne katynonu Table 2. Cathinone derivatives
Nazwa R1 R2 R3 R4 R5
Katynon H H H H H
α-ftalimidopropiofenon Ftalimid H H H
Metkatynon (efedron) Metyl H H H H
2-(metyloamino)-1-(3-bromofenylo)propan-1-on Metyl H 3-Br H H
2-(metyloamino)-1-(4-bromofenylo)propan-1-on Metyl H 4-Br H H
N,N-Dimetylokatynon Metyl Metyl H H H
N-Etylokatynon (etkatynon) Etyl H H H H
2-metyloamino-1-fenylobutan-1-on Metyl H H Metyl H
4-Metylo-N-etylokatynon Etyl H 4-Metyl H H
4-Metylometkatynon (mefedron, MEPH) Metyl H 4-Metyl H H
Dietylopropion (Dietylokatynon) Etyl Etyl H H H
1-(3-chlorofenylo)-2-[(1,1-dimetyloetylo)amino)-1-
propanon (Bupropion)
t-Butyl H 3-Cl H H
2-(izo-propyloamino)-1-fenylopropan-1-on Izopropyl H H H H
2-(tert-butyloamino)-1-fenylopropan-1-on t-Butyl H H H H
3,4-Metylenodioksymetkatynon (Metylon; bk-
MDMA)
Metyl H 3,4-Metylenodioksy H H
3,4-Metylenodioksyetkatynon (Etylon) Etyl H 3,4-Metylenodioksy H H
β-keto-N-metyleno-3,4-
benzodioksyolilobutanoamina (Butylon)
Metyl H 3,4-Metylenodioksy Metyl H
Pentylon Etyl H 3,4-Metylenodioksy Metyl H
4-Metoksymetkatynon (Metedron) Metyl H 4-Metoksy H H
4-Fluorometkatynon (Flefedron) Metyl H 4-F H H
3-Fluorometkatynon Metyl H 3-F H H
2-Fluorometkatynon Metyl H 2-F H H
α -pirolidynopropiofenon (α-PPP) Pirolidynyl H H H
4-Metylo-α-pirolidynopropiofenon (MPPP) Pirolidynyl 4-Metyl H H
4-Metoksy-α-pirolidynopropiofenon (MOPPP) Pirolidynyl 4-Metoksy H H
4-Metylo-α-pirolidynoheksofenon (MPHP) Pirolidynyl 4-Metyl Propyl H
1-(4-metylofenylo)-2-(1-pirolidynylo)pentan-1-on
(Pirowaleron)
Pirolidynyl 4-Metyl Etyl H
α-Pirolidynobutiofenon Pirolidynyl H Metyl H
α-Pirolidynowalerofenon (α-PVP) Pirolidynyl H Etyl H
4-Metylo-α-Pirolidynobutiofenon (MPBP) Pirolidynyl 4-Metyl Metyl H
4-Metylo-α-pirolidyno-α-metylopropiofenon Pirolidynyl 4-Metyl H Metyl
3,4-Metylenodioksy-α-pirolidynopropiofenon
(MDPPP)
Pirolidynyl 3,4-Metylenodioksy H H
3,4-Metylenodioksypirowaleron (MDPV) Pirolidynyl 3,4-Metylenodioksy Etyl H
3,4-Metylenodioksy-α-pirolidynobutiofenon
(MDPBP)
Pirolidynyl 3,4-Metylenodioksy Metyl H
1-naftalen-2-yl-2-pirolidyn-1-yl-pentan-1-on (β-
nafyron)
Pirolidynyl Benzyl Etyl H
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 475
Zamiast alkilowania lub chlorowcowania w pozycji R3, może nastąpić dodanie
grupy 3,4-metylenodioksylowej do pierścienia benzenowego [18]. Ta grupa
obejmuje N-metylowane i N-etylowane pochodne metylonu oraz etylonu, a także
butylonu i pentylonu, które powstają z alkilowania w pozycjach R1 i R4. Warto
zauważyć, że omawiana rodzina katynonów jest strukturalnie podobna do 3,4-
metylenodioksyamfetamin, regularnie nadużywanych substancji, a mianowicie 3,4-
metylenodioksymetamfetaminy (MDMA), 3,4-metylenodioksy-N-etyloamfetaminy
(MDEA) oraz N-metylo-1,3-benzodioksolilobutanoaminy (MDBD).
Inna grupa syntetycznych katynonów zawiera pierścień pirolidynowy
w łańcuchu bocznym zamiast grupy aminowej [18]. Te pirolidynowe pochodne
powstają poprzez modyfikację cząsteczki prototypu, jakim jest
α-pirolidynopropiofenon (α-PPP). MPPP powstaje w wyniku metylowania
pierścienia w cząsteczce α-PPP, natomiast alkilowanie w pozycji R4 cząsteczki
MPPP prowadzi kolejno do powstania MPBP, pirowaleronu oraz MPHP.
Powstawanie α-PVP wynika z dodania grupy etylowej do pozycji R4, podczas gdy
wprowadzenie do pierścienia α-PPP podstawnika metoksylowego prowadzi do
wytworzenia MOPPP. Jedyną pochodną katynonu, która zawiera podstawnik
alkilowy w pozycji R5 jest 4-metylo-α-pirolidyno-α-metylopropiofenon, który
powstaje w wyniku metylacji MPPP.
Poprzez połączenie dwóch ostatnich grup, powstaje nowa grupa syntetycznych
katynonów, zawierająca zarówno podstawnik metoksylowy w pierścieniu jak
i pirolidynowy zamiast grupy aminowej [18]. Do tej rodziny należą takie substancje
jak: MDPPP, MDPBP i MDPV.
Nafyron, pochodna drugiej generacji, zawierająca pierścień naftylowy,
wykazuje unikalną strukturalną charakterystykę, która nie była dotychczas
widoczna w żadnym innym opisanym syntetycznym katynonie. Istnieją dwa
izomery tego związku, a mianowicie α-nafyron oraz -nafyron [18].
Nazwy systematyczne zalecane przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej
i Stosowanej (IUPAC) rzadko stosuje się w nazewnictwie katynonów, gdyż są one
długie i niewygodne w użyciu [11]. Zamiast tego, stosuje się nazwy zwyczajowe,
półsystematyczne lub akronimy. Niestety ze względu na duże podobieństwo nazw
zwyczajowych, np. mefedron i metedron, często może dochodzić do pomyłek, co
powoduje szereg komplikacji wliczając zagrożenie zdrowia lub życia. W literaturze
można spotkać się z różnego rodzaju nazwami niekonwencjonalnymi, bazującymi
głównie na fakcie, że katynony są -keto analogami odpowiednich
fenyloetyloamin. Z tego względu katynony często opisywane są akronimami
odpowiednich amfetamin z przedrostkiem bk (-keto), co niestety również może
być problematyczne, jeśli czytelnik nie wie, jakie substancje kryją się pod
odpowiednimi akronimami analogów amfetaminy.
R
O
R
O
Br
R
O
NH2R
1
+
X-
R
O
NHR1
NHMe
NAr
O
a b
c lub d
1a (R = H)1b (R = Me)
2a (R = H)2b (R = Me)
3a (R = H, R1 = Me, X = Cl)
3b (R = R1 = Me, X = Cl)
3c (R = Me, R1 = Et, X = Br)
4a (R = R1 = H)
4b (R = Me, R1 = Bn)
5 6a (Ar = 2-naftalenylo-)6b (Ar = 1-(1,3-benzodioksol-5-ylo)-)
Br
O
R
NK
O
O
+
N
OO
O
R
NH2
O
R
NH2-NH2
476 K. KURPET, G. CHWATKO
2.2. DROGI SYNTEZY POCHODNYCH KATYNONU
Na Rys. 6 przedstawiono przebieg syntezy sześciu wybranych pochodnych
katynonu, a mianowicie: metkatynonu (3a), 4’-metylometkatynonu (3b), 4’-metylo-
N-etylokatynonu (3c), benzedronu (4b), nafyronu (6a) oraz MDPV (6b). Pozostałe
struktury przedstawiają cząsteczki katynonu (4a) oraz amfetaminy (5). Metkatynon
można również zsyntetyzować poprzez reakcję z łatwo dostępnymi surowcami,
zazwyczaj z pseudoefedryną, nadmanganianem potasu (stosowany jako środek
utleniający) i kwasem siarkowym(VI) [17, 19]. Jest to sposób często
wykorzystywany przy nielegalnej produkcji tego narkotyku w tak zwanych
„domowych laboratoriach”.
Rysunek 6. Reagenty i warunki: (a) Br2/HBr (48% wodny roztwór)/CH2Cl2/1h;
(b) NH2R1·HCl/NEt3/CH2Cl2/24h; (c) 4 M HCl-dioksan/PrOH/1 h; (d) 33% HBr-AcOH/AcOH
/1h [19]
Figure 6. Reagents and conditions: (a) Br2/HBr (48% aqua solution)/CH2Cl2/1h;
(b) NH2R1·HCl/NEt3/CH2Cl2/24h; (c) 4 M HCl-dioxane/PrOH/1 h; (d) 33% HBr-AcOH/AcOH
/1h [19]
Synteza Gabriela (Rys. 7) może służyć do otrzymywania pochodnych
ftalimidkowych z odpowiednich bromoketonów oraz ftalimidku potasu, które
następnie w reakcji z hydrazyną ulegają przekształceniu do ketoamin [11].
Rysunek 7. Synteza pochodnych katynonu metodą Gabriela [11]
Figure 7. Synthesis of cathinone derivatives by means of Gabriel method [11]
Br
R
O
NH2
R
NH
R
O
R
NH2
R
O
R
1 1 1
H2/Pd, p
R1 = H
R1 = CH3
Bz1 R1 = H
Bz2 R1 = CH3
K1 R1 = H
K2 R1 = CH3
R
O
R
Br
R
O
R
N
R
O
R
NH
1 1 1
[Br]
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 477
Pochodne benzylowe Bz1 i Bz2 (Rys. 8) można otrzymać w reakcji
benzyloaminy oraz pochodnych bromopropiofenonów, które pod wpływem
działania wodoru w obecności palladu oraz odpowiedniego ciśnienia, ulegają
przekształceniu do ketoaryloamin K1 i K2 [11].
Rysunek 8. Synteza pochodnych katynonu poprzez hydrogenolizę odpowiednich pochodnych N-
benzylowych [11]
Figure 8. Synthesis of cathinone derivatives by means of hydrogenolysis of their N-benzyl derivatives
[11]
Jedna z proponowanych [11] dróg otrzymywania pochodnych katynonu
zawierających strukturę pierścienia pirolidynowego została przedstawiona na Rys.
9:
Rysunek 9. Proponowana droga syntezy pochodnych katynonu otrzymanych wskutek włączenia atomu
azotu grupy NH2 w strukturę pierścienia pirolidynowego [11]
Figure 9. The proposed synthetic route leading to cathinone derivatives obtained as a result of the
inclusion of the nitrogen atom of the NH2 group in the pyrrolidine ring structure [11]
Katynony są produktami wysokiej czystości (zwykle >95%), jednakże
w przechwyconych produktach wykrywano również małe ilości substancji
zafałszowujących, takich jak benzokaina, lignokaina, kofeina czy paracetamol [20].
Niektóre dopalacze z grupy katynonów są również domieszkowane nielegalnymi
substancjami jak kokaina, ketamina, amfetamina oraz 1-benzylopiperazyna, choć
zdarza się to bardzo rzadko. W Polsce większość pochodnych katynonu objętych
jest kontrolą prawną na mocy ustawy o przeciwdziałaniu narkomanii [16].
478 K. KURPET, G. CHWATKO
3. METABOLIZM ORAZ NEUROCHEMICZNY MECHANIZM
DZIAŁANIA KATYNONU I JEGO SYNTETYCZNYCH ANALOGÓW
Metabolizm
Podczas jednorazowej sesji żucia czuwaliczki jadalnej trwającej kilka godzin
przeżuwa się około 100 – 500 g liści tej rośliny. Katynon jest głównym aktywnym
alkaloidem obecnym w czuwaliczce jadalnej, a jego zawartość waha się
w granicach 78 – 343 mg na 100 g świeżych liści. Psychostymulujące efekty
wywołane przez khat pojawiają się po około 30 minutach od rozpoczęcia żucia
i trwają mniej więcej trzy godziny. W tym czasie, blisko 90% alkaloidów zostaje
skutecznie wyekstrahowane z liści rośliny. Wchłanianie tych komponentów
następuje w dwóch miejscach: przez błonę śluzową jamy ustnej, gdzie 60%
katynonu zostaje zaabsorbowane, a także na poziomie jelita cienkiego, gdzie
następuje wchłanianie połkniętego soku [18, 21]. Biologiczny okres półtrwania
katynonu wchłanianego w wyniku żucia khatu wynosi około czterech godzin [22].
Według danych literaturowych [18], po upływie 127 ± 30 minut po spożyciu
jednej dawki wynoszącej 0,8 mg/kg masy ciała, maksymalne stężenie katynonu
w osoczu wynosi 127 ± 53 ng/ml. Inne badania [4] wykazały, że dla tej samej
dawki najwyższa aktywność katynonu wynosi 83 ng/ml osocza po upływie 1,5 –
3,5 h od rozpoczęcia żucia. Analogicznie, dla niższych dawek (0,6 mg/kg masy
ciała) opisano niższe maksymalne stężenie katynonu obecnego w osoczu (58,9 ±
18,8 ng/ml), uzyskane po upływie porównywalnego czasu po spożyciu (2,31 ± 0,65
h). Wykrycie katynonu w osoczu jest możliwe jedynie do 24 godzin od rozpoczęcia
żucia, a przeprowadzone badania sugerują, że stężenie katynonu w tym płynie
biologicznym jest proporcjonalne do przyjmowanej dawki [18].
Wykrywanie katynonu w próbkach biologicznych jest problematyczne ze
względu na jego szybki rozkład w organizmie. We krwi katynon jest ledwo
wykrywalny już po ośmiu godzinach od spożycia [23]. Ponadto tylko 2% katynonu
pozostaje w moczu w niezmienionym składzie, będąc głównie eliminowany
w formie jego metabolitów: katyny i norefedryny. Co więcej u karmiących matek
zażywających narkotyk, metabolity katynonu są możliwe do oznaczenia w moczu
dziecka do około czterech godzin po karmieniu [4]. W nerkach pozostaje bardzo
mała ilość tego alkaloidu i wynosi średnio od 0,6% do 3,3% [22].
Po wchłonięciu, naturalny katynon, podobnie jak syntetyczne katynony,
przechodzi przez fazę I metabolizmu, nazywaną redukcją grupy -ketonowej, która
prowadzi do powstania alkoholu i katalizowana jest przez enzymy mikrosomalne
wątroby. W wyniku tego procesu powstają katyna (norpseudoefedryna) oraz
norefedryna (Rys. 10). Związki te są swoimi stereoizomerami, tzn. składają się
z takich samych atomów, a jedynie inaczej ułożonych przestrzennie.
NH2
CH3
OCH
3
NH2
H
H
OH
CH3
NH2
OH
H
H
[R]
Katynon
Katyna
Norefedryna
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 479
W specyficznych przypadkach proces metabolizmu katynonu może wykazywać
stereoselektywność, wówczas głównym metabolitem S-(-)-katynonu jest R,S-(-)-
norefedryna, podczas gdy R-(+)-katynon jest metabolizowany do R,R-(-)-
norpseudoefedryny [18, 21].
W liściach czuwaliczki jadalnej katynon jest przede wszystkim przekształcany
do katyny, natomiast głównym jego metabolitem w organizmie człowieka jest
norefedryna [21]. Związki te wykazują farmakologiczne działanie zarówno na
centralny, jak i obwodowy układ nerwowy. Do efektów wywoływanych przez
katynę zaliczyć można między innymi: zwiększoną czujność, hipertermię,
przyspieszone oddychanie, zwiększenie częstości akcji serca, wzrost ciśnienia krwi,
zaparcia, zatrzymanie moczu oraz anoreksję [24]. Wywoływana przez
norpseudoefedrynę utrata wagi stała się celem badań dotyczących sposobów
leczenia powszechnie występującej otyłości, jednakże zbyt duże ryzyko powikłań
sercowo – naczyniowych sprawia, że zastosowanie katyny jako leku pozostaje
wciąż kwestią otwartą. Norefedryna z kolei jest powszechnie stosowana jako
preparat zmniejszający przekrwienie błony śluzowej nosa, środek wspomagający
odchudzanie czy lek na kaszel i przeziębienie [25-26]. W nadmiernych ilościach
może jednak wywoływać szkodliwe skutki uboczne, takie jak: arytmia serca,
nadciśnienie, niepokój, bóle i zawroty głowy, dezorientację, pobudzenie, a nawet
halucynacje i psychozę (drgawki, omamy wzrokowe) [26].
Rysunek 10. Faza I metabolizmu katynonu; [R] – redukcja [18]
Figure 10. Phase I of the cathinone metabolism; [R] – reduction [18]
Konsumowane dawki syntetycznych katynonów różnią się między sobą
w zależności od siły wywoływanych efektów i drogi podania [17]. Niektóre
katynony mają słabszą siłę inhibicji wychwytu neuroprzekaźników in vitro niż ich
odpowiednie fenetyloaminy. Tak samo jak w przypadku katynonu, wynika to
z obecności grupy -ketonowej, która odpowiada za wzrost polarności i tym samym
480 K. KURPET, G. CHWATKO
obniżenie zdolności przekraczania granicy krew-mózg. Wyjątek stanowi rodzina
pirolidynowych katynonów, gdyż obecność pierścienia pirolidynowego znacznie
redukuje polarność tych związków. Niemniej jednak, metylon oraz MDPV, tak
dobrze jak EPH i MEPH, wykazują wysoką przenikalność w komórkach śródbłonka
naczyń włosowatych mózgu ludzkiego. Wśród czterech pochodnych, granica krew-
mózg była najbardziej przepuszczalna dla MDPV oraz MEPH, a liczne dane
sugerują, że pierwsza substancja jest aktywnie transportowana do mózgu poprzez
specyficzne nośniki [18].
Syntetyczne katynony, podobnie jak sam katynon, po wchłonięciu przechodzą
przez fazę I metabolizmu (Rys. 11), polegającą na redukcji grupy -ketonowej do
odpowiedniego alkoholu, katalizowaną przez enzymy mikrosomalne wątroby [18].
Jak opisano wcześniej, metabolizm katynonu może w pewnych przypadkach
wykazywać stereoselektywność. Taki sam proces wykazano również dla
dimetylopropionu, a następnie zaproponowano także dla EPH. Redukcja tych
dwóch związków daje początek odpowiednio efedrynie i metyloefedrynie, które są
w następnej kolejności metabolizowane do norefedryny oraz efedryny poprzez N-
demetylację.
Badania [18] przeprowadzone na szczurach oraz w próbkach ludzkiego moczu
pozwoliły na identyfikację siedmiu metabolitów mefedronu pochodzących z trzech
dróg fazy I metabolizmu. Oprócz N-demetylacji 1º aminy, może zachodzić
utlenienie grupy metylowej przyłączonej do pierścienia z wytworzeniem alkoholu.
Ten z kolei zostaje następnie utleniony dając kwas karboksylowy z późniejszą
redukcją grupy -ketonowej (Rys. 11). Uważa się, że Cytochrom P450 2D6
(CYP2D6) jest głównym enzymem odpowiedzialnym za przebieg fazy
I metabolizmu MEPH w ludzkich mikrosomach wątroby. Niedawno, rozwinięto
metodę in vitro pozwalającą na scharakteryzowanie różnych dróg fazy I i II
metabolizmu MEPH. W tym celu inkubowano hepatocyty szczura razem z MEPH
przez dwie godziny, a następnie supernatant analizowano techniką chromatografii
cieczowej sprzężoną ze spektrometrią mas. W ten sposób zidentyfikowano 17
metabolitów, z których siedem pochodziło z fazy II metabolizmu, powstałych
w reakcji acetylowania i/lub glukuronidacji (Rys. 11). W odniesieniu do
zredukowanych metabolitów, można oczekiwać metabolizmu grup hydroksylowych
fazy II.
Metabolizm 3,4-metylenodioksylowych katynonów (Rys. 11), wliczając
metylon, butylon oraz etylon, obejmuje trzy szlaki: N-dealkilowanie (główna
droga), redukcja grupy -ketonowej i wreszcie demetylowanie, po którym następuje
O-metylowanie za pośrednictwem katecholo-O-metylotransferazy [18]. Trzy
hydroksylowane metabolity wynikające z dwóch ostatnich dróg
najprawdopodobniej przechodzą przez fazę II metabolizmu, nazywaną
glukuronidacją oraz sulfonowaniem grupy alkoholowej. Koniugaty są wydalane
N
CH2
O
R
R
R
CH3
R
NH
CH2
O
R
R
RR
O OH
O
CH3
O
OH
O
OH
O
O
O
O
OH
OH
O
OH
OH
O
OH
OH
O
N
O
N
O
OH
N
O
O
34
5
2
A.
34
5
2
B.
Hydroksylowanie
Utlenianie
C. D.
Demetylenacja
O-metylacjaO-metylacja
RedukcjaN-demetylacja
E.
Hydroksylowanie
Odwodornienie
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 481
wraz z moczem, razem z nierozpuszczonymi narkotykami.
Podobnie jak w innych syntetycznych katynonach, również w pirolidynowych
pochodnych, takich jak MDPV czy α-PPP, grupa ketonowa w bocznym łańcuchu
aminowym jest przekształcana do alkoholu [18]. W odniesieniu do MDPV,
pierścień 3,4-metylenodioksylowy jest metabolizowany takim samym sposobem jak
w przypadku k-metylenodioksyamfetamin, z wytworzeniem katecholu
i metoksykatecholowej pochodnej pirowaleronu. Związki te są głównymi
metabolitami MDPV mogącymi brać udział w reakcji sulfonowania lub
glukuronidacji. Na podstawie badań metabolicznych in vitro z użyciem ludzkich
mikrosomów wątroby, ustalono, że demetylenacja jest również główną drogą
degradacji MDPPP. Stwierdzono także, że oprócz enzymu CYP2D6, prawie
jednakowo odpowiedzialny za tę reakcję jest izoenzym CYP2C19, z czego wynika
obecność metabolitu dihydroksy-PPP. Dalsze biotransformacje grupy pirolidynowej
zostały zaproponowane w szczególności dla MDPV oraz α-PVP (Rys. 11).
Założono, że pierścień pirolidynowy może ulegać degradacji do pierwszorzędowej
aminy a łańcuch boczny i pozycja 2’ pierścienia pirolidynowego prawdopodobnie
są hydroksylowane, po czym odwodornione kolejno do ketonu i laktamu.
Rysunek 11. Szlaki metaboliczne pochodnych katynonu [17]
Figure 11. Metabolic pathways of cathinone derivatives [17]
482 K. KURPET, G. CHWATKO
Ostatecznie pierścień może otworzyć się na odpowiednie alifatyczne aldehydy
i przejść dalszą oksydację do kwasu karboksylowego. Dla α-PVP istnieje
szczególny przypadek, w którym pierścień fenylowy może być hydroksylowany,
prawdopodobnie w pozycji 4’. Powstałe metabolity wraz z innymi zatrzymanymi
grupami hydroksylowymi mogą częściowo przechodzić przez fazę II metabolizmu.
Podobny szlak metaboliczny został niedawno zaproponowany dla -nafyronu.
Warto zauważyć, że metabolizm flefedronu jest przewidywalnie wolniejszy niż
innych syntetycznych katynonów, ponieważ fluorowanie często prowadzi do
bardziej trwałych związków, a tym samym jest bardziej odporne na enzymatyczne
rozszczepianie wiązania C-F [18]. Podobnie jak w przypadku α-PVP, faza
I metabolizmu tego „dopalacza”, oprócz wspólnej redukcji β-ketonowej i N-
demetylacji w celu uzyskania pierwszorzędowej aminy, obejmuje także
hydroksylowanie pierścienia fenylowego, co określono w wątrobie królika
i człowieka.
Molekularny mechanizm działania
Pomimo powszechnego stosowania dopalaczy, istnieją ograniczone informacje
na temat mechanizmu działania leżącego u podstaw efektów fizjologicznych
i behawioralnych wytwarzanych przez większość syntetycznych pochodnych
katynonu [29]. Podobnie jak inne psychostymulanty, katynony wywierają wpływ
poprzez oddziaływanie z białkami transporterowymi błony komórkowej należącymi
do dużej nadrodziny transporterów SLC6, tj. transporterem dopaminy (DAT),
transporterem noradrenaliny (NAT) i transporterem serotoniny (SERT) [30].
Przenośniki monoamin są głównymi miejscami docelowymi działania (punktami
uchwytu) środków pobudzających, takich jak katynony. Aby zrozumieć
molekularny mechanizm działania omawianych związków psychoaktywnych,
należy najpierw rozważyć fizjologiczną rolę transporterów monoamin i rodzaje
narkotyków nakierowanych na te białka.
Po syntezie, aminergiczne neuroprzekaźniki, takie jak dopamina (DA),
serotonina (5-HT) czy noradrenalina (NA) (Rys. 12), są magazynowane
w pęcherzykach synaptycznych znajdujących się blisko błony presynaptycznej. Na
skutek zależnej od jonów Ca2+
egzocytozy dochodzi do uwolnienia zawartego
w pęcherzykach neuroprzekaźnika do szczeliny synaptycznej, a tym samym
zamiany sygnału elektrycznego na chemiczny. Uwolniony neurotransmiter pobudza
odpowiedni receptor w błonie postsynaptycznej i w ten sposób dochodzi do
przekazania sygnału do kolejnego neuronu. Opróżniony pęcherzyk synaptyczny na
skutek endocytozy do zakończenia nerwowego ponownie zostaje wypełniony
neuroprzekaźnikiem. Białka transporterowe monoamin są odpowiedzialne za
przemieszczanie uprzednio uwolnionych cząsteczek neuroprzekaźnika z synapsy
NH
OH
NH2
OH
OH
NH2
OH
OH
NH2
OH
Serotonina (5HT) Dopamina (DA) Noradrenalina (NA)
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 483
z powrotem do cytoplazmy neuronalnej w procesie doneuronalnego pobierania
zwrotnego, nazywanego „wychwytem” neuroprzekaźnika. Mechanizm wychwytu
jest złożonym procesem aktywnego transportu zależnym od gradientów jonowych
w błonach neuronowych. W cytozolu, neurotransmiter może ulec degradacji
enzymatycznej bądź ponownie zostać spakowany do pęcherzyków synaptycznych.
Wychwyt neuroprzekaźnika za pośrednictwem transportera jest więc głównym
mechanizmem kończącym działania sygnalizacji monoaminowej, a narkotyki
nakierowane na te białka transporterowe mogą mieć znaczący wpływ na transmisję
monoaminy z komórki [30-31].
Rysunek 12. Monoaminy
Figure 12. Monoamines
Katynony, które wiążą się z transporterami monoamin, można podzielić na
dwa typy w oparciu o ich dokładny mechanizm działania [30]. Pierwszy typ
stanowią tak zwane „blokery”, które wiążą się z miejscem ortosterycznym
transportera i hamują wychwyt neuroprzekaźników z synapsy. Ich działanie jest
analogiczne do kokainy. Zaliczamy do nich katynony zawierające pierścień
pirolidynowy, na przykład MDPV. Drugą grupę stanowią „substraty”, które
również wiążą się z miejscem ortosterycznym przenośnika, ale są następnie
przemieszczane przez kanał transportera do cytoplazmy neuronalnej, gdzie
zakłócają pęcherzykowe przechowywanie i stymulują nieegzocytotyczne
uwalnianie neuroprzekaźników do synapsy poprzez odwrócenie normalnego
kierunku przepływu transportera. Ponadto narkotyki typu substrat są
transportowane do komórek, gdzie mogą gromadzić się w cytozolu i oddziaływać
z białkami neuronalnymi, co prowadzi do zahamowania syntezy i ostatecznie
długotrwałych deficytów neuroprzekaźników. Taki sposób działania jest
charakterystyczny dla amfetaminy. Do katynonów typu substrat zaliczamy na
przykład: katynon, metylokatynon, mefedron, metylon, flefedron czy metedron [29-
31]. Niezależnie od mechanizmu molekularnego, wszystkie narkotyki oddziałujące
z transporterami mogą drastycznie zwiększyć pozakomórkowe stężenia monoamin
484 K. KURPET, G. CHWATKO
in vivo, wzmacniając sygnalizację chemiczną komórka – komórka w całym
ośrodkowym układzie nerwowym. Ma to niezwykle istotne znaczenie
w neurotoksyczności tych związków [30-31].
W celu wyjaśnienia neurochemicznego mechanizmu działania pochodnych
katynonu przeprowadza się badania in vitro, stosując preparaty komórkowe
i synaptosomalne, w których sprawdza się zdolność substancji chemicznych do
wychwytywania i/lub uwalniania monoamin (tj. dopaminy, noradrenaliny
i serotoniny) [17]. Jak można zauważyć (Tab. 3), syntetyczne katynony wykazują
różną selektywność oraz siłę działania wobec NAT, DAT oraz SERT.
Tabela 3. Wpływ katynonów na hamowanie in vitro wychwytu zwrotnego monoamin [17] Table 3. Effect of cathinones on in vitro inhibition of monoamine reuptake [17]
Różnice te są ściśle związane z chemiczną strukturą danego związku.
Wykazano bowiem, że zwiększanie objętości sterycznej podstawników
dodawanych do pierścienia fenylowego katynonu, szczególnie w pozycji para,
zwiększa siłę działania związku na transporter serotoninowy względem
dopaminowego [30]. Tak więc, 4-trifluorometylo-N-metylokatynon ma o wiele
większe powinowactwo do SERT niż DAT, podczas gdy macierzysty związek
metylokatynon charakteryzuje się przeciwną selektywnością. Cozzi
i współpracownicy [30] wykazali ponadto, że metylokatynon jest silnym
stymulatorem lokomotorycznym u szczurów, czego nie zaobserwowano
w przypadku jego 4-trifluorometylowego analogu, co sugeruje, że wzrost siły
działania na SERT ma hamujący wpływ na stymulatory ruchowe. Z kolei katynony
zawierające pierścień pirolidynowy, takie jak MDPV i α-PVP, są silnymi blokerami
wychwytu DAT i NAT, przy znacznie mniejszym powinowactwie do SERT.
Masywny pierścień pirolidyny i łańcuch alkilowy węgla α są krytycznymi
wyznacznikami aktywności DAT/NAT, przy czym zmniejszanie długości łańcucha
powoduje stopniowe zmniejszanie siły hamowania wychwytu odpowiednich
neuroprzekaźników. Większość dowodów wskazuje, że katynony zawierające
pierścień pirolidynowy są pozbawione aktywności substratu, być może dlatego, że
są sterycznie zbyt duże, aby zmieścić się w porach transportera. Według badań
Nazwa substancji Dopamina Noradrenalina Serotonia
Katynon
Metylokatynon
Metylon
Bupropion
Pirowaleron
+++
++++
+++
++++
++++
+++
++++
+++
++++
+++
++
+
++
+
+
Wyniki wyrażono jako względne hamowanie z zastosowaniem wartości IC50 lub Ki. Doświadczenia
dotyczyły albo użycia szczurzych synaptosomów albo komórek transfekowanych odpowiednim ludzkim
transporterem.
+ = 0,3 – 1 μM; ++ = 1 – 3 μM; +++ = 3 – 10 μM; ++++ = 10 – 30 μM.
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 485
przeprowadzonych przez Simmlera i in. [32] siła działania syntetycznych
katynonów na transportery monoamin jest następująca: (1) inhibicja DAT: MDPV,
pirowaleron >> nafyron, metylokatynon > butylon, mefedron, metylon, etylon,
flefedron > katynon, (2) inhibicja NAT: pirowaleron, MDPV > metylokatynon
> katynon, flefedron, nafyron, mefedron > metylon > butylon, etylon, (3) inhibicja
SERT: nafyron > etylon, mefedron, butylon >> pozostałe związki.
Ponadto katynon, mefedron, metylokatynon oraz flefedron uwalniają
dopaminę, a zastosowanie wysokich stężeń dwóch ostatnich związków powoduje
także uwalnianie serotoniny [3]. Warto zauważyć, że tak samo jak w przypadku
amfetaminy, obecność grupy metylowej w pozycji α łańcucha bocznego
fenyloetyloaminy zapobiega inaktywacji katynonu, katyny i norefedryny poprzez
oksydazę monoaminową (MAO) [18]. Co więcej, wykazano, że katynon hamuje
MAO silniej niż amfetamina i jest selektywniejszy wobec izoenzymu MAO-B,
którego zahamowanie prowadzi do spadku degradacji dopaminy i w konsekwencji
do synaptycznej kumulacji tej katecholaminy. Wpływ katynonów na uwalnianie
dopaminy może zostać osłabiony poprzez podawanie antagonistów receptora
dopaminy lub przez wcześniejsze podanie dopaminergicznej neurotoksyny 6-
OHDA, która usuwa dopaminę z jej zasobów [17]. Chroniczne podawanie
metkatynonu szczurom powoduje zmniejszenie zawartości dopaminy w mózgu,
podobne do obserwowanej po przewlekłym podaniu amfetaminy czy kokainy.
Mefedron, metylokatynon i flefedron, jako jedyne wykazują istotne wiązanie
z receptorem 5-HT2A. Związki te oraz katynon wiążą się również z receptorami α1-
adrenergicznymi [32]. Ponadto wszystkie katynony wykazują niższe
powinowactwo wiązania do receptora TA1 w porównaniu z pochodnymi
amfetaminy.
Podsumowując, pochodne katynonu podzielono na trzy grupy uwzględniając
ich siłę inhibicji transporterów: dopaminy, serotoniny oraz noradrenaliny, a także
zdolność do uwalniania neuroprzekaźników [3]:
1. katynony o działaniu podobnym do kokainy i MDMA: mefedron,
etylon, metylon, nafyron, butylon. Substancje te, tak jak kokaina, są
nieselektywnymi inhibitorami wychwytu monoamin o względnej sile
inhibicji dopaminy większej od jednego do pięciu razy w porównaniu
do transportera serotoniny. Ponadto, poza nafyronem, pochodne te
indukują uwalnianie serotoniny, co imituje działanie ekstazy;
2. katynony o działaniu zbliżonym do metamfetaminy: katynon,
metylokatynon i flefedron. Związki te działają jako inhibitory
wychwytu zwrotnego katecholamin (dopaminy oraz noradrenaliny).
Ponadto, stymulują uwalnianie dopaminy;
486 K. KURPET, G. CHWATKO
3. katynony pirowaleronowe, czyli pirowaleron i MDPV, działają jako
silne i selektywne inhibitory wychwytu zwrotnego noradrenaliny oraz
dopaminy. Nie wykazują wpływu na proces uwalniania monoamin.
Oprócz wpływu na mózg, katynony działają również na obwodowy układ
nerwowy, szczególnie na układ sympatyczny (współczulny) wywołując zespół
sympatykomimetyczny objawiający się między innymi: wzrostem częstości akcji
serca, zwiększonym tętnem i ciśnieniem krwi, rozszerzeniem źrenic, suchością
w ustach, niewyraźnym widzeniem czy hipertermią [7, 18, 27]. Uważa się, że skutki
te wynikają ze zdolności katynonu i jego pochodnych (podobnie do amfetaminy) do
działania jako pośrednie środki sympatykomimetyczne oraz do ułatwiania
uwalniania katecholamin z współczulnych zakończeń nerwowych [7]. Freund-
Michel i współpracownicy [28] wykazali ponadto, że katynon moduluje
cholinergiczną kontrolę mięśni gładkich tchawicy poprzez jednoczesną aktywację
receptorów presynaptycznych α2-adrenergicznych i 5-HT7 oraz hamowanie
uwalniania acetylocholiny z nerwów przywspółczulnych unerwiających drogi
oddechowe. Taki mechanizm działania katynonu może być szczególnie korzystny
w chorobach dróg oddechowych wykazujących podwyższone napięcie
cholinergiczne, takich jak: astma związana z refluksem żołądkowo-przełykowym,
nocna astma lub przewlekła obturacyjna choroba płuc.
Niezależnie od tego, czy syntetyczne katynony działają jako blokery czy
substraty, wszystkie zwiększają pozakomórkowe stężenia monoamin w układzie
nagrody w mózgu. Aktywacja mezolimbicznego układu dopaminowego poprzez
podwyższenie pozakomórkowych stężeń dopaminy w jądrze półleżącym przegrody
wydaje się leżeć u podstaw efektów ruchowych i nagradzających związków
uzależniających. Chroniczne stosowanie katynonów przyczynia się do zaburzenia
równowagi w tym układzie, co objawia się anhedonią (utratą zdolności odczuwania
przyjemności) oraz zwiększoną impulsywnością w zachowaniu. Ogólnie,
syntetyczne katynony o wysokiej selektywności wobec DAT są silnymi
i skutecznymi środkami pobudzającymi o wysokim potencjale uzależniającym,
podczas gdy te o większym powinowactwie do SERT – słabszymi. Wynika to z
tłumienia przez serotoninę efektów nagradzających i wzmacniających środków
pobudzających. Rozwój uzależnienia od dopalaczy jest więc ściśle powiązany
z zaburzeniem uwalniania dopaminy w układzie mezolimbicznym. Pomimo
rosnącej wiedzy na temat neurofarmakologii syntetycznych katynonów, wiele pytań
wciąż pozostaje bez odpowiedzi. Niezbędne są dalsze badania w celu ustalenia
dokładnych efektów biologicznych wywoływanych przez związki stale pojawiające
się na rynku narkotyków rekreacyjnych [30-31].
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 487
4. OBJAWY DZIAŁANIA KATYNONU I JEGO POCHODNYCH
ORAZ NIEKORZYSTNE REAKCJE TOKSYCZNE U
CZŁOWIEKA
Żucie czuwaliczki jadalnej nie powoduje ostrych skutków toksycznych,
prawdopodobnie ze względu na dużą masę przeżuwanego materiału roślinnego, co
utrudnia uwalnianie wystarczającej ilości katynonu i innych substancji aktywnych.
Przeciwnie dzieje się w przypadku syntetycznych katynonów, które dostępne
w postaci proszku, mogą powodować obecność wysokich stężeń tych związków
w krwiobiegu [17].
Subiektywne efekty mogą różnić się między syntetycznymi katynonami, ale są
podobne do tych doświadczanych z czuwaliczką jadalną. Ogólne pożądane efekty
obejmują łagodną euforię, większą empatię, zmniejszone poczucie niepewności
i wrogości oraz zwiększone libido. Użytkownicy zgłaszają również niepożądane
efekty, takie jak pocenie się, nudności i wymioty, bóle i zawroty głowy, zmieszanie
i zaburzenia pamięci krótkotrwałej, drżenie mięśni, kołatanie serca i drżenie,
częstoskurcz i nadciśnienie tętnicze, a ostatecznie depresja z myślami
samobójczymi. Podobnie jak w przypadku khat, niekorzystne cechy kliniczne
związane ze stosowaniem syntetycznych katynonów często obejmują objawy
psychiatryczne, neurologiczne, sercowe i przewodu pokarmowego, a istniejące dane
zwykle odnoszą się do nadużywania MEPH. Halucynacje, paranoja, ataki paniki,
agresywność, bóle w klatce piersiowej i napady padaczkowe związane z zatruciem
„solami do kąpieli" to typowe działania niepożądane zgłaszane do Amerykańskiego
Stowarzyszenia Centrów Kontroli Zatruć. Hiponatremia i hipertermia to dwie znane
dolegliwości wśród użytkowników "ekstazy". Pierwsza z nich jest czasami
związana z zatruciem wywoływanym przez MEPH, co sugeruje mechanizm
działania podobny do MDMA, tj. zwiększenie wydzielania hormonu
antydiuretycznego, w którym pośredniczy serotonina, a tym samym zmniejszenie
stężenia sodu we krwi. Zgłoszono również przypadek wywołanej hiponatremii
przez metylon po kilku epizodach napadów drgawkowych. Hipertermia jest
toksykologicznym skutkiem związanym z konsumpcją różnych pochodnych
katynonu, w tym MEPH, metylonu, butylonu, metedronu, a zwłaszcza MDPV [18].
Oprócz wszystkich niepożądanych reakcji opisanych dotychczas, jeszcze kilka
innych efektów może być związanych z zatruciem syntetycznymi katynonami,
w tym ostra niewydolność wątroby, ostre uszkodzenie nerek i rabdomioliza, a także
objawy związane z zespołem serotoniny, takie jak nadciśnienie tętnicze,
hiperrefleksja i drgawki [18].
488 K. KURPET, G. CHWATKO
UWAGI KOŃCOWE
W ciągu ostatnich kilku lat syntetyczne katynony były najczęściej identyfikowaną
grupą dopalaczy. Wysiłki legislacyjne podejmowane w wielu krajach, w tym w Polsce,
mają tendencję do eliminowania ich z legalnych rynków narkotykowych poprzez
dodawanie do list zakazanych substancji. Jednak modyfikacja strukturalna szkieletu
katynonu jest praktycznie nieograniczona. Różnorodność strukturalna już
zsyntetyzowanych pochodnych katynonu sprzyja dalszym modyfikacjom, głównie
poprzez wprowadzenie nowych podstawników alkilowych, alkoksylowych lub
fluorowcowych do pierścienia aromatycznego i poprzez „zabawę” z długością łańcucha
alkilowego przy atomie węgla α. Z doniesień o ofiarach śmiertelnych spowodowanych
syntetycznymi katynonami wynika, że młodzi ludzie są najbardziej narażoną grupą
ludności, ponieważ są skłonni eksperymentować z dopalaczami. Na razie identyfikacja
i charakterystyka fizykochemiczna nowych syntetycznych katynonów, stale
pojawiających się na rynku narkotyków projektowanych, stanowią poważne wyzwanie
dla chemików analityków. Uzupełnienie istniejących baz danych nowymi odkryciami
może znacznie ułatwić wysiłki toksykologów [1,3].
PIŚMIENNICTWO CYTOWANE
[1] M. Majchrzak, R. Celiński, P. Kuś, T. Kowalska, M. Sajewicz, Forensic. Toxicol., 2018, 36, 33.
[2] P. Adamowicz, Analiza toksykologiczna nowych substancji psychoaktywnych (NSP) i ocena ich
toksycznego działania na organizm ludzki, Rozprawa habilitacyjna, Instytut Ekspertyz
Sądowych, Uniwersytet Jagielloński, Kraków, 2016.
[3] J.B. Zawilska, K. Słomiak, M. Wasiak, P. Woźniak, M. Massalski, E. Krupa, J.Ł. Wojcieszak,
Prz. Lek., 2013, 70, 386.
[4] M. Motyka, J.T. Marcinkowski, Probl. Hig. Epidemiol., 2016, 97, 220.
[5] A. Alem, D. Kebede, G. Kullgren, Acta Psychiatr. Scand., 1999, 100, 84.
[6] A. Zeleke, W. Awoke, E. Gebeyehu, F. Ambaw, Open J. Epidemiol., 2013, 3, 160.
[7] A. Al-Motarreb, K. Baker, K.J. Broadley, Phytother. Res., 2002, 16, 403.
[8] I. Dhaifalah, J. Ńantavý, Biomed. Papers, 2004, 148, 11.
[9] P. Kandela, The Lancet, 2000, 355, 1437.
[10] B.D. Berrang, A.H. Lewin, F.I. Carroll, J. Org. Chem., 1982, 47, 2643.
[11] Szukalski, D. Błachut, Probl. Kryminalist., 2011, 274, 5.
[12] https://www.chemeo.com/cid/17-150-6/Cathinone [dostęp: 2019-03-27].
[13] National Center for Biotechnology Information. PubChem Database. Cathinone, CID=62258,
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/62258 [dostęp: 2019-03-27].
[14] J.M. Hagel, R. Krizevski, K. Kilpatrick, Y. Sitrit, F. Marsolais, E. Lewinsohn, P.J. Facchini,
Gen. Mol. Biology, 2011, 34, 640.
[15] K.B. Hugins, Cathinone: history, synthesis, and human applications, Nevada State College.
Dostępny w Internecie: https://www.slideshare.net/KevinHugins/cathinone-history-synthesis-
and-human-applications [dostęp: 2019-03-25].
[16] Ustawa z dnia 29 lipca 2005 r. o przeciwdziałaniu narkomanii, Dz.U. z 2005 r. Nr 179, poz.
1485. ze zmianami.
[17] J. P. Kelly, Drug Test. Analysis, 2011, 3, 439.
NOWE SUBSTANCJE PSYCHOAKTYWNE – KATYNON I JEGO POCHODNE 489
[18] M.J. Valente, P. Guedes de Pinho, F. Carvalho, M. Carvalho, M. De Lourdes Bastos, Arch.
Toxicol., 2014, 88, 15.
[19] J.P. Smith, J.P. Metters, C. Irving, O.B. Sutcliffe, C.E. Banks, Analyst, 2014, 139, 389.
[20] L. Iversen, Advisory Council on the Misuse of Drugs. Consideration of the cathinones. 2010.
Dostępny w Internecie: https://namsdl.org/wp-content/uploads/Consideration-of-the-
Cathinones.pdf [dostęp: 2019-03-28].
[21] A.M. Kelly, J.P. Kelly, Prog. Neuro-Psychopharmacol. Biol. Psychiatry, 2008, 32, 1147.
[22] R.C. Dart, Medical toxicology, Lippincott, Williams & Wilkins, Philadelphia, 2004.
[23] European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction (EMCDDA); Drug Profiles: Khat
(August 2011): http://www.emcdda.europa.eu/drug-profiles [dostęp: 2019-03-11].
[24] H. Hauner, L. Hastreiter, D. Werdier, A. Chen-Stute, J. Scholze, M. Blüher, Obes. Facts, 2017,
10, 407.
[25] C.R. Lake, S. Gallant, E. Masson, P. Miller, Am. J. Med., 1990, 89, 195.
[26] E. Bernstein, B.M. Diskant, Ann. Emerg. Med., 1992, 11, 311.
[27] P. Kallix, Pharmacol. Toxicol., 1992, 70, 77.
[28] V.C. Freund-Michel, M.A. Birrell, H.J. Patel, I.M. Murray-Lyon, M.G. Belvisi, Eur. Respir. J.,
2008, 32, 579.
[29] M.H. Baumann, J.S. Partilla, K.R. Lehner, Eur. J. Pharmacol., 2013, 698, 1.
[30] M.H. Baumann, H.M. Walters, M. Niello, H.H. Sitte, Handb. Exp. Pharmacol., 2018, 252, 113
[31] K. Gołembiowska, Wszechświat, 2013, 114, 18.
[32] L.D. Simmler, T.A. Buser, M. Donzelli, Y. Schramm, L.H. Dieu, J. Huwyler, S. Chaboz, M.C.
Hoener, M.E. Liechti, Br. J. Pharmacol., 2013, 168, 458.
Praca wpłynęła do Redakcji 11 kwietnia 2019 r.
2019, 73, 7-8
WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURA WODY
NA GRANICACH MIĘDZYFAZOWYCH
PROPERTIES AND STRUCTURE
OF WATER AT INTERFACES
Maria Paluch
Zakład Chemii Fizycznej i Elektrochemii
Wydział Chemii, Uniwersytet Jagielloński
ul. Gronostajowa 2, 30-387 Kraków e-mail: [email protected]
Abstract
Wprowadzenie
1. Struktura wody ciekłej
2. Granica faz woda/powietrze
3. Granica faz woda/ciecz
4. Granica faz woda/ciało stałe
Uwagi końcowe
Piśmiennictwo cytowane
492 M. PALUCH
Prof. dr hab. Maria Paluch, em. profesor zwyczajny na Wydziale Chemii
w Uniwersytecie Jagiellońskim.
https://orcid.org/0000-0002-1965-8545
WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURA WODY NA GRANICACH MIĘDZYFAZOWYCH 493
ABSTRACT
The purpose of this paper is to show development of investigations concerning
the properties of water at the water/air, water/insoluble liquid and water/solid
interfaces. The special attention was drawn on structure and forces
acting at those interfaces. Keywords: water/air interface, water/liquid interface, water/solid interface
Słowa kluczowe: granica faz woda/powietrze, granica faz woda/ciecz, granica faz
woda/ciało stałe
494 M. PALUCH
WPROWADZENIE
W przyrodzie żywej i martwej występuje wiele najrozmaitszych granic
międzyfazowych. Wśród nich pokaźne miejsce zajmują granice faz wody z powietrzem
oraz wody z ciałami stałymi. Dzieje się tak dlatego, bo woda jest wszędzie wokół nas
oraz w nas. Pokrywa 70% powierzchni ziemi, a w organizmie ludzkim stanowi około
60% jego masy. Rodzi się więc pytanie jakie właściwości i strukturę ma woda
znajdująca się w bezpośrednim kontakcie z daną fazą. Czy jej struktura jest taka sama
jak wnętrze fazy wodnej, a jeżeli jest inna, to jaką grubość ma warstwa wody
w sąsiedztwie danej fazy oraz jaki wpływ mają właściwości danej fazy na strukturę
i właściwości sąsiadującej z nią wody. Zagadnienia te były i są przedmiotem
zainteresowania wielu uczonych [1-7].
1. STRUKTURA WODY CIEKŁEJ
Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu.
Zawiera więc dwa wiązania O-H. Długości tych wiązań wynoszą 0,9572 Ӑ, a kąt
wiązania jest równy 104,5o. Elektrony walencyjne ulokowane są nie tylko na
wiązaniach chemicznych. ale tworzą też dwie wolne pary elektronowe na atomie
tlenu. Asymetryczny rozkład ładunku w cząsteczce wody powoduje, że jest ona
dipolem o trwałym momencie dipolowym równym 6,3 x 10-30
Cm [8]. Ciekła woda
w porównaniu z innymi cieczami ma wyjątkowe właściwości. Właściwości te są
związane z jej strukturą. Cząsteczki wody mogą tworzyć pomiędzy sobą wiązania
wodorowe. Występowanie tych wiązań powoduje szczególne termodynamiczne
właściwości ciekłej wody. Dla ich wyjaśnienia podawane są różne modele struktury
wody. Najogólnej można je podzielić na dwie grupy: modele ciągłe [9-16]
i modele mieszane , dwustrukturowe [17-21]. W modelach ciągłych rozpatruje się
przekształcenie struktury na drodze zmian geometrii wiązań bez ich rozrywania.
W modelach mieszanych wysuwa się przypuszczenie o rozrywaniu wiązań
wodorowych przy przemianach struktury pod wpływem zewnętrznych
oddziaływań.W tej grupie modeli termodynamiczne anomalie wody tłumaczy się
przesunięciem równowagi pomiędzy pojedynczymi cząsteczkami i klasterami [17,
19-21] bądź lodopodobnymi szkieletami. . Nowsze dane świadczą na korzyść
modeli ciągłych. Woda wykazuje swoje właściwości tylko wówczas, jeśli zajmuje
taką objętość, że może stworzyć odpowiednie struktury. W przypadku nie
stworzenia takich struktur jej właściwości są inne. Jest to szczególnie ważne
przypadku wody występującej w cienkich filmach, a z takimi zjawiskami
spotykamy się w procesach pienienia, emulsyfikacji, zwilżania itp. oraz w układach
biologicznych. Zakłada się, że jest ona w stanie różniącym się od normalnej wody
[22]. Tak więc nie tylko oddziaływania powierzchni na których lub pomiędzy
WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURA WODY NA GRANICACH MIĘDZYFAZOWYCH 495
którymi są warstewki wody, ale również grubość warstewek wody ma istotne
znaczenie dla jej właściwości.
Struktura wody jest określana zarówno w oparciu o badania eksperymentalne
jak i obliczenia teoretyczne. Do wykorzystywanych metod eksperymentalnych
badania struktury wody zaliczyć należy spektroskopię w podczerwieni i Ramana
a także rozpraszanie promieni X i neutronów. W badaniach teoretycznych
wykorzystywane jest modelowanie komputerowe, są to głównie metody Monte
Carlo (MC) oraz dynamiki molekularnej (MD). Bardziej szczegółowy opis
struktury wody oraz jej właściwości można znaleźć w pracach [23-24].
2. GRANICA FAZ WODA/POWIETRZE
Na granicy faz woda/powietrze badania doświadczalne i teoretyczne wskazują,
że struktura wody i jej właściwości w warstwie o grubości rzędu 3-7 Ӑ, co
odpowiada jednej do dwu monowarstwom, są różne od struktury i właściwości
w jej wnętrzu [25-26]. Szczegółowy opis właściwości tej granicy faz przedstawiony
jest w pracy [27].
Wiele kontrowersji budzi pytanie jaka jest struktura granicy faz
woda/powietrze, czy ma ona właściwości kwasowe, czy zasadowe, jak jest
naładowana dodatnio czy ujemnie, jakiego znaku i jaką wartość ma skok potencjału
powierzchniowego. Odpowiedz na większość z powyższych pytań zależy od tego
jaką przyjmie się orientację cząsteczek wody na powierzchni swobodnej, czy
przeważają na niej jony hydroniowe, czy hydroksylowe. Już blisko sto lat temu
zakładano, że dipole wody zawarte w parze wodnej unoszące się nad powierzchnią
wody mają znacznie wyższą energię swobodną niż cząsteczki wody zasocjowane
w fazie ciekłej [28-30]. W procesie parowania i kondensacji przy przejściu przez
granicę faz, cząsteczki wody orientują się względem fazy ciekłej biegunem
dodatnim dipola przy którym natężenie wytwarzanego pola elektrycznego jest
większe [30], tzn. układają się atomami wodoru w kierunku ośrodka o większej
przenikalności elektrycznej tj. wnętrza fazy ciekłej, co daje wyraźny skok
potencjału elektrycznego, dodatni od strony fazy ciekłej, a ujemny od strony fazy
gazowej. O takim kierunku znaku (+/-) oraz wartości potencjału powierzchni
swobodnej wody wnioskowano z pomiarów współczynnika temperaturowego tego
potencjału [32], z pomiarów elektrochemicznych [33-36], z wartości potencjału zeta
pęcherzyków powietrza w dejonizowanej wodzie [37], z wyznaczonych
doświadczalnie rzeczywistych i obliczonych na podstawie pewnych założeń
chemicznych energii hydratacji [38-41]. Beattie [42-44] uważa, że ujemnie
naładowana granica faz woda | powietrze przy obojętnym pH wody jest
następstwem występowania w warstwie powierzchniowej jonów hydroksylowych.
Przeciwnego zdania jest Vacha i współpracownicy [45], którzy sądzą, że swobodna
496 M. PALUCH
powierzchnia wody ma właściwości kwasowe związane z obecnością jonów
hydroniowych (H3O+, H5O
2+) i jest naładowana dodatnio.
Znak i wartość potencjału powierzchniowego wody próbowano również
określić na drodze teoretycznej. Badania te mają długą historię. Wymienić tu należy
prace Weyela [46], Stillingera i Ben-Naima [47], Flechtera [48] Croxtona [49],
Matsumoto i Kataoka [50] , Wilsona, Pohorville i Pratta [51], oraz Barracloungh,
McTique i Leonga [52]. Kathmana i Kuo [53]. Autorzy ci w swoich obliczeniach
stosowali metody dynamiki molekularnej. Szczególnie w ostatnich kilkunastu
latach obserwuje się znaczny rozwój technik obliczeniowych i stosowanie ich do
wyjaśnienia właściwości granicy faz woda/para wodna. W oparciu o techniki
symulacji molekularnej przyjęto, że potencjał powierzchniowy granicy faz
woda/powietrze nie równa się zero. Jego wartość zależy od przyjętego
w obliczeniach modelu wody. Opis różnych teoretycznych modeli wody
używanych w symulacjach molekularnych znaleźć można w pracach [54, 55]. Dla
modeli wody takich jak SPC/E, SPC, CC, RWL, TIPS2, TIP4P, ST2, TIPSP,
wartość potencjału powierzchniowego jest ujemna i zawarta w granicach od – 18
mV do - 890 mV [56-60]. Wyjątek stanowi wartość podana Leunga [61]
wynosząca +3,63 V. Różne wartości potencjału powierzchniowego wody określone
przez różnych badaczy wynikają z braku zgodności co do przyjmowanej orientacji
cząsteczek wody na powierzchni swobodnej. Należy stwierdzić, że przeważa
pogląd, że granica faz woda/powietrze od strony powietrza jest naładowana
ujemnie.
Swobodna powierzchnia wody posiada różną od swojego wnętrza gęstość,
lepkość, przewodność elektryczną oraz przenikalność elektryczną.
Według Rusanowa [62, 63] gęstość powierzchniowa monowarstwy wody jest
mniejsza od gęstości objętościowej o 15 – 7 %, co jest spowodowane inną strukturą
warstwy powierzchniowej wody w stosunku do jej wnętrza.
Podobnie lepkość warstwy powierzchniowej wody jest różna od jej wnętrza.
Lepkość powierzchniowa w układzie CGS wyrażana jest w jednostkach zwanych
puazami powierzchniowymi (sp). 1 sp = 1 g/s. W temperaturze 200 C dla warstwy
powierzchniowej wody o grubości 10-ciu monowarstw lepkość powierzchniowa
wynosi 0,3x10-8
sp [27].
Prócz lepkości powierzchniowej granica faz woda/powietrze, wykazuje
również różną od wnętrza przewodność elektryczną [64] . Biorąc np. pod uwagę
przewodność czystej wody podaną przez Kohlrauscha (4,4 x 10-8
om-1
cm-1
)
i warstwę wody o grubości 10-ciu monowarstw (ok. 31Ӑ) przewodność takiej
warstwy wody jest rzędu 10-14
om-1
.
Wartość przenikalności elektrycznej powierzchni swobodnej wody
w stosunku do jej wnętrza (ϵ = 79) jest inna. Wynika to między innymi z tego, że
cząsteczki wody w warstwie powierzchniowej i we wnętrzu fazy mają możliwość
WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURA WODY NA GRANICACH MIĘDZYFAZOWYCH 497
różnej orientacji. W literaturze nie ma podanych jednoznacznych wartości
przenikalności elektrycznej granicy faz woda/powietrze [64-68]. Brak takich
danych powoduje, że przyjmuje się często wartość przenikalności warstwy
powierzchniowej wody za równą wartości przenikalności powietrza (ϵ = 1).
Teschke i de Souza [67-69] wykorzystali spektroskopię sił atomowych (AFM)
w celu zbadania zależności wartości przenikalności elektrycznej od grubości
warstwy powierzchniowej wody. Stwierdzili, że dla warstwy powierzchniowej
o grubości mniejszej niż 5 nm, przenikalność elektryczna obniża się monotonicznie
od 80 do 2. Ogólnie należy stwierdzić, że przenikalność elektryczna wody w
warstwie powierzchniowej o grubości nie mniejszej niż ok. 1 nm zmienia się od
wartości jaką ma we wnętrzu fazy do tej jaka jest charakterystyczna dla
przenikalności powietrza.
3. GRANICA FAZ WODA/CIECZ
Granica faz pomiędzy wodą i nierozpuszczalną w wodzie cieczą budziła
i budzi zainteresowanie już od długiego czasu. Wynika to stąd, że odgrywa ona
kluczową rolę w wielu chemicznych i fizycznych procesach w których zachodzi
transport przez granicę faz takich np. jak ekstrakcja , chromatografia cieczowa,
kataliza heterogeniczna. Zachodzi pytanie jaką grubość ma granica międzyfazowa,
jaka jest orientacja cząsteczek wody i cząsteczek cieczy stykającej się z wodą, jak
z charakteryzować gładkość (nierówność) tej powierzchni. Do tego celu
w ostatnim dwudziestoleciu wykorzystywane były różne techniki eksperymentalne
takie jak metody nieliniowej spektroskopii SFG (sum frequency generation), SHG
(second harmonic generation) oraz odbicia promieni X i neutronów [70-86].
Badania eksperymentalne były uzupełniane przez metody komputerowej symulacji,
które miały na celu dostarczenie pełnego wglądu w skali molekularnej do badanego
systemu [82, 84, 87-107].
Najczęściej badanymi granicami faz wody z inną cieczą były granice pomiędzy
wodą i alkanami (heksan, heptan, oktan), wodą i CCl4, wodą
i chloroformem, wodą i 1,2-dichloroetanem, wodą i alkoholami, wodą i kwasami
karboksylowymi, wodą i nitrobenzenem a więc cieczami o różnej polarności, od
cieczy niepolarnych do polarnych, o różnej przenikalności dielektrycznej
i momencie dipolowym.
Na granicy styku tych dwóch cieczy badano międzyfazową orientację
cząsteczek wody [84, 87, 89, 90, 97, 101-103, 105-107], ich oddziaływania [101],
skład i grubość warstwy międzyfazowej [87, 104, 105-107] oraz transport różnych
środków przenikających [78-80, 88, 92, 95, 96] przez powierzchnię międzyfazową,
jak również adsorpcję w tym międzyfazowym obszarze [81, 91, 93, 98, 99].
498 M. PALUCH
Stwierdzono, że na granicach faz woda/alkohole i woda/kwasy karboksylowe
gęstość była mniejsza niż we wnętrzu poszczególnych faz i była tym mniejsza im
hydrofobowa grupa kwasu lub alkoholu była większa [71].
Dwie stykające się ciecze nie są gładko przystające do siebie, lecz kształty
dwu powierzchni cieczy są niezależne od siebie. Dwie powierzchnie cieczy
w niektórych miejscach mogą ściśle przylegać do siebie, a w innych tworzyć wolne
przestrzenie. Może powodować to penetrację powierzchniowych cząsteczek wody
do tych przestrzeni, co prowadzi do poszerzenia powierzchniowej warstwy
molekularnej i zwiększenia jej gładkości. Zwiększenie polarności niewodnej fazy
powoduje wzrost grubości warstwy molekularnej powierzchni wody, ponieważ
cząsteczki wody mogą łatwiej przenikać do tej fazy i równocześnie obniżać średnią
separację warstw powierzchniowych, ze względu na silniejsze oddziaływanie
z bardziej polanymi sąsiadami. Wiązać się to będzie z szerokością granicy faz.
Wzrost polarności fazy niewodnej prowadzi do spadku grubości warstewki
międzyfazowej dwu graniczących cieczy. W przypadku np. granicy faz woda/
2-heptanon, cząsteczki wody tworzą wiązanie wodorowe z ketonowymi
cząsteczkami heptanonu. Dipole wody mogą być skierowane i do fazy wodnej od
strony wnętrza wody i do fazy organicznej od strony cieczy organicznej. Orientacja
taka może tworzyć dwie lub trzy warstwy molekularne [92]. Grubość warstwy
międzyfazowej i jej budowa zależy od cieczy organicznej. Podawane w literaturze
wartości zawarte są w granicach 3 – 6 Ӑ Szczegółowe dane dla różnych granic
międzyfazowych przedstawione są w pracach [72, 89, 105-108].
Obecność granicy faz wpływa na orientację i uporządkowanie cząsteczek wody
w warstwie powierzchniowej. W literaturze prezentowane są różne poglądy
dotyczące orientacji cząsteczek wody na granicy faz woda/ciecz nierozpuszczalna
w wodzie. Niektórzy badacze przyjmują horyzontalną [109-111], a inni wertykalna
orientację cząsteczek wody [112]. I tak np. Benjamin [87] przyjmuje, że na granicy
faz woda/ 1,2 – dichloroetan dwa atomy wodoru cząsteczki wody są skierowane
prostopadle do granicy faz w pierwszej warstwie wody przylegającej do fazy
organicznej. Podobne rezultaty były otrzymywane przez Changa i Danga [113] dla
granicy faz woda/CCl4.
Na granicy faz woda/ciecz niemieszająca się z wodą występuje napięcie
międzyfazowe. Napięcie to w odniesieniu do wody jest niższe niż na granicy
woda/powietrze. I tak np. na granicy woda/powietrze napięcie powierzchniowe ma
wartość 72,8 mN/m , a dla granicy woda/n-dodekan napięcie międzyfazowe wynosi
53,7 mN/m [114].
Na granicy tej występuje również elektryczny potencjał powierzchniowy [65].
Dla wody zależy on od polarności i charakteru chemicznego stykającej się
z wodą nierozpuszczalnej fazy ciekłej. Cząsteczki wody w zależności od stykającej
z nią fazy ciekłej mogą przyjmować różną orientację, mogą oddziaływać z fazą
WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURA WODY NA GRANICACH MIĘDZYFAZOWYCH 499
ciekłą, tworzyć wiązania wodorowe. Będzie to wpływało na wartość ich momentów
dipolowych i tym samym na wartość elektrycznego potencjału powierzchniowego
[65, 70, 113-116].
4. GRANICA FAZ WODA/CIAŁO STAŁE
Woda będąca w bezpośrednim kontakcie z ciałami stałymi występuje
powszechnie w przyrodzie. Ze względu na różne właściwości fizykochemiczne ciał
stałych, granice międzyfazowe woda/ciała stałe wykazują różne właściwości
i należy je rozpatrywać oddzielnie dla poszczególnych przypadków.
Jeżeli stykające się z wodą powierzchnie ciał stałych podzielimy na
hydrofobowe i hydrofilowe to zarówno badania eksperymentalne właściwości tych
granic międzyfazowych (dyfrakcja neutronów i promieni X, spektroskopia SFG)
jak i symulacje komputerowe wykazują, że warstewka wody przy hydrofobowej
powierzchni ciała stałego jest mniej stabilna niż wnętrze fazy ciekłej [117] i posiada
mniejszą gęstość [118-121]. W niektórych pracach [122] ta mniejsza gęstość wody
przy hydrofobowych powierzchniach ciał stałych jest tłumaczona w ten sposób, że
woda na granicy faz ma strukturę lodu, który jak wiadomo ma mniejszą gęstość niż
ciekła woda. Natomiast przy hydrofilowych powierzchniach ciał stałych woda ma
średnią gęstość porównywalną z gęstością wnętrza [119, 123]. Przyjmuje się, że
przy hydrofobowych powierzchniach cząsteczki wody są zorientowane równolegle
do powierzchni. Przy hydrofilowych powierzchniach styku cząsteczki wody
skierowane są atomami wodoru do powierzchni. Uporządkowanie cząsteczek wody
przy powierzchniach hydrofobowych ciał stałych jest tego rodzaju, że ułatwia ono
ruchy dyfuzyjne tych cząsteczek, natomiast silne hydrofilowe oddziaływanie
ograniczają je. Występowanie wiązań wodorowych w wodzie znajdującej się przy
hydrofilowych powierzchniach jest podobne do tego jak we wnętrzu wody,
natomiast przy hydrofobowych powierzchniach jest większe.
Podsumowując woda w warstewce międzyfazowej charakteryzuje się więc
licznymi właściwościami różnymi od jej fazy objętościowej takimi jak gęstość,
lepkość, przenikalność dielektryczna [124-127]. Właściwości te są determinowane
właściwościami fizykochemicznymi powierzchni ciała stałego [128-152]. I tak np.
gęstość i lepkość wody mogą być mniejsze lub większe od tych w fazie
objętościowej. W przypadku przenikalności dielektrycznej, ogólnie, zmniejszenie
swobody orientowania się cząsteczek lub zmniejszenie gęstości powoduje
zmniejszenie stałej dielektrycznej. Znaczny wpływ na wyżej wymienione wielkości
może mieć nierówność powierzchni ciała stałego.
Na wielu powierzchniach międzyfazowych woda/ciało stałe może powstawać
elektryczna warstwa podwójna. Struktura elektrycznej warstwy podwójnej i rola
jaką w niej odgrywa woda jest przedmiotem licznych prac, monografii
500 M. PALUCH
i podręczników akademickich, dlatego opis jej w tym artykule został pominięty.
UWAGI KOŃCOWE
W ciągu ostatnich dziesięcioleci prezentowane są badania właściwości wody
będącej w kontakcie z powietrzem, z cieczą nierozpuszczalną w wodzie i z ciałami
stałymi. Ale nie tylko te badania są interesujące, interesująca jest charakterystyka
granic międzyfazowych oddzielających wodne roztwory od makromolekuł, micel,
membran, liposomów. Struktury te mogą do otoczenia kierować naładowane lub
polarne grupy chemiczne i wpływać na właściwości otoczenia, co ma istotne znaczenie
dla wielu procesów tak w przyrodzie martwej jak i żywej. Jak z tego wynika, zarówno
badania swobodnej powierzchni wody jak i granic międzyfazowych układów w których
woda jest jedną z faz są ciągle aktualne. Na wiele stawianych w tej dziedzinie pytań
niema jednoznacznych odpowiedzi. W tym krótkim przeglądzie literaturowym
zasygnalizowany został w wielkim skrócie dotychczasowy stan wiedzy dotyczący
fizykochemicznych właściwości wody na granicy faz woda/powietrze, woda/ciecze
niemieszające się z wodą i woda/ciała stałe.
PIŚMIENNICTWO CYTOWANE
[1] J.C. Henniker, Rev. Mod. Phys., 1949, 21, 322.
[2] B.V. Derjaguin, Discus. Faraday Soc., 1966, 42, 1966.
[3] W. Drost-Hansen, Ind. Engin. Chem., 1969, 61(11), 10.
[4] M.D. Feyer, N.E. Levinger, Annu. Rev. Anal. Chem. 2010, 3, 89.
[5] V.M. Gunko, V.V. Turov, V.M. Bogatyrev, V.Z. Zarko, Adv. Colloid Interface Sci., 2005,118,
125.
[6] A.P. Willard, S.K. Reed, P.A. Madden, D. Chandler, Faraday Discuss., 2009, 141, 423.
[7] S. Dewan, V. Carnevale, A. Bankura, A. Eftekhari-Bafloel, G. Florin, M.l. Klein, E. Borguet,
Langmuir, 2014, 30, 8056.
[8] T.R. Dyke, J.S. Muteler, J. Chem. Phys., 1973, 59, 3125.
[9] J.D. Bernal, R.M. Fowler, J. Chem.Phys., 1933, 1, 515
[10] F.A. People, Proc. R. Soc., 1951, A205, 169.
[11] G.N. Zacepina, Zh. Fiz. Khim., 1973,47, 2005.
[12] J.R. O”Neil, L.N. Adanu, J. Phys. Chem., 1969, 73, 1553.
[13] M.C.R. Symous, Nature, 1972,239, 257.
[14] Y.A. Barker, R.O. Watts, Chem. Phys. Lett., 1969, 3, 144.
[15] A. Rachman, F.H. Stillinger, J. Chem. Phys., 1971, 55, 3336.
[16] F.H. Stillinger, A. Rachman, J. Chem. Phys., 1972, 57, 1281.
[17] E. Eucken, Z. Electrochem., 1948, 52, 255.
[18] M.S. Frank, A.S. Quist, J. Chem. Phys., 1961, 34, 603.
[19] G. Nemethy, M.A. Sheraga, J. Chem. Phys., 1962, 36, 3382.
[20] R.P. Marchi, M.Eyring, J. Phys. Chem., 1964,68, 221.
[21] B.R. Lentz, A.T. Hagler, M.A. Scheraga, J. Phys. Chem., 1974, 78, 1531.
[22] G.N. Ling, N.Y. Acad. Sci., 1965, 125, 401.
WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURA WODY NA GRANICACH MIĘDZYFAZOWYCH 501
[23] E. Dutkiewicz, A. Jakubowska, Wiad. Chem., 1998, 52, 11.
[24] J. Sadlej, Przegląd Medyczny Uniw. Rzeszow. i Narodowego Instytutu Leków w Warszawie,
2011, 2, 254.
[25] A. Morita, J.T. Hynes, J. Chem. Phys., 2000, 258, 371.
[26] R.M. Towsend, G. Jan, A.R. Stuard, J. Chem. Phys., 1985, 82, 4391.
[27] M. Paluch, Wiad. Chem., 2015, [Z] 69, 7-8, 541.
[28] B. Kamieński, Bull. Inter. Acad. Polon. Sci, Crocowie, Cl.III. Ser,A.,1937,430.
[29] A. Frumkin, Z. Phys.Chem.,1924, 109, 34.
[30] B. Kamienski, Wiad. Chen., 1960, 14, 619.
[31] B. Kamieński, Rocz. Chem., 1937, 17, 397.
[32] J.E.B. Randles, D.Y. Schiffrin, J. Electroanal. Chem., 1965., 10, 480.
[33] R. Gomer, G.Tryson., J. Chem. Phys., 1977, 66,4413.
[34] J.R. Farrel, P. McTique, J. Electroanal. Chem., 1984,163,129.
[35] S. Trasatti, Electrochim. Acta, 1987, 32, 843.
[36] S. Trasatti, J. Chem. Soc. Faraday, 1974, 170, 1752.
[37] A. Graciaa, G. Morel, P. Saulner, L.Lachaise, R.S. Schechter, J. Coll. Inter. 1995, 172, 131.
[38] K.P. Miscenko, E.J. Kwiat, Z. Fiz. Khim., 1954, 28, 1451.
[39] N.S. Hus, Aust. J. Sci. Rec., 1948, 1, 480.
[40] H. Strehlow, Z. Electrochem,. 1952, 56, 119.
[41] G. Passoth, Z. Phys. Chem., 1954, 204, 275.
[42] J.K. Beattie, Colloid Stability, The Role of Surface Forces – Part II, T. Tadros (Red) , Wiley-
Vch, Vol. 2, 2007, str.153.
[43] J.K. Beattie, A.M. Djerdiev, G.G. Warr, Faraday Discus,. 2009, 141, 31.
[44] J.K. Beattie, Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 330.
[45] R. Vacha V. Buch, A.Milet, J.P. Deflin, P. Jungwirth, Phys. Chem. Chem. Phys., 2007, 9, 4736.
[46] W.A. Weyel, J. Coll. Sci., 1951, 6, 389.
[47] F.H. Stillinger, A. Ben-Naim, J. Phys. Chem., 1967,47, 4431.
[48] N.H. Flechter, Philos. Mag., 1968,18, 1287.
[49] C.A.Croxton, Physica A, 1981, 106, 239.
[50] M. Matsumoto, Y. Kataoka, J. Phys. Chem., 1988, 88, 3233.
[51] M.A. Wilson, A. Pohorville, L.R. Pratt, J. Chem. Phys., 1988, 88, 3281, ibid.1989, 90, 5211.
[52] C.G. Barraclough, P.G. McTique, Y. Leung Ng, J. Electroanal. Chem., 1992, 329, 9.
[53] S.M. Kathman, J-F. W. Kuo, Ch.J. Mundy, G.K. Smenter, J. Phys. Chem. B, 2011, 115, 4369.
[54] B. Guilot, J. Mol. Liq. 2002, 101, 219.
[55] A. Wailqvist, Rev. Comput. Chem., 1999, 13, 183.
[56] P. Jungwirth, D.J. Tobias, Chem. Rev., 2006, 106, 1259.
[57] V.P. Sokhan, D.J. Tildesly, Molec. Phys., 1997,92, 625.
[58] S.M. Kathman, J-E. W. Kuo, C.J. Mundy, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 16556.
[59] Y. Fan, X. Cen, L. Yang, P.S. Cremer, Y.Q. Gao, J. Phys. Chem. B, 2009,113. 11672.
[60] W. Gan, D. Wu, Z. Zhang, H. Wang, Chim. J. Chem. Phys., 2006, 19, 1360.
[61] K. Leung, J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1, 496.
[62] A.J. Rusanow, N.N. Kochurowa, W.N. Chabarow, Dok.Akad.Nauk. SSSR, 1972, 202, 380.
[63] W.N. Chabarow, A.J. Rusanow, N.N. Kochurowa, Kolloid Zh. 1978, 38, 120.
[64] J.T. Davies, E.K. Rideal , Interfacial Phenomena , Acad. Press., New York and London, 1963.
[65] Z. Koczorowski, [w:] Volta and Surface Potential at Liquid/Liquid Interface, Theory and
Methods, A.G. Volkov, D.W. Deamer [Red], CRS Press. Inc. 1966.
[66] R. Parsons [w:] Modern Aspects of Electrochemistry, J. O”M Bocris, B.M.Conway [Red], Ch.
3, Vol. 1, Butterworts, London 1954.
[67] O. Teschke, E.F. de Souza, Langmuir 2003, 19, 5357.
502 M. PALUCH
[68] O. Teschke, G. Ceozto , E.F. de Souza, Phys. Rev. E, 2003, 68, 3140.
[69] O. Teschke, E.F. de Souza, Phys.Chem. Chem. Phys., 2005, 7, 3856.
[70] M.J. Crawford, J.G. Frey, T.J. VanderNot, Y.J. Zhao, J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1996, 92,
1369.
[71] I. Tsuyamoto, N. Noguchi, T. Kitamori, T. Sawada, J. Phys. Chem.,1998, 102, 2684.
[72] D.E. Gragson, G.L. Richmond, J. Phys. Chem., 1998, 102, 3847.
[73] S. Ikeda, K. Katayama, T. Tamaka, T. Sawada, I. Tsuyumoto, A. Harata, J. Chem. Phys., 1999,
111, 1942.
[74] D.M. Mitrinović, Z. Zhang, S.M.Williams, Z. Huang, M.L. Schlossman, J. Phys. Chem. B,
1999, 103, 1779.
[75] C. Shi, F.C. Anson, J. Phys. Chem., 1999, 103, 6283.
[76] S. Furutaka, S. Ikawa, J. Chem. Phys., 2000, 113, 1942.
[77] D.M. Mitrinivić, A.M. Tikhonov, M. Li, Z. Huang, M.L. Schlossman, Phys. Rev. Lett,. 2000,85,
582.
[78] A.L. Barker, P.R. Unwin, J. Phys. Chem. B, 2000.104, 2330.
[79] I. Zhang, P.R. Unwin, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 2341.
[80] B. Quinn, K.J. Konturi, J. Electroanal. Chem., 2000 483, 124.
[81] M.A. Jones, P.W. Bohn, J. Phys. Chem. B, 2001,105, 2197.
[82] M.G. Brown, A.S. Walker, E.A. Raymond, G.L. Richmond, J. Phys. Chem. B, 2003,107, 237.
[83] G. Luo, S. Malkova, S.V. Pingali, D.G. Schultz, B. Lin, M. Meron, Benjamin, P. Vanysek, M.L.
Schlossman, J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 4527.
[84] D.S.Walker, F.G. Moore, G.L. Richmond, J. Phys. Chem. B, 2007, 111,6103
[85] B. Su, R.P. Nia, F.Li , M. Hojeij, M.Prudent, C. Cormin Boeuf, Z. Samec, H.H. Girault, Angew.
Chem. Int. Ed., 2008, 47, 4675.
[86] R.P. Nia, B.Su, F,Li, C.P. Gros, J.M. Barbe, Z.Samec, H.H Girault, Chem. Eur. J., 2008, 15,
2335.
[87] I.J. Benjamin, Chem.Rev., 1996, 96, 1449.
[88] D. Michael. I. Benjamin, J. Electroanal. Chem., J. Phys. Chem., 1995, 99, 16810.
[89] Y. Zhang, S.E. Feller, B.R. Brooks, R.W. Pastor, J. Chem Phys., 1995, 103,10252.
[90] T.M. Chang, X.L.Dang, J. Chem. Phys., 1996, 104, 772.
[91] K. Schweighoffer, U. Essmann, I. Benjamin, J. Phys. Chem. B, 1997, 101, 10775.
[92] M. Lauterbach, E. Engler, N.Muzet, L. Troxler, G. Wipff, J. Phys. Chem. B, 1998,102, 245.
[93] N. Muzet, E. Engler, G. Wipff, J. Chem. Phys. B, 1998, 102, 10772.
[94] P.A. Fernandes,M.N. Cordeiro, ,J.A. Gomes, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 8930.
[95] P.A. Fernandes, J.A. Cordeiro, J.A. Gomes, J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 2278.
[96] L.X. Dang, J. Phys. Chem. B, 2001, 105, 804.
[97] P. Jodlowszky, A.Vincze, G. Horvai, J. Chem. Phys, 2002, 117, 2271.
[98] H. Dominguez, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 5915.
[99] B. Schnell, R. Schurhammer, g. Wipff, .Phys.Chem B, 2004,108,2285.
[100] H. Dominguez, J.Cool.Inter.Sci., 2004,274, 665.
[101] P. Jodlovszky, J. Phys. Condens. Matter., 2004, 16, 5389.
[102] P. Jodlovszky, A.Vincze, G.Horvai, J. Mol. Liq., 2004, 109, 99.
[103] P. Jodlovszky, A. Kereszturi, G. Horvai, Faraday Discuss., 2005, 129, 35.
[104] J. Chowdhary, B.M. Ladanyi, J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 15442.
[105] M. Jorge, M.N. Cordeiro, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 17612.
[106] M. Jorge, M.N. Cordeiro, J. Phys. Chem. B, 2008, 112, 2415.
[107] L.B. Partay, G. Horvay, P. Jodlovszky, Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 4754.
[108] F. Bresme, E. Chacon, P. Tarzona, Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 4704.
[109] P. Linse, J. Chem. Phys., 1987, 86, 4177.
WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURA WODY NA GRANICACH MIĘDZYFAZOWYCH 503
[110] Y. Zhang, S.E. Feller, B.R. Brooks, R.W. Pastor, J. Chem. Phys., 1995, 103, 10252.
[111] P.A. Fernades, M.N. Cordeiro, J.A. Gomes, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 6290.
[112] A.R. van Buuren, S.J. Marring, H.J.C. Beredsen, J. Phys. Chem., 1993, 97, 9206.
[113] T.M. Chang, L.X. Dank, J. Chem. Phys., 1996, 104, 6772.
[114] A. Goebel, K. Lunkenheimer, Langmuir, 1997, 13, 369.
[115] K. A. Emelyanenko, A.M. Emelyanenko, L.B. Boinovich, Materials, 2016, 9, 117.
[116] S.A. Patel, C.L. Brooks, J. Chem. Phys., 2006, 124, 29470.
[117] K. Lun, D. Chandler, J.D. Weeks, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 4570.
[118] R. Steitz, T. Gutberlet, T. Houss, B. Klosgen, R. Krastev, S. Schemmel, A.C. Simonsen, G.H.
Findenegg, Langmuir, 2003, 19, 2409.
[119] T.R. Jensen, M.O. Jensen, N. Reitzel, K. Balasher, G.H. Peters, K. Kaier, T. Bjornholm,
Phys.Rev. Lett. 2003,90, 86101.
[120] D. Schwendel, T. HayaShi, R. Dahint, A. Pertsin, M.Grunze, R. Steintz, F. Schreiber,
Langmuir, 2003,19, 2284.
[121] M. Maccarini, R. Steitz, M. Himmelhaus, J. Fick, S. Tatur, M. Grunze, J. Janecek, R.R. Netz,
Langmuir, 2007, 23, 598.
[122] Q. Du, E. Freysz, Y.R. Shen, Science, 1994, 264, 826.
[123] L. Cheng, P. Fenter, K.L. Nagy, M.L. Schegel, N.C. Sturchio, Phys. Rev. Lett., 2001, 87(15),
156103.
[124] C.A. Croxton, Fluid Interfacial Phenomena, Ed. Wiley, New York, 1986.
[125] C.A. Croxton, Statistical Mechanics of the Liquid Surfce,Wiley, New York,1980.
[126] J.S. Rowlison, B. Widom, Molecular Theory of Capillarity, Clarendon, Oxford, 1982.
[127] B.E. Conway, In the Liquid State at its Electrical Properties, [Red.: E.E Kurhard, L.G.
Christophoron, L.H. Luessen] , Plenum, New York,1988,Vol. 193.
[128] D.B. Asay, S.H. Kim, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16760.
[129] A.L. Bernette, D.B. Asay, S.H. Kim, Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 4981.
[130] S. Nagia, N.M. Washton, K.T. Mueller, J.D. Kubicki, B.J. Garrison, J. Phys. Chem., 2007, 111,
5169.
[131] D. Agrylis, D.R. Cole, A. Striolo, Langmuir, 2009, 25, 8025.
[132] M.D. Fayer, N.E. Lewinger, Annu. Rev. Anal. Chem., 2010, 3, 89.
[133] V.M. Guńko, V.V. Turov,V.M. Balatyre, V.J. Zarko, R. Leboda, E.V. Ganchoruk, A.A. Novza,
A.V. Turov, A.A. Chuiko, Adv. Colloid Interface Sci., 2005, 118, 125.
[134] A.P. Willard, S.K. Reed, A.P. Madden, D. Chandler, Faraday Discuss., 2009, 141. 423.
[135] S. Nihonyanagi, S. Yamaguhi, T. Tachara, J. Chem. Phys., 2009, 130, 204704.
[136] M. Osawa, M. Tsushima, H.Mogami, G. Samsjeske, A. Yamakata, J. Phys. Chem. C 2008, 112,
4248.
[137] V. Ostroverkhov, G.A. Waychunas, Y.R. Shen, Phys. Rev. Lett. , 2005, 94, 46102.
[138] A. Eftekhari-Bafrooel, E. Borguet, J. Phys. Chem. Lett., 2011, 2, 1353.
[139] K.C. Jena, P.A. Covert, D.K. Hove, J. Phys. Chem. Lett., 2011, 2, 1056.
[140] N. Giovambattista, P.G. Debenetti, P.J. Rosky, J. Phys.Chem.B 2007, 111, 9581.
[141] D. Argyris, N.R. Tummala, A. Striolo, D.R. Cole, J. Chem. Phys. C 2008, 112,13587.
[142] V. Marry, B. Rotenberg, P. Turg, Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 4802.
[143] D. Xu, Y. Leng, Y. Chen, D. Li, Appl. Phys. Lett., 2009, 94, 201901.
[144] S. Dewan, V. Carnevale, A. Benkurat, A. Eftekharin-Bafrocei, G. Florin. M.L. Klein, E.
Borguet, Langmuir, 2014, 30, 8056.
[145] G.E. Ewing, Chem. Rev., 2006, 106, 1511.
[146] P.J. Feibelman, J. Phys. Today , 2010, 63, 34.
[147] A. Hogsan, S. Hag, Surf. Sci. Rep., 2009, 64, 381.
[148] J. Amish, P.P. Varilly, D. Chandler, J. Phys. Chem. B 2010 ,114, 1632.
504 M. PALUCH
[149] S. Skin. A.Willard, Cond. Mat. Soft. 2018, 1801, 10303.
[150] O. Bjorneholm, M.H. Handsen, A. Hodgsan. Li-Min Liu, Chem. Rev., 2016, 116, 7698.
[151] C. Weweihao, Z. Xiaotong, S.Chengie, Langmuir, 2019, 35, 5130.
[152] A.Ben-Nasim, Molecular Theory of Water and Aqueous Solutions,Part 1 and 2, Word Scientific
Pub Co Inc, 2010 and 2011.
Praca wpłynęła do Redakcji 15 października 2018 r.
2019, 73, 7-8
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA
BIOLOGY AND CHEMISTRY OF LUNG CANCER
Claudia Musiał1, Renata Zaucha
2,
Alicja Kuban-Jankowska1, Anna Kamm
1,
Magdalena Górska-Ponikowska*1
1Katedra i Zakład Chemii Medycznej Gdański Uniwersytet Medyczny
2Klinika Onkologii i Radioterapii Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego
*e-mail: [email protected]
Abstract
Wykaz stosowanych skrótów
Wprowadzenie
1. Korelacja nadużywania tytoniu i raka płuc
2. Wpływ suplementacji syntetycznego beta-karotenu na rozwój raka
płuca
3. N-acetylocysteina w prewencji raka płuca
4. Aktywność tokoferoli i tokotrienoli w aspekcie prewencji raka płuca
5. Indukcja hormonalna raka płuca
6. 2-metoksyestradiol jako fizjologiczny związek
przeciwnowotworowy
Uwagi końcowe
Podziękowanie
Piśmiennictwo cytowane
506 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
Mgr Claudia Musiał – ukończyła studia magisterskie w Wyższej Szkole Inżynierii
i Zdrowia w Warszawie. Praca magisterska poświęcona była ocenie skuteczności
i zastosowaniu komórek macierzystych pochodzenia roślinnego i autologicznych
komórek macierzystych. Obecnie współpracuje naukowo z Gdańskim z Katedrą
i Zakładem Chemii Medycznej Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego w zakresie
badań nad szlakami sygnalizacji w komórkach nowotworowych.
https://orcid.org/0000-0001-9525-9952
Dr hab. n. med. Renata Zaucha, prof. nadzw. – adiunkt w Klinice Onkologii
i Radioterapii Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Klinicysta, specjalizuje się
w terapii nowotworów, włączając nowotwór płuc.
https://orcid.org/0000-0001-8503-1559
Mgr Anna Kamm - doktorant w Katedrze i Zakładzie Chemii Medycznej
Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Specjalizuje się w badaniach nad
molekularnymi mechanizmami działania kwasu ferulowego w modelach komórek
nowotworowych.
https://orcid.org/0000-0002-4560-7645
Dr hab. n. med. Alicja Kuban-Jankowska - adiunkt w Katedrze i Zakładzie
Chemii Medycznej Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego. Specjalizuje się
w badaniach nad aktywnością i rolą białkowych fosfataz tyrozynowych
w cukrzycy, nowotworach oraz neurodegeneracji.
https://orcid.org/0000-0003-3371-5013
Dr hab. n. med. Magdalena Górska-Ponikowska - adiunkt w Katedrze
i Zakładzie Chemii Medycznej Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego.
Specjalizuje się w badaniach nad rolą stresu nitro-oksydacyjnego w patofizjologii
nowotworów i neurodegeneracji.
https://orcid.org/0000-0002-7366-8429
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 507
ABSTRACT
Lung cancer is the most common fatal cancer disease in the world.
A characteristic feature of lung cancer is genetic diversity.
In the overwhelming majority of cases, smoking is the most important
etiopathogenic factor. Lung cancer is a cancer with a very bad prognosis regarding
long-term survival. The risk of lung cancer depends primarily on active or passive
exposure to the carcinogenic components of tobacco smoke. According to available
data, the development of lung cancer in addition to active and passive smoking is
directly affected by environmental pollution such as smog and fumes, ionizing
radiation, mycotoxins and long-term exposure to asbestos (occupational exposure).
Research on the pharmacoprevention of lung cancer began over 30 years ago.
The first nutrient that the researchers said could inhibit the development of lung
cancer was beta carotene. Unfortunately, long-term regular supplementation with
high doses of antioxidant in the form of beta-carotene brought the opposite effect.
An increase in the incidence of lung cancer was found in people who received beta
carotene in the form of a synthetic food supplement.
The other component tested was N-acetylcysteine. It is a sulfur compound and
a powerful antioxidant that supports the synthesis of glutathione and cysteine, with
destructive effects on carcinogenic substances. N-acetyl-cysteine, used in the form
of NAC adduct and epigallocatechin-3-gallate, showed efficacy in inhibiting the
development of lung cancer only in animal models. In the pharmacoprevention of
lung cancer, the use of vitamin E was also tested in the form of tocotrienol and
tocopherol.
The following work also shows the existence of a high concentration
correlation which belongs to the steroid hormone, mainly estrogen, in the blood and
the development of lung cancer in women. An increased risk of lung cancer has
been observed in women undergoing long-term hormone replacement therapy.
The results show that 2-methoxyestradiol, the endogenous metabolite
of 17β-estradiol, shows positive results that inhibit the growth of lung cancer cell
lines.
The aim of the work was to present the correlation between tobacco abuse and
passive smoking and lung cancer, pharmacoprevention of lung cancer and the
association of elevated estrogen concentration in women with an increased risk of
lung cancer. Keywords: lung cancer pharmacoprevention, biology of lung cancer, chemistry of
lung cancer, hormonal induction, 2-methoxyestradiol
Słowa kluczowe: farmakoprewencja raka płuca, biologia raka płuca, chemia raka
płuca, indukcja hormonalna, 2-metoksyestradiol
WYKAZ STOSOWANYCH SKRÓTÓW
SCLC – rak drobnokomórkowy płuca
NSCLC – rak niedrobnokomórkowy płuca
WHO – Światowa Organizacja Zdrowia (ang. World Health
Organization)
DNA – kwas deoksyrybonukleinowy
OGG1 – 8-oksoguanina
NAC – N-acetylocysteina
EGCG – galusan epigallokatechiny
EGCG-2′-NAC – addukt N-acetylocysteiny i galusanu epigallokatechiny
ER, Erα, Erβ – receptory estrogenowe
E2 –17-β-estradiol
α-, β-, γ- i δ-T – tokoferole
α-, β-, γ- i δ-TT – tokotrienole
2ME2 – 2-metoksyestradiol
508 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 509
WPROWADZENIE
W krajach rozwiniętych rak płuca jest najczęstszą chorobą nowotworową, która
jest powodem około 1 miliona zgonów rocznie. Ogólny wskaźnik przeżycia wynosi
w tym nowotworze około 10%. Decydującym czynnikiem wywołującym jest
wieloletnie palenie tytoniu. Dostępne dane literaturowe wskazują, że tylko u 20%
pacjentów z rozpoznanym rakiem płuca, czynnikiem etiologicznym nie było palenie
tytoniu. Do pozostałych czynników zalicza się zanieczyszczenia środowiska, spaliny,
promieniowanie jonizujące, mykotoksyny, bierne palenie tytoniu, zawodowe narażenie
na chemikalia takie jak chrom, nikiel, azbest, wielopierścieniowe węglowodory
aromatyczne, arsen, chlorek winylu oraz radioaktywny gaz - radon. Podatność na
chorobę może być też uwarunkowana genetycznie. Klasyfikacja WHO wyróżnia dwa
główne typy raka płuca: rak drobnokomórkowy (SCLC) i rak niedrobnokomórkowy
(NSCLC). Niedrobnokomórkowy rak płuca dzieli się z kolei na podtypy: rak
płaskonabłonkowy, gruczolakorak oraz rak wielokomórkowy.
1. KORELACJA NADUŻYWANIA TYTONIU I RAKA PŁUCA
Palenie jest udokumentowanym czynnikiem wpływającym na rozwój raka
płuca. Tlen wolnorodnikowy jest głównym składnikiem dymu tytoniowego.
Substancja może spowodować utlenienie nukleozasad DNA guaniny z powstaniem
8-oksoguaniny (OGG1). Według dostępnych badań, ryzyko raka płuca może być
zwiększone u palaczy przy niskiej aktywności OGG1 (Rys. 1). Dym tytoniowy
zawiera ponad 60 czynników kancerogennych, wśród nich węglowodory
aromatyczne takie jak nitrozaminy (Rys. 2) i benzopiren (Rys. 3), tlenek węgla
(czad), smołę, fenol (Rys. 4), krezol (Rys. 5), formaldehyd (Rys. 6) i cyjanowodór
[1-3].
Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne aktywowane przez enzymy
cytochromu P450, mogą związać się z DNA. Enzymy katalizujące reakcję
glutationu-S chronią przed reakcją DNA powodującą indywiduum chemiczne
nazywane adduktem. Przewlekłe i zbyt częste powstawanie adduktów może
powodować mutacje genów, które w następstwie mogą doprowadzić do rozwoju
raka płuca. Według badań, nikotyna (Rys. 7) powoduje hamowanie apoptozy
i może być promotorem rozwoju komórek nowotworowych w komórkach nabłonka
płuc.
Dostępne dane wskazują, że palenie bierne ma znaczący wpływ
na zachorowanie na raka płuc. Narażenie na styczność z dymem tytoniowym
w najbliższym otoczeniu zwiększa ryzyko zachorowania na raka płuc
aż o 10 do 15%. Dowodem na to jest wykrywanie w moczu biernych palaczy
metabolitów specyficznych dla uzależnionych od tytoniu [1-4].
Obraz kliniczny raka płuca u pacjentów nigdy nie palących różni się znacząco
w porównaniu z aktywnymi palaczami. Najczęstszym typem raka płuca u osób
nigdy nie palących jest gruczolakorak, w przeciwieństwie do palaczy, u których
rozwijają się wszystkie znane histologiczne typy raka płuc. Zauważono, że
gruczolakorak u osób niepalących rozwija się zazwyczaj
w obwodowych drogach oddechowych, natomiast u osób palących zarówno
w obwodowych drogach oddechowych jak i centralnie [9,10].
Dostępne badania wskazują, że osoby niepalące mają większe szanse na
przeżycie aniżeli palacze, niezależnie od pozostałych czynników prognostycznych.
Rzucenie palenia ma bezpośredni wpływ na ryzyko zachorowania
na raka płuc w przyszłości, z upływem czasu ryzyko ulega zmniejszeniu.
Wareniklina (Rys. 8), agonista receptora nikotynowego i bupropion (Rys. 9)
hamujący wychwyt zwrotny dopaminy i noradrenaliny są uznanymi, skutecznymi
środkami farmakologicznymi wspierającymi zrywanie z nałogiem palenia tytoniu
[5-9].
Rysunek 1. Selektywny inhibitor glikozylazy DNA 8-oksoguaniny 1 (OGG1) katynonu
Figure 1. Selective inhibitor of 8-oxoguanine 1 DNA glycosylase (OGG1)
Rysunek 2. Struktura molekularna nitrozoaminy
Figure 2. Molecular structure of nitrosoamine
510 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 511
Rysunek 3. Struktura molekularna benzo(a)pirenu, C20H12
Figure 3. Molecular structure of benzo(a) pyrene, C20H12
Rysunek 4. Struktura molekularna fenolu
Figure 4. Molecular structure of phenol
Rysunek 5. Struktura molekularna krezolu
Figure 5. Molecular structure of cresol
Rysunek 6. Struktura molekularna formaldehydu
Figure 6. Molecular structure of formaldehyde
Rysunek 7. Struktura molekularna nikotyny
Figure 7. Molecular structure of nicotine
Rysunek 8. Struktura molekularna warenikliny
Figure 8. Molecular structure of varenicline
512 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 513
Rysunek 9. Struktura molekularna bupropionu
Figure 9. Molecular structure of bupropion
2. WPŁYW SUPLEMENTACJI SYNTETYCZNEGO BETA-
KAROTENU NA ROZWÓJ RAKA PŁUCA
Karoten jest dimerem witaminy A i występuje w dwóch formach jako alfa
i beta-karoten. Beta-karoten, prekursor witaminy A to silny antyoksydant,
zwalczający wolne rodniki, który chroni cząsteczki organiczne przed utlenianiem.
Beta-karoten jest jednym z pięciuset karotenoidów. Pozostałe najczęściej
wykorzystywane karotenoidy to kryptoksantyna, astaksantyna, zeaksantyna, luteina
i likopen [11-13].
Antyoksydanty posiadają zdolność dezaktywacji wolnych rodników
w probówce, natomiast w organizmie człowieka mogą wywoływać odwrotny
skutek i działać jako prooksydanty.
Przeprowadzono szereg badań epidemiologicznych sprawdzających zależność
ryzyka raka płuca od stężenia beta-karotenu (Rys. 10) w osoczu.
W większości przypadków wykazano niespodziewany wzrost zachorowalności
u palaczy otrzymujących suplementację syntetycznego beta-karotenu.
Dwa największe badania chemoprewencyjne potwierdzające tę teorię in vivo,
zostały przeprowadzone w Stanach Zjednoczonych i w Finlandii [11, 12].
W obu badaniach wykazano wzrost wskaźnika zachorowalności
na raka płuca o 16 do 28%, co spowodowało wydanie przez National Cancer
Institute komunikatu dla osób palących i osób narażonych na działanie azbestu,
przestrzegającego przed suplementacją syntetycznego beta-karotenu [11,12].
Rysunek 10. Wzór uproszczony β-karotenu
Figure 10. Simplified chemical formula of β-carotene
W pierwszej połowie lat 90. przeprowadzono badanie oceniające
profilaktyczną rolę skojarzenia beta-karotenu w dawce 30 mg dziennie i retinolu
(Rys. 11) w dawce 25.000 jm dziennie [11]. Grupą docelową były osoby narażone
na działanie azbestu, oraz aktywni i byli palacze. Wykazano znamiennie wyższe
ryzyko zachorowania na raka płuca w porównaniu z grupą otrzymującą placebo.
Stwierdzono także, że ryzyko zgonu z powodu raka płuca zmniejszyło się po
6 latach od momentu odstawienia suplementacji beta-karotenu i retinolu. Badanie
zostało przerwane na początku roku 1996 po wykryciu nadmiernej śmiertelności
wśród uczestników badania w analizie pośredniej [14].
Rysunek 11. Wzór uproszczony retinolu
Figure 11. Simplified chemical formula of retinol
3. N-ACETYLOCYSTEINA W PREWENCJI RAKA PŁUCA
Opracowywanie nowych metod farmakoprewencyjnych w odniesieniu do raka
płuca trwa niezmiennie od wielu lat. Jednym z badanych w latach 90. leków była
N-acetylocysteina (NAC), stosowana w pulmonologii jako środek mukolityczny od
ponad 40 lat.
N-acetylocysteina (Rys. 12) należy do związków siarki, jest jedną
z pochodnych cysteiny, oraz posiada zdolność bycia prekursorem glutationu (Rys.
14). NAC po podaniu doustnym jest bardzo szybko wchłaniana. Włączana jest do
514 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 515
zewnątrz i wewnątrzkomórkowych magazynów glutationu. Glutation wykazuje
zdolność do magazynowania cysteiny. Największym magazynem glutationu
w organizmie jest wątroba, nerki oraz oczy. NAC redukuje wolne rodniki dzięki
reakcji koniugacji. Jako, że jest deacetylowana w organizmie człowieka, naturalnie
wytwarza cysteinę i wspiera syntezę glutationu, który jest bardzo silnym
przeciwutleniaczem.
Wykazano destrukcyjny wpływ NAC na substancje rakotwórcze takie
jak aflatoksyna, 2-aminofluorena czy benzo(a)piren. Wysokie dawki NAC hamują
odpowiedź mutagenną [15,16].
Skojarzenie NAC i głównego polifenolu herbaty – galusanu epigallokatechiny
(EGCG) (Rys. 13) zastosowane jako addukt EGCG-2′-NAC (Rys. 15) wobec
mysich i ludzkich komórek raka płuc CL13 i H1299 spowodowało aż 8,8 krotny
wzrost apoptozy w komórkach raka płuca. Galusan epigallokatechiny, to główny
składnik katechinowy pochodzący z zielonej herbaty (Theaceae). Wykazano, że
EGCG hamuje rozwój nowotworów w wielu modelach zwierzęcych [17-20].
Rysunek 12. Struktura molekularna N-acetylocysteiny
Figure 12. Molecular structure of N-acetylcysteine
Rysunek 13. Struktura molekularna galusan epigallokatechiny (EGCG)
Figure 13. Molecular structure of epigallocatechin gallate (EGCG)
Rysunek 14. Struktura molekularna glutationu
Figure 14. Molecular structure of glutathione
Rysunek 15. Addukt EGCG-2′-NAC
Figure 15. Adduct EGCG-2'-NAC
4. AKTYWNOŚĆ TOKOFEROLI I TOKOTRIENOLI W
ASPEKCIE PREWENCJI RAKA PŁUCA
Witamina E złożona jest ze związków zbliżonych strukturalnie: tokoferoli
(Rys. 16) i tokotrienoli (Rys. 17). Związki te dzieli się na osiem grup: α-, β-, γ- i δ-
tokoferole (oznaczane jako (α-T, β-T, γ-T, δ-T) złożone z pierścienia chromanolu
oraz 16-węglowego łańcucha bocznego i - α-, β-, γ- i δ- tokotrienole (α-TT, β-TT,
γ-TT, δ-TT) złożone z pierścienia chromanolu o identycznym wzorcu jak
w przypadku tokoferoli, natomiast nienasycony 16-węglowy łańcuch boczny
posiada podwójne wiązania przy trzech pozycjach. Tokoferole nie są
516 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 517
syntetyzowane w organizmie człowieka, dlatego muszą być dostarczane ze źródeł
zewnątrzpochodnych.
α-tokoferol uznawany jest za witaminę E. Jednym z powodów jest
każdorazowe wykrywanie wyższego poziomu α-T w próbkach krwi na tle
pozostałych tokoferoli i tokotrienoli [30-33]. Tokoferole posiadają zbliżoną siłę
przeciwutleniającą, jednak istnieją dane wskazujące że γ-tokoferol, w porównaniu
do α-tokoferolu hamuje proliferację komórek raka płuca. W celu potwierdzenia
skuteczności przeprowadzono badania, w postaci wprowadzenia izomerów
witaminy E do nanokompleksów, które na celu miały zwiększenie aktywności
przeciwnowotworowych leków chemioterapeutycznych w liniach komórkowych
opornych i wrażliwych raka płuca [34].
Rysunek 16. Wzór uproszczony tokoferolu
Figure 16. Simplified chemical formula of tocopherol
Rysunek 17. Wzór uproszczony tokotrienolu
Figure 17. Simplified chemical formula of tocotrienol
5. INDUKCJA HORMONALNA RAKA PŁUCA
Dostępne dane epidemiologiczne wskazują tendencję wzrostową
w odniesieniu do zachorowalności na raka płuc u kobiet w przeciwieństwie
do mężczyzn w ostatnich latach, pomimo o połowę mniejszego odsetka kobiet
palących tytoń. Decydującą rolę przypisuje się żeńskim hormonom płciowym,
głównie estrogenowi, który należy do hormonów steroidowych [23].
Głównym hormonem określanym jako hormon reprodukcyjny jest
17-β-Estradiol - E2, którego synteza odbywa się w jajnikach (Rys. 18) pod
wpływem hormonu luteinizującego i folikularnego. Wyróżnia się dwa typy
receptora estrogenowego (ER) - ER alfa (ERα, znany również jako ESR1) oraz ER
beta (ERβ, ESR2). W wielu badaniach wykazano korelację między hormonalną
terapią zastępczą a ryzykiem śmiertelności z powodu chorób nowotworowych
u kobiet, w tym raka piersi. Wykazano także obecność receptora ERβ w tkankach
zdrowych płuc, gdzie jest on niezbędny do utrzymania prawidłowej macierzy
zewnątrzkomórkowej. Receptor estrogenowy ERβ charakteryzuje się aktywnością
genomową oraz niegenomową. Estrogeny mają znaczny wpływ na układ
naczyniowy, w tym na rozszerzenie naczyń krwionośnych. Odpowiada za to efekt
niegenomowy. Występuje on od 5 do 20 minut po ekspozycji na estrogen, oraz nie
wymaga zmian w ekspresji genów. Natomiast wpływ genomowy estrogenów
wpływa na ochronę przed miażdżycą i hamowanie reakcji na urazy [21-23].
Ponadto stwierdzono obecność receptorów estrogenowych ERβ
w liniach komórkowych gruczolakoraka płuca. Przeprowadzono analizy mRNA
polegające na porównaniu guzów zlokalizowanych w obrębie płuc
o niskiej i wysokiej zawartości receptorów ERβ. Stwierdzono, że guzy
nowotworowe o wysokim ERβ charakteryzuje sygnalizacja czynników wzrostu
fibroblastów oraz pluripotencja komórek macierzystych embrionalnych
pochodzenia ludzkiego. Dostępne badania in vitro wskazują, że w płucach
receptory estrogenowe ER mogą współdziałać z receptorem czynników wzrostu
EGF w procesie kancerogenezy [21-24].
W badaniu klinicznym przeprowadzonym na 180 kobietach wykazano
zwiększone ryzyko rozwoju gruczolakoraka u pacjentek przyjmujących hormonalną
terapię zastępczą. Zauważono także, że kobiety przyjmujące HTZ przez długi okres
czasu, są bardziej narażone na szkodliwość dymu tytoniowego [25].
Rysunek 18. Struktura molekularna 17-β-Estradiolu
Figure 18. Molecular structure of 17-β-Estradiol
518 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 519
6. 2-METOKSYESTRADIOL JAKO FIZJOLOGICZNY ZWIĄZEK
PRZECIWNOWOTWOROWY
Metabolitem endogennym 17β-estradiolu (E2) powstałym na skutek
hydroksylacji i metylacji pozycji 2 jest 2-metoksyestradiol (Rys. 19) (2ME2,
(17beta)-2-methoxyestra-1,3,5(10)-triene-3,17-diol). 2ME2 wpływa na
zahamowanie procesu angiogenezy dzięki zmniejszeniu proliferacji komórek
śródbłonka. 2ME2 dzięki wiązaniu z tubuliną, hamuje wzrostkomórek
kancerogennych. Przeprowadzone badania in vitro wskazują,
że 2-metoksyestradiol hamuje szeroką gamę linii komórek nienowotworowych
i nowotworowych. Badania in vitro wskazują, że 2ME(2) hamuje również kilka
etapów kaskady andiogenicznej, ponadto hamuje proliferację i indukuje apoptozę
komórek nowotworowych. Pożądane rezultaty w postaci zahamowania wzrostu linii
komórkowych uzyskano na linii raka płuca pochodzenia ludzkiego A459 i H460
typu p53. Niewielkie zmiany po potraktowaniu 2ME2 zaszły w liniach
komórkowych H322 typu p53 i H358 typu 53. Podczas badań przeprowadzono
analizę Western Blot, z której wynikał znaczny wzrost białka p53 po potraktowaniu
2-metoksyestradiolem. Główną zmianą zaobserwowaną podczas badania
polegającym na traktowaniu 2ME(2) jest ośmiochrotny wzrost endogennego białka
p53. Poziom zmutowanego białka p53 pozostał niezmieniony. Białko p53 jest
odpowiedzialne za regulację cyklu życiowego komórek oraz apoptozę. Według
dostępnych danych, białko p53 jest najczęstszym supresorem nowotworu[26-28].
Klinika Uniwersytecka Charité w Berlinie przeprowadziła badania, które miały
na celu potwierdzenie zjawiska hamowania wzrostu różnych linii komórkowych za
pomocą 2-metoksyestradiolu, w tym raka płuca.
2-metoksyestradiol podany doustnie połączony został z terapią genową
i zastosowano adenowirus eksprymujący gen p53, który został podany dożylnie.
Przeprowadzone badania wykazały, że komórki raka płuca, które były oporne na
cisplatynę, były szczególnie wrażliwe na działanie 2ME2 [29].
Rysunek 19. Przekształcenie 17β-estradiolu w 2-metoksyestradiol
Figure 19. Transformation of 17β-estradiol into 2-methoxyestradiol
UWAGI KOŃCOWE
Rak płuca jest najczęstszą śmiertelną chorobą nowotworową na świecie. Cechą
charakterystyczną nowotworów płuca jest różnorodność genetyczna. W 80%
przypadków najważniejszym czynnikiem etiopatogenetycznym jest palenie tytoniu.
Według dostępnych danych, na rozwój raka płuca mają wpływ zarówno bierne palenie,
jak i zanieczyszczenia środowiskowe takie jak smog i spaliny, promieniowanie
jonizujące, mykotoksyny oraz długotrwała styczność z azbestem (narażenie zawodowe).
Z początkiem lat 90. rozpoczęto badania w zakresie farmakoprewencji raka płuca.
Niestety długotrwała regularna suplementacja wysokimi dawkami antyoksydantu
w postaci beta-karotenu przyniosła odwrotny skutek. Stwierdzono bowiem wzrost
zachorowalności na raka płuca u osób otrzymujących suplementację.
N-acetylocysteina - związek siarki i silnym przeciwutleniacz, wspierający syntezę
glutationu i cysteiny, o destrukcyjnym wpływie na substancje kancerogenne stosowana
w formie adduktu NAC i galusanu epigallokatechiny wykazała skuteczność w zakresie
hamowania rozwoju raka płuca jedynie w modelach zwierzęcych.
Jak dotąd wykazano korelację między wysokim stężeniu estrogenu we krwi
a rozwojem raka płuca u kobiet. Zaobserwowano zwiększone ryzyko zachorowania na
raka płuca u kobiet poddanych długotrwałej terapii hormonozastępczej.
Według przeprowadzonych badań 2-Metoksyestradiol, czyli metabolit endogenny
17β-estradiolu, wykazuje pozytywne rezultaty hamujące wzrost linii komórkowych raka
płuc, w szczególności A459 i H460.
PODZIĘKOWANIA
Badania nad przeciwnowotworowym mechanizmem działania
2-metoksyestradiolu zostały sfinansowane w ramach projektu Iuventus Plus nr IP
2015 022074 Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
PIŚMIENNICTWO CYTOWANE
[1] H.H. Hansen, Lung cancer: European commission: series for general practitioners. Springer-
Verlag, Berlin, 1990.
[2] H. Lemjabbar-Alaoui, O. UI Hassan, Y. Yang, P. Buchanan, Lung cancer: Biology and
treatment options. Biochim. Biophys. Acta, 2015, 2, 189.
[3] D.F. Church, W.A. Pryor, Free-radical chemistry of cigarette smoke and its toxicological
implications. Environ. Health Perspect., 1985, 64, 111.
[4] D.M. Parkin,F. Bray, J. Ferlay, Global cancer statistics, 2002. CA Cancer J. Clin., 2005, 55(2),
74.
[5] R.A. Schnoll, E. Martinez, K. L. Tatum, D. M. Weber, N. Kuzla, M. Glass, J.A.A. Ridge, C.
Langer, C. Miyamoto, E. P. Wileyto, F. Leone, A bupropion smoking cessation clinical trial for
cancer patients. Cancer Causes Control, 2010, 21(6), 811.
520 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
BIOLOGIA I CHEMIA NOWOTWORU PŁUCA 521
[6] J. K. Cataldo, S. Dubey, J.J. Prochaska, Smoking cessation: An integral part of lung cancer
treatment. Oncology, 2010, 78(5-6), 289.
[7] S.S. Hecht, Tobacco carcinogens, their biomarkers and tobacco-induced cancer. Nat. Rev.
Cancer, 2003, 3(10), 733.
[8] C.H. Chan, C.F. Hsiao, G.C. Chang, Interactive effect of cigarette smoking with human 8-
oxoguanine DNA N-glycosylase 1 (hOGG1) polymorphisms on the risk of lung cancer: a case–
control study in Taiwan. Am. J. Epidemiol., 2009, 170, 695.
[9] J.M. Samet, E. Avila-Tong, P. Boffetta, Lung cancer in never smokers: clinical epidemiology
and environmental risk factors. Clin. Can. Res., 2009, 15, 5626.
[10] C.M. Tammemagi, C. Neslund-Dudas, M. Simoff, Smoking and lung cancer survival: the role
of comorbidity and treatment. Chest, 2004, 125, 27.
[11] R. Goralczyk, Beta-carotene and lung cancer in smokers: review
of hypotheses and status of research. Nutr. Cancer, 2009, 61(6), 767.
[12] D. Albanes, O.P. Heinonen, P.R. Taylor, α-tocopherol and β-carotene supplements and lung
cancer incidence in the alpha-tocopherol, beta-carotene cancer prevention study: effects of base-
line characteristics and study compliance. J. Natl. Cancer Inst., 1996, 88(21), 1560.
[13] Alpha-Tocopherol, Beta Carotene Cancer Prevention Study Group, The effect of vitamin E and
beta carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in male smokers. N. Engl. J.
Med., 1994, 330(15),1029.
[14] G.E. Goodman, M.D. Thornquist, J. Balmes, The beta-carotene and retinol efficacy trial:
incidence of lung cancer and cardiovascular disease mortality during 6-year follow-up after
stopping β-carotene and retinol supplements. J. Natl. Cancer Inst. 2004, 96(23),1743.
[15] W. MacNee, M.M.E. Bridgeman, M. Marsden, The effects of N-acetylcysteine and glutathione
on smoke induced changes in lung phagocytes and epithelial cells. Am. J. Med. 1991, 91(3), 60.
[16] S. De Flora, M. Astengo, D. Serra, Inhibition of urethan-induced lung tumors in mice by dietary
N-acetylcysteine. Cancer Lett. 1986, 32(3), 235.
[17] J.D. Lambert, C.S. Yang, Cancer chemopreventive activity and bioavailability of tea and tea
polyphenols. Mutat. Res. 2003, 523–524, 201–208.
[18] J.V. Higdon, B. Frei, Tea catechins and polyphenols: health effects, metabolism, and antioxidant
functions. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2003, 43(1), 89.
[19] S. Sang, M.J. Lee, Z. Hou, C.T. Ho, C.S. Yang. Stability of tea polyphenol (-)-epigallocatechin-
3-gallate and formation of dimers and epimers under common experimental conditions. J. Agric.
Food Chem. 2005; 53(24), 9478.
[20] J.D. Lambert, S. Shengmin, S.Y. Chung, N-Acetylcysteine enhances the lung cancer inhibitory
effect of epigallocatechin-3-gallate and forms a new adduct, Free Radic. Biol. Med., 2008,
44(6), 1069.
[21] M.B. Schabath, Wu X, R. Vassilopoulou-Sellin, A.A. Vaporciyan, M.R. Spitz, Hormone
replacement therapy and lung cancer risk: a case–control analysis. Clin. Cancer Res. 2004, 1,
113.
[22] N. Ramnath, R.J. Menezes, G. Loewen, Hormone replacement therapy
as a risk factor for non-small cell lung cancer: results of a case–control study. Oncology. 2007,
10, 305.
[23] B.J. Deroo, K.S. Korach, Estrogen receptors and human disease. J. Clin. Invest, 2006, 116(3),
561.
[24] H.O. Adami , I. Persson, R. Hoover, C. Schairer, L. Bergkvist , Risk of cancer in women
receiving hormone replacement therapy. Int. J. Cancer. 1989; 44(5), 833.
[25] E. Taioli, E.L. Wynder, Endocrine factors and adenocarcinoma of the lung in women, J. Natl
Cancer Inst. 1994, 86(11), 869.
[26] T. Mukhopadhyay, J.A. Roth, Induction of apoptosis in human lung cancer cells after wild -type
p53 activation by methoxyestradiol. Oncogene, 1997, 14(3), 379.
[27] T. M. LaVallee, X. H. Zhan, C. J. Herbstritt, E. C. Kough, S. J. Green, V. S. Pribluda, 2-
Methoxyestradiol inhibits proliferation and induces apoptosis independently of estrogen
receptors α and β. Cancer Reaserch, 62, 2002, 3691.
[28] www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-drug/def/2-methoxyestradiol [dostęp: 2019-
04-11]
[29] G. Schumacher, 2-Methoxyestradiol als neue Substanz zur Behandlung solider Tumore,
Medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin, 2004.
[30] J. Jihyeung S. C. Picinich, Z. Yang,. Y. Zhao, N. Suh, A.N. Kong S.C. Yang, Cancer-preventive
activities of tocopherols and tocotrienols. Carcinogenesis, 2010, 31(4), 533.
[31] Q. Jiang, S. Christen, M.K. Shigenaga, B.N. Ames, γ-tocopherol, the major form of vitamin E in
the US diet, deserves more attention. Am. J. Clin. Nutr. 2001, 74(6), 714.
[32] Alpha-Tocopherol Beta-Carotene Cancer Prevention Study Group. The effect of vitamin E and
beta-carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in male smokers. N. Engl. J.
Med. 1994, 52(7), 1029.
[33] F.E. Speizer, G.A. Colditz,D.J. Hunter, B. Rosner, C. Hennekens, Prospective study of
smoking, antioxidant intake, and lung cancer in middle-aged women (USA). Cancer Causes
Control, 1999, 10(5), 475.
[34] G. Wang, B. Yu, Y. Wu, Controlled preparation and antitumor efficacy of vitamin E TPGS-
functionalized PLGA nanoparticles for delivery of paclitaxel. Int. J. Pharm., 2013, 446(1-2), 24.
Praca wpłynęła do Redakcji 29 kwietnia 2019 r.
522 C. MUSIAŁ, R. ZAUCHA, A. KAMM, A. KUBAN-JANKOWSKA, M. GÓRSKA-PONIKOWSKA
2019, 73, 7-8
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI
ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW
KOMPLEKSOWYCH
IN – VIVO METHODS FOR TESTING OF THE
ANTIOXIDANT PROPERTIES OF COMPLEX
COMPOUNDS
Jacek Malinowski, Joanna Drzeżdżon*,
Lech Chmurzyński, Dagmara Jacewicz
Uniwersytet Gdański, Wydział Chemii,
ul. Wita Stwosza 63, 80-308 Gdańsk *e-mail: [email protected]
Abstract
Wykaz stosowanych skrótów
Wprowadzenie
1. Metody in-vivo oznaczania aktywności przeciwutleniającej
związków kompleksowych
1.1. Metoda zredukowanego glutationu
1.2. Test peroksydazy glutationowej
1.3. Test S – transferazy glutationowej
1.4. Metoda dysmutazy ponadtlenkowej 1.5. Oznaczanie aktywności katalazy
1.6. Test aktywności transpeptydazy γ-glutamylowej
1.7. Test reduktazy glutationowej
1.8. Metoda peroksydacji lipidów
1.9. Test LPIC
Uwagi końcowe
Podziękowanie
Piśmiennictwo cytowane
524 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
Mgr Jacek Malinowski rozpoczął stacjonarne studia doktoranckie Chemii i Biochemii na Wydziale Chemii
Uniwersytetu Gdańskiego. Ukończył studia I stopnia na kierunku Chemia – Analityka i Diagnostyka w 2012,
następnie ukończył studia II stopnia na kierunku Chemia – Analityka i Diagnostyka. Jego zainteresowania
naukowe dotyczą: badanie szybkości reakcji związków polikarboksylanowych cynku(II) metodą
zatrzymanego przepływu, synteza nowych związków koordynacyjnych Cr(III) oraz wanadu(IV) oraz
charakterystyka ich właściwości fizykochemicznych oraz biologicznych.
https://orcid.org/0000-0003-2230-4008
Dr Joanna Drzeżdżon jest pracownikiem Katedry Chemii Ogólnej i Nieorganicznej Wydziału Chemii
Uniwersytetu Gdańskiego. Ukończyła studia na kierunku Chemia na Wydziale Chemii UG w 2012 roku, tam
również otrzymała w 2017 r. stopień doktora. Jej zainteresowania naukowe dotyczą badań fizykochemicznych
polikarboksylanowych związków koordynacyjnych jonów metali przejściowych oraz zastosowania związków
kompleksowych chromu(III) oraz wanadu(IV) jako katalizatorów polimeryzacji olefin. Jest współautorką 37
publikacji naukowych w czasopismach z listy filadelfijskiej, 2 zgłoszeń patentowych, 18 rozdziałów
w książkach oraz 74 komunikatów naukowych na konferencjach krajowych i międzynarodowych.
https://orcid.org/0000-0002-9964-3027
Dr hab. Dagmara Elżbieta Jacewicz, prof. UG urodziła się 30 września 1976 roku w Bolesławcu. Po
ukończeniu szkoły podstawowej kontynuowała tamże edukację w I Liceum Ogólnokształcącym im.
Władysława Broniewskiego. Studiowała na Wydziale Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu,
gdzie w 2001 roku obroniła pracę magisterską. W tym samym roku rozpoczęła studia doktoranckie na
Wydziale Chemii Uniwersytetu Gdańskiego (UG). Pracę doktorską obroniła w 2005 roku, za którą otrzymała
nagrodę Oddziału Gdańskiego Polskiego Towarzystwa Chemicznego. W lipcu 2015 roku uzyskała stopień
naukowy doktora habilitowanego na Wydziale Chemii UG. Od 2004 roku pracuje na Wydziale Chemii jako
asystent, adiunkt i profesor nadzwyczajny (od 2016). Jej zainteresowania badawcze koncentrują się na chemii
związków kompleksowych, kinetyce reakcji oraz na biosensorach molekularnych, a w szczególności na ich
zastosowaniach do oznaczania tlenku azotu(IV) i tlenku węgla(IV) w materiale biologicznym. Jej dorobek
naukowy obejmuje 92 prace naukowe, z czego 77 to publikacje wydane w czasopismach o zasięgu
międzynarodowym. Jest współautorką ponad 100 komunikatów naukowych na konferencjach krajowych
i międzynarodowych.
https://orcid.org/0000-0002-6266-5193
Prof. dr hab. inż. Lech Chmurzyński ukończył studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej
uzyskując tytuł zawodowy magistra inżyniera chemika (1978). Stopień doktora nauk chemicznych otrzymał
na Wydziale Matematyki, Fizyki i Chemii Uniwersytetu Gdańskiego (1986), a doktora habilitowanego nauk
chemicznych na Wydziale Chemii UG (1994). W roku 2001 uzyskał tytuł profesora nauk chemicznych. Od
1978 roku związany jest z Wydziałem Chemii UG. Od roku 2003 pracuje na stanowisku profesora
zwyczajnego, pełniąc funkcję kierownika Katedry Chemii Ogólnej i Nieorganicznej (od 2006). Jego
zainteresowania badawcze skupiają się na problematyce chemii środowisk niewodnych, oddziaływań
kwasowo-zasadowych, chemii związków kompleksowych oraz chemii bionieorganicznej – w tym
biosensorów molekularnych i ich zastosowań do oznaczania reaktywnych form azotu oraz tlenu w materiale
biologicznym. Opublikował ponad 300 oryginalnych i przeglądowych prac naukowych. Jest współautorem
ponad 300 prezentacji konferencyjnych, w tym wykładów na zaproszenie. Wypromował 13 doktorów, z Jego
inspiracji cztery osoby habilitowały się a jedna uzyskała tytuł profesora.
https://orcid.org/0000-0003-2707-0255
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW KOMPLEKSOWYCH 525
ABSTRACT
This article describes the in-vivo methods of studying the antioxidant
properties of complex compounds. The reduced glutathione (GSH) method, which
uses the reactivity of the reduced form of GSH with free radicals, is among the
described methods. Further the in-vivo methods are based on the use of antioxidant
enzymes such as glutathione peroxidase, glutathione S-transferase, superoxide
dismutase, catalase. These types of enzymes occur naturally in the human body and
they are responsible for the inactivation of free radicals, e. g. superoxide dismutase
catalyzes the reaction of disproportionation of superoxide anion radical to water and
oxygen. The next in-vivo methods described in this article use γ-glutamyl
transpeptidase and glutathione reductase, which are components of the antioxidant
mechanism occurring in an organism. The last method described in this work
relates to the lipid peroxidation, which is determined by the concentration of
dimalonic aldehyde.
Keywords: antioxidant properties, radicals, in – vivo methods
Słowa kluczowe: właściwości przeciwutleniające, rodniki, metody in – vivo
WYKAZ STOSOWANYCH SKRÓTÓW
CAT – katalaza
CuZnSOD (SOD1) – cytoplazmatyczna dysmutaza ponadtlenkowa zawierająca
miedź oraz cynk
DTNB – kwas 5,5-ditio-bis- 2-nitrobenzoesowy
EC – SOD – zewnątrzkomórkowa dysmutaza ponadtlenkowa
Gr – reduktaza glutationowa
Grx – glutaredoksyna
GSH – forma utleniona glutationu
GSSH – forma zredukowana glutationu
GST – S – transferaza glutationowa
H2O2 – nadtlenek wodoru
hem – grupa hemowa
LDL – lipoproteina o niskiej gęstości
LH – kwas tłuszczowy
LO• – rodnik alkoksylowy kwasu tłuszczowego
LOO. – rodnik nadtlenkowy kwasu tłuszczowego
LOOH – nadtlenek kwasu tłuszczowego
LPIC – metoda oznaczania inhibicji utlenienia frakcji LDL
MAPEG – białka błonowe
MDA – aldehyd dimalonowy
MnSOD (SOD2) – mitochondrialna dysmutaza ponadtlenkowa zawierająca
mangan
NADPH – fosforan dinukleotydu nikotyno – amidoadeninowego
NADP+ – ester fosforanowy dinukleotydu nikotyno –
amidoadeninowego
non – Se – GPx – formy niezależne od selenu peroksydazy glutationowej
O2∙ - – anionorodnik ponadtlenkowy
RFT – reaktywne formy tlenu
RFTN – reaktywne formy tlenu i azotu
Se – GPx – formy selenozależne peroksydazy glutationowej
TBA – kwas tiobarbiturowy
TNB – kwas 5 – tio – 2 – nitrobenzoesowy
TPTZ – (2,4,6-tris(2- pirydylo)-1,3,5-triazyna
TRAP – metoda oznaczenia całkowitego potencjału
antyoksydacyjnego
526 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW KOMPLEKSOWYCH 527
WPROWADZENIE
Reaktywne formy tlenu i azotu (RFTN) to czynniki ryzyka stresu oksydacyjnego
w organizmie ludzkim. Występowanie RFTN w organizmie jest naturalne i powiązane
z licznymi szlakami metabolicznymi m. in. łańcuchem oddechowym. W przypadku, gdy
stężenie RFTN w organizmie jest wyższe niż stężenie fizjologiczne tych indywiduów to
występuje zjawisko nazywane stresem oksydacyjnym. Zjawisko stresu oksydacyjnego
w kilku przypadkach ma pozytywne skutki dla organizmu. Stres oksydacyjny jest
czynnikiem indukującym relaksację mięśni gładkich. Pełni rolę regulującą ciśnienie
krwi oraz normalizującą transformację włókien mięśniowych. Niestety długotrwale
utrzymujące się zjawisko stresu oksydacyjnego może prowadzić do apoptozy komórek
i licznych uszkodzeń komórek.
Antyoksydanty to związki chemiczne, które obniżają stężenie RFTN
w organizmie. Należą do nich przeciwutleniacze enzymatyczne np. dysmutaza
ponadtlenkowa, nieenzymatyczne takie jak np. witaminy A, E, C, karotenoidy oraz
antyoksydanty syntetyczne.
Z uwagi na zagrożenia wynikające z długotrwale utrzymującego się stresu
oksydacyjnego ważne jest poznanie wielu metod in-vivo oznaczania aktywności
przeciwutleniającej. Metody te mają na celu pomiar poziomu stężenia poszczególnych
RFTN, a także pomiar wpływu RFTN na dany układ pomiarowy.
1. METODY IN-VIVO OZNACZANIA AKTYWNOŚCI
PRZECIWUTLENIAJĄCEJ ZWIĄZKÓW
KOMPLEKSOWYCH
Metody in – vivo stosowane są do określenia właściwości antyoksydacyjnych
w warunkach, które są ich odwzorowaniem w organizmie człowieka. Do takich
systemów należą liposomy i mikrosomy ze względu na podobieństwo do błony
komórkowej. Do metod in – vivo zalicza się między innymi metodę LDL
(lipoproteina o niskiej gęstości), oznaczanie utleniania fragmentacji DNA czy też
inhibicję utleniania indukującego apoptozę żywych komórek ludzkich [1]. Pomimo,
że istnieje wiele metod in – vivo, nie podlegają one żadnej standaryzacji wyników,
co niewątpliwie jest dużą ich wadą. Otrzymane wyniki badań nie mogą zostać
porównane z innymi, ponieważ często przeprowadzane są w innych warunkach. Nie
można ocenić, która z metod charakteryzuje się największą czułością i precyzją
oraz wybrać taką, która jest optymalna dla naszych badań i obarczona
najmniejszym błędem [2].
1.1. METODA ZREDUKOWANEGO GLUTATIONU
Glutation jest to trójpeptyd γ – glutamylocysteinyloglicyna, który występuje
w dwóch formach, zredukowanej (GSH) oraz utlenionej (GSSG) (Rys.1). Związek
ten w komórkach biologicznych występuje w postaci zredukowanej w ilości około
99 %, natomiast pozostały procent to forma utleniona oraz koniugaty [3, 4]. Synteza
zredukowanego glutationu przebiega w cytozolu, gdzie większość tego związku się
znajduje oraz, w bardzo małym stopniu, poza komórkami [5].
Rysunek 1. Wzory uproszczone glutationu: formy zredukowanej (GSH) oraz utlenionej (GSSH)
Figure 1. Simplified formulas of glutathione forms: reduced (GSH) and oxidized (GSSH)
Grupa tiolowa -SH, występująca w GSH, a dokładnie w jednostce cysteiny
powoduje jego naturalną zdolność antyutleniającą do redukcji mostków
disiarczkowych oraz eliminacji związków utleniających [6]. Możliwe jest to dzięki
temu, że w komórkach stężenie formy zredukowanej trójpeptydu jest bardzo
wysokie oraz wartość standardowego potencjału redoks jest bardzo mała i wynosi
około 240 mV [7].
GSH reaguje bezpośrednio z wolnymi rodnikami .NO,
.OH czy też H2O2
w reakcjach nieenzymatycznych [8-11]. Forma zredukowana γ –
glutamylocysteinyloglicyny dzięki odwracalnemu przyłączaniu do grup tiolowych
w białkach utrzymuje protekcję przed nieodwracalnym ich utlenieniem w
warunkach stresu oksydacyjnego, równocześnie monitorując aktywność wyżej
opisanego procesu [12]. GSH jest donorem elektronu dla enzymów glutaredoksyny
(Grx) oraz peroksydazy glutationowej, które biorą udział w redukcji nadtlenku
wodoru oraz organicznych nadtlenków (ROOH), gdzie R stanowi łańcuch węglowy
(najczęściej rozgałęziony) [13].
528 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW KOMPLEKSOWYCH 529
1.2. TEST PEROKSYDAZY GLUTATIONOWEJ
Peroksydaza glutationowa (Rys. 2) należy do enzymów wykazujących
właściwości antyoksydacyjne. Enzym ten ma masę cząsteczkową około 86 kDa,
jest tetramerem, gdzie każda domena zbudowana jest z 203 reszt aminokwasowych.
Jest ona kodowana przez gen GPX1, który znajduje się na krótkim ramieniu
chromosomu 3. Enzym ten odpowiedzialny jest za redukcję H2O2 do H2O.
Mechanizm tej reakcji opiera się na przeniesieniu elektronów z GSH na nadtlenek
wodoru. Enzym ten może powrócić do formy zredukowanej dzięki działaniu
reduktazy. Proces ten polega na przeniesieniu wodoru pochodzącego od fosforanu
dinukleotydu nikotyno – amidoadeninowego (NADPH).
Reakcja utleniania peroksydazy glutationowej:
H2O2 + 2 GSH → 2 H2O + GSSG.
Reakcja redukcji GSSG:
NADPH + H+
+ GSSG → 2 GSH + NADP+.
Obniżona aktywność enzymu może wynikać ze zbyt małego stężenia
pierwiastka śladowego jakim jest selen w organizmie, który odpowiedzialny jest za
prawidłową pracę tego enzymu [14-17].
Wyróżnia się 6 izoform peroksydazy glutationowej, w zależności od jej
występowania. 5 z 6 izoform tego enzymu jest zależne od selenu, natomiast jedna
jest niezależna od tego pierwiastka (GPx – 5). Oznacza to, że w organizmie
człowieka występuje 5 form, gdzie centrum aktywne enzymu stanowi
selenocysteina. Nazywa się je formami selenozależnymi peroksydazy glutationowej
(Se – GPx) [18]. Różnica pomiędzy izoformami zależnymi a niezależnymi od
selenu jest taka, że Se – GPx wykazują zdolność katalizowania reakcji redukowania
nadtlenków organicznych i nieorganicznych natomiast non – Se – GPx wykazują
właściwości do katalizowania wyłącznie nadtlenków o charakterze organicznym,
powstających w mechanizmie peroksydacji lipidów [19, 20]. Aktywność
peroksydaz glutationowych non - Se - GPx wykazują białka błonowe MAPEG.
Zbudowane są z trzech podjednostek (trimery) i uczestniczą w metabolizmie kwasu
arachidonowego [21].
Rysunek 2. Przykładowa struktura przestrzenna ludzkiej peroksydazy glutationowej żołądkowo – jelitowej
[22] Figure 2. The exemplary spatial structure of human gastrointestinal glutathione peroxidase [22]
1.3. TEST S – TRANSFERAZY GLUTATIONOWEJ
S – transferaza glutationowa występuje w postaci trzech form: cytozolowej,
mikrosomalnej oraz mitochondrialnej. Pierwsze dwie występują naturalnie
w organizmie człowieka. Do grupy cytozolowych enzymów GST należą
następujące klasy: alfa (GSTA1, GSTA2) (Rys. 3), mi (GSTM1, GSTM2, GSTM3,
GSTM4 oraz GSTM5), omega (GSTO1), pi (GSTP1), sigma (GSTS1), teta
(GSTT1, GSTT2) oraz zeta (GSTZ1) [23].
Rysunek 3. Struktura cytozolowej S-transferazy glutationowej GSTA1 w kompleksie z glutationem
Figure 3. The structure of cytosolic glutathione S-transferase GSTA1 in the complex with glutathione
Formy cytozolowe GST odpowiedzialne są za metabolizm ksenobiotyków,
natomiast mikrosomalne odpowiadają za metabolizm substancji endogennych.
Klasa A enzymów GSTA wykazuje właściwości antyoksydacyjne, a niektóre z nich
chronią mitochondria przed niebezpiecznymi produktami powstającymi w procesie
peroksydacji lipidów.
S – transferazy glutationowe katalizują również reakcję sprzęgania między
GST a związkami elektrofilowymi. Na rysunku 4 zamieszczono przykład reakcji
pomiędzy glutationem a ksentobiotykiem, która zachodzi pod wpływem S –
transferazy glutationowej.
Rysunek 4. Struktura przestrzenna dimeru CuZnSOD [26, 27]
Figure 4. The spatial structure of the CuZnSOD dimer [26, 27]
GST katalizuje też detoksykację produktów wysoce reaktywnych, które
powstają podczas występowanie stresu oksydacyjnego. Uczestniczy również
w usuwaniu kancerogenów, pestycydów i herbicydów [24, 25].
530 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW KOMPLEKSOWYCH 531
1.4. METODA DYSMUTAZY PONADTLENKOWEJ
Pierwszym metaloenzymem jaki został odkryty była dystmutaza
ponadtlenkowa. Wyróżniono trzy rodzaje izoform tego enzymu. Pierwszym z nich
jest dysmutaza ponadtlenkowa miedziowo – cynkowa CuZnSOD (SOD1) (Rys. 5).
Występuje ona głownie w cytozolu i jądrze komórkowym. Kontroluje ona
wydzielanie tlenku azotu(II), głównie w naczyniach krwionośnych.
Druga z izoform w centrum aktywnym posiada jon manganu(III) i nazywana
jest dysmutazą ponadtlenkową manganową, a jej skrót to MnSOD (SOD2). SOD2
występuje w macierzy mitochondrialnej i jest odpowiedzialna za rozkład RFT.
Ostatnią formą SOD jest zewnątrzkomórkowa dysmutaza ponadtlenkowa (EC
– SOD). Jest to główny enzym płynu stawowego, osocza oraz chłonki. Podobnie jak
SOD1 posiada w swoim składzie jon miedzi(II) oraz jon cynku(II). Jej głównym
zadaniem jest umożliwienie przeniknięcia tlenku azotu(II) przez ścianę naczyń.
SOD2 uważana jest za najważniejszą izoformę zwalczającą powstające
w organizmie reaktywne formy tlenu.
Rysunek 5. Struktura przestrzenna dimeru CuZnSOD [26, 27]
Figure 5. The spatial structure of the CuZnSOD dimer [26, 27]
SOD katalizuję reakcję dysmutacji rodnika O2.- do H2O2 oraz tlenu
cząsteczkowego. Poniżej przedstawiono schematy tej reakcji dla każdej izoformy
tego enzymu. W pierwszym etapie zachodzi redukcja jonów miedzi(II) do jonów
miedzi(I) w centrum katalitycznym. W drugim etapie zachodzi jednoelektronowy
proces utlenienia jonów miedzi(I) wraz z wytworzeniem nadtlenku wodoru.
W przypadku SOD1 reakcje zachodzą następująco:
SOD – Cu2+
+ O2.- → SOD – Cu
+ + O2
SOD – Cu+
+ O2.- + 2H
+ → SOD – Cu
2+ + H2O2
Po zbilansowaniu reakcji połówkowych równanie reakcji przedstawia się
następująco [28]:
4O2.-
+ 2H+ → 3O2 + H2O2
Dysmutacja rodnika ponadtlenkowego za pomocą SOD2 przebiega
podobnie jak w przypadku SOD1. Pierwszy etap to redukcja jonów manganu(III)
do jonów manganu(II) znajdujących się w centrum katalitycznym. Drugi etap to
proces utlenienia Mn(II) do Mn(III) wraz z wytworzeniem nadtlenku wodoru.
Reakcje z zastosowaniem enzymu SOD2 są następujące [29]:
Mn3+
+ O2.- → Mn
2+ + O2
Mn2+
+ O2.- + 2H
+ → Mn
3+ + H2O2
1.5. OZNACZANIA AKTYWNOŚCI KATALAZY
Katalaza to enzym posiadający w swojej budowie grupę hemową, która
zawiera centralnie położony jon żelaza(III). W wyniku reakcji z nadtlenkiem
wodoru powstaje kompleks Fe(V), który związany jest pięcioma wiązaniami
koordynacyjnymi, gdzie cztery wiązania to połączenie z azotem z grupy hem a piąte
wiązanie koordynacyjne Fe(V) tworzy z tyrozyną, która zajmuje 358 miejsce
w łańcuchu polipeptydowym białka. Odpowiada on za rozkład nadtlenku wodoru
do wody. Mechanizm ten przebiega dwuetapowo [30].
Etap I :
H2O2 + Fe(III) – CAT → 2H2O + O + Fe(V) – CAT
Etap II :
H2O2 + O = Fe(V) – CAT → Fe(III) – CAT + H2O + O2
CAT - katalaza
Pierwszy etap mechanizmu polega na reakcji nadtlenku wodoru z Fe(III) –
CAT dzięki czemu następuje redukcja H2O2 do wody oraz powstanie nowego
kompleksu żelaza(V) – CAT [31-34]. W drugim etapie związek O = Fe(V) – CAT
utlenia nadtlenek wodoru z utworzeniem wody i tlenu cząsteczkowego. Kompleks
żelaza(V) powraca do stanu początkowego, gdzie żelazo w strukturze hemowej
przyjmuje stopień utlenienia równy III [33, 35].
Katalaza jest enzymem, który w sposób skuteczny chroni organizm przed
toksycznym działaniem H2O2 w środowisku, gdzie stężenie nadtlenku wodoru jest
wyższe niż fizjologiczne, tworząc wodę i tlen. W przypadku, gdy stężenie H2O2 jest
niskie (10-9
– 10-7
M), katalaza przyjmuje funkcję aktywności peroksydazowej.
Wymaga to obecności odpowiednich donorów wodoru, pochodzących np. od
metanolu. Następuje wtedy usunięcie toksycznego nadtlenku wodoru i jednoczesne
utlenienie. Poniżej zamieszczono przykład takiej reakcji [36].
H2O2 + H2S → 2 H2O + S
1.6. TEST AKTYWNOŚCI TRANSPEPTYDAZY γ-GLUTAMYLOWEJ
Transpeptydaza γ-glutamylowa jest enzymem, który w sposób pośredni
katalizuje reakcję utlenienia zredukowanej formy glutationu. Enzym ten bierze
udział w metabolizmie ksenobiotyków oraz leukotrienu C4 oraz utrzymuje
532 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW KOMPLEKSOWYCH 533
homeostazę cysteiny i glutationu. Zatem bierze on udział w antyoksydacji
organizmu, leczeniu stanów zapalnych i detoksykacji.
Transpeptydaza γ-glutamylowa należy do glikoprotein znajdujących się we
wszystkich komórkach ludzkich oprócz miocytów, który przenosi grupę
γ-glutamylową.
Jedną z metod oznaczania aktywności przeciwutleniającej tego enzymu jest
wykorzystanie odczynnika komercyjnego Gamma-glutamylo-transferazy (Pointe
Scientific). Oznaczanie to polega na ocenieniu zdolności katalizowania reakcji
przeniesienia grupy glutamylowej z L-γ-glutamylo-3-karboksy-4-nitroanilidu na
glicyloglicynę w wyniku czego powstaje anion 5–amino–2– nitrobenzoesanowy.
W czasie trwania reakcji monitorowana absorbancja przyjmuje coraz wyższe
wartości. Pomiar rejestruje się spektrofotometrycznie przy długości fali λ = 415 nm,
spisując wartości absorpcji w określonym, stałym odstępie czasu. Za pomocą prawa
Lamberta – Beera oblicza się ilość moli powstałego fluorochromu w czasie 1 min
1 mg próbki [37].
A =
ΔAbs/min [min-1
] – zmiana absorbancji badanej próbki w czasie
Vc [ml] – objętość całkowita mieszaniny reakcyjnej
Vp [ml] – objętość próbki
ℇ [mM-1
cm-1
] – współczynnik absorbancji danego fluorochromu dla danej długości
fali i drogi optycznej równej 1 cm
L [cm] – długość drogi optycznej w danych warunkach
1.7. TEST REDUKTAZY GLUTATIONOWEJ
Reduktaza glutationowa (Gr) to enzym należący do oksydoreduktaz. Struktura
przestrzenna reduktazy glutationowej została przedstawiona na rysunku 6.
Występuje on w mitochondriach oraz cytozolu. Enzym ten ma za zadanie utrzymać
odpowiednie stężenie glutationu w komórkach. Spełnia to zadanie dzięki swoim
zdolnościom do przekształcania formy utlenionej glutationu w formę zredukowaną
[13].
Gr działa wspólnie z GPx dostarczając jej GSH w wyniku utleniania NADPH
do NADP+ [38].
Rysunek 6. Struktura przestrzenna reduktazy glutationowej [39]
Figure 6. The spatial structure of glutathione reductase [39]
Aktywność antyoksydacyjną reduktazy glutationowej oznacza się za pomocą
testu Glutathione Reductase Assay Kit firmy ABCAM. Metoda ta polega na
redukcji GSSH do GSH, który reagując z kwasem 5,5-ditio-bis-2-
nitrobenzoesowym (DTNB – odczynnik Elmanna) daje fluorescencyjny produkt
TNB (kwas tionitrobenzoesowy). Przyrost absorbancji monitoruje się
spektrofotometrycznie przy długości fali 415 nm. Aktywność GR oznacza się jako
ilość moli powstałego TNB w czasie 1 minuty przypadającą na 1g badanej próbki
[40].
1.8. METODA PEROKSYDACJI LIPIDÓW
Peroksydacja lipidów jest to utlenienie wielonienasyconych reszt kwasów
tłuszczowych zawartych w fosfolipidach. Proces ten zachodzi zgodnie
z mechanizmem wolnorodnikowym z utworzeniem nadtlenków. Jest to mechanizm
trójetapowy [41].
I etap – inicjacja
LH + O2 → L● + HOO
●
2LH + O2 → 2L● + H2O2
II etap - prolongacja
L●
+ O2 → LOO●
LOO● + LH→ LOOH + L
●
LOOH → LO● + OH
●
534 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW KOMPLEKSOWYCH 535
III etap – terminacja
L● + L
● → L – L
L● + LOO
● → LOOL
LOO● + LOO
● → LOOL + O2
Stężenie peroksydacji lipidów określa się za pomocą stężenia aldehydu
dimalonowego (MDA), który jest produktem reakcji rozkładu
hydroperoksykwasów tłuszczowych. Oznaczenie polega na reakcji MDA z TBA
(kwas tiobarbiturowy), w wyniku której powstaje barwny produkt, który oznacza
się ilościowo metodą spektrofotometryczną (Rys. 7). W metodzie tej pomiary
przeprowadzane są przy długości fali równej 532 nm [42].
Rysunek 7. Reakcja kwasu dimalonowego z kwasem tiobarbiturowym [43]
Figure 7. The reaction of dimalonic acid with thiobarbituric acid [43]
1.9. TEST LPIC
Test LPIC pozwala określić zdolność inhibicji lipidów. Z jego pomocą można
oznaczyć możliwości antyutleniające produktów, które powstają podczas
peroksydacji lipidów frakcji LDL –zawierającej cholesterol oraz kwas linolowy,
dzięki antyutleniaczom zawartym w próbce. Najczęściej stosowaną metodą do
kontrolowania reakcji utlenienia jest spektrofotometria. Reakcja monitorowana jest
przy λ = 234 nm. Podczas zmian wartości absorpcji wyróżnia się trzy etapy
zachodzącej reakcji: inicjacji, prolongacji oraz terminacji. W pierwszym etapie
badanej reakcji przeciwutleniacze zapobiegają utlenieniu kwasu linolinowego lub
wielonienasyconych kwasów tłuszczowych frakcji LDL. Trwa to do czasu
całkowitego przereagowania antyoksydantów. Następnie reakcja przechodzi do
fazy propagacji. Innymi metodami monitorowania jest chromatografia cieczowa
bądź gazowa [44].
UWAGI KOŃCOWE
W niniejszym artykule opisano wiele metod in-vivo badania właściwości
antyoksydacyjnych. Do badania właściwości przeciwutleniających stosują metody in-
vivo w układach naśladujących warunki panujące w organizmie stosuje się mikrosomy
oraz liposomy. Jest to możliwe dzięki podobieństwu tych struktur do błon
biologicznych. Często w metodach in-vivo stosuje się pomiar zahamowania utleniania
LDL poddając analizie krew zwierząt laboratoryjnych. Tego typu metoda jest też
stosowana w badaniach prowadzonych na organizmie ludzkim po doustnym podaniu
polifenoli.
Wśród metod in-vivo badania aktywności przeciwutleniającej często zdarza się tak,
że dana metoda jest stosowana w wielu wariantach pomiarowych. Różne warunki
pomiarowe sprawiają, że nie można porównać wyników badań przeprowadzonych tą
samą metodą. Nie można też wyszczególnić jednej metody in-vivo badania właściwości
antyoksydacyjnych jako najczulszej o jak najmniejszym błędzie pomiarowym.
W dalszym ciągu wiele metod pomiarowych in-vivo wymaga dopracowania pod
kątem uwzględnienia licznych czynników wpływających na wynik pomiaru. Z tego
względu uzasadnione jest prowadzenie dalszych badań nad udoskonaleniem metod in-
vivo badania potencjału przeciwutleniającego.
PODZIĘKOWANIA
Praca wspierana finansowo przez Narodowe Centrum Nauki w ramach dotacji
2015/19/N/STS/00276.
PIŚMIENNICTWO CYTOWANE
[1] R.L. Prior, H. Hoang, L. Gu, X. Wu, M. Bacchiocca, L. Howard, M. Hampsch-Woodill, D.
Huang, B. Ou, R. Jacob, Assays for hydrophilic and lipophilic antioxidant capacity (oxygen
radical absorbance capacity (ORACFL)) of plasma and other biological and food samples, J.
Sci. Food Agr., 2003, 51, 3273.
[2] A. Moure, J.M. Cruz, D. Franco, J. M. Dominguez, J. Siniero, M.J. Nunez, J.C. Parajo, Natural
antioxidants from residual sources. Food Chem., 2001, 72, 45.
[3] E. Niki, Antioxidant activity: Are we measuring it correctly? Nutrition, 2002, 18, 524.
[4] A. Meister, On the discovery of glutathione. Trends Biochem. Sci., 1988, 13, 185.
[5] A. Slivka, M.B. Spina, G. Cohen, Reduced and oxidized glutathione in human and monkey
brain, Neurosci. Lett., 1987, 74, 112.
[6] A.J. Cooper, B.S. Kristal, Multiple roles of glutathione in the central nervous system, Biol.
Chem., 1997, 378, 793.
[7] C.L. Hammond, T.K. Lee, N. Ballatori, Novel roles for glutathione in gene expression, cell
death, and membrane transport of organic solutes. J. Hepatol., 2001, 34, 946.
536 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
METODY IN – VIVO BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ANTYOKSYDACYJNYCH ZWIĄZKÓW KOMPLEKSOWYCH 537
[8] F.Q. Schafer, G.R. Buettner, Redox environment of the cell as viewed through the redox state of
the glutathione disulfide/glutathione couple, Free Radic. Biol. Med., 2001, 30, 1191.
[9] J.S. Bains, C.A. Shaw, Neurodegenerative disorders in humans: the role of glutathione in
oxidative stress-mediated neuronal death, Brain Res., 1997, 25, 335.
[10] R.M. Clancy, D. Levartovsky, J. Leszczynska-Piziak, J.A. Yegudin, Nitric oxide reacts with
intracellular glutathioneand activates the hexose monophosphate shunt in humanneutrophils:
evidence for S-nitrosoglutathione as a bioactiveintermediary, Proc. Natl. Acad. Sci., 1994, 91,
3680.
[11] T. Koppal, J. Drake, S. Yatin, B. Jordan, S. Varadarajan, L. Bettenhausen, D. A. Butterfield,
Peroxynitrite-induced alterations in synaptosomal membrane proteins: insight into oxidative
stress in Alzheimer’s disease. J. Neurochem., 1999, 72, 310.
[12] C.C. Winterbourn, D. Metodiewa, The reaction of superoxide with reduced glutathione. Arch.
Biochem. Biophys., 1994, 314, 284.
[13] P. Klatt, S. Lamas, Regulation of protein function by S-glutathiolation in response to oxidative
and nitrosative stress, Eur. J. Biochem., 2000, 267, 4928.
[14] M. Deponte, Glutathione catalysis and the reaction mechanisms of glutathione dependent
enzymes. Biochim. Biophys. Acta, 2013, 1830, 3217.
[15] V. Ducros, A. Favier, Selenium metabolism. EMC Endocrinol, Nutr., 2004, 1, 19.
[16] Y. Mehdi, J. L. Hornick., L. Istasse, I. Dufrasne, Selenium in the environment. metabolism and
involvement in body functions. Molecules, 2013, 18, 3292.
[17] T. Wielkoszczyński, M. Zawadzki, A. Lebek-Ordon, J. Olek, I. Korzonek-Szlacheta,
Enzymatyczne układy anytyoksydacyjne – właściwości, występowanie i rola biologiczna. Diag.
Lab., 2007, 43, 283.
[18] B. Lloyd, E. Robson, I. Smith, B.E. Clayton, Blood selenium concentrations and glutathione
peroxidase activity. Arch. Dis. Childh., 1989, 64, 352.
[19] S. Herbette, P. Roeckel-Drevet, J. R. Drevet, Seleno-independent glutathione peroxidases. More
than simple antioxidant scavengers. FEBS J., 2007, 274, 2163.
[20] M. Almar, L. Otero, C. Santos, J. Gallego González, Liver glutathione content and glutathione-
dependent enzymes of two species of freshwater fish as bioindicators of chemical pollution. J.
Environ. Sci. Health., 1998, 33, 769.
[21] D. Armstrong, Free Radicals in Diagnostic Medicine: A Systems Approach to Laboratory
Technology, Clinical Correlations, and Antioxidant Therapy. Springer Science & Business
Media, 2012.
[22] M. Marí, A. Morales, A. Colell, C. García-Ruiz, J.C. Fernández-Checa, Mitochondrial
glutathione, a key survival antioxidant. Antioxid. Redox Signal., 2009, 11, 2685.
[23] http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=2F8A (dostępny w internecie
05.11.2018).
[24] A.J. Oakley, Glutathione transferases: new functions, Curr. Opin. Struct. Biol., 2005, 15, 716.
[25] V. Krajka-Kuźniak, Indukcja enzymów II fazy jako strategia chemioprewencji nowotworów i
innych schorzeń degeneracyjnych. Postępy Hig. Med. Dośw., 2007, 61, 627.
[26] E.P. Gallagher, J.L. Gardner, D.S. Barber, Several glutathione S-transferase isozymes that
protect against injury are expressed in human liver mitochondria. Biochem. Pharmacol., 2006.,
71, 1619.
[27] F. M. Faraci, S. P. Didion, Vascular protection superoxide dismutase isoforms in the vessel wall.
Arterioscler Thromb. Vasc. Biol., 2004, 24, 1367.
[28] M. Woźniak, M. Czyż, Mimetyki dysmutazy ponadtlenkowej – potencjalne zastosowania
kliniczne. Postępy Hig. Med. Dośw., 2008, 62, 613.
[29] B.H.J. Bielski, D.E. Cabelli, R.L. Arudi, A.B. Ross, Reactivity of HO2/O2- radicals in aqueous
solution, J. Phys. Chem. Ref. Data, 1985, 14, 1041.
[30] D.W. Christianson, Structural chemistry and biology of manganese metalloenzymes, Prog.
Biophys. Mol. Biol., 1997, 67, 217.
[31] D. Ścibior, H. Czeczot, Katalaza – budowa, właściwości, funkcje. Postępy Hig. Med. Dośw.,
2006, 60, 170–180.
[32] E.M. Boon, A. Downs, D. Marcey, Catalase: H2O2: H2O2 oxidoreductase, Reviews on structure
and function of catalases, In: Biomolecules at Kenyon, 1997.
[33] B. Chance, H. Sies, A. Boveris, Hydroperoxide metabolism in mammalian organs. Physiol.
Rev., 1979, 59, 527.
[34] S.G. Kalko, J.L. Gelpi, I. Fita, M. Orozco, Theoretical study of the mechanisms of substrate
recognition by catalase. J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 9665.
[35] M.E. Percy, Catalase: an old enzyme with a new role? Can. J. Biochem. Cell Biol., 1984, 62,
1006.
[36] P. Chelikani, X. Carpena, I. Fita, P. C. Loewen, An electrical potential in the access channel of
catalases enhances catalysis. J. Biol. Chem., 2003, 278, 31290.
[37] M. Sokołowska, L. Włodek, Dobre i złe strony tlenku azotu. Folia Cardiol., 2001, 8, 467.
[38] H. Zhang, H.J. Forman, J. Choi, γ-Glutamyl Transpeptidase in glutathione Biosynthesis. Meth.
Enzymol., 2005, 401, 468.
[39] M. Czarna, M. Jarmuszkiewicz, Rola mitochondriów w wytwarzaniu i usuwaniu reaktywnych
form tlenu; związek z przesyłaniem sygnałów i programowaną śmiercią komórki. Post
Biochem., 2006, 52, 145.
[40] https://commons.wikimedia.org/wiki/Molecular_and_Cellular_Biology#/media/File:Glutathione
_reductase.png. [dostępny w internecie: 05.11.2018]
[41] https://www.abcam.com/ps/products/83/ab83461/documents/ab83461%20Glutathione%20Redu
ctase%20GR%20Assay%20Kit%20Protocol%20v5%20(website).pdf [dostępny w internecie:
05.11.2018]
[42] J.M. Gutteridge, B. Halliwell, The measurement and mechanism of lipid peroxidation in
biological systems, Trends Biochem. Sci., 1990, 15, 129.
[43] G. Bartosz, Druga twarz tlenu. Wolne rodniki w przyrodzie, Wydawnictwo Naukowe PWN,
2013.
[44] W. Grajek, Przeciwutleniacze w żywności, Warszawa, 2007.
Praca wpłynęła do Redakcji 29 marca 2019 r.
538 J. MALINOWSKI, J. DRZEŻDŻON, L. CHMURZYŃSKI, D. JACEWICZ
2019, 73, 7-8
INFORMACJE
540 INFORMACJE
MECENASI WIADOMOŚCI CHEMICZNYCH
Hydrolab to polska firma z ponad 20-letnim
doświadczeniem na rynku. Jesteśmy dobrze
zorganizowanym, nowocześnie zarządzanym
przedsiębiorstwem.
Produkujemy laboratoryjne demineralizatory, zaprojektowane zgodnie
z wytycznymi polskich i europejskich norm, wykorzystując najnowsze technologie
oczyszczania wody.
Jesteśmy w stanie zaplanować całą gospodarkę wodną w laboratorium, z pełną
dokumentacją kwalifikacyjną.
Hydrolab aktualnie posiada w swojej ofercie ponad sto modeli urządzeń do
oczyszczania wody.
Selwa jest firmą założoną przez dobrze znanych Państwu
ludzi, działających w branży sprzętu laboratoryjnego
i aparatury naukowo-badawczej produkowanej przez
światowych liderów.
Głównym celem firmy jest zapewnienie Państwu profesjonalnego doradztwa
w zakresie doboru aparatury, optymalizacji konfiguracji i wykorzystania dokładnie zgodnie
z Państwa potrzebami.
Nasze ponad 15-sto letnie doświadczenie w tej branży pozwala dopasować naszą ofertę
dokładnie do Państwa potrzeb.
Świadczymy również jako jedna z niewielu firm na rynku, kompletne rozwiązania
łącznie z wdrożeniem metod pod konkretne Państwa wymagania. Sprzęt przez nas sprzedany
będzie, po skończeniu wdrożenia, gotowy do pracy bez konieczności wykonywania
dodatkowych działań z Państwa strony i poświęcania Waszego cennego czasu.
Z naszymi partnerami zawarliśmy umowy na zasadach wyłączności
i uprawniające nas do sprzedaży, serwisowania a przede wszystkim wsparcia technicznego
i aplikacyjnego oferowanego sprzętu na terenie Polski.
Oferowana przez naszą firmę aparatura posiada certyfikaty zgodności CE, spełnia
warunki GLP oraz GMP i jest wytwarzana przez producentów, którzy mają wdrożone
systemy zarządzania jakością ISO 9000.
INFORMACJE 541
Profesor Bogusław Buszewski doktorem Honoris Causa
Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie
W dniu 1 czerwca 2019 roku miały
miejsce uroczystości związane
z obchodami XX-lecia istnienia
Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego
w Olsztynie. Głównym elementem tego
wydarzenia było wręczenie doktoratu
Honoris Causa panu profesorowi
Bogusławowi Buszewskiemu, wybitne-
mu chemikowi analitykowi, twórcy toruńskiej szkoły chemii analitycznej. Panu
Profesorowi serdecznie gratulujemy.
Prof. Bogusław Buszewski członkiem Europejskiej Akademii Nauk i
Sztuk Pięknych (EASA)
Prof. dr hab. Bogusław Buszewski został
członkiem Europejskiej Akademii Nauk
i Sztuk Pięknych, jednej z najbardziej
prestiżowych organizacji naukowych
i artystycznych w Europie. Warto
nadmienić, że powstała w 1990 roku
EASA zrzesza ponad 2000
najwybitniejszych naukowców i artystów,
wśród których jest aż 31 laureatów Nagrody Nobla. Do European Academy of
Sciences and Arts należy tylko kilkudziesięciu Polaków, w tym prof. Jerzy Buzek,
prof. M. Kleiber, prof. Krzysztof Penderecki, prof. Andrzej Zoll. Do znakomitego
grona dołączył w tym roku prof. B. Buszewski, któremu serdecznie gratulujemy!
542 INFORMACJE
Umowa o partnerskiej współpracy PTChem i SITPChem
W dniu 27 maja 2019 roku, w czasie
posiedzenia Prezydium PTChem odbyło się
podpisanie umowy o partnerskiej współpracy
pomiędzy PTChem a SITPchem. W siedzibie
naszego Towarzystwa, na ul Freta 16, gościli
Prezes SITPchem mgr inż. Jerzy Klimczak
oraz Sekretarz Generalny mgr inż. Stanisław
Oczkowicz. Sygnatariuszami umowy ze
strony naszego Towarzystwa byli Prezes,
prof. Izabela Nowak oraz Skarbnik, prof.
Maciej Jarosz.
Studentka Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego, członek
Polskiego Towarzystwa Chemicznego najzdolniejszą studentką
Pomorza 2019
Studentka Wydziału Chemii Uniwersytetu
Gdańskiego, członek Polskiego
Towarzystwa Chemicznego najzdolniejszą
studentką Pomorza 2019. W 45. konkursie
Czerwonej Róży na najlepszego studenta
z Pomorza zwyciężyła Agnieszka
Piotrowska-Kirschling z Uniwersytetu
Gdańskiego z imponującym dorobkiem
naukowym w zakresie chemii
i działalnością organizacyjną. W nagrodę
otrzymała m.in. samochód osobowy.
INFORMACJE 543
Sprawozdanie ze Zjazdu Wiosennego Sekcji Studenckiej Polskiego
Towarzystwa Chemicznego
Naukowy Zjazd Wiosenny Sekcji Studenckiej Polskiego Towarzystwa
Chemicznego jest ogólnopolską konferencją cykliczną, organizowaną od ponad 15
lat. Tematyka konferencji obejmuje zagadnienia ogólnochemiczne, jak również te
z pogranicza chemii i biologii, medycyny, technologii chemicznej, fizyki oraz
nanotechnologii. Tegoroczny Zjazd Wiosenny Sekcji Studenckiej Polskiego
Towarzystwa Chemicznego odbył się w dniach 10–14 kwietnia 2019 roku
w Ośrodku Wypoczynkowo-Szkoleniowym Ondraszek w Ustroniu. W Zjeździe
udział wzięło 96 uczestników, z licznych ośrodków akademickich w Polsce.
Przedstawiono 37 komunikatów ustnych oraz 33 plakaty z badań własnych oraz 22
plakaty popularnonaukowe.
Zjazd Wiosenny SSPTChem otworzył Pan dr hab. Jacek Ścianowski, prof.
UMK. Pan Profesor w wykładzie inauguracyjnym zaznajomił uczestników Zjazdu
z tematyką terpenów i ich wykorzystaniem jako “zielonych reagentów”
w syntezie pochodnych selenoorganicznych. Drugim zaproszonym wykładowcą
w panelu “Doświadczony Naukowiec” był Pan dr hab. Paweł Zagrodzki
(Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego), który był związany z Sekcją
Studencką PTChem w początkowych latach jej istnienia, zaś w latach 1988-91
pełnił funkcję Przewodniczącego Sekcji. Tematyką wykładu była biochemia
i bromatologia selenu. Wzorem dwóch ostatnich lat zaproszenie na Zjazd otrzymali
również przedstawiciele panelu wykładowego “Młody Naukowiec”, którego
prelegenci mogą pochwalić się już znaczącym dorobkiem naukowym. Pierwszy
wykład poprowadziła Pani Dr Zofia Iskierko z Uniwersytetu w Veronie, która
zaprezentowała wyniki badań dotyczących otrzymywania chemosensorów
wykorzystywanych w diagnostyce medycznej. Drugi wykład poprowadził Pan dr
Damian Nieckarz z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, który zaznajomił
uczestników Zjazdu z tematem dotyczącym samoorganizacji cząsteczek
organicznych na powierzchniach płaskich. Natomiast w sobotę Pani dr inż. Alina
Brzęczek-Szafran z Politechniki Śląskiej przedstawiła badania dotyczące ogniw
fotowoltaicznych. Od ubiegłego roku podczas Zjazdu Wiosennego SSPTChem
uczestnicy mają szansę zaznajomić również z tematyką dotyczącą przemysłu.
Tegoroczny wykład poprowadził Pan dr Marcin Kawczyński z Kronospan
Szczecinek. Pan Doktor opowiedział o ważnych aspektach pracy w przemyśle oraz
o problemach jakie pojawiają się w optymalizacji procesu produkcyjnego.
Podczas Zjazdu tradycyjnie zostali nagrodzeni uczestnicy wyróżniających się
prezentacji. Nagrody zostały przyznane zarówno przez Uczestników Zjazdu jako
Nagroda publiczności oraz przez Komitet Naukowy, w skład którego wchodzili:
544 INFORMACJE
Dr hab. Jacek Lipok, prof. UO, Dr hab. Jacek Ścianowski, prof. UMK, Dr hab.
Paweł Zagrodzki oraz Dr Zofia Iskierko.
Uczestnicy Zjazdu przyznali nagrodę publiczności w kategorii prezentacja
ustna oraz plakat. W pierwszej kategorii nagrodę otrzymał Andrzej J. Kałka
z Uniwersytetu Jagiellońskiego, który zaprezentował temat dotyczący kompensacji
efektów temperaturowych w spektroskopii UV-Vis. W kategorii plakat nagrodę
otrzymał Jakub Piątkowski, którego poster dotyczył metod usuwania
zanieczyszczeń rutenem w syntezie organicznej.
Decyzją Komitetu Naukowego Zjazdu w kategorii komunikat ustny studia
I stopnia, z uwagi na wysoki poziom prezentowanych badań, nagrodę otrzymało
dwóch studentów Politechniki Łódzkiej - Maciej Durajski, przedstawiający
możliwości wykorzystania peptydomimetyków w diagnozie reumatoidalnego
zapalenia stawów, oraz Jakub Józiewicz, który zaprezentował badania dotyczące
wpływu współczynnika załamania światła na pomiary absorbancji w spektroskopii
UV-Vis. Wyróżnionym studentem studiów II stopnia został Natan Rychłowicz
z Wojskowej Akademii Technicznej, którego badania dotyczyły syntezy wybranych
chiralnych naftoesanów o właściwościach ferro- i antyferro-elektrycznych. Komitet
Naukowy przyznał również nagrodę za najlepszą prezentację ustną zaprezentowaną
podczas Zjazdu. Nagrodę w wysokości 150 EURO, ufundowaną przez firmę
EVONIK, otrzymał Andrzej J. Kałka, nagrodzony również nagrodą publiczności.
W kategorii plakat popularnonaukowy nagrodzona została Natalia Pietras
z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Tematem prezentowanej
pracy były borofosfoniany klatkowe jako analogi silseskwioksanów. Natomiast
w kategorii plakat z badań własnych zostały przyznane dwie nagrody - dla studentki
studiów I stopnia Karoliny Gąsior z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, która
przedstawiła badania dotyczące oceny przydatności funkcjonału gęstości 153LYP
w przewidywaniu anharmoniczności wybranych cząsteczek diatomowych, oraz dla
studentki studiów II stopnia Joanny Klary z Uniwersytetu Jagiellońskiego za pracę
na temat badanie wpływu kwasu 2-hydroksyoleinowego na organizację
molekularną wieloskładnikowych monowarstw i dwuwarstw lipidowych.
Podczas Zjazdu została przyznana również nagroda ufundowana przez
czasopismo “Chemia Przemysłowa”. Otrzymał ją Andrii Aleksieiev z Politechniki
Łódzkiej za temat dotyczący właściwości poli(kwasu mlekowego).
Zjazd Wiosenny nie odbyłby się bez pomocy przyjaciół SSPTChem.
Partnerami byli: Studenckie Koło Naukowe Chemików Politechniki Śląskiej,
EVONIK oraz European Young Chemists’ Network. Patronat Honorowy nad
Zjazdem objęli: JM Rektor Uniwersytetu Śląskiego Prof. dr hab. Andrzej
Kowalczyk, Polskie Towarzystwo Chemiczne oraz Burmistrz Miasta Ustroń
Ireneusz Szarzec.
INFORMACJE 545
Ponadto Patronat nad Zjazdem objęli: Dziekan Wydziału Farmaceutycznego
ŚUM Prof. dr hab. n. med. Krystyna Olczyk, Oddział Katowicki Polskiego
Towarzystwa Chemicznego, Oddział Gliwicki Polskiego Towarzystwa
Chemicznego. Patronat Medialny nad Zjazdem objęli: Laboratorium - Przegląd
Ogólnopolski, Chemia Przemysłowa, Kierunekchemia.pl, Wiadomości chemiczne.
Ogromne słowa podziękowań kierujemy również do grona Sponsorów:
Kancelaria prawna LDS Łazewski Depo i Wspólnicy oraz Wydział Chemii
Uniwersytetu Warszawskiego, HYDRLOLAB Sp. z.o.o. Sp.k., Oficyna Edukacyjna
* Krzysztof Pazdro Sp. z.o.o., Synthos S.A., Kronospan Szczecinek, SHIM-POL
A.M. Borzymowski ABLE & E-Jasco Polska Sp. z o.o., LaQ, Oddział Gliwicki
Polskiego Towarzystwa Chemicznego, Wydawnictwo Naukowe PWN, TriMen
Chemicals S.A.
Dziękujemy uczestnikom za przybycie na Zjazd Wiosenny SSPTChem 2019
w Ustroniu i do zobaczenia na Zjeździe Zimowym 2019! Więcej informacji na
temat Zjazdu można znaleźć na stronie internetowej Sekcji Studenckiej Polskiego
Towarzystwa Chemicznego (http://ssptchem.pl)
Nikola Fajkis
Tomasz Kostrzewa
546 INFORMACJE
Zmarł prof. dr hab. Roman Kaliszan
Z wielkim żalem zawiadamiamy, że 9 maja
br. zmarł prof. dr hab. Roman Kaliszan rektor
Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego
w latach 2005-2008, prorektor ds. nauki
GUMed w latach 1999-2005, wieloletni
kierownik Katedry i Zakładu Biofarmacji
i Farmakodynamiki, laureat wielu nagród
m.in. Nagrody Fundacji na rzecz Nauki
Polskiej i Nagrody Naukowej im. Jana
Heweliusza, Ministra Zdrowia, Prezesa Rady
Ministrów RP. Członek rzeczywisty Polskiej Akademii Nauk, członek czynny
Polskiej Akademii Umiejętności. W 2012 r. otrzymał tytuł doktora honoris causa
Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu. Odznaczony
Krzyżem Komandorskim Orderu Odrodzenia Polski (2011 r.) i Krzyżem
Oficerskim Orderu Odrodzenia Polski (2002 r.).
Zmarł prof. dr hab. Andrzej Machocki
W dniu 18 maja 2019 r. zmarł
emerytowany pracownik Wydziału
Chemii Uniwersytetu Marii Curie-
Skłodowskiej, prof. dr hab.
Andrzej Machocki, wieloletni
członek Polskiego Towarzystwa
Chemicznego i Polskiego Klubu
Katalizy.
REGULAMIN I INFORMACJE DLA AUTORÓW PUBLIKUJĄCYCH W CZASOPIŚMIE „WIADOMOŚCI CHEMICZNE”
1. Informacje ogólne „Wiadomości Chemiczne” są recenzowanym czasopismem naukowym Polskiego Towarzystwa
Chemicznego, które publikuje przede wszystkim artykuły przeglądowe. Ponadto publikowane są tutaj inne
wartościowe materiały o charakterze edukacyjno-informacyjnym takie jak: artykuły oparte na pracach
doktorskich lub habilitacyjnych, które zostały wyróżnione przez Rady Wydziałów, przed którymi toczyły się
odpowiednie procesy; materiały informacyjne na temat uczonych oraz jednostek naukowych/firm
chemicznych lub pokrewnych chemii; materiały o aktualnych osiągnięciach w szeroko pojętych naukach
chemicznych. Dodatkowa ofertę Wydawnictwa stanowi seria, „Biblioteka Wiadomości Chemicznych”, gdzie
publikowane są dłuższe artykuły przeglądowe lub monografie poświęcone ważnym i aktualnym problemom
współczesnej chemii. Autorzy, którzy chcieliby takie prace napisać, powinni wcześniej skontaktować się
z Redakcja, a następnie przesłać wstępnie przygotowana publikacje (redagowana na wzór artykułów w
czasopiśmie „Wiadomości Chemicznych”) lub informacje na temat przygotowywanej pracy – tytuł
przygotowywanej publikacji, przybliżoną liczbę stron, tabel, rysunków. W chwili obecnej Redakcja nie
posiada środków na finansowanie prac w serii „Biblioteka Wiadomości Chemicznych”. W zależności od
sytuacji finansowej Wydawnictwa, Redakcja zastrzega sobie prawo negocjacji kosztów druku z autorami lub
Instytucjami zlecającymi druk. „Wiadomości Chemiczne” wydawane są zarówno w wersji drukowanej jak i elektronicznej. Wersja
elektroniczna udostępniana jest bezpłatnie w Internecie. Czasopismo jest indeksowane/abstraktowane w kilku bazach danych: Chemical Abstracts, Polska
Bibliografia Naukowa, BazTech, Polska Bibliografia Lekarska, Index Copernicus, Baza ARIANTA.
2. Informacje dla autorów na temat wymagań i zasad publikowania prac
• Prace nie były wcześniej publikowane, ani nie są złożone w redakcji innego czasopisma. • Autorzy prac stosują się do wymagań praw autorskich tzn. w przypadku zamieszczania rysunków,
tabel itp., pochodzących z opracowań opublikowanych w innych czasopismach lub publikacjach
zwartych, posiadają pisemną zgodę na ich przedruk. • Opublikowana raz praca bez zgody Redakcji, nie może być wydawana gdzie indziej. • Autorzy przysyłający prace po raz pierwszy powinni podać swój numer telefonu oraz adresy poczty
tradycyjnej i elektronicznej. Jest to niezbędny warunek sprawnego przebiegu opracowania
redakcyjnego tekstu. • Autorzy zobowiązani są do wykonania korekty tekstu. W pracach przyjętych do druku Redakcja ma
prawo dokonywania niezbędnej korekty.
• Jeżeli autorzy nie zastrzegą inaczej w momencie zgłoszenia pracy, wydawca nabywa ogólnych praw
autorskich do wydrukowanych prac (w tym prawo wydawania na nośnikach elektronicznych oraz
w Internecie). Tytułem powyższego wykorzystania utworów autorom nie są wypłacane honoraria. • Wszystkie nadsyłane prace są poddawane wstępnej ocenie, która określa czy odpowiadają randze
i profilowi „Wiadomości Chemicznych” oraz czy zostały przygotowane zgodnie z formalnymi
wymogami MNiSW oraz Redakcji. • Po uzyskaniu pozytywnej wstępnej oceny wszystkie prace są recenzowane przez co najmniej dwóch
niezależnych recenzentów, zgodnie ze wskazówkami zawartymi w broszurze informacyjnej
Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, http://www.nauka.gov.pl/fileadmin/-
user_upload/ministerstwo/Publikacje/20110216_MNISW_broszura_210x210.pdf.
• O przyjęciu pracy do druku decyduje Komitet Redakcyjny. • Prace, które Komitet Redakcyjny na podstawie uzyskanych recenzji stwierdził, że nie należy przyjąć
do druku w czasopiśmie, po uwzględnieniu sugestii recenzentów mogą być powtórnie przesłane do
czasopisma. W takim przypadku praca traktowana jest jako nowy tekst i ponownie przechodzi pełną
procedurę recenzowania. • Ponadto Komitet Redakcyjny informuje, że tzw. „ghostwiting” (ktoś wniósł znaczący wkład
w powstanie publikacji, a nie został przedstawiony jako współautor lub też nie został wymieniony w
podziękowaniu zamieszczonym w publikacji) lub „guest authorship” (udział autora jest znikomy lub
też w ogóle nie miał miejsca, a mimo to jest współautorem publikacji) są przejawem nierzetelności
naukowej. Wszelkie prze-jawy nierzetelności naukowej, łamania i naruszania zasad etyki
obowiązującej w nauce będą ujawniane, włącznie z powiadomieniem jednostek zatrudniających
autorów.
• Autorzy mają prawo do zaproponowania co najmniej trzech niezależnych recenzentów, jednak
ostatecznego wyboru anonimowych recenzentów dokonuje Redakcja.
3. Koszty Autorzy czasami mogą ponosić częściowe koszty wydania swoich artykułów. Tak jest w przypadku tzw.
stron nadliczbowych tj. powyżej 25 stron. Za każdą rozpoczętą nadliczbową stronę jest naliczana opłata
w wysokości około 50 zł. Najczęściej kwota ta pokrywana jest z funduszy pozyskiwanych przez Autorów lub
przez Wydziały które wspomagają wydawanie „Wiadomości Chemicznych”. Niezależnie od rodzaju pracy
opłata pobierana jest również za strony drukowane w kolorze (zgodnie z faktycznym kosztem druku).
Redakcja zastrzega sobie możliwość zmiany wysokości opłat, w zależności od wielkości dofinansowania
z MNiSW oraz wypracowanych środków własnych. Faktura wystawiana jest po ukazaniu się pracy.
W przypadku prac w serii „Biblioteka Wiadomości Chemicznych”, Redakcja nie posiada środków na
finansowanie i zastrzega sobie prawo negocjacji kosztów druku z autorami lub Instytucjami zlecającymi druk. 4. Informacje szczegółowe dotyczące przygotowania maszynopisu do druku
4.1. Wymagania merytoryczne Tekst należy napisać zwięźle, prostym stylem, według zasad pisowni polskiej, z zachowaniem poprawnego
i obowiązującego nazewnictwa fachowego. Nie należy zamieszczać nadmiaru szczegółów odsyłając
Czytelnika do piśmiennictwa oryginalnego, które to powinno uwzględniać najnowsze informacje, dotyczące
napisanej pracy. Literaturę należy cytować ze źródeł oryginalnych. 4.2. Wymagania techniczne składu tekstu • W przypadku prac współfinansowanych przez autorów, liczba stron oraz forma kolorystyczna
manuskryptu nie jest ograniczona (wymagane jest wcześniejsze uzgodnienie z Redakcją).
• Maszynopisy prac autorów którzy nie chcą ponosić dodatkowych kosztów, nie powinny przekraczać 25
stron całej pracy (po wydruku w czasopiśmie) oraz drukowane będą w wersji czarno białej.
• Główny tekst nadsyłanych prac powinien być napisany w edytorze Word, czcionką Times New Roman,
12p z zachowaniem interlinii 1,5 oraz z 5 cm marginesem z prawej strony. Przy podziale tekstu należy
stosować numerację cyfrową wielorzędową. Numerujemy tylko tytuły rozdziałów, nie numerujemy
działów: Abstract, Wykaz stosowanych skrótów, Wprowadzenie, Uwagi końcowe, Podziękowanie,
Piśmiennictwo cytowane. Jednolity sposób numeracji konsekwentnie stosuje się wewnątrz tekstu
(w całym tekście tj. zarówno przy numerowaniu rozdziałów, przy przytaczaniu piśmiennictwa
cytowanego oraz odwoływaniu się do tabel rysunków itp., nie należy stosować odsyłaczy
hipertekstowych). • Tekst powinien być napisany poprawnym językiem, wszystkie skróty muszą być wyjaśnione,
oznaczenia i jednostki miar należy podawać według układu SI, pozycje cytowanej literatury należy
oznaczać numerami umieszczonymi w nawiasach kwadratowych, w kolejności cytowania wg wzorów
[1, 5, 7] (dla prac 1, 5 i 7) lub [1-5, 7] (dla prac od 1 do 5 oraz pracy 7). • Jeśli w artykułach znajdują się przedruki rysunków, czy innych elementów prac cudzych, w opisach
(polskich i angielskich) należy zamieścić stosowną informację.
• Zaleca się umieszczać w tekście pracy rysunki, tabele oraz podpisy (jeśli są przygotowane w edytorze
Word), jednak w przypadku plików o bardzo dużych rozmiarach należy zaznaczyć miejsca na ich
umieszczenie (zob. Pliki jakie należy przekazać do Redakcji).
• Pierwsza strona pracy powinna zawierać kolejno: – tytuł pracy w języku polskim (Times New Roman, 14 p, pogrubiony, WERSALIKI), i angielskim
(Times New Roman, 14 p, WERSALIKI),
– pełne imię i nazwisko autora (autorów) pracy (Times New Roman, 15p, pogrubione), – pełne nazwy ośrodków przypisane do autorów pracy (wraz z adresem ośrodka i adresem e-mail autora
korespondującego (Times New Roman, 10,5, kursywa),
– spis treści pracy z zastosowaniem następującego podziału: Abstract Wykaz stosowanych symboli i oznaczeń
Wprowadzenie 1. Tytul rozdziału 1.1. Tytuł podrozdziału itp.
Uwagi końcowe Podziękowanie Piśmiennictwo cytowane
• Kolejne strony pracy powinny zawierać: – notki o autorach pracy wraz z tytułami naukowymi (można dołączyć osobno pliki z fotografiami
autorów (zob. Pliki jakie należy przekazać do Redakcji),
– obszerne streszczenie pracy w języku angielskim (od 1800 do 2700 znaków ze spacjami)
z uwzględnieniem cytowanego piśmiennictwa oraz odsyłaczami do tabel, rysunków zamieszczonych
w tekście (Rys. 1, Tab. 1-2, Schemat 1) oraz słowa kluczowe – nie więcej niż 6, uzyskane najlepiej
z bazy haseł przedmiotowych podawane w języku angielskim i polskim, – wykaz stosowanych skrótów – w przypadku niewielkiej liczby skrótów lub akronimów nie jest
konieczne zamieszczanie tej pozycji, wówczas, skróty wyjaśniamy w tekście przy pierwszym
użyciu. Angielskie skróty należy podać i wyjaśnić wg poniżej podanego wzoru lub w oparciu o inne
prace zamieszczone w „Wiadomościach Chemicznych”. Przykład: dla skrótu SSRI – selektywne
inhibitory zwrotnego wychwytu serotoniny (ang. Selective Serotonin Reuptake Inhibitor), – dalszy tekst pracy zgodny z podawanym wcześniej spisem treści.
• Tabele, rysunki, fotografie Tabele i rysunki powinny być zamieszczone w przesyłanym tekście oraz dodatkowo (po
zatwierdzeniu pracy do druku, na etapie przygotowywania szczotki) dołączone w postaci osobnych
plików zapisanych w formacie pdf , doc, jpg, tiff. Tabele i rysunki powinny być przejrzyste, zawierać informacje niezbędne do zrozumienia treści, bez
konieczności poszukiwania objaśnień w tekście pracy, należy je numerować cyframi arabskimi oraz
podać tytuł (polski/angielski, nad tabelą, pod rysunkiem, Times New Roman, 10 p). Wszystkie fotografie – należy przesłać w postaci plików zapisanych w formacie tif, jpg lub podobnym,
każdą zapisać w oddzielnym pliku o rozdzielczości co najmniej 300 dpi. • Piśmiennictwo cytowane
Piśmiennictwo należy zestawić numerycznie według kolejności cytowania w tekście, należy cytować
wyłącznie pozycje istotne dla treści pracy w sposób precyzyjny. W przypadku artykułów z czasopism tradycyjnych, opis powinien zawierać kolejno następujące
elementy: inicjały imion i nazwisko autora (autorów), skrót tytułu czasopisma zgodny z przyjętymi
normami, rok wydania, numer wolumenu zaznaczony pogrubioną czcionką, numer pierwszej strony
cytowanej pracy, np.
[1] J. Kowalski, Wiad.Chem., 2007, 61, 473. [2] W. Kowalski, A. Nowak, Przem. Spoż. 2010, 51, 3. W przypadku książek najprostszy opis powinien zawierać: inicjały imion i nazwisko autora (autorów),
tytuł książki, nazwę wydawcy, miejsce wydania, rok wydania, np.
[1] J. Malinowski, Tytuł książki, PWN, Warszawa, 2004. [2] W. Kowalski, Tytuł książki, Volumed, Wrocław, 1999 W przypadku zasobów Internetowych najprostszy opis powinien zawierać: inicjały imion i nazwisko
autora (autorów), tytuł (artykułu) dokumentu online, [dostęp], wydawca, [data dostępu]. Warunki
dostępu, np. [7] J. Kowalski, Tytuł artykułu. [online], wydawca, [dostęp: 2010-05-20]. Dostępny
w Internecie: http://www...........
4.3. Materiały jakie należy przygotować w celu przesłania pracy do Redakcji Przed podjęciem decyzji o zakwalifikowaniu pracy do druku w celu oceny merytorycznej należy
przesłać jeden plik kompletnej pracy zredagowany zgodnie z wymaganiami Redakcji. Po uzyskaniu pozytywnej recenzji i po ustosunkowaniu się do uwag Recenzenta oraz Redakcji należy
przesłać ostateczną wersję pracy w następującej postaci:
• 1 plik tekstu zredagowany zgodnie z wymaganiami Redakcji; • 1 plik zawierający krótkie notki biograficzne o autorach nadesłanej pracy (każda notka do 150
wyrazów powinna zawierać: tytuł naukowy, miejsce pracy oraz inne ważne informacje o autorze);
• pliki zawierające zdjęcia portretowe autorów, w nazwie powinny wskazywać autora, którego zdjęcie
dotyczy (dobrowolne, przesłanie plików jest jednoznaczne ze zgoda na jego opublikowanie);
• 1 plik zawierający: stronę tytułową, streszczenie (abstrakt), słowa kluczowe, podpisy pod rysunki,
tabele, schematy (wszystko w obu wersjach językowych); jeśli zachodzi potrzeba to również
oddzielne pliki z rysunkami, schematami, tabelami (zob. Tabele, rysunki, fotografie). Prace nie odpowiadające wyżej wymienionym wymaganiom nie będą przyjmowane do druku. Redakcja
zastrzega sobie prawo dokonywania poprawek stylistycznych i skrótów. Autorzy są zobowiązani do
wykonania korekty artykułu i jego zwrotu do Redakcji w ciągu kilku dni od otrzymania. Na etapie przygotowania szczotki, w przypadku przesyłania prac z kolorowymi stronami prosimy
o zaznaczenie stron, które w formie druku mają być kolorowe Brak tej czynność będzie skutkował czarno-
białym wydrukiem wersji papierowej. W przypadku zmian w wersji drukowanej kolorowych rysunków na
czarno-białe, prosimy o przesłanie dostosowanych do tego celu rysunków.
Prace prosimy przesyłać pocztą elektroniczną na adres: [email protected], zaś dokumenty
wymagające podpisów autorów (np. list intencyjny, oświadczenia autorów, kopie zgody na przedruk
potwierdzone za zgodność z oryginałem) pocztą tradycyjną na adres Redakcji.
Redakcja „Wiadomości Chemicznych”
2019, 73, 7-8
SPIS TREŚCI
Lucjan SOBCZYK: Wspomnienia dedykowane Profesorowi Aleksandrowi Kollowi
z okazji 80. Rocznicy urodzin …………………………………………………. 439
Konrad GZIUT, Agnieszka KOWALCZYK: Fotopolimeryzacja (met)akrylanów w masie … 443
Katarzyna KURPET, Grażyna CHWATKO: Nowe substancje psychoaktywne – katynon
i jego pochodne ……………………………………………………………….. 461
Maria PALUCH: Właściwości i struktura wody na granicach międzyfazowych ………… 491
Claudia MUSIAŁ, Renata ZAUCHA, Alicja KUBAN-JANKOWSKA, Anna KAMM, Magdalena
GÓRSKA-PONIKOWSKA: Biologia i chemia nowotworu płuca ………………..... 505
Jacek MALINOWSKI, Joanna DRZEŻDŻON, Lech CHMURZYŃSKI, Dagmara JACEWICZ:
Metody in-vivo badania właściwości antyoksydacyjnych związków komplekso-
wych ……………………………………………………………………………. 523
Informacje ……………………………………………………………………………….. 539
W NASTĘPNYM ZESZYCIE UKAŻĄ SIĘ:
Claudia MUSIAŁ, Wojciech SAWCZUK, Barbara GAWDZIK, Alicja KUBAN-JANKOWSKA, Paulina
PRZYCHODZEŃ, Magdalena GÓRSKA-PONIKOWSKA: Witamina C w medycynie
i kosmetologii
Jacek MALINOWSKI, Joanna DRZEŻDŻON, Lech CHMURZYŃSKI, Dagmara JACEWICZ: Oznaczanie
aktywności przeciwutleniającej metodami in-vitro
WICHAP 73 (7-8) (2019) Indeks 38111