МОЛЕКУЛЯРНО ВПЕЧАТАННЫЕ ПОЛИМЕРЫ, СЕЛЕКТИВНЫЕ ПО ОТНОШЕНИЮ К СПЕЦИФИЧЕСКИМ ДЛЯ ТАБАКА НИТРОЗАМИНАМ, И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
MOLECULARLY IMPRINTED POLYMERS SELECTIVE FOR TOBACCO SPECIFIC NITROSAMINES AND METHODS FOR USE THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к молекулярно впечатанным полимерам и к применению молекулярно впечатанных полимеров при биологическом анализе и извлечении метаболитов никотина. Точнее, настоящее изобретение относится к молекулярно впечатанным полимерам, обладающим специфичностью по отношению к специфическим для табака нитрозаминам, и включает способ применения этих полимеров для обработки табака, заменителей табака и их производных с целью уменьшения концентрации содержащихся в них целевых соединений.
Уровень техники
В области медицинских, относящихся к режимам питания, экологических и химических наук существует все возрастающая потребность в селективном выделении конкретных веществ из сложных смесей родственных веществ. Задачей может являться количественная экстракция некоторого соединения или соединений, определение их концентраций или селективное удаление целевого соединения из многокомпонентной смеси.
Все более строгий санитарный надзор увеличил потребность в методиках, позволяющих проводить селективное количественное определение опасных продуктов и метаболитов в некоторых постоянно использующихся широко распространенных веществах. Особую озабоченность вызывают химические соединения, связанные с использованием продуктов на основе табака, эти соединения изначально содержатся в самих свежих листьях табака или образуются во время курения. В связи с этим особое значение придается нитрозосодержащим соединениям, таким как нитрозамины.
С целью уменьшения опасностей, связанных с курением, разработаны некоторые фармацевтические продукты, содержащие только нейроактивное вещество, никотин, химикат, который считается ответственным за зависимость от курительного материала.
Из числа содержащих никотин композиций, предназначенных для отвыкания от курения, наиболее широкое распространение нашла жевательная резинка, содержащая никотин. Контроль качества, необходимый при ее изготовлении, включает мониторинг содержания никотина, а также мониторинг первичных продуктов окисления никотина - котинина, миосмина, никотин-цис-N-оксида, никотин-транс-1М-оксида и бета-никотирина. Также желательно, если не необходимо, количественное определение норникотина, анатабина и анабазина. В данной области техники необходимы улучшенные способы и материалы для такого мониторинга и количественного определения.
Использование таких заменителей сигарет может привести к образованию нитрозаминовых метаболитов никотина in vivo посредством естественных процессов метаболизма во время пребывания никотина в тканях организма. Содержание этих метаболитов меньше концентраций, при которых большинство аналитических методик позволяют провести количественное определение. Поэтому в дополнение к методикам и материалам, предназначенным для использования при изготовлении продукта, сохраняется необходимость в улучшенных методиках мониторинга низких содержаний метаболитов никотина in vivo.
Хотя методики и материалы для количественного определения, уменьшения содержания или удаления компонентов из табака и табачного дыма необходимы для новых продуктов, они необходимы и для традиционных табачных продуктов. Такие компоненты включают специфические для табака нитрозамины (СТНА) и их алкалоидные предшественники: 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанон ("NNK"), 4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)бутаналь ("NNA"), N-нитрозонорникотин ("NNN"), N-нитрозоанабазин ("NAB"), N-нитрозоанатабин ("NAT"), 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанол ("NNAL"), 4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил)-1-бутанол ("изо-NNAL"), 4-(метилнитрозамино)-4-(3-пиридил) бутановую кислоту ("изо-NNAC").
Для правильного количественного определения количества таких целевых соединений, содержащихся в биологических жидкостях человека, разработаны методики анализа алкалоидов, в особенности нитрозилированных продуктов разложения и метаболитов в табаке. Существующие методики хроматографического разделения и экстракции, применяющиеся для этого анализа, не обладают надежностью, чувствительностью и экспрессностью, необходимыми для исследования большого количества образцов, отбираемых при обследовании населения в целом. При использовании существующих методик вследствие низких концентраций нитрозаминов, которые обычно содержатся в количествах, составляющих пикограммы на миллилитр, до проведения анализа необходима сложная обработка образца, включающая многоступенчатую экстракцию и часто химическое получение производных (например, дейтерирование перед проведением масс-спектрометрии) образца до проведения анализа. Одной причиной этой сложности является то, что существующие материалы, применяющиеся для разделения, не являются столь селективными, какими, например, могут быть по отношению к рассматриваемым метаболитам антитело или биологический рецептор, поскольку они основываются на таких физико-химических характеристиках, как заряд или гидрофобность метаболитов. Эти физико-химические характеристики могут совпадать с характеристиками других нецелевых молекул, находящихся в образца. Поэтому для медицинского анализа необходим быстрый и простой способ анализа СТНА.
В последние годы появилось много сообщений о селективном распознавании небольших молекул с помощью материалов, приготовленных с помощью молекулярного впечатывания (молекулярно впечатанные полимеры, или МВП). МВП являются полимерами, содержащими реакционноспособные центры, которым придана способность селективно связываться с целевыми соединениями. Полученные без образования ковалентных связей молекулярно впечатанные материалы применялись для хирального распознавания различных небольших молекул, включая лекарственные средства, сахара, нуклеотидные основания и пестициды, а также стероиды и пептидные гормоны. Высокое сродство и селективность по отношению к целевому определяемому соединению, характерные для некоторых впечатанных материалов, подтверждены сравнением с соответствующими иммуноаффинными (ИА) фазами. Однако, в отличие от этих последних фаз, МВП материалы легко получить, они стабильны в большинстве сред и пригодны для повторного использования в течение длительных периодов времени. Поэтому в настоящее время исследуется применение МВП материалов в хроматографии, разделении (непрерывном или периодическом), химических сенсорах и для проведения специфических анализов.
Другой методикой является твердофазная экстракция (ТФЭ) анализируемых веществ, содержащихся в низких концентрациях в биологических образцах или в сложных матрицах. ТФЭ может обеспечить селективное обогащение и очистку анализируемого вещества до степеней, недоступных для существующих методик. Молекулярно впечатанная твердофазная экстракция (МВТФЭ) применялась для биологических анализов, анализов пищевых продуктов и объектов окружающей среды. В этих случаях применения достигнуто селективное обогащение и очистка анализируемого вещества, что обеспечило высокую точность и снижение предела обнаружения (СПО) при последующем хроматографическом (например, с помощью ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография)) или масс-спектрометрическом количественном определении.
Вследствие их высокой селективности в сочетании с хорошим сродством по отношению к целевой молекуле или группе целевых молекул, к МВП проявлен значительный интерес в пищевой промышленности, как к средству повышения качества пищевых продуктов. Для этого необходимо применять МВП с целью селективного удаления нежелательных компонентов из матрицы пищевого продукта. Поскольку эти компоненты обычно содержатся в низких концентрациях, емкость МВП обычно не является ограничивающим фактором.
По данным WO 05/112670, которая включена в настоящее изобретение в качестве ссылки, может быть предпочтительным использование МВП, способного селективно абсорбировать самые распространенные нитрозилированные производные никотина из сложных матриц, таких как моча, с количественным извлечением и тем самым обеспечивать низкую погрешность при определении концентраций веществ. Примеры, приведенные в WO 05/112670, ограничиваются МВП, полученными с использованием кислых или сильно кислых мономеров-матриц, таких как метакриловая кислота (МАК), трифторметакриловая кислота (ТФМАК), 4-винилбензойная кислота или 4-винилбензолсульфоновая кислота.
В дополнение к проведению количественного определения широко известны попытки снижения вредного воздействия при потреблении материала, содержащего табак, заменители табака или их смеси, путем уменьшения содержания целевых соединений. Такое уменьшение можно обеспечить в самом материале или в его производных, таких как экстракт материала. Уменьшение также можно обеспечить в продуктах термического разложения материала, т.е. в основной и побочной струе дыма, образующегося при горении, или в аэрозолях, образующихся при нагреве материала до температуры, меньшей температуры его горения.
Одной очень хорошо известной методикой уменьшения такого типа является обработка продуктов термического разложения материала с помощью фильтра, который поглощает из них нежелательные компоненты. Альтернативная методика включает жидкостную экстракцию материала, например, раскрытую в описании патента США US-5601097. В соответствии с этим описанием содержание белка в табачном материале уменьшают путем обработки табака раствором, содержащим поверхностно-активное вещество для экстракции полипептидов, отделения раствора, удаления поверхностно-активного вещества и полипептидов из раствора и объединения раствора с табачным материалом. В заявке на международный патент WO 01/65954 раскрыт способ, в котором для селективного уменьшения содержания или удаления нитрозаминов табак взаимодействует с надкритической экстрагирующей жидкостью, такой как надкритический диоксид углерода.
Эти способы в равной степени применимы и к самому табаку, и к заменителям табака, т.е. природным или синтетическим материалам, обладающим характеристиками, сходными с характеристиками натурального табака, что позволяет потреблять их сходным с потреблением табака образом, путем курения, жевания, вдыхания или другим образом.
Предпринята попытка удаления никотина из табачного дыма с использованием МВП, как это описано в публикации Liu, Y., et al., Molecularly imprinted Solid-Phase Extraction Sorbent for Removal Nicotine from Tobacco Smoke, Analytical Letters, Vol.36, No. 8, pp l631-1645 (2003). МВП, описанный в этой публикации, предназначен для связывания никотина, но не более токсичных метаболитов никотина, таких как нитрозамины. Остается неясным, действительно ли МВП являлся селективным по отношению к никотину, поскольку в научной методике, использованной для получения данных, отсутствовали основные проверочные элементы.
Как описано в WO 05/112670, МВП, селективные по отношению к СТНА, можно использовать для обработки табачных продуктов и тем самым уменьшить содержание одного или большего количества нитрозосодержащих соединений в табачном продукте. Такие МВП также применяются для анализа и определения содержания СТНА in vivo, обычно в связи с потреблением табачных продуктов и изготовлением и оценкой нетабачных продуктов. Таким образом, несмотря на имеющиеся достижения, в данной области техники сохраняется необходимость в новых МВП и способах их применения для изучения никотина и метаболитов никотина.
Краткое изложение сущности изобретения
В связи с необходимостью, существующей в данной области техники, в настоящем изобретении разработаны специальные МВП, которые являются особенно селективными по отношению к нитрозосодержащим соединениям.
МВП, предлагаемые в настоящем изобретении, можно получить, например, путем сополимеризации содержащего функциональные группы нейтрального мономера или мономеров и гидрофобного сшивающего реагента в присутствии структурного аналога нитрозамина в полимеризационной среде, содержащей свободнорадикальный инициатор, с последующим удалением матрицы из МВП.
Настоящее изобретение включает применение МВП для аналитической и препаративной экстракции, в хроматографии, для предварительной обработки анализируемого образца, в химических сенсорах или в качестве твердофазного фильтра для экстракции СТНА из никотинсодержащих веществ или объектов.
Один вариант осуществления относится к молекулярно впечатанному полимеру, селективному по меньшей мере по отношению к одному специфическому для табака нитрозамину (СТНА), полимер получен с использованием веществ, включающих СТНА или его структурный аналог, нейтральный содержащий функциональную группу мономер и гидрофобный сшивающий реагент. Структурный аналог СТНА может представлять собой енаминовый аналог СТНА или сульфонамидный аналог СТНА или амидный аналог СТНА, например, формамидный аналог СТНА. Нейтральный содержащий функциональную группу мономер можно выбрать из группы, включающей 2-гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА), акриламид, метакриламид, глицеринмоноакрилат и глицеринмонометакрилат. Гидрофобный сшивающий реагент можно выбрать из группы, включающей этиленгликольдиметакрилат (ЭДМА), триметилолпропантриметакрилат (ТРИМ) и дивинилбензол (ДВБ).
В одном варианте осуществления настоящего изобретения полимер может быть селективным по отношению к NNK, NNA, NNN, NAB, NAT, NNAL, изо-NNAL или изо-NNAC.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к курительному изделию, содержащему курительный материал и молекулярно впечатанный полимер, соответствующий варианту осуществления, описанному выше.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения фильтр для табачного дыма может включать молекулярно впечатанный полимер, соответствующий указанному выше.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения набор может включать молекулярно впечатанный полимер, соответствующий указанному выше, и инструкции по применению молекулярно впечатанного полимера для проведения по меньшей мере одного из следующих действий: обнаружения, количественного определения и отделения нитрозаминов, содержащихся в образце.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу получения молекулярно впечатанного полимера, селективного по отношению к СТНА, включающему сополимеризацию по меньшей мере одного нейтрального содержащего функциональную группу мономера и по меньшей мере одного гидрофобного сшивающего реагента в присутствии по меньшей мере одного структурного аналога СТНА в полимеризационной среде, содержащей по меньшей мере один свободнорадикальный инициатор, с получением молекулярно впечатанного полимера, связанного со структурным аналогом СТНА, и удаление структурного аналога СТНА из молекулярно впечатанного полимера.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу уменьшения содержания по меньшей мере одного СТНА в табачном продукте, включающему обработку табачного продукта молекулярно впечатанным полимером, предлагаемым в настоящем изобретении. Табачный продукт можно получить термическим разложением материала, содержащего табак, заменитель табака или их смесь, например, путем нагревания материала до температуры, меньшей температуры его горения, путем сжигания материала или путем взаимодействия материала, содержащего табак, заменитель табака или их смесь, с растворителем.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения относится к способу изготовления табачного материала, включающему стадии обработки материала, содержащего табак, заменитель табака или их смесь, растворителем с получением экстракта, взаимодействия экстракта с молекулярно впечатанным полимером, предлагаемым в настоящем изобретении, для снижения его содержания в экстракте и объединения обработанного экстракта с экстрагированным табачным материалом.
В настоящем описании "табачный продукт" означает материал, содержащий табак (включая листья табака или средние жилки табачных листьев), или заменитель табака, или смесь табака и заменителей табака, и производные такого материала, включая экстракты материала, дым, образующийся при термическом разложении материала, и аэрозоли, образующийся при нагревании материала до температуры, меньшей температуры его горения.
Если табачный продукт является производным, полученным при термическом разложении материала, содержащего табак или заменитель табака, то разложение можно выполнить путем сжигания материала, как в обычной сигарете, или путем нагревания материала до температуры, меньшей температуры его горения, в соответствии с методикой, использующейся для некоторых известных альтернативных табачных продуктов с целью получения аэрозоля, который вдыхается потребителем.
Альтернативно, табачный продукт может являться производным, полученным обработкой материала, содержащего табак или заменитель табака, с помощью растворителя. Настоящее изобретение предпочтительно относится к способу изготовления курительного материала, включающему стадии экстракции курительного материала растворителем, обработки экстракта с помощью МВП, селективного по отношению по меньшей мере к одному нитрозосоединению, для уменьшения его содержания в экстракте и объединения обработанного экстракта с курительным материалом.
В этом способе курительный материал может находиться в любой обычной форме, например, в форме тонкоизмельченного продукта, табачных отходов, состоящих из средних жилок, фарматуры, нарезанных листьев, крошенных средних жилок или любой их комбинации. Растворитель может быть водным или неводным, таким как метанол, этанол или надкритическая жидкая экстракционная среда, такая как надкритический жидкий диоксид углерода. Экстракцию можно проводить в любых условиях, подходящих для экстракции азотсодержащих соединений из табака.
Настоящее изобретение также включает курительное изделие, содержащее табак или заменитель табака и МВП, селективно удаляющий по меньшей мере одно нитрозосодержащее соединение из продукта его термического разложения.
Курительное изделие, предлагаемое в настоящем изобретении, может находиться в любой обычной форме, например, в форме сигареты, сигары или сигарильо. В частности, курительное изделие может включать стержень из курительного материала, необязательно в обертке, с фильтром или без него. Оберткой может быть бумага, табачный лист, восстановленный табак или заменитель табака. Альтернативно, если, например, курительное изделие предназначено для образования небольшой боковой струи дыма или обеспечения низкой степени пиролиза продукта в главной струе дыма, обертка может состоять из негорючего неорганического материала, такого как керамический материал. Фильтр может быть изготовлен из любого подходящего материала, например, волокнистой ацетилцеллюлозы, полипропилена или полиэтилена, или бумаги.
Предпочтительно, чтобы курительный материал являлся табаком, но им может быть и заменитель табака, такой как нетабачный курительный материал. Примерами нетабачных курительных материалов являются высушенный и завяленный растительный материал, включая плодовые материалы, и синтетический курительный материал, такой как, который можно изготовить из альгинатов и образующего аэрозоль вещества, такого как глицерин. Курительный материал также может включать смесь табака и нетабачных курительных материалов. Если курительный материал включает табак, то табак может быть любого подходящего типа или их смесью, включая листья или средние жилки воздушной, огневой, дымовой или солнечной сушки, и затем они могут быть обработаны по любой подходящей технологии. Например, табак может быть нарезанным, скрошенным, вытянутым или восстановленным. Курительный материал также может включать обычные добавки, такие как улучшающие вещества, красители, увлажнители (такие как глицерин и пропиленгликоль), инертные наполнители (такие как мел) и вкусовые вещества (такие как сахар, лакрица и какао).
Настоящее изобретение также может применяться к табаку, который предназначен для воздействия через рот или через нос путем сосания, жевания или втягивания через нос, а не курения. Такие продукты включают нюхательный табак, снас (шведский табак, закладываемый в рот под верхнюю губу) и жевательный табак.
МВП можно включать в курительный материал. В соответствии с этим настоящее изобретение включает курительный материал, содержащий МВП, селективно удаляющий по меньшей мере один специфический для табака нитрозамин из продуктов термического разложения курительного материала.
Альтернативно, если курительное изделие включает стержень курительного материала в обертке, то МВП можно включить в обертку. Поэтому настоящее изобретение включает оберточный материал для курительных изделий, включающий молекулярно впечатанный полимер, селективно удаляющий целевой компонент из продуктов термического разложения курительного материала. Оберткой может быть материал на основе целлюлозы, такой как бумага, или материал на основе табака, такой как восстановленный табак.
Предпочтительными курительными изделиями, предлагаемыми в настоящем изобретении, являются сигареты, содержащие стержень из табака, обертку и фильтр, включающий МВП, селективно удаляющий по меньшей мере один специфический для табака нитрозамин из продуктов термического разложения курительного материала.
Настоящее изобретение также включает фильтр для табачного дыма, включающий МВП, селективно удаляющий по меньшей мере один специфический для табака нитрозамин из продуктов термического разложения курительного материала. Фильтр для табачного дыма можно изготовить отдельно от курительного изделия, например, в виде держателя для сигареты или сигары или он может быть встроен в курительное изделие, например, в виде сигареты с фильтрующим мундштуком.
Фильтры для табачного дыма в виде фильтрующих мундштуков могут обладать любой обычной конструкцией. Например, он может представлять собой фильтр "далматинского" типа, включающий секцию волокнистого фильтрующего материала, такого как ацетилцеллюлоза, и МВП находится в измельченном виде и распределен по всей секции. Альтернативно фильтр может представлять собой фильтр типа полости, включающий несколько секций, в котором МВП может находиться между двумя соседними секциями волокнистого фильтрующего материала. Фильтр для табачного дыма также может включать другие поглощающие материалы, такие как ионообменная смола, цеолит, диоксид кремния, оксид алюминия или амберлит.
При использовании дым проходит через фильтр, МВП селективно поглощает из дыма и удерживает целевые соединения и профильтрованный дым поступает к курильщику.
Фильтры для табачного дыма и курительные изделия, предлагаемые в настоящем изобретении, могут включать средства защиты МВП при его использовании от воздействия дыма или уменьшения его воздействия. Это можно обеспечить с помощью целого ряда различных методик. Например, фильтр для табачного дыма может включать фильтрующий элемент поглощения веществ из паровой или дисперсной фазы дыма. Такие фильтрующие элементы могут включать обычный адсорбент, такой как активированный уголь, который может находиться в любой обычной форме, такой как пряди, частицы, гранулы, ткань или бумага. Фильтрующий элемент также может быть селективным поглотителем, таким как ионообменная смола, цеолит, диоксид кремния, оксид алюминия или амберлит.Средства защиты МВП могут включать два или большее количество таких фильтрующих элементов разного состава, например, первый фильтрующий элемент из ацетилцеллюлозы и второй фильтрующий элемент из активированного угля. Применение нескольких фильтрующих элементов в фильтрах для табачного дыма и курительных изделиях хорошо известно и можно использовать любую обычную конфигурацию фильтра и соответствующие технологии изготовления.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена схема методики синтеза впечатанного полимера;
На фиг.2 приведены специфические для табака нитрозамины;
На фиг.3 приведены изостерические аналоги нитрозаминов;
На фиг.4А приведены примеры аналогов целевых соединений на основе амида и сульфонамида;
На фиг.4 В приведен енаминовый аналог целевого соединения (МРАРВ), применяющийся в качестве матрицы для получения МВП, предназначенного для экстракции NNAL;
На фиг.5 приведена химическая структура 2-гидроксиэтилметакрилата;
На фиг.6 приведена химическая структура этиленгликольдиметакрилата;
На фиг.7 приведены данные по экстракции N-нитрозопиперидина и никотина в случаях, когда матрицей 1 является формамид, матрицей 2 является енамин и матрицей 3 является сульфонамид;
На фиг.8 приведены выраженные в процентах количества СТНА и никотина, экстрагированные из водного раствора;
На фиг.9 приведены выраженные в процентах количества СТНА, выделившиеся после промывки водой;
На фиг.10 приведены выраженные в процентах количества СТНА и никотина, экстрагированные из водного раствора;
На фиг.11 приведены выраженные в процентах количества СТНА, выделившиеся после промывки водой;
На фиг.12 приведены выраженные в процентах количества никотина, не удержанного после введения пяти отдельных порций образца;
На фиг.13 приведены выраженные в процентах количества NNN, не удержанного после введения пяти отдельных порций образца;
На фиг.14 приведены выраженные в процентах количества NNK, не удержанного после введения пяти отдельных порций образца;
На фиг.15 приведены выраженные в процентах количества NAT, не удержанного после введения пяти отдельных порций образца;
На фиг.16 приведены выраженные в процентах количества NAB, не удержанного после введения пяти отдельных порций образца;
На фиг.17 приведен вид сбоку частичного продольного сечения с разрывом курительного изделия с фильтром для табачного дыма, предлагаемым в настоящем изобретении; и
На фиг.18 приведен аналогичный представленному на фиг.17 вид курительного изделия с альтернативным фильтром для табачного дыма, предлагаемым в настоящем изобретении.
На чертежах сходные элементы обозначены одинаковыми номерами.
Подробное описание изобретения
Молекулярное впечатывание обычно состоит из следующих стадий: (1) соединению-матрице, которым может быть целевая молекула или ее структурный аналог, дают взаимодействовать в растворе с выбранным мономером или мономерами, содержащими функциональные группы, с образованием комплекса матрица-мономер; (2) комплекс матрица-мономер сополимеризуют со сшивающим мономером с получением полимерной сетки, включающей соединение-матрицу; (3) соединение-матрицу экстрагируют из полимерной сетки с образованием МВП, который можно использовать для селективного связывания целевой молекулы. До стадии (3), на которой получают МВП в виде твердого полимера (или монолита), его обычно измельчают и просеивают с получением фракции измельченного вещества, обладающей необходимым размером частиц. При получении по методикам суспензионной или эмульсионной полимеризации такое измельчение и просеивание не требуется, поскольку размер частиц можно регулировать в нужных пределах во время полимеризации. Измельченный материал, полученный по любой из указанных выше методик, можно поместить в хроматографическую или твердофазную экстракционную колонку и использовать для хроматографического отделения матрицы от других компонентов смеси, включая молекулы, обладающие сходной структурой или функциональными группами.
Реакционноспособные центры в молекулярно впечатанном полимере, ставшие доступными после удаления соединения-матрицы, будут находиться в стереохимической конфигурации, пригодной для реакции со свежими молекулами целевого соединения. Поэтому полимер можно использовать для селективного связывания молекул целевого соединения.
Для получения молекулярно впечатанных связывающих центров широко применяют методику "нековалентного связывания". Это делает возможной нековалентную самосборку соединения-матрицы и содержащих функциональные группы мономеров с образованием комплекса матрица-мономер с последующей радикальной полимеризацией в присутствии сшивающего мономера и заключительной экстракцией соединения-матрицы. По известным методикам также можно провести ковалентное впечатывание, при котором молекула-матрица и подходящий мономер или мономеры ковалентно связываются друг с другом до полимеризации. Характеристики связывания МВП, полученных по любой из указанных выше методик, можно исследовать путем повторного связывания молекулы-матрицы.
Полимеризацию проводят в присутствии порообразующего растворителя, называемого порообразователем. Для стабилизации электростатических взаимодействий между содержащими функциональные группы мономерами и соединением-матрицей порообразователь часто выбирают из числа апротонных растворителей, обладающих полярностью от низкой до средней. Соединения-матрицы часто обладают от умеренной до высокой растворимостью в полимеризационной среде и поэтому их, а также их структурные аналоги можно использовать непосредственно по такой стандартной методике.
Если в качестве матрицы можно использовать саму целевую молекулу, то обычно предпочтительно использовать структурный аналог целевой молекулы, поскольку: (а) целевая молекула может быть нестабильной при условиях проведения полимеризации или может ингибировать полимеризацию; (b) целевая молекула может быть недоступна в достаточном количестве вследствие сложности ее синтеза или высокой стоимости или по обеим причинам; (с) целевая молекула может быть нерастворима или плохо растворима в предварительно приготовленной смеси для полимеризации; (d) МВП может оставаться загрязненным небольшими количествами целевых молекул, сохранившихся в труднодоступных областях полимерной сетки, которые могут выделяться из МВП во время использования; и/или (е) целевое анализируемое вещество (вещества) может представлять значительную опасность для здоровья и его не следует использовать в качестве матрицы (матриц). В особенности в случае нитрозосоединений, известных, как СТНА и описанных ниже, в качестве соединений-матриц часто удобнее использовать их аналоги, содержащие функциональные группы. Например, соединениями-матрицами могут быть сульфонамидные, енаминовые или амидные, например, формамидные производные СТНА, примеры которых приведены на фиг.2.
Если МВП получают с использованием аналога целевого соединения, содержащего функциональные группы, то этот аналог должен быть изостерическим и предпочтительно также изоэлектронным с целевым соединением или он может содержать субструктуру целевого соединения, в которой могут быть вероятными сильные взаимодействия.
При использовании в настоящем изобретении "структурный аналог " молекулы не идентичен исходной молекуле, а является частью или целым, сходным с частью исходной молекулы или всей исходной молекулой по форме молекулы, распределению электронной плотности или другим характеристикам.
1
2
Нитрозосодержащие соединения, в особенности нитрозамины, которые описываются общей формулой O=N-N(R)(R), входят в число многочисленных ингредиентов табака, для которых предположено, что они оказывают вредное воздействие на потребителей. Для настоящего изобретения представляет интерес группа нитрозаминов, которые находятся в натуральном табаке, СТНА, см. фиг.2.
Возможные изостерические аналоги целевых нитрозаминов представлены на фиг.3. Все приведенные молекулы являются производными исходного амина и могут быть синтезированы в одну стадию из вторичного амина и соответствующего альдегида или хлорангидрида кислоты. Молекулярные модели енамина (фиг.4В) показывают, что существует хорошая стерическая комплементарность с NNAL.
МВП, описанные в WO 05/112670, обнаруживают перспективные результаты при использовании для анализа и экстракции многочисленных метаболитов никотина из растворов для анализа, жидкостей организма и табачных материалов. Однако, поскольку СТНА представляет специальный ограниченный интерес, постоянно проводятся исследования по поиску новых путей извлечения этих веществ из различных материалов. В связи с этим изучено образование МВП с использованием новых материалов и способов.
Разработка новых МВП начинается с выбора матрицы. Как отмечено выше, матрица придает полимеру селективность и в идеальном случае должна быть химически стабильна, легко доступна, удобна в использовании и должна придавать способность к селективному связыванию. Поскольку одной задачей настоящего изобретения является уменьшение воздействия нитрозаминов на человека, они не является возможными матрицами. Вместо них для- замены нитрозогруппы можно использовать формамиды, енамины и сульфонамиды (см. фиг.2), поскольку они обладают сходной геометрией и частичным отрицательным зарядом в таком же положении.
Мономер, сшивающий реагент условия полимеризации (например, растворитель или порообразователь, инициатор и температура) также влияют на характеристики конечного МВП. Исследованными мономерами являются кислотный МАК, а также нейтральный мономер 2-гидроксиэтилметакрилат (ГЭМА), см. фиг.5. Сшивающий реагент, который в конечном счете придает полимеру объем, также влияет на то, будет ли полимер гидрофильным или гидрофобным. Поэтому исследованы гидрофильный сшивающий реагент PETRA и гидрофобный ЭДМА, см. фиг.6. Для полимеризации исследованы и термическое, и фотохимическое инициирование. Предварительные эксперименты показали, что нейтральный, гидрофобный МВП с впечатанным енамином или сульфонамидом и полученный путем полимеризации с помощью УФ-облучения, приводит к неожиданным результатам. Проведен сравнительный анализ кислотного и гидрофильного МВП и результаты представлены ниже.
С целью разъяснения, а не наложения ограничений, настоящее изобретение будет дополнительно более подробно описано со ссылкой на ряд примеров. Настоящее изобретение относится к молекулам-матрицам, полимерным материалам, предназначенным для связывания СТНА, содержащихся в органических или водных системах, и в заключение - к применению указанных материалов, например, при аналитических и препаративных разделениях, в хроматографии, для предварительной обработки анализируемого образца и в химических сенсорах. Если не указано иное, то материалы имеются в продаже или могут быть получены по обычным методикам.
Пример 1: Получение МВП для исследования
Получали 12 разных МВП, что характеризовало все возможные комбинации 3 матриц (формамид, енамин и сульфонамид), 2 мономеров (кислого и нейтрального) и 2 сшивающих реагентов (гидрофильного и гидрофобного). МВП исследовали с использованием смеси состава 1:1 N-нитрозопиперидина и (-)-никотина в воде. Также получены и исследованы при аналогичных условиях невпечатанные полимеры сравнения. Результаты приведены на фиг.7. Примеры получения матриц, - енамина и пиридинкарбинола - а также дополнительное описание методик, которые можно использовать для задач настоящего изобретения, приведены в WO 05/112670.
Из фиг.7 видно, что при использовании кислых мономеров МВП связывает большие количества никотина. Для случаев, в которых необходимо провести исследование для СТНА, а содержание никотина не должно меняться, такой мономер является менее подходящим. Кроме того, видно, что МВП с гидрофобным сшивающим реагентом лучше связывается с нитрозамином, чем гидрофильный МВП.
Пример 2: Получение МВП для проведения сравнительных анализов
Вследствие неожиданно хороших характеристик нейтрального гидрофобного МВП, представленных на фиг.7, для последующих анализов выбран нейтральный гидрофобный МВП с впечатанным енамином или сульфонамидом и полученный путем полимеризации с помощью УФ-облучения. Для сравнения в число образцов также включен обладающий наилучшими характеристиками гидрофильный МВП. Получили 7 МВП с использованием параметров, приведенных в таблице 1.
Таблица 1
Название
Матрица
Мономер
Сшивающий реагент
МВП 1
<img file="00000001.tif" he="24" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
ГЭМА
ЭДМА
МВП 2
<img file="00000001.tif" he="24" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
PETRA
PETRA
МВП 3
<img file="00000002.tif" he="22" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
ГЭМА
ЭДМА
МВП 4
Аналог NNAL
ГЭМА
ЭДМА
МВП 5
Аналог NNAL
ГЭМА
ЭДМА
МВП 6
<img file="00000003.tif" he="17" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" />
ГЭМА
ЭДМА
МВП 7
<img file="00000004.tif" he="20" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
ГЭМА
ЭДМА
Пример 3: Исследование выбранных МВП с использованием смесей СТНА/никотин
Подготавливали колонки ТФЭ, каждая из которых содержала 25 мг МВП 1-7. В каждую колонку прибавляли 1 мл водного раствора, содержащего всего 0,30 мкг/мл СТНА и 0,2 мкг/мл никотина. Для определения количества СТНА, которое не экстрагировалось для каждой колонки использовали ВЭЖХ, что позволило рассчитать количество экстрагированного вещества, см. фиг.8. Затем через каждую колонку пропускали 1 мл воды и определяли количество выделившихся СТНА, если они выделялись, см. фиг.9. На фиг.8 и 9 приведены средние значения для двух экспериментов.
Вследствие превосходных характеристик гидрофобного нейтрального МВП исследования МВП 1 и 3-7 повторяли с использованием 1 мл исследуемого раствора, содержащего всего 0,30 мкг/мл СТНА и 4 мкг/мл никотина в фосфатном буфере с рН 6,3 (ионная сила 0,09). Результаты приведены на фиг.10 и 11 и они представляют собой средние значения для двух экспериментов. Можно видеть, что МВП 1, 3 и 4 являются наилучшими, поскольку удерживают 100% СТНА, а большая часть никотина проходит в неизмененном виде.
Характеристики МВП 1, 3 и 4 также исследовали при рН 5,3 и 7,3. При увеличении рН удерживание никотина увеличивается примерно от 10% до 30% и это показывает, что, если не требуется воздействовать на никотин, то оптимальные характеристики обеспечиваются при использовании слабокислой среды. Кислый МВП, полученный с использованием кислого мономера МАК и гидрофобного сшивающего реагента ЭДМА, также исследовали при таких же условиях при рН 6,3, он удерживал примерно 90% никотина.
Регенерацию МВП проводили путем промывки 0,5% раствором ТФК (трифторуксусная кислота) в МеОН. Также можно использовать другие смеси кислота/спирт.
Пример 4: Исследование выбранного МВП и отдельных СТНА и никотина
После обнаружения неожиданно превосходных характеристик МВП 1, 3 и 4 в описанных выше экспериментах проведены дополнительные исследования. Готовили колонки ТФЭ, содержащие 25 мг измельченного МВП и в колонки вводили 5 порций исследуемого раствора по 1 мл каждая. Исследуемый раствор содержал примерно по 80 нг/мл NNN, NNK, NAT, 40 нг/мл NAB и 4 мкг/мл никотина в фосфатном буфере с рН 6,3 (ионная сила 0,09). После введения каждого образца с помощью ВЭЖХ определяли количество неудержанного никотина и всех СТНА. Также исследовали контрольный невпечатанный полимер. Результаты приведены на фиг.12-16.
Как видно из чертежей, после введения первой порции МВП связывает примерно 10% никотина. Это приводит к насыщению МВП никотином и последующее прибавление образца в колонку не приводит к значительному удерживанию никотина. NNN связывается с МВП слабее всего и при введении второй порции происходит проскок. Все МВП 1, 3 и 4 превосходно удерживают NNK, NAB и NAT. Таким образом, комбинация нейтрального содержащего функциональную группу мономера, енаминовой или сульфонамидной матрицы и гидрофобного сшивающего реагента приводит к неожиданно высокому удерживанию СТНА, содержащихся в смешанном образце, при удерживании лишь минимального количества никотина.
Такие МВП являются особенно привлекательными для применения в случаях, когда из образца необходимо удалить СТНА без воздействия на никотин, таких как обработка табака или табачного дыма для удаления СТНА. Кроме того, такие МВП можно использовать при анализах для определения содержания СТНА в образце продукта или в образце, взятом у пациента. В таких случаях, если необходимо исследование никотина, то можно определить количество никотина, удержанного с помощью МВП, а для определения количества никотина, оставшегося в образце, можно использовать другие методики, например, специфичный по отношению к никотину МВП. Дополнительную стадию определения содержания никотина можно провести до или после использования МВП, предлагаемого в настоящем изобретении, специфичного по отношению к СТНА.
Пример 5: Применение МВП, предлагаемого в настоящем изобретении, для обработки экстрактов табака
Полимер, полученный в соответствии с описанными выше параметрами, можно ввести в колонку ТФЭ и при необходимости колонку можно кондиционировать. Нейтральными содержащими функциональную группу мономерами, использующимися в полимере, могут быть, например, ГЭМА, акриламид, метакриламид, N-метакриламид, глицеринмоноакрилат, глицеринмонометакрилат или 2-(4-винилфенил)-1,3-пропандиол. Гидрофобными сшивающими реагентами могут быть, например, ЭДМА, ТРИМ, ДВБ, м-диизопропенилбензол, тетраметиленгликольдиметакрилат, пентаэритриттетраацетат, N,N'-метиленбисакриламид, N,N'-этиленбисакриламид, N,N'-бутиленбисакриламид, N,N'-гексаметиленбисакриламид. Известны другие подходящие материалы, см., например, Molecularly Imprinted Material: Science and Technology, Yan, M; Ramstrom, O; Eds., Marcel Dekker, New York, 2005.
Нарезанные или измельченные листья табака можно экстрагировать водой в течение 15-25 мин при 60°С. Табак отделяют от раствора фильтрованием и сушат. Раствор пропускают через колонку ТФЭ и адсорбируют СТНА из экстракта. Затем жидкость из колонки сливают и раствор концентрируют с помощью пленочного испарителя, затем концентрат объединяют с высушенным табаком и сушат на воздухе. Характеристики МВП можно определить путем элюирования связанных соединений из МВП с помощью 2×1 мл метанола, содержащего 0,5% ТФК, и анализа экстракта посредством ВЭЖХ с УФ-детектированием.
Пример 6: Применение МВП, предлагаемого в настоящем изобретении, для обработки экстрактов табака
С использованием методики непрерывной экстракции нарезанные листья табака типа американской смеси помещают в первую экстракционную камеру, в которую загружен надкритический диоксид углерода. После взаимодействия с табаком диоксид углерода подают во вторую экстракционную камеру, содержащую МВП, предлагаемого в настоящем изобретении. После взаимодействия с табаком диоксид углерода возвращают в первую экстракционную камеру и повторно вводят во взаимодействие с табаком. Эту циклическую процедуру повторяют, пока содержание СТНА в табаке не уменьшится до необходимого значения, после чего диоксид углерода сбрасывают из системы и табак извлекают из первой камеры. Затем МВП, находящийся во второй камере, регенерируют для повторного использования.
Пример 7: Применение МВП, предлагаемого в настоящем изобретении, для анализа образца
Колонку ТФЭ подготавливали путем введения 25 мг МВП, предлагаемого в настоящем изобретении. В колонку вводили исследуемый образец, например, 5 мл мочи человека, предположительно содержащей СТНА. Образец пропускали через колонку и затем колонку подключали к вакуумной линии для удаления всех жидкостей и высушивания МВП. Для удаления всех мешающих соединений, которые могут неспецифически связываться с МВП, можно провести промывку, например, с помощью 1 мл дистиллированной воды. После сушки СТНА можно извлечь из МВП, например, с помощью 1 мл ДХМ (дихлорметан) и провести количественное определение посредством ВЭЖХ.
Пример 8: Применение МВП, предлагаемого в настоящем изобретении, в курительных изделиях
На фиг.17 и 18 в качестве иллюстрации представлены курительные изделия в виде сигарет, содержащих стержень табака 1 в обертке 2, прикрепленный к фильтру для табачного дыма 3 с помощью накладной бумаги 4. Для наглядности накладная бумага 4 показана отделенной от обертки 2, но в действительности они непосредственно соприкасаются друг с другом.
На фиг.17 фильтр для табачного дыма 3 включает три цилиндрических фильтрующих элемента 3а, 3b, 3с. Первый фильтрующий элемент 3а, расположенный на обращенном ко рту конце фильтра, обладает длиной 7 мм, состоит из ацетилцеллюлозного жгута, пропитанного с помощью 7 мас.% триацетинового пластификатора, и перепад давления по его длине составляет 25 мм водяного столба. Второй фильтрующий элемент 3b, расположенный в середине, является полостью длиной 5 мм, содержащей 150 мг гранул активированного угля. Третий фильтрующий элемент 3с, расположенный рядом со стержнем 1, обладает длиной 15 мм и перепад давления по его длине составляет 90 мм водяного столба и он содержит 80 мг ацетилцеллюлозного жгута. Жгут пропитан с помощью 4 мас.% триацетина и содержит 80 мг МВП, специфичного по отношению к СТНА, полученного так, как описано ниже в примере 6, который равномерно распределен по его объему в "далматинском" стиле.
Сигарета, представленная на фиг.18, аналогична приведенной на фиг.17, за тем исключением, что фильтр для табачного дыма 3 содержит четыре коаксиальных цилиндрических фильтрующих элемента 3а, 3b, 3с и 3d. Первый фильтрующий элемент За, расположенный на обращенном ко рту конце сигареты, обладает длиной 5 мм и состоит из ацетилцеллюлозного жгута, пропитанного с помощью 7 мас.% триацетинового пластификатора. Второй фильтрующий элемент ЗЬ, расположенный рядом с первым фильтрующим элементом За, является полостью длиной 5 мм, содержащей 200 мг МВП, специфичного по отношению к СТНА, полученного так, как описано в настоящем изобретении. Третий фильтрующий элемент 3с, расположенный рядом со вторым фильтрующим элементом 3b, обладает длиной 10 мм и содержит ацетилцеллюлозный жгут, пропитанный с помощью 7 мас.% триацетина. Четвертый фильтрующий элемент 3d, расположенный рядом с третьим фильтрующим элементом 3с, обладает длиной 7 мм и содержит 80 мг гранулированного активированного угля. В радиальной плоскости А-А в накладной бумаге 4 сформировано кольцо вентиляционных отверстий 5, отстоящее примерно на 3 мм от соединения с четвертым фильтрующим элементом 3d, по которым во время вдыхания дыма через сигарету воздух поступает в третий фильтрующий элемент 3с.
Приведенное выше описание представлено в основном для иллюстрации настоящего изобретения и не предназначено для наложения ограничений. Поскольку специалисты в данной области техники могут предложить модификации описанных вариантов осуществления, соответствующие сущности и объекту настоящего изобретения, следует понимать, что настоящее изобретение включает все, входящее в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.