Сульфатация это: Что такое сульфатация пластин аккумулятора: причины и последствия

Что такое сульфатация пластин аккумулятора: причины и последствия

Рано или поздно любой автовладелец сталкивается с такой проблемой, как сульфатация пластин аккумулятора. Давайте разберемся, что же это такое, почему это происходит с аккумулятором и к чему это может привести.

Любые аккумуляторные батареи работают по принципу двойной сульфатации. Дело в том, что при разряде батареи пластины взаимодействуют с электролитом, в результате это ведет к падению плотности электролита. А при зарядке батареи в пластинах аккумулятора происходят обратные процессы, что ведет к повышению удельной плотности электролита. На сульфатацию пластин аккумулятора автомобиля вам укажет повышенное напряжение аккумулятора в начале разряда, а также обильное газовыделение.

Причины сульсификации

К сульфатации пластин вашего аккумулятора чаще всего могут привести следующие причины: разряженное состояние аккумулятора, слишком высокая температура или ее частые колебания, слишком низкое разрядное напряжение, а также чересчур большие разрядные токи.

Очень важно соблюдать температурный режим и не допускать перегрева пластин аккумулятора. Потому что при ней процессы сульфатации и обратный процесс происходят быстрее. Но особенно опасны частые колебания температуры хранения пластин аккумулятора, потому как химические реакции со временем будут происходить неравномерно, что приведет к быстрому износу и порче аккумулятора. Для предотвращения сульфатации пластин аккумулятора, лучше не эксплуатировать их в режиме заряд-разряд выше, чем на 75-80% от номинала емкости аккумулятора. Это позволит аккумуляторной батарее быстрее восстановить емкость и перейти в режим заряда. Очень опасно оставлять свинцовый аккумулятор в постоянном разряженном состоянии, так как это способствует началу процессов сульфатации в его пластинах.

Последствия сульфатации

Объем пластин вашего аккумулятора сильно увеличивается. Дело в том, что при сульфатации сами пластины вашего аккумулятора занимают гораздо больший объем в емкости, чем в обычном заряженном состоянии. Сама пористость пластин его уменьшается, а их толщина, наоборот, увеличивается. Все это может привести к деформации и разрушению пластин. Засульфатированная батарея быстро разряжается и в некоторых сложных случаях даже может его привести к деформации корпуса самого вашего аккумулятора.

Емкость аккумулятора постепенно уменьшается. Химические процессы, происходящие в аккумуляторе при его сульфатации, постепенно сокращают площадь самой поверхности его пластин, обязательно покрытую активными веществами. И поэтому емкость такого аккумулятора постепенно сокращается.

Внутреннее сопротивление самого аккумулятора растет. В результате падает напряжение на вашем аккумуляторе при попытке его разрядить и зарядить, а также сам аккумулятор гораздо быстрее перегревается и сульфатируется.

Поэтому, чтобы не допустить и максимально отсрочить наступление сульфатации пластин аккумулятора, соблюдайте правила его эксплуатации и аккумулятор прослужит вам очень долго!

Сульфатация пластин аккумулятора.

Что это?

Сульфатация – это процесс, во время которого на поверхности аккумуляторных электродов появляется сернокислый свинец, постепенно покрывающий всю поверхность пластин.

Кристаллы сульфата предотвращают полный заряд и отдачу необходимого количества энергии, в следствии чего падает ёмкость и понижаются электрохимические показатели аккумуляторной батареи.

Если Вы слишком поздно заметили процесс сульфатации, тогда аккумулятор подлежит неизбежному и немедленному «походу на свалку».

 

Признаки сульфатации пластин аккумулятора:

• Большое внутреннее сопротивление АКБ. Этот симптом является наиболее объективным. Естественно, что сопротивление батареи в домашних условиях померить сложно. Но оценить его можно во время зарядки. В этом случае практически невозможно выставить номинальный зарядный ток, или для этого приходится поставить регулятор на максимальные положения. Напряжение заряда при этом, может достигать 20 В.
  ;
• Низкая плотность электролита;
• Раннее закипание аккумулятора при заряде;
• Изменение цвета положительных пластин. Этот признак можно определить только у обслуживаемых аккумуляторов. Для этого нужно выкрутить на банках пробки и через отверстия будут видны «сетки». Пластины подверженные сульфатации будут иметь светло-коричневый цвет.

Условия, способствующие сульфатации свинцового аккумулятора

В любом свинцовом аккумуляторе, оставленном в разряженном состоянии начинается сульфатация. Она может быть более или менее интенсивной, в зависимости от нескольких факторов. Сульфатации способствуют:

• повышенная температура;
• длительное хранение в разряженном состоянии;
• большие разрядные токи;
• пониженное разрядное напряжение;

Сульфатация увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора

Сульфат свинца имеет большое электрическое сопротивление. Поэтому замещение активных веществ (свинца и окиси свинца) сульфатом свинца на поверхности пластин в результате сульфатации аккумулятора приводит к значительному росту внутреннего сопротивления аккумулятора. Увеличение внутреннего сопротивления аккумулятора при сульфатации приводит к увеличенному падению напряжения на аккумуляторе при разряде и зарядке, а также к перегреву аккумулятора, который приводит к ускорению сульфатации.

Восстановление АКБ

Сразу отметим, что реанимировать можно далеко не всякую батарею. Если аккумулятор долгое время находился в разряженном состоянии и сульфатация застарелая, то снять ее практически невозможно. И даже когда автолюбитель своевременно заметил описанные выше признаки и сразу приступил к восстановлению батареи, нельзя гарантировать положительный результат. Прежней емкости уже не будет.

Однако, как показывает практика, процент восстановленных АКБ достаточно велик. Попробовать можно. И для тех, кто решиться это сделать, есть несколько способов устранения сульфатации.

Зарядка импульсным током

Является, пожалуй, самым передовым и простым способом. Суть его заключается в периодическом  изменении зарядного тока, от нуля до максимального значения. В результате происходит постепенное разрушение крупных кристаллов налета сульфата свинца. Таким образом, восстанавливается электрическая проводимость между пластинами. Это делает возможным впоследствии зарядить аккумулятор постоянным током.

Этот способ подходит для батарей с сильной сульфатацией. Однако есть и недостатки. Здесь требуется специальное зарядное устройство, способное выдавать импульсный ток большой величины, или достаточно серьезные навыки и познания в области электротехники.

Длительный заряд малым током

Устранение сульфатации этим способом, возможно только при незначительном налете на пластинах. Последовательность действий следующая:

1. Неисправный аккумулятор доливают дистиллированной водой на 3-4 мм выше нормального уровня;
2. На зарядном устройстве устанавливают номинальный ток;
3. Заряд аккумулятора продолжают до начала газообразования;
4. Как только батарея «закипит», зарядное устройство выключают на полчаса;
5. Уменьшают ток в 10 раз и снова заряжают до усиленного газообразования;
6. После этого – снова перерыв 20 минут и опять заряд током 1/10 от номинала;
7. Пункт 6 повторяют до тех пор, пока плотность электролита не достигнет нормального значения.

Этот способ достаточно прост и эффективен. Правда требует большого терпения, так как для получения положительного результата иногда необходимо несколько суток.

Глубокие разряды малыми токами

Этому способу уже более полувека и в народе он более известен как «заряд – разряд». Позволяет устранить даже довольно старую сульфатацию. Суть его состоит в проведении нескольких циклов зарядов номинальным током, с последующим разрядом – малым. В результате создаются условия для включения в работу более глубоких слоев активной массы пластин. А это, в свою очередь, вызывает отпадание сульфата свинца.

Сначала неисправный аккумулятор заряжается током равным 0,2Q (Q-номинальная емкость аккумулятора). То есть, к примеру, для 55-го аккумулятора это значение будет 11 А. Заряд длиться до того момента, пока напряжение на батарее не достигнет 14,4 В., после чего ток снижают до 0,05Q. Необходимо постоянно следить за плотностью электролита и напряжением на клеммах. Как только они будут оставаться постоянными в течение получаса, заряд прекращают на 1 час.

По истечению этого промежутка времени, батарею вновь заряжают током 0,05Q, до момента ее «закипания». При этом напряжение на клеммах должно перестать меняться. Снова делаем часовой перерыв. И так несколько раз, до тех пор, пока батарея не начнет «кипеть» через 2-3 мин., после начала заряда. Как только это произойдет, аккумулятор нужно будет разрядить током 0,02Q, до напряжения не ниже 10,5 В. В качестве нагрузки лучше всего использовать подходящую лампу накаливания.

Итак, как только разряд будет закончен, полный цикл можно считать завершенным. Для восстановления их потребуется 7-8. Процесс это длительный, с каждым разом заряжаться и разряжаться АКБ будет все дольше. Правда, совсем необязательно делать это непрерывно. На ночь работы можно прекращать.

Болезни аккумуляторов: сульфатация пластин, недозаряд, перезаряд АКБ — Пульсар Лимитед

Основными и наиболее часто встречающимися процессами, которые могут возникать в процессе эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АКБ) и существенно сократить их ресурс, являются:

сульфатация, недозаряд, перезаряд или слишком глубокий разряд, металлизация сепараторов, заводнение.  

Эксперты солидарны с тем, что сульфатация является одной из главных причин сокращения срока службы АКБ и выхода ее из строя. Это явление происходит в результате хранения батареи в разряженном состоянии или без подзаряда, из-за недостаточного заряда и глубоких разрядов, слишком высокой плотности электролита или недостаточного его количества. Как результат, теряется плотное соединение активной массы пластин с решеткой, она становится рыхлой и осыпается. В результате этого необратимого процесса пластины батареи по существу разрушаются, аккумулятор быстро теряет емкость и выходит из строя. 

Негативным последствием недозаряда батареи является, как уже отмечено, сульфатация пластин. При перезаряде аккумулятора происходит повышенное разложение воды (диссоциация) и ее расход из-за протекания аномально больших токов, происходит усыхание батареи. Если батарея герметизирована, то долить воду нельзя, и последствия будут необратимы, аккумулятор теряет емкость и выходит из строя. Еще один результат перезаряда – ускорение электрохимических процессов в пластинах батареи, износ их активной массы, ее осыпание и деградация. Особенно, когда АКБ начинает кипеть и идет активное выделение газов. В результате – прогрессирующая потеря емкости батареи и выход ее из строя. Важно отметить, что в случае с герметизированными необслуживаемыми батареями (AGM и GEL типы) перезаряд, или зарядка аккумулятора слишком большим током при повышенном напряжении может привести к вспучиванию (вздутию) АКБ, после чего ей одна дорога – в утилизацию. Дело в том, что при таком усиленном (если не сказать жестоком) заряде внутри батареи выделяется слишком большое количество газов, которые не успевают рекомбинировать, а клапан – стравливать излишки этих газов в атмосферу. В результате корпус батареи распирает внутренним давлением, рвутся швы, деформируются пластины, и аккумулятор приказывает всем долго жить 🙁 Вот почему стоит особое внимание уделять правильному, качественному заряду аккумуляторов.

Причины недозаряда или перезаряда – в неправильном выборе зарядного устройства (ЗУ), его ошибочной настройке или неисправности. Например, ЗУ должно корректировать напряжение подзаряда при изменении температуры окружающей среды, иначе – недозаряд или перезаряд. Более того, если при повышении рабочей температуры напряжение заряда будет оставаться близким к максимальному значению, принятому для комфортных с точки зрения температуры условий (порядка 13,8 В), то батарея может выйти из строя очень быстро. Более подробно об обслуживании и правильном заряде аккумуляторов Вы можете прочитать в статье «Эксплуатация и обслуживание свинцово-кислотных аккумуляторов»

Глубокие повторяющиеся разряды также не добавляют АКБ «здоровья». Они приводят к разрушению активной массы пластин, вызывают ту же сульфатацию батареи. Поэтому следует позаботиться об обеспечении предельной степени разряда. Обычно эту величину устанавливают на уровне 1,8 В/элемент или 10,8 В на батарею 12 В (шесть элементов). Однако, стоит понимать, что глубоко разряжать промышленные свинцово-кислотные аккумуляторы вовсе не запрещено. Это делать можно, но важно помнить, что чем больше глубоких разрядов пережила АКБ, тем ближе она к своей «финишной прямой». Каждый вид аккумуляторов имеет свой циклический ресурс, т.е. определенное количество циклов разряда-заряда, в течение которых АКБ будет обеспечивать свои номинальные показатели (емкость, отдачу по токам и т.д.). Количество таких циклов напрямую зависит от отдаваемой при каждом из них емкости. Например, большинство AGM-аккумуляторов (наиболее распространенный на сегодня вид свинцовых АКБ) имеют ресурс порядка 200-250 циклов при 100% глубине разряда батареи. Для сравнения, наши аккумуляторы AGM нового поколения EverExceed обеспечивают не менее 600 циклов разряда такой же глубины, а наши Батареи типа OPzV вообще рекордсмены в этом плане – их ресурс порядка 1500 циклов!

Причиной металлизации сепараторов является осаждение освободившегося свинца в порах сепаратора при эксплуатации аккумуляторной батареи при высокой температуре или высокой плотности электролита. Это приводит к сокращению допустимых сроков хранения АКБ, а также к возможности возникновения коротких замыканий внутри батареи. 

Признаком заводнения аккумулятора является то, что он не заряжается (зарядный ток равен нулю). В электролите при этом плавают белые хлопья. Причина этого явления в том, что разряженный элемент слишком долго находился в электролите низкой плотности. При этом на положительной пластине АКБ образуется слой гидрата свинца, являющегося диэлектриком. Это необратимый процесс: восстановить такой элемент уже не удастся.

 

Пульсар Лимитед – Энергия для Лучшей Жизни!

Сульфатация АКБ. Что это такое, как выявить, установить причины, устранить

Если Вы являетесь неопытным автолюбителем, то должны знать, что после покупки с любым — недорогим или дорогим свинцово-кислотным аккумулятором для отечественного или европейского авто – может случиться такая проблема, как сульфатация. Автомобильные аккумуляторы, купленные в Балашихе или Реутове, как и в любом другом месте, от нее не застрахованы.

Что это такое?

Это — образование сульфата свинца (PbSO4) на пластинах аккумулятора, которое происходит от их контакта с серной кислотой в составе электролита. Поскольку действие АКБ в основе своей имеет два чередующихся химических процесса — сульфатацию при разряде батареи и десульфатацию при заряде, то сульфатация пластин неизбежна. Однако опасность представляет глубокая сульфатация, при которой на пластинах образуются крупные кристаллы свинцового купороса. Со временем занимая всю поверхность пластин, они забивают их поры и препятствую контакту с электролитом. В итоге целые участки пластин становятся не рабочими. Это ведет к разряду АКБ и снижению показателя емкости, поскольку препятствует заряду батареи и увеличивает ее внутреннее сопротивление. В результате сульфатации аккумулятора двигатель плохо запускается, а бортовое оборудование, питающееся от него, плохо функционирует. От цены АКБ это не зависит.

Почему происходит сульфатация и как ее избежать:

1. Чаще всего сульфатация происходит из-за глубокого разряда батареи. Чтобы этого не происходило, каждый раз при выходе из машины выключайте все бортовое оборудование, работающее от аккумулятора: аудиосистему, радио, фары, свет в салоне и т.д.
2. Долгое хранение разряженного автоаккумулятора тоже приводит к сульфатации. В хороших магазинах, специализирующихся на продаже качественных недорогих АКБ для автомобилей японских, американских, европейских и отечественных марок аккумуляторные батареи хранятся заряженными. Проблемы часто создают себе сами неопытные водители. Не сумев завести мотор, они возобновляют попытки, спустя несколько дней, а АКБ все это время остается разряженным и начинается процесс сульфатации. Как только аккумулятор разрядился обязательно зарядите его в течение трех последующих дней.
3. При недостаточном количестве электролита пластины выступают над его поверхностью. При контакте с кислородом сульфатация идет более активно. Не допускайте этого – сразу же долейте дистиллированной воды.
4. При покупке электролита в не проверенных местах Вы рискуете получить продукт с посторонними примесями. Их наличие способствует процессу сульфатации. Возьмите за правило совершать покупку электролита и самих АКБ только у надежных продавцов.

Как определить сульфатацию

• На контактах АКБ видны непонятные коричневатые образования.
• Батарея показывает излишнее напряжение уже в начале зарядки.
• В процессе эксплуатации аккумулятора активно выделяются газы.
• Батарея слишком быстро разряжается.

Как самостоятельно провести десульфатацию АКБ

Лучше в этом случае прибегнуть к помощи специалиста, но, если такой возможности нет, тогда действуйте самостоятельно. Успех возможен только если имеет место начальная стадия процесса. Полностью зарядите АКБ током не выше 2А. Затем сразу разрядите током не более 5А, подключив к аккумулятору автомобильную 10-вольтовую лампочку. Повторите заряд малым током. Повторяйте обе процедуры попеременно не более пяти раз до достижения длительности заряда. Если все действия остались безрезультатными, то батарея непригодна для использования.

Сульфатация аккумулятора

ПОДБОР АККУМУЛЯТОРА ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ

ПОДБОР АККУМУЛЯТОРА ПОД АВТОМОБИЛЬ

Что такое сульфатация аккумулятора

Сульфатация аккумулятора — это процесс образованиz на пластинах аккумулятора пленки белого цвета, состоящей из сульфата свинца. Эта пленка покрывает пластины, препятствуя взаимодействию активной массы с электролитом, тем самым снижение эффективности аккумулятора, которая выражается в уменьшении емкости аккумулятора. В результате сульфатации аккумулятор не может выдавать необходимый ток и принимать заряд. Помимо этого сульфатация увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора.

Как определить сульфатацию аккумулятора

Аккумулятор с сульфатацией быстро разряжается, из-за сниженной емкости. При зарядке у такого аккумулятора плотность электролита не будет достигать необходимой нормы, несмотря на то, что напряжение достигнет нормы быстро. Также при зарядке начнется активное газовыделение, выраженное обилием пузырьков.

Причины сульфатации аккумулятора

Сульфатация появляется из-за нескольких причин:

— глубокий разряд аккумуляторной батарее (в том числе низкая плотность электролита).

Бывает, что несмотря на то что современные автомобили буквально напичканы электроникой, мы выходя из машины оставляем включенным фары, подсветку салона, музыку и т.д., и к утру, аккумулятор разряжается полностью. Этого достаточно для слабого образования сульфатации АКБ.

— длительное хранение в разряженном состоянии;

При неисправности автомобиля, после неудачных попытках завести автомобиль, некоторые автомобилисты пересаживаются на общественный транспорт, оставляя на время свой автомобиль на стоянке или в автосервисе. До удачного запуска автомобиля может пройти неделя, а порой и не одна. При этом аккумулятор, разряженный при попытках запука, остается на это время разряженным. В это время сульфатация начинает «съедать» ваш аккумулятор.

— низкий уровень электролита в банках;

В аккумуляторах, требующих доливки дистиллированной воды в процессе эксплуатации (обслуживаемых и малооблуживаемых) и при неисправности генератора часто происходит выкипания из электролита воды. При этом банки оголяются и в процессе взаимодействия с кислородом начинается образование на поверхности пластин сульфата свинца.

— примеси в электролите.

Как устранить сульфатацию аккумулятора

Убрать сульфатацию аккумулятора можно, но только на начальных стадиях образования. Убирают сульфатацию путем цикла заряда-разряда АКБ. Для этого аккумулятор заряжают на 100% малым током (до 2А) и сразу разряжают током не более 5 ампер. Как правило, для этого хватает автомобильной лампочки, которую подключают к выводам АКБ. При достижении напряжения у АКБ 10В, аккумулятор снова полностью заряжают малым током. Такую процедуру повторяют до тех пор, пока время разряда не станет долгим. Не стоит пытаться реанимировать аккумулятор после 5 попыток — если результат вас не устраивает, то лучше данный аккумулятор сдать в утиль.

Аккумулятор это химический источник тока, для исправной работы которого должны протекать определенные химические процессы. В процессе разряда аккумулятора, серная кислота «прилипает» к отрицательному электроду, образуя нерастворимый сульфат свинца, оставл

Очень часто от продавцов в автомагазинах можно услышать рекомендации о гибридных аккумуляторах. Так что же такое гибридный аккумулятор? Гибридный аккумулятор для автомобиля внешне не отличим от других кислотных аккумуляторов, не считая обозначения на этик

В жигулевскую эпоху завести одну машину от другой было в порядке вещей. А сейчас?

%TEXTAREA_VALUE

Сохранить Отменить

Ваш комментарий успешно добавлен и будет опубликован после просмотра модератором.

Сульфатация — Энциклопедия по машиностроению XXL

При сульфатации на пластинах образуется крупнокристаллический сернокислый свинец. Кристаллы затрудняют проникновение электролита внутрь активной массы пластин, в результате чего уменьшается их рабочая поверхность. Основным признаком этой неисправности является быстрое повышение напряжения и температуры электролита при зарядке батареи, плотность  [c.69]

Наиболее распространенными неисправностями аккумуляторов являются сульфатация, короткое замыкание пластин и трещины  [c.47]

К основным неисправностям аккумуляторной батареи, возникающим в процессе эксплуатации, относятся ускоренный саморазряд, короткое замыкание разноименных пластин, сульфатация, коробление пластин, трещины в баке и окисление выводных штырей.  [c.134]

Сульфатация пластин. В результате длительного хранения разряженных батарей с электролитом, понижения уровня электролита, эксплуатации сильно заряженной батареи, применения повышенной плотности электролита, сильного разряда батареи на пластинах вместо обычного сернокислого свинца образуется слой крупных кристаллов сернокислого свинца, который не растворяется в электролите и изолирует оставшуюся часть активной массы от соприкосновения с электролитом. При значительной сульфатации пластин аккумуляторная батарея становится непригодной к употреблению. Признаком сульфатации пластин является ускоренный заряд и разряд батареи.  [c.134]

Левая, 1-я снизу сульфитация сульфатация  [c.943]

После намазки пластины подвергают прессовке, сушке, предварительной сульфатации или специальной обработке. Цель такой обработки заключается в уплотнении пасты, обеспечивающем прочность активной массы и достаточную связь ее с решеткой во время и после формовки.  [c.27]

Сульфатация наблюдается также в аккумуляторах с низким уровнем электролита. При этом плотность электролита повышается, а оголенная часть пластин покрывается сульфатом. Если в аккумулятор длительное время не доливают электролит, активная масса начинает постепенно сползать вниз, так как электролит большой плотности размягчает активную массу, превращая ее в жидкую кашицу.  [c.41]

Чтобы избежать чрезмерной сульфатации, необходимо не оставлять батарею в разряженном состоянии больше 24 ч поддерживать уровень электролита на 10— 15 мм выше верхней кромки пластин не допускать глубоких разрядов батареи и очень частых и быстрых разрядов током большой величины не применять электролита выше указанной инструкцией плотности не допускать загрязнения электролита не свойственными ему примесями, особенно вредными.  [c.41]

Сульфатация. Загрязнение электролита  [c.43]

Сульфатация увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора, из-за чего напряжение на зажимах будет слишком низким, и приборы автомобиля, требующие тока значительной силы, работать не смогут. Чтобы избежать сульфатации, аккумуляторную батарею следует поддерживать в полностью заряженном состоянии и не допускать ее разрядки больше чем иа половину е.мкости.  [c.111]

Коробление и разрушение пластин происходит при длительном перезаряде, повышении плотности и температуры электролита, замерзании электролита и его загрязнении, сильной сульфатации пластин, слабом креплении батареи в гнезде.  [c.417]

Не следует допускать чрезмерного понижения уровня электролита вследствие того, что верхние кромки пластин при этом оголяются и под воздействием воздуха подвергаются сульфатации, а это приводит к преждевременному отказу в работе аккумуляторной батареи. Для восстановления уровня электролита необходимо доливать только дистиллированную воду.  [c.244]

Хранить батарею в разряженном состоянии категорически запрещается, так как это приводит к сульфатации пластин и полной потере работоспособности батареи.  [c.245]

Плотность электролита зависит от времени года и района, в котором эксплуатируется автомобиль. В центральных районах плотность электролита в летнее и зимнее время установлена 1,27 г/см, в южных — 1 г/см, в районах Крайнего Севера зимой ее увеличивают до 1,31 г/см, а летом уменьшают до 1,27 г/см, что в первом случае предохраняет батарею от замерзания, а во втором — от ускоренного разряжения и сульфатации ее пластин. (Приведенные плотности даны для полностью заряженных аккумуляторных батарей при температуре электролита 20 °С.)  [c.101]

III. Наиболее вероятными причинами сульфатации пластин являются. .. и. .. электролита.  [c.174]

IV. Сульфатация пластин аккумуляторной батареи сопровождается. ..  [c.174]

Во избежание сульфатации пластин необходимо после каждого пробега автомобилем 1000—1500 км, но не реже чем через 10— 15 дней, а в жаркое время года через 5—6 дней проверять и восстанавливать уровень электролита. Уровень электролита обычно понижается вследствие непрерывного испарения из электролита воды, особенно при повышенной температуре воздуха, а также при зарядке аккумуляторной батареи во время работы двигателя.  [c.209]

Если срок хранения аккумуляторной батареи больше трех месяцев, то, кроме указанного в пункте 1, следует произвести через 3 месяца контрольно-тренировочный цикл. В том случае, когда нри разрядке окажется емкость меньше 90% от номинальной, необходимо провести повторный контрольно-тренировочный цикл. При повторном получении пониженной емкости батарею надлежит снять с консервации, так как она имеет повышенную сульфатацию. Если же емкость оказалась равной 90% или выше, то производят зарядку в две ступени и хранение батареи продолжается.  [c.167]

Вредная сульфатация является бичом в аккумуляторном хозяйстве и всегда следует помнить, что только правильный уход может предупредить ее появление. Удаление же крупнокристаллического сернокислого свинца из активной массы пла-  [c.168]

Какие меры предупреждают появление вредной сульфатации  [c.170]

Наличие вредной сульфатации распознается не только по пониженной емкости аккумулятора, но и по повышенному внутреннему сопротивлению. При зарядке сульфатированного аккумулятора напряжение на его зажимах сразу достигает 2,9 в и в течение 6—8 часов оно понижается до 2,2 в, после чего вновь постепенно повышается до 2,6 в. Обильное газовыделение в сульфатирован-ном аккумуляторе появляется раньше, чем в исправном кроме того, у первого температура электролита быстро повышается.  [c.170]

При текуш ем ремонте производят замену поврежденной мастики новой, замену поврежденных пробок в наливных отверстиях, наплавку выводных штырей, потерявших номинальный размер и их маркировку + или —, а также устранение вредной сульфатации, если она не проникла в глубину активной массы  [c. 172]

Восстановление работоспособности аккумуляторов, подвергнутых вредной сульфатации, осуш,ествляется следующими способами.  [c.173]

При более глубокой сульфатации зарядку с дистиллированной водой производят 3—4 раза, чередуя их с разрядкой.  [c.173]

Трехщеточные генераторы повышают величину зарядного тока к концу зарядки батареи, в связи с чем срок службы пластин сокращается. Увеличение тока вызывает бурное кипение электролита, т. е. происходит разложение воды на кислород и водород, газы выделяются в атмосферу, содержание воды в электролите уменьшается, и уровень его в аккумуляторах понижается. Вследствие повышения концентрации электролита и обнажения верхних частей пластин происходит быстрая сульфатация их.  [c.218]

Поэтому признаком сульфатации является быстрая зарядка аккумулятора (электролит кипит) и быстрая разрядка. Причинами сульфатации являются  [c.57]

Неисправности аккумуляторной батареи. К неисправностям относят ускоренную коррозию решеток положительных пластин, короткие замыкания внутри отдельных аккумуляторов, сульфатацию, разрушение активной мас-сь1, повышенный саморазряд.  [c.134]

Сульфатация пластин проявляется в том, что поверхность пластин покрывается белым налетом крупных кристаллов сернокислого свинца, трудно растворимых в электролите. Эти кристаллы плохо проводят ток, вследствие чего зарядить батарею с сульфатирован-ными пластинами током нормального заряда становится невозможным из-за быстрого повышения температуры электролита. Чаще всего сульфатация является результатом эксплуатации батарей с пониженным уровнем электролита. Среди других причин сульфатации можно отметить применение электролита повышенной плотности, загрязнение электролита вредными примесями, а так-  [c.135]

Небольшую сульфатацию можно устранить продолжительными зарядами батареи током, не превышающим 4% от ее номинальной емкости, при малой (1,05) плотности электролита. Сильно сульфатированные пластины восстановлению не поддаются.  [c.136]

В до X— при 80°С в смеси 14% h3SO4, 457о сульфата аммония, 8% органических кислот и остальное вода для химически чистого предварительно сульфатированного свинца Укп = 0,01 мм/год, а без предварительной сульфатации Укп — — 0,20 мм/год.  [c.401]

Не следует держать на самолете разряженную или полуразряженную аккумуляторную батарею, так как это делает невозможным автономный запуск авиадвигателей, отрицательно сказывается на самой аккумуляторной батарее (вредная сульфатация, переполюсовка элементов), значительно сокращается срок ее службы.  [c.231]

Неисправности аккумуляторной батареи. При эксплуатации в аккумуляторных батареях могут возникать следующие основные неисправности повышенный саморазряд, окисление полюсных штырей, трещины в мастике, сульфатация пластин, короткое замьжание.  [c.69]

Снимают аккумуляторную батарею. При плотности электролита, соответствующей норме (1,25), хорошо заряженную батарею лучше хранить на морозе (вплоть до —40° С) — это уменьшает саморазряд и сульфатацию. Если мотоцикл будет храниться в отапливаемом помещении при температуре примерно не ниже 5°, то шины приводят в полуспущенное состояние и разгружают от веса мотоцикла, т. е. поднимают его на подставке при хранении мотоцикла в неотапливаемом помещении и низкой температуре зимой шины рекомендуется снять, вложить в них слегка накачанные камеры и хранить в прохладном, лучше темном помещении.  [c.106]

Аккумуляторная батарея. Основные неисправности батареи разряд и саморазряд, короткое замыкание пластин при выпадении активной массы. Кроме того, в результате понижения, а также длительного хранения аккумулятора без дозаряда возможна сульфатация пластин, хотя вероятность ее в современных конструкциях батарей при нормальном уровне электролита значительно снижена. Выпадение активной массы приводит также к понижению емкости батареи. В процессе эксплуатации возникают трещины стено.. батареи, происходит снижение уров ня электролита и его плотности.  [c.189]

Железо-никелевые аккумуляторы вследствие высокой прочности пластин и корпуса не боятся. толчков и сотрясений, и их электролит не выделяет при заряде вреднодействующих паров. Они удовлетворительно работают при температурах от —20 до -f40° , способны выносить короткие замыкания и перегрузки, не требуют тщательного ухода при эксплуатации, не подвержены явлениям сульфатации, и срок их службы больше, чем у свинцовых.  [c.32]

Надежность работы аккумулятора зависит от состояния пластин, и поэтому в первую очередь необходимо беречь пластины от чрезмерной сульфатации. Чрезмерная сульфатация получается главным образом в результате постоянных, систематических недозарядов, глубоких разрядов, длительного пребывания аккумуляторов в разряженном состоянии, применения слишком высокой концентрации электролита, работы при повышенной температуре и частых длительных зарядов и разрядов сильными токами. Сульфатация при глубоком разряде происходит неравномерно, кристаллы увеличиваются в размерах и покрывают частички неиспользованной активной массы, закупоривая поры между ними. В этом случае сульфатация становится чрезмерной. При заряде такой чрезмерно сульфатированной батареи переход сульфата в активные вещества вследствие плохой электропроводности значительного количества сульфата, закупорившего большую часть пор, делается очень затруднительным, а иногда даже невозможным. Во время слишком глубокого разряда сульфатация может достичь такой степени, что пластины придут в негодность. Объем  [c.40]

Потеря электролита вследствие повреждения сосудов элементов Сульфатация пла-СТИН вследствие систематических недо-зарядов или длительного хранения аккумуляторов в незаряженном состоянии Ко р откое 3 а мыка -нне  [c.43]

Сульфатация — насыщение пор и поверхности активной массы крупными кристаллами сернокислого свинца РЬ504 (сульфатом) белого цвета. Сульфатация происходит при частых глубоких разрядах, систематическом недозаряде батарей, соприкосновении с воздухом частей пластин, не покрытых электролитом, при саморазряде пластин местными токами, при их коротком замыкании и увеличенной плотности электролита. Признаками сульфатации являются быстрый разряд и снижение напряжения батареи под нагрузкой, особенно при пуске стартером. Сульфатацию частично можно устранить путем специального заряда батареи. Сильно сульфатированные пластины не восстанавливаются.  [c.417]

Если же аккумуляторная батарея снята с автомобиля, то для оценки ее исправности необходимо также проверить напряжение батареи под большой нагрузкой, чтобы убедиться в отсутствии внутренних дефектов аккумуляторов сульфатации пластин, короткого замыкания пластин и др. Чтобы искусственно создать нагрузку, приблизительно соответствующую нагрузке при включении стартера, применяют так называемую нагрузочную вилку . Нагрузочная вилка состоит из двуг металлических штырей, соединенных между собой нагрузочным сопротивлением между штырями включен вольтметр. У наиболее распространенной нагрузочной вилки НВ-2 сопротивление 0,01 ам, что позволяет разряжать каждый аккумулятор током около 150 а вольтметр показывает напряжение аккумулятора при данной нагрузке.  [c.213]

Одной из особенностей применения реле-регулятора в цепи источников тока (генератора — аккумуляторной батареи) является возможность создать достаточно хороший режим подзарядки аккумулятора. Однако срок службы аккумуляторной батареи сущест-вeн o меняется в зависимости от напряжения, поддерживаемого регулятором напряжения. Исследования, проведенные в научно-исследовательском аккумуляторном институте (НИАИ), показывают, что с увеличением напряжения сверх нормы на 0,5 в уменьшается срок службы аккумуляторной батареи на 20—25%, так как систематический перезаряд батареи вызывает быстрое разрушение положительных пластин. В то же время даже длительное хранение или эксплуатация не полностью заряженной аккумуляторной батареи, хотя и недопустима по отмеченным выше причинам, не приводит к сульфатации пластин.  [c.218]

Если батарея снята с работы на 2—3 месяца, ее хранят в заряженном состоянии и производят раз в месяц подзарядку током второй ступени режимом второй зарядки. Длительность подзарядки должна быть такой, чтобы в течение 4 часов удельный вес электролита и напряжение на зажимах оставались постоянными. Проверку качества зарядки производят после часового перерыва, путем включения вновь на зарядку-током второй ступени. Если появится обильное газовыделение в течение первых двух минут после включения, то зарядка произведена полностью. В противном случае необходимо продолжать зарядку в течение 2 часов и после часового перерыва вновь произвести проверку. Такая зарядка называется десульфатационной, т. е. служит для удаления вредной сульфатации.  [c.167]

Уход за свинцовыми аккумуляторными батареями. Кислотные или свинцовые аккумуляторные батареи требуют систематического ухода, который обусловливается, помимо прочих причин, явлением вредной сульфатации пластин. При разрядке аккумулятора, как уже ранее указывалось, образуется сернокислый свинец в виде мелких кристаллов, которые при зарядке легко преобразуются в перекись свинца на положительных пластинах и в губчатый свинец на отрицательных. В тех случаях, когда аккумулятор длительное время остается в полузаряженном или в разряженном состоянии, кристаллы сернокислого свинца увеличиваются и покрывают пластины слоем большей или меньшей толщины. Это явление обычно и называют вредной сульфатацией аккумулятора. Явление это вредное, так как сульфатированные пластины теряют способность вновь принимать заряд, в связи с чем емкость аккумулятора понижается. Внутреннее сопротивление сульфатированного аккумулятора сильно повышается, и это не позволяет получить ток стартерного режима.  [c.168]

Неисправности свинцовых аккумуляторных батгфей и их причины, в свинцовых аккумуляторных батареях встречаются следующие неисправности потеря емкости, вызываемая вредной сульфатацией, большим саморазрядом или же выпадением активной массы из решеток пластин, а также обрывом одной или нескольких пластин от бареток. Кроме того, в аккумуляторах может иметь место разрушение решеток пластин, разрушение сепараторов или потеря пористости их, коробление пластин и их замыкание, нарушение электрического контакта между штырем баретки и межэлементной перемычкой, обрыв выводных штырей, повреждение стенок и крышек бака, появление трещин и отставание заливочной мастики. При неисправности одного из аккумуляторов батареи может иметь место перенлюсовка его пластин.  [c.170]

При глубокой сульфатации применяют вместо дистиллированной воды 5-процентный раствор глауберовой соли или 10-процентный раствор сернокислого магния. В этих случаях десульфатация происходит быстрее, чем с дистиллированной водой. Однако при наличии древесных сепараторов после десульфатации необходима замена их новыми, что возможно сделать только в разобранном аккумуляторе.  [c.173]

Капитальный ремонт. Перед разборкой аккумуляторной батареи необходимо произвести разрядку ее десятичасовым режимом до напряжения 1,70 е на аккумулятор. Если этого не сделать, то вынутые пластины будут интенсивно окисляться воздухом, сильно нагреются, и после сборки аккумулятора с такими пластинами будет происходить быстрое выпадение активной массы, а также усилится вредная сульфатация. В том случае, если в ремонте нуждается только один из аккумуляторов батареи, можно его пластины вынуть, не разряжая, но обязательно вынутый блок пластин погрузить в сосуд с водой или электролитом.  [c.173]

В разобранном аккумуляторе поверхностную сульфатацию иногда удаляют скребком или стальной щеткой. Однако этот способ требует ольщой осторожности при выполнении и для удобства очистки требует не только удаления сепараторов, но и разборки на полублоки, что можно сделать при снятых крышках.  [c.174]

Основные неисаравности аккумуляторных батарей. Сульфатация пластин. При разрядке аккумуляторной батареи двуокись свинца РЬОг игубчат й свинец РЬ переходят в сернокислый свинец (сульфат) РЬЗО, который в виде микроскопических кристалликов насыщает поры поверхностных слоев активной массы пластин. При зарядке эти кристаллики разлагаются и снова образуют двуокись свинца и чистый свинец. Но если сульфат покрыл пластины в виде крупных кристаллов, образуется сплошной слой белого цвета, который изолирует активную массу пластин от электролита, и пластина, покрытая сульфатом, в химической реакции не участвует, т. е. не принимает заряд.  [c.57]

---

Сульфатация — Справочник химика 21

    Среди теоретических обоснований процессов, протекающих в свинцовом аккумуляторе, наиболее вероятной является теория двойной сульфатации, согласно которой при разряде активные вещества на обоих электродах превращаются в сульфат свинца. Этот процесс выражается суммарной реакцией [c.62]

    Накопление сульфата объясняют также адсорбцией на нем поверхностно-активных веществ, затрудняющих его растворение и участие в зарядном процессе. Образование адсорбционного слоя на сульфате свинца идет постепенно, поэтому хранение разряженного аккумулятора способствует более глубокой сульфатации.  [c.69]

    Одним из доказательств правильности теории двойной сульфатации служит термодинамический расчет э.д.с. аккумулятора. Чтобы воспользоваться для расчета уравнением [c.63]

    Для обеспечения нормальной работы аккумуляторов при составлении электролита следует применять химически чистую аккумуляторную кислоту и дистиллированную воду. Недопустимо применение технической серной кислоты и грунтовой или дождевой воды, стекающий с железных крыш. Эти жидкости содержат примеси железа, меди, хлора и других компонентов, которые вызывают саморазрядку и сульфатацию аккумуляторов. При отсутствии дистиллированной воды можно применять чистую дождевую воду (снег), собранную в керамическую, стеклянную или пластмассовую посуду. [c.167]

    На установку поступает отходящий газ из конденсатора серы 11-ой каталитической ступени лроцесса производства элементной серы с содержанием сероводорода от 0,3 до 3% об. с температурой 150°С и давлением 1,5 атм. Для обеспечения постоянной концентрации сероводорода при минимальном содержании в отходящем газе диоксида серы, процесс производства элементной серы ведут с недостатком воздуха на термической ступени [62]. Недостаток кислорода в реагирующем газе приводит к снижению содержания диоксида серы в отходящем газе и благоприятно сказывается на режиме работы катализатора (снижается его сульфатация) [63]. [c.192]

    Теория двойной сульфатации [c.62]

    Экспериментально изучена кинетика сульфатации образцов оксида алюминия, используемых в качестве катализатора в реакции Клауса, и определена количественная корреляция между сульфатацией и удельной поверхностью и содержанием железа в катализаторе. Атомы железа, находящиеся на поверхности структурных ячеек Y-Al O (тип — шпинель) и доступные действию окислителей и восстановителей, могут изменять свою валентность, т.е. могут служить донорами или акцепторами электронов, не образуя при этом отдельной фазы, а оставаясь в структуре шпинели. На основании этого предложен механизм процесса сульфатации [7]. [c.155]

    Залитые электролитом аккумуляторы хранят только в заряженном состоянии (во избежание сульфатации). [c.99]

    Избыток кислорода нарушает стехиометрическое соотношение HjS SO2 = 2 1 кроме того, способствует образованию сернистого ангидрида SO3, который дезактивирует катализатор, образуя А12(804)з, т.е. происходит сульфатация катализатора. [c.96]

    Эффективность работы установок Клауса сильно зависит от используемого катализатора, т.е. от его активности, устойчивости к сульфатации и способности ускорять реакции гидролиза OS и Sj. Важным показателем является механическая прочность, так как наличие пыли увеличивает гидравлическое сопротивление реактора и снижает производительность установки. [c.97]

    При использовании чистого оксида алюминия во шикают трудности, связанные с дезактивацией катализатора вследствие сульфатации его поверхности и воздействия влаги. С увеличением влагосОдержания от 5 ДО 35% конверсия сероводорода снижается в 2- [c.65]

    Аккумулятор с сульфатированными пластинами обладает большим внутренним сопротивлением и трудно поддается заряду. При длительном хранении аккумулятора, заполненного электролитом, во избежание сульфатации пластин его необходимо регулярно подзаряжать. [c.69]

    Сульфатация аккумуляторных пластин. При длительном хранении с электролитом разряженных (полностью или частично) аккумуляторов кристаллы сульфата свинца рекристаллизуются и укрупняются. Кроме того, количество сульфата свинца увеличивается за счет саморазряда. Зарядить аккумулятор с пластинами, покрытыми крупнокристаллическим РЬ504 (засульфатированные), [c.489]

    Поскольку серная кислота при разряде расходуется как на положительном, так и на отрицательном электродах, то описанные процессы в аккумуляторах называют теорией двойной сульфатации. Теоретически на 1 А ч получаемого в аккумуляторах количества электричества требуется 3,66 г Н25 04 4,46 г РЬОа й 3,86 г РЬ. [c.355]

    Причиной сульфатации является в основном несвоевременная зарядка разряженных аккумуляторов. Если напряжение свинцового аккумулятора стало близким к предельному, т. е. 1,8 в на каждую банку, и зарядка не производится хотя бы в течение одних суток, не говоря уже об опозданиях, исчисляемых днями и неделями, то, безусловно, начнется отложение сульфата. Особенно бурпо образуется сульфат при переполюсовке аккумулятора. [c.407]

    Технология приготовления пасты отрицательного электрода, как и сама намазка пластин, аналогичны описанным выше для положительной пластины. Аналогичны и меры предосторожности при работе с пастой. Равномерно пастированные и хорошо уплотненные пластины можно не сушить. После взвешивания нх погружают в бак для пропитки, сульфатации и последующего формирования. [c.216]

    Теория двойной сульфатации хорошо подтверждается экспериментами и термодинамическими расчетами. [c.478]

    Необратимой сульфатацией активных масс. [c.489]

    Для устранения накопления сульфата свинца рекомендуют сменить электролит аккумулятора на дистиллированную воду и заряжать величиной тока в 4 раза меньшей, чем обычная. Заряд прекращают, когда концентрация электролита перестает повышаться. Такой способ лечения дает положительные результаты. если сульфат свинца накопился в результате систематических недо-разрядов батареи или ее длительного хранения с электролитом, В конце срока службы, когда появляются внутренние замыкания, снять сульфатацию обычно не удается. [c.495]

    Дерягин Б. В., Ку саков М. М. Экспериментальное исследование по сульфатации поверхностей в применении к построению математической теории устойчивости лиофильных коллоидов — Изв. АН СССР , серия химическая,. 1937, № 5, с. 1120—1149. [c.193]

    Сульфатация пластин проявляется в образовании на электродах плотной белой корки сульфата — аккумулятор не принимает заряд. Причиной является рекристаллизация сульфата свинца при хранении аккумулятора в разряженном состоянии. В связи с этим аккумулятор не рекомендуют хранить в разряженном состоянии периодически его необходимо подзаряжать. [c.89]

    Однако не следует увлекаться байпасированием большого объёма газа. Чем больше количество байпасированного газа, тем выше температура в конверторе (рис. 5.8), что приводит к увеличению количества оксидов азота — и трехоксида серы в продуктах сгорания. Последняя при гидролизе образует серную кислоту, которая снижает активность катализатора за счет его сульфатации. Количество оксида азота и ЗОз в газах особенно увеличивается при температурах свыше 1350 °С. [c.143]

    При эксплуатации свинцовых аккумуляторов наблйДйЮТСЯ нежелательные явления, приводящие к уменьшению емкости и ресурса коррозия решеток и оплывание активной массы положительного электрода саморазряд отрицательного электрода сульфатация пластин. [c.87]

    Что такое сульфатация катализатора Способы снижения сульфатации. [c.272]

    Избыток кислорода в технологическом газе перед вторым конвертором приводит к сульфатации катализатора в результате образования трехокиси серы, которая соединяется с алюминием, входящим в состав катализатора. Сульфаты снижают активность катализатора. Сульфатация — обратимый процесс, она возрастает с повышением кислорода, понижением концентрации сероводорода и снижением температуры. [c.348]

    Токообразующие процессы, лежащие в основе уравнения (9.18), отвечают теории двойной сульфатации Гладстона и Трайба. По этой [c.202]

    Наряду с указанными причинами снижения активности катализаторов в реакции Клауса, большую роль играет также так называемая сульфатация оксида алюминия и хемосорбция SOj, Особенно значительно сульфатация снижает активность алюмооксидных катализаторов в низкотемпературных процессах, используемых для проведения реакции при температурах ниже точки росы серы (Сульфрен, СВА, Максисгшф) [7]. [c.155]

    Таким образом, при всех достоинствах у-А1зОз как носителя катализатора для процесса Клауса, как катализатор этого процесса он имеет существенный недостаток — резкое снижение активности в процессе эксплуатации за счет вышеперечисленных причин -сульфатация, гидратирование поверхности, термическая деструкция. [c.156]

    В последнее время просматривается перспектива развития разработки катализаторов на основе анатазной формы диоксида титана (Т ). Катализаторы на основе диоксида титана обладают очень высокой устойчивостью к сульфатации, а также высокой активностью в реакции гидролиза С08 и даже в присутствии кислорода. [c.156]

    А нельзя ли совместить высокую прочность и высокую удельную поверхность алюмооксидного катализатора и высокую химическую активность и стойкость к сульфатации титаноксидного катализатора  [c.156]

    Необратимая сульфатация пластин при нормальном уходе за аккумулятором наступает редко. Как правило, она сопутствует появившемуся короткому замыканию, когда трудно зарядить аккумулятор, и у него создается повышенный саморазряд. Необратимая сульфатация может появиться также при очень длительном хранении аккумулятора с электролитом без подзаряда или в разряженном состоянии. Заключается необратимая сульфатация в том, что РЬ504 покрывает активную массу толстым слоем в виде крупных кристаллов. При заряде они медленно растворяются в электролите, у поверхности активной массы не хватает ионов свинца для заряда, начинает выделяться газ. Рекомендуют в этом случае заливать аккумулятор водой для увеличения растворимости РЬ804 и заряд вести током малой плотности. Однако эти меры могут помочь только после устранения короткого замыкания, если оно имело место. [c.366]

    Катализатор загружают в реактор двумя слоями первый слой — катализатор АМ (7-А120з, пропитанный сульфатом железа с целью защиты основного катализатора от кислорода во избежание его сульфатации) и второй слой — основной катализатор СК-4-6 (активированный 7-А12О3). [c.114]

    Сульфатация пластин. При систематическом недозаряде и хранении аккумулятора в разряженном состоянии в нем возможен нежелательный процесс сульфатации пластин. Последняя выражается в постепенном превращении мелких реакционноспособных кристаллов сульфата свинца в крупнокристаллический сульфат, образующий на поверхности корку, плохо проницаемую для электролита. Такая перекристаллизация происходит за счет изменения энергии Гиббса кристаллов, которая снижается при укрупнении кристаллов. [c.69]

    При заряде аккумулятора этот процесс протекает справа налево. ЭДС свинцового аккумулятора достигает 2,1 В. Это одно из наиболее высоких значений ЭДС для водных растворов. Основные недостатки свинцового аккумулятора — малая удельная емкость (на единицу массы) и сравнительно небольшой срок службы главным образом из-за постепенной сульфатации электродов (неполного превращения РЬ504 в РЬ и РЬОг при заряде аккумулятора). Значительное распространение имеют также щелочные —же- [c.261]

    Уравнение токообразующего процесса лежит в основе теории двойной сульфатации, согласно которой именно сульфат свинца является продуктом разрядной реакции на обоих электродах. Имеются следующие подтверждения этой теории фазовый анализ начальных и конечных продуктов, содержащихся в активных массах точные измерения изменений концентрации Н2504 при разряде и при заряде соответствие между собой экспериментальных и расчетных значений ЭДС соответствие экспериментального значения температурного коэффициента ЭДС дЕ 1дТ) р и рассчитанного на основании термодинамических данных. [c.86]

    В до X— при 80°С в смеси 14% Н2504, 457о сульфата аммония, 8% органических кислот и остальное вода для химически чистого предварительно сульфатированного свинца Укп = 0,01 мм/год, а без предварительной сульфатации Укп — — 0,20 мм/год. [c.401]

    В отличие от известного процесса Суперклауса фирмы omprimo , основанного на базе процесса Клауса с модификацией системы управления, воздух на окисление подается непосредственно в топку -подогреватель ТП-3, что позволяет обеспечить полное сгорание топливного газа и снизить риск закоксовывания катализатора. Количество подавамого воздуха корректируется в зависимости от содержания сероводорода в газах из конденсатора серы второй ступени. В отличие от стандартного процесса Клауса, который ведется при стехиометрическом соотношении h3S и SO2 (2 1), на первой и второй каталитических ступенях процесс ведется с избытком сероводорода. Избыток сероводорода позволяет добиться полной конверсии SO2 в серу на каталитических ступенях Клауса и снизить до минимума содержание последнего в газах, направляемых на третью каталитическую ступень. Кроме того, в избытке сероводорода гидролизуются сернистые соединения углерода ( S2 и OS), которые, образуются на термической ступени, если в кислом газе присутствуют углеводороды, а также значительно снижается сульфатация катализатора реакции Клауса. [c.19]

    Фирмой Компримо в сотрудничестве с другими предприятиями разработан процесс — Суперклаус. В новом процессе модифицирована система управления и введена стадия прямого селективного окисления НзЗ, отходящего с конечного конвертора, до серы в присутствии специального катализатора. Степень извлечения серы достигает 99-99,5%. К основным преимуществам процесса Суперклаус следует отнести также отсутствие сточных вод, увеличение продолжительности активности и срока службы катализаторов в результате предотвращения сульфатации при работе в среде, обогащенной Нз5. [c.257]

    Сульфатация пластин заключается в отложении на их поверхности сернокислого натрия, плохо проводящего ток. Сульфат нмеет вид светло-серого пятна, сильно напоминающего плесень, но постепенно разрастающегося и охватывающего все большую поверхность (рис. 303). Непосредственно заметить это можно лишь в аккумуляторах, имеющих стеклянные сосуды. Обычным ириз 1аком образования сульфата является уменьшение емкости аккумулятора, становящееся с течением времени все более и бо- [c.406]

---

Сульфатион — обзор | ScienceDirect Topics

3.2 Смешанные системы диоксида церия и диоксида циркония

Затем было исследовано сульфатирование модельных катализаторов диоксида церия и диоксида циркония для оценки зависимости состава от свойств адсорбции серы. Системы были исследованы с идентичными экспериментальными параметрами, использованными для характеристики модельных систем, содержащих только оксид церия.

Спектры Оже были нормализованы относительно перехода церия MNN (661 эВ), а площадь, связанная со свернутым переходом цирконий / сера, была рассчитана с помощью численных процедур.Площадь перехода чистого циркония была вычтена из кривой цирконий / сера, и разница была приписана количеству хемосорбированных частиц серы. Из-за фонового сигнала, свойственного оже-спектрометру, сигнал отклонялся от положительного к отрицательному, причем величина отклонения зависела от состава. В результате разница в площадях может быть как положительной, так и отрицательной, в зависимости от анализируемой системы. Однако важным фактором при анализе является не то, является ли площадь положительной или отрицательной, а, скорее, величина различия.Разность площадей, равная нулю, указывает на отсутствие поверхностной серы, тогда как площадь со значительной величиной указывает на заметное количество адсорбированных разновидностей серы.

Был выполнен экспериментальный план и численно оценены данные Оже. Процедура анализа включала применение методов численного интегрирования по трем уникальным областям для оценки мелких характеристик пиков Оже. Первоначальный анализ, выполненный в диапазоне 20 эВ от максимума пика, позволяет полностью учесть особенности переходов циркония и серы, в то время как диапазон 15 эВ ограничивает дополнительную площадь, несущественную для извилистой особенности.Окончательный анализ показал анализ в диапазоне 12 эВ от минимума пика, чтобы прояснить особенности пика, связанные со сверткой. Процедуры анализа должны выделять аналогичные зависимости, хотя абсолютные значения будут отличаться в зависимости от диапазона интеграции.

Анализ оже-спектров указывает на относительную нечувствительность адсорбции серы к температуре, аналогичную наблюдениям, отмеченным при анализе модельного катализатора только на основе оксида церия. Как указывалось ранее, отсутствие заметных температурных зависимостей можно объяснить минимальными температурами восстановления и окисления оксидов церия [15].Из-за отсутствия заметных температурных зависимостей данные были усреднены как функция температуры и учтены как зависимость от давления. Зависимость давления от степени адсорбции серы четко видна как функция модельного состава катализатора.

Данные, полученные при давлении 1000 Торр (5 ppm SO ₂ / N ₂ ), предполагают значительную зависимость степени сульфатирования от состава (рис. 2). В частности, система 90 ат.% Продемонстрировала значительное количество хемосорбированных поверхностных форм серы.Это наблюдение согласуется с наблюдениями, отмеченными при анализе сульфатирования модельных катализаторов, содержащих только оксид церия. Однако промежуточный диапазон составов был относительно нечувствителен к адсорбции серы, в то время как высокие концентрации циркония указывали на небольшое возрождение адсорбированных разновидностей серы. Это говорит о том, что системы, богатые церием, предпочтительно сульфатируются при высоких давлениях (1000 Торр).

Рис. 2. Сульфатирование церия-диоксида циркония при 1000 Торр 5 ppm SO ₂ / N ₂

Кроме того, было рассчитано отклонение, связанное с усреднением результатов независимых анализов температуры.Хотя нет определенной тенденции в отношении температуры, величина отклонений может указывать на относительную чувствительность к температуре. Величина статистического отклонения увеличивается с уменьшением концентрации церия в диапазоне составов от 80 ат.% Церия до чистого диоксида циркония (ZrO ₂ ). Это говорит о том, что системы со значительными количествами циркония более восприимчивы к сульфатированию в условиях сильно изменяющейся температуры окружающей среды.

Анализ степени сульфатирования был расширен для характеристики зависимости давления.Характеристики модельных систем включали сульфатирование при общем давлении 1 Торр (5 x 10 ^{— 6} Торр SO ₂ ) с идентичными температурными и композиционными соображениями. Численный анализ характеристик Оже представлен в зависимости от состава на Рисунке 3. Подобно анализу модельных катализаторов из диоксида церия и циркония при высоком давлении (1000 Торр), степень сульфатирования при низком давлении (1 Торр) не продемонстрировала заметных различий. тенденция в отношении температуры.Это может быть связано с минимальными температурами восстановления и окисления церия [15]. В результате точки данных при уникальных температурах были усреднены и было оценено отклонение. Данные свидетельствуют о значительной зависимости степени сульфатирования от состава (рис. 3). Анализ показывает относительно небольшое количество хемосорбированной поверхностной серы для систем с высокими концентрациями церия (80–90 ат.% Церия). Количество поверхностной серы значительно увеличивается при снижении концентрации церия до 25 ат.% церия. Это прямо противоречит наблюдениям, полученным при анализе сульфатирования при 1000 торр. В целом это говорит о том, что системы, богатые цирконием, селективно сульфатируются при низких давлениях (1 Торр). Эти зависимости наблюдаются независимо от диапазона численного интегрирования, что служит для подтверждения процедуры анализа.

Рис. 3. Сульфатирование диоксида церия-циркония при 1 Торр (5 ppm SO ₂ / N ₂ )

Для сравнения также было рассчитано отклонение, связанное с усреднением результатов независимых анализов температуры.Хотя нет определенной тенденции в отношении температуры, величина отклонений может указывать на относительную чувствительность к температуре. Величина статистического отклонения постоянна в пределах неопределенности, связанной с процедурой численного анализа. Хотя это и не однозначно, это говорит о том, что системы оксид церия-циркония нечувствительны к колебаниям температуры в отношении степени сульфатирования.

Сульфатирование и сульфотрансферазы 5: важность 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфата (PAPS) в регуляции сульфатирования

Сульфатирование — это перенос сульфатной группы от 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфата (PAPS) на субстрат, который катализируется семейством ферментов сульфотрансфераз.Многие различные эндогенные и ксенобиотические молекулы являются субстратами для сульфотрансфераз; сульфатирование влияет на множество различных физиологических процессов, включая: 1) дезактивацию и биоактивацию ксенобиотиков, 2) инактивацию гормонов и катехоламинов, 3) структуру и функцию макромолекул и 4) устранение конечных продуктов катаболизма. PAPS — это облигатный косубстрат, который синтезируется в тканях, чтобы сделать доступной «активированную форму» сульфата для реакции сульфатирования. Участие PAPS в реакции зависит от его доступности, которая, в свою очередь, зависит от его синтеза, разложения и, в конечном итоге, от его использования в самой реакции сульфатирования.Синтез PAPS зависит от доступности сульфата и от активности двух ферментов его синтеза, АТФ-сульфурилазы и APS-киназы. Хотя кинетические свойства этих двух ферментов хорошо описаны, их регуляция in vivo до конца не изучена. Сульфатирование — это высокоаффинный ферментативный процесс с низкой производительностью, при котором все содержание PAPS в печени может быть потреблено менее чем за 2 минуты. АТФ-сульфурилаза и APS-киназа могут быстро синтезировать дополнительные PAPS. Низкая способность сульфатирования у крыс связана с ограниченной доступностью сульфата, тогда как у мышей сульфотрансферазы, по-видимому, ограничивают способность сульфатирования.Скорость сульфатации не так легко повысить, но ее можно уменьшить. 2,6-Дихлор-4-нитрофенол ингибирует фенолсульфотрансферазы, но не гидроксистероид-сульфотрансферазы. Однако сульфатирование фенолов и гидроксистероидов может быть уменьшено за счет факторов, снижающих доступность сульфатов, таких как диета с низким содержанием сульфатов, другие сульфатированные ксенобиотики и молибдат, который ингибирует всасывание сульфатов в кишечнике, реабсорбцию почек и включение сульфатов в PAPS.

Химическое сульфатирование малых молекул — достижения и проблемы

1.Введение

В отчете 1876 года Ойген Бауманн описал выделение кристаллического «фенол-образующего» вещества из мочи лошади и показал, что это вещество связано с m — и p -фенолсульфоновыми кислотами. Позже это вещество было идентифицировано как фенилсульфат калия и было обнаружено, что он практически нетоксичен, поскольку 2,6 г можно вводить кроликам без каких-либо неблагоприятных последствий. Бауман также заметил, что фенол, катехол и индол в значительной степени выводятся из организма в виде ковалентно связанных сложных эфиров серной кислоты при введении собакам и / или пациентам.Это, по-видимому, первый отчет о детоксикации фенола и родственных ароматических молекул, и он подчеркивает новаторскую работу Ойгена Баумана в области химии и биохимии сложных эфиров сульфатов. ¹ Сложные эфиры сульфатов в настоящее время признаны модуляторами ряда важных физиологических и патологических процессов.

Nature, по-видимому, использует сульфатирование эндогенных и экзогенных молекул в основном для двух целей, включая усиленное выведение во избежание потенциальной токсичности и индукцию специфических клеточных или бесклеточных реакций.Сульфатированные молекулы также могут служить резервуарами биоактивных веществ, которые высвобождаются при гидролизе, опосредованном сульфатазой.

Сульфатирование ксенобиотиков — важный механизм удаления потенциально токсичных веществ из нашего организма. ² Метаболическое сульфатирование или более подходящее сульфирование происходит в цитозоле под действием одной из сульфотрансфераз и 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфата (PAPS), который отдает активированную сульфонатную группу (SO ₃ ^— ) к акцепторной спиртовой, фенольной или аминогруппе. ³ Это придает молекуле анионный характер, тем самым улучшая ее экскреционные свойства, чтобы избежать возможных побочных эффектов.

Еще более интересным является использование по существу аналогичного механизма для индукции определенного биологического ответа. Этот механизм включает сульфатирование биологических молекул, особенно углеводов, с образованием уникальных сульфатированных лигандов. Ферменты, которые катализируют эти биотрансформации, представляют собой сульфотрансферазы, то есть углеводные сульфотрансферазы, которые играют важную роль в передаче клеточных сигналов, адгезии и некоторых других функциях. ^{4 — 6} . Ключевым примером является сиалил Льюис X, для которого сульфирование в положении 6 его компонентов N -ацетилглюкозамина и галактозы усиливает распознавание лектинов C -типа ( L -селектин) (), таким образом опосредуя рекрутирование лейкоциты в ткани. ⁷ Сульфатированный тирозин участвует в высокоаффинном связывании гликопротеинового лиганда-1 P-селектина (PSGL-1) с P-селектином, ^{8 — 11} , который играет важную роль в провоспалительном ответе.Точно так же сульфатирование тирозина на N-конце хемокинового рецептора CCR5 облегчает проникновение вируса иммунодефицита человека-1 (ВИЧ-1) в клетки-хозяева. ¹² Наконец, в классе уникальных молекул, генерируемых биосинтетическим сульфатированием, специфические последовательности, присутствующие в полимерном гепарине / гепарансульфате (H / HS), являются изобретением природы. ^{13 , 14} Сконструированные последовательности, например, последовательности HS, связывающие антитромбин и гликопротеин D (), обладают исключительной специфичностью в отношении своих белков-мишеней, прежде всего из-за трехмерного созвездия их ключевых сульфатных групп (- ОСО ₃ ^— ). ^{15 — 18}

Показано, что структуры эндогенных сульфатированных лигандов участвуют в генерации специфических физиологических или патологических реакций

Сульфатные группы, выделенные синим цветом (Sialyl Lewis X и DEFGH), как известно, необходимы для взаимодействия с мишенью. белки. Такие сульфатные группы не были точно идентифицированы для октасахарида гликопротеина D.

Помимо вышеуказанных метаболических и биосинтетических применений, сульфатирование является важным механизмом регулирования биоактивности определенных молекул.Например, стероидные сульфаты могут не функционировать как гормоны, но, по-видимому, служат предшественниками активных стероидов, которые образуются в результате гидролиза сульфатной группы на основе сульфатазы. Появляется все больше свидетельств того, что внутриклеточное сульфатирование и десульфатация играют важную роль в регулировании доступности активных стероидных гормонов вблизи участков-мишеней. ¹⁹

Хотя многие взаимодействия сульфатная группа — белок в основном неспецифичны, то есть не требуют уникального «фармакофора» для вызова биологического ответа, известно, что несколько взаимодействий управляются специфическим распознаванием одной или нескольких сульфатных групп. .Основная причина специфичности или ее отсутствия — природа сил, доминирующих во взаимодействии. Электростатическое взаимодействие, присутствующее в чисто анионно-катионной точечной паре, является ненаправленным и, следовательно, неспецифическим (). Напротив, взаимодействие водородных связей, которое может присутствовать между двумя сильно электроотрицательными или ионными точками, окружающими атом водорода, является направленным взаимодействием, ответственным за создание специфичности. Система тромбин-гепарин включает несколько сульфатных групп, взаимодействующих с несколькими остатками аргинина и лизина.Тем не менее, система считается неспецифической, потому что основной вклад в сродство возникает из-за электростатических сил. ^{20 , 21} С другой стороны, система гепарин пентасахарид DEFGH — антитромбин () очень специфична, поскольку неионные силы, такие как множественные водородные связи, вносят основной вклад в свободную энергию связывания. ^{22 — 24} Интересно отметить, что сульфатная группа может вводить как специфические, так и неспецифические взаимодействия, и в этом заключается проблема модуляции сульфатно-белкового взаимодействия.

Взаимодействие сульфатной группы (групп) с положительно заряженными азотсодержащими группами

A) Взаимодействие основывается исключительно на ионных зарядах двух групп. Это взаимодействие определяется как взаимодействие кулоновского типа и происходит в более широком диапазоне по сравнению с другими атомными взаимодействиями. Он изотропен и не имеет геометрических ограничений. B) Взаимодействие между Lys или Arg с одной или несколькими сульфатными группами может сэндвич с атомом H, что приводит к образованию водородной связи.Эта водородная связь может не быть линейной, но обеспечивает достаточную энергию для инженерной специфичности распознавания. Стехиометрия взаимодействия здесь может составлять 1: 1 или 1: 2 на атом азота. C) Для аргинина возможна линейная геометрия Н-связи, генерирующая значительную энергию связи и большую специфичность распознавания. Стехиометрия взаимодействия здесь 1: 1. Геометрия C) ожидается наиболее стабильной.

Крупным планом сайт связывания гепарина в антитромбине

Структура ко-комплекса была получена из PDB (имя файла «1e03»).Зеленая лента показывает антитромбин, а пурпурный — сайт связывания гепарина. Пентасахарид DEFGH показан в виде шариков и клюшек. Обширные взаимодействия между антитромбином аргинином и лизинами с множественными сульфатными группами DEFGH создают взаимодействие с высокой аффинностью и высокой специфичностью. Считается, что большая часть неионной энергии связи, участвующей во взаимодействии гепарин-антитромбин, возникает из-за взаимодействия типа водородной связи с сульфатными группами. Рисунок модифицирован из Desai UR. Med. Res. Rev. 2004; 24: 151–181).

Растущее значение природных сульфатированных лигандов, моносульфатированных или полисульфатированных, придает такое же значение соответствующим образом сконструированным, неприродным, сульфатированным каркасам. Например, Тамура и Нишихара сообщают о стереоселективном синтезе сульфатированных производных гликозилсерина как о механистических пробах, позволяющих лучше понять механизм сортировки, который происходит на начальных этапах биосинтеза гликозаминогликанов (ГАГ). ²⁵ Точно так же изостеры тирозинсульфата CCR5 были разработаны как инструменты для понимания проникновения ВИЧ-1. ²⁶

Еще одно важное применение разработанных сульфатированных каркасов — это агонисты / антагонисты биологических процессов. Например, несколько больших и малых ароматических миметиков H / HS, включая сульфатированные флавоноиды ^{27 , 28} , бензофураны ²⁹ , изохинолины ³⁰ и сульфатированные дегидрополимеры лигнинового типа ^{31 , 32} были разработаны для модуляции функции белков свертывания крови, таких как антитромбин, тромбин и фактор Ха.Дизайн таких высокосульфатированных неприродных молекул предполагает большую возможность открытия новых сульфатированных неуглеводных фармацевтических агентов. Аналогичным образом, литература по углеводам изобилует многочисленными сообщениями о синтезе неприродных олигосахаридов, содержащих одну или несколько сульфатных групп. ^{16 , 33} Из них по крайней мере один олигосахарид, фондапаринукс, поступил в клинику для лечения тромбоза глубоких вен.

Хотя сульфатирование, по-видимому, является одностадийной реакцией, химический синтез малых сульфатированных молекул является сложной задачей.Введение сульфатной группы резко изменяет физико-химические свойства небольшой молекулы. Почти все сульфатированные молекулы растворимы в воде, что затрудняет их выделение в очень чистой форме. Распространенной проблемой является присутствие неорганических солей, доля которых обычно выше в небольших синтетических масштабах ³⁴ и которые приводят к значительным несоответствиям. Другой проблемой является лабильность сульфатных групп к кислым условиям и высоким температурам. ^{35 , 36} Дополнительной проблемой является отсутствие маневренности после введения сульфатной группы.Некоторые превращения функциональных групп могут быть успешно выполнены в присутствии сульфатной группы, что по существу вынуждает при разработке схемы синтеза включать сульфатирование в качестве конечной стадии. Эти сложности геометрически возрастают для полисульфатированного каркаса. Хотя теоретически синтетический подход для моносульфатированного каркаса должен быть легко распространен на полисульфатированный каркас, на практике это синтетический кошмар из-за генерации значительно более высокой плотности отрицательного заряда. ³⁷ Основная задача — довести реакцию до завершения, чтобы сульфатировать все доступные реакционноспособные функциональные группы (например, ROH или PhOH). По мере увеличения количества спиртовых / фенольных групп на небольшом каркасе сульфатирование становится все более трудным из-за анионного скопления, что приводит к многочисленным частично сульфатированным побочным продуктам. ³⁴ Наконец, можно ожидать, что отсутствие региоселективности станет доминирующей проблемой для полифункциональных субстратов.

Учитывая растущее значение сульфатированных природных, а также ненатуральных каркасов, мы рассматриваем наиболее широко применяемые протоколы химического сульфатирования.Реакция химического сульфатирования — древняя реакция, и недавние разработки пытаются сделать ее более «удобной для пользователя». Тем не менее, для получения плодов значительных улучшений в понимании биологии сложных эфиров сульфатов необходимо серьезное усовершенствование технологии.

2. Подходы к химическому сульфатированию

2.1 Сульфатирование с использованием серной кислоты

Литература показывает, что сульфатирование проводилось с серной кислотой (H ₂ SO ₄ ) в начале 20 ^{-х годов} века. ³⁸ H ₂ SO ₄ может непосредственно сульфатировать алкены и циклоалкены при умеренных температурах и умеренных давлениях. Механически получается продукт Марковникова. H ₂ SO ₄ также сульфатирует насыщенные одноатомные спирты, хотя образование воды в реакции приводит только к 65% выходу сульфатного эфира из эквимолярных концентраций кислоты и спирта. ³⁹ Добавление избыточной кислоты, удаление воды с помощью дистилляционной установки Динса-Старка и CCl ₄ , добавление сульфата бора (дегидратирующий химикат) и сульфатирование в вакууме были предприняты для увеличения выхода. ³⁸

Многоатомные спирты, например полиэтиленгликоль, глицерин и поливиниловый спирт, и полисахариды, азотистые и неазотистые, сульфатированы с использованием H ₂ SO ₄ . Хотя H ₂ SO ₄ может сульфатировать целлюлозу в мягких условиях, например 5 ° C в CH ₂ Cl ₂ или при -10 ° C в жидком SO ₂ , рекомендуется преобразовать его в аддукт бис- (2-хлорэтил) эфира, менее реакционноспособную форму, с 1, 2-дихлорэтан в качестве растворителя. ⁴⁰ Другие подходы в этом направлении работы, такие как использование SO ₂ в качестве замедляющего растворителя, также были исследованы. ⁴¹

Модифицированной формой серной кислоты, используемой для сульфатирования, является сульфаминовая кислота (H ₂ NSO ₃ H), которая использовалась для синтеза сульфатов насыщенных одноатомных спиртов и сульфатов углеводов. Поскольку он менее реакционноспособен и более дорогой, чем другие сульфатирующие агенты, это реагент, который нужно исследовать, когда другие не справляются. Сульфатирование длинноцепочечных первичных спиртов сульфаминовой кислотой дает низкие выходы и продукты темного цвета.Тем не менее конденсаты фенольного этиленоксида предпочтительно сульфатируются сульфаминовой кислотой. ⁴² Катализаторы, такие как пиридин, мочевина, тиомочевина и ацетамид, были использованы для улучшения результатов сульфатирования длинноцепочечных вторичных спиртов и моно- и диэфиров глицерина. Сообщается, что целлюлоза разрушается при нагревании только с сульфаминовой кислотой, но в присутствии мочевины удовлетворительное сульфатирование происходит при 140 ° C за 30 минут. ⁴⁰ Несмотря на его полезность для сульфатирования простых спиртов, которые доступны в изобилии, основными проблемами сульфатирования на основе H ₂ SO ₄ являются многочисленные побочные реакции, включая дегидратацию, неселективное сульфатирование и разрушение каркаса.

2.2 Сульфатирование, опосредованное дициклогексилкарбодиимидом

Первое сульфатирование алифатических / алициклических спиртов с использованием дициклогексилкарбодиимида (DCC) и H ₂ SO ₄ было описано Mumma в 1966 году (). Спирту, DCC и H ₂ SO ₄ давали возможность реагировать в фиксированном соотношении 1: 5: 1, соответственно, в ДМФА при низкой температуре (~ 4 ° C) в течение примерно 15 минут. Было обнаружено, что порядок добавления реагентов важен, когда к DCC добавляют спирт, за которым следует H ₂ SO ₄ .Предлагаемый механизм включает образование сольватированного протонированного промежуточного соединения DCC-H ₂ SO ₄ () с последующей нуклеофильной атакой спиртовой группы на атом серы с образованием сложного эфира моносульфата и дициклогексилмочевины.

Реакция показала зависящую от концентрации региоселективность в отношении спиртов. В разбавленных условиях сульфатируются только беспрепятственные гидроксильные группы, в то время как более высокие концентрации приводят к персульфатированным продуктам. ^{43 , 44} Например, в разбавленных условиях фенольная группа эстрона или эстрадиол-17β-ацетата не могла быть сульфатирована, тогда как в случае эстрадиола и кортикостерона был получен только один ³⁵ S-меченый продукт. предполагая, что алифатические беспрепятственные 1 ° или 2 ° спирты предпочтительно сульфатированы. ⁴⁴ Сходным образом сульфатирование метил α- и β-d-галактопиранозидов и 4- O -β-d-галактопиранозил-3,6-ангидро-1-галактозидиметилацеталь привело в основном к 6- O -сульфатный продукт. ⁴⁵ Пространственная масса комплекса DCC-H ₂ SO ₄ , вероятно, уменьшит доступность реагента для стерически затрудненных гидроксильных групп.

Универсальность этого протокола была проверена путем сульфатирования других функциональных групп, включая фенолы, меркаптаны, амины и оксимы.Эти группы можно сульфатировать с достаточно хорошими выходами, используя по существу идентичный протокол с небольшими модификациями. Тем не менее, эти функциональные группы обычно требуют более высокой концентрации реагентов. ⁴⁴

Этот протокол также использовали для O -сульфатирования октапептида холецистокинина без защиты боковых цепей аминокислот. Максимальный выход 40% может быть достигнут только при 4-кратном избытке H ₂ SO ₄ и 40-кратном избытке DCC, что подчеркивает существующие проблемы.Очищенный сульфатированный октапептид 1 был активен в стимуляции секреции амилазы фрагментами поджелудочной железы крысы, и аминокислотный анализ подтвердил сульфатирование остатка тирозина в пептиде. ⁴⁶ Аналогичным образом остаток тирозина синтетического додекапептида, созданный как имитатор гирудина, сульфатировали методом DCC-H ₂ SO ₄ . Сульфатированный имитатор гирудина показал на порядок более высокую ингибирующую активность в традиционных анализах свертывания, активированном частичном тромбопластиновом времени (APTT) и тромбиновом времени. ⁴⁷

Хотя протокол DCC-опосредованного сульфатирования дает хорошие выходы моноалкилсульфатов, образование относительно нерастворимой дициклогексилмочевины затрудняет прямое выделение сульфатированного продукта. Для растворения дициклогексилмочевины требуются довольно большие объемы метанола, особенно во время колоночной хроматографии на ДЭАЭ-целлюлозе. ⁴⁸ Чтобы облегчить выделение, были исследованы несколько производных карбодиимида. Ароматические производные карбодиимидов обычно давали низкие выходы конечного сульфатированного продукта в отличие от производных с алифатическими группами.Наилучшие выходы были отмечены с 1-циклогексил-3- (2-морфолиноэтил) карбодиимид метил- p -толуолсульфонат 2 , который высвобождает более растворимое в воде производное карбодиимида. Параллельно исследовали условия реакции с использованием ТГФ, диоксана и спиртов в качестве растворителей. Хотя моноалкилсульфаты были основными продуктами с ТГФ и диоксаном, было получено много нежелательных побочных продуктов, и реакции были неконтролируемыми. Когда спирты использовались как в качестве растворителя, так и в качестве реагента, образовывались моно- и диалкилсульфаты. ⁴⁹

2.3 Сульфатирование с использованием комплексов триоксида серы и амина

Основа DCC / H ₂ SO ₄ не поддается сульфатированию для многих чувствительных каркасов, учитывая сильную кислотность серной кислоты, в то время как прямое сульфатирование спиртовой или фенольные группы, использующие триоксид серы (жидкость или газ), чреваты другими многочисленными проблемами, включая полимеризацию и сложность обращения с SO ₃ . ⁴³ Таким образом, SO ₃ предпочтительно используется в качестве аддукта с молекулами, содержащими амин, амид, простой эфир или фосфат.Эти органические комплексы относительно легко приготовить, барботируя газ SO ₃ в раствор предпочтительного органического основания или добавляя основание к суспензии SO ₃ -органики; ⁵⁰ твердые при комнатной температуре; и относительно стабильны при высоких температурах. Эти комплексы использовались для сульфатирования различных каркасов, содержащих спиртовые, фенольные, аминные, тиоловые и другие функциональные группы. Комплексы SO ₃ с органическими основаниями, включая пиридин (Py), триметиламин (NMe ₃ ) и триэтиламин (NEt ₃ ), или амиды, такие как ДМФ, обычно находят широкое применение. ^{51 — 55}

Комплексы NMe ₃ и NEt ₃ с SO ₃ , по-видимому, хорошо подходят для сульфатирования спиртовых групп, присутствующих в углеводах, стероидах и алифатических или алициклических каркасах. Например, Kakiyama et al. сообщает о химическом синтезе 3β-сульфоокси-7β-гидрокси-24-нор-5-холеновой кислоты 3 в качестве внутреннего стандарта для масс-спектрометрического анализа аномальных Δ ⁵ -бильных кислот, возникающих при болезни Ниманна-Пика. ⁵⁶ Моносульфатированный стероид был синтезирован с выходом 76% с использованием 5 эквивалентов комплекса SO ₃ -NMe ₃ на группу –ОН в сухом пиридине при комнатной температуре в течение 1 часа. Другим примером является синтез 2-сульфатированной формы α-1-идуронат гликозидов с использованием 1,5 эквивалента SO ₃ -NMe ₃ на группу -ОН в сухом ДМФ при 55 ° C в течение 24 часов. ⁵⁷ Был приготовлен длинный ряд стероидных сульфатов с использованием комплекса SO ₃ -NEt ₃ , в котором наблюдалось селективное сульфатирование беспрепятственных гидроксильных групп при комнатной температуре, а нагревание до 70-95 ° C приводило к сульфатированию затрудненных гидроксильных групп. алкогольные группы. ⁵⁸ Полигидроксистероиды также были сульфатированы с использованием 1,5 эквивалента SO ₃ -NEt ₃ на гидроксильную группу при 95 ° C. ⁵⁹ Высокосульфатированные производные β-d-глюкопиранозида были синтезированы с различными выходами 22–86% с комплексом SO ₃ -NMe ₃ при 70 ° C в сухом ДМФ. ⁶⁰

Каркасы, основанные на фенольных структурах и содержащие более кислые -ОН-группы, по-видимому, лучше сульфатируются комплексами SO ₃ с более слабыми основаниями, такими как пиридин и ДМФ.Дополнительные соображения также играют роль, включая стабильность полученной четвертичной соли, легкость очистки продукта и простоту получения сульфатирующего комплекса. Например, было бы предпочтительно сульфатировать тирозин в нейтральных или слабощелочных условиях. Fujii и др. . сообщить SO ₃ -Py-комплекс как более подходящий сульфатирующий агент, чем ацетилсульфат пиридиния для сульфатирования тирозина. ⁶¹ Тем не менее, сульфатирование с помощью SO ₃ -Py, как известно, приводит к значительному окрашиванию, а комплекс SO ₃ -Py плохо растворяется в воде или эфире, что затрудняет обработку.Futaki и др. . сообщают, что сульфатирование Boc-тирозин-OH комплексом SO ₃ -DMF (соотношение 1: 5) при 25 ° C дает на 20% более высокие выходы, чем комплекс SO ₃ -Py в аналогичных условиях. ДМФ является более слабым основанием, чем пиридин, что означает, что частичный положительный заряд на атоме серы комплекса SO ₃ -ДМФ будет больше, чем у комплекса SO ₃ -Py. Таким образом, вероятно, что нуклеофильная атака на комплекс SO ₃ -ДМФ будет более благоприятной, что приведет к более высоким выходам. ⁶²

SO ₃ -Py-комплекс наиболее часто используется для сульфатирования углеводных каркасов. Popek et al. получили 2,3: 4,5-ди- O -изопропилиден-β-d-фруктопираноза-1-сульфат 4 с использованием комплекса SO ₃ -Py при 55 ° C с выходом ~ 80%. ⁶³ Другим представительным примером является синтез 2-сульфатов глюкозы и галактозы, в котором также используется комплекс SO ₃ -Py при комнатной температуре в течение 20 — 36 часов. ⁶⁴ Аналогичным образом, для синтеза пентасахарида гепарина и его производных наиболее часто использовались комплексы SO ₃ -NMe ₃ и SO ₃ -Py. ^{16 , 65 , 66} В одном протоколе O -сульфатирование выполнялось одновременно в пяти положениях (блок D: 6-OSO ₃ ^— , блок F: 3 и 6 -OSO ₃ ^— , блок G: 2-OSO ₃ ^— , блок H: 6-OSO ₃ ^— ) с выходом 85% с использованием 2.5 эквивалентов на –ОН комплекса SO ₃ -NMe ₃ (). После O -сульфатирования было достигнуто тройное N -сульфатирование с 3 эквивалентами комплекса SO ₃ -Py на группу –NH ₂ с выходом 63% (блок D: 2-NSO ₃ ^— , Блок F: 2-NSO ₃ ^— , блок H: 2-NSO ₃ ^— ). Интересно отметить, что тройное N -сульфатирование было достигнуто в H ₂ O при pH 9,5 в присутствии экспонированных групп –OH, что указывает на большую региоселективность в распознавании аминогрупп ().В недавнем отчете достигается одновременное сульфатирование в семи положениях (блок D: 6-OSO ₃ ^— , блок F: 2, 3 и 6-OSO ₃ ^— , блок H: 2, 3 и 6-OSO ₃ ^— ) для синтеза идрапаринукса в одну стадию с использованием избытка SO ₃ -NEt ₃ с выходом 93% (не показано), что следует рассматривать как достижение с точки зрения синтеза. ⁶⁷ Наконец, Талли et al. синтезировал тетрасахарид, несущий две сульфатные группы в положениях 4- и -6 единицы D-галактозамина (), минимальный структурный мотив в хондроитинсульфате, необходимый для стимуляции роста нейронов, с использованием 10 эквивалентов SO ₃ -NMe _{3 Комплекс} на группу –ОН в ДМФА при 50 ° C в течение 2 часов. ⁵⁴

Недавно был разработан протокол на основе микроволнового излучения для увеличения скорости сульфатирования фенольных структур, особенно с несколькими фенольными группами. ³⁴ Пер-сульфатирование небольших полифенольных каркасов обычно затруднено из-за анионной перенаселенности, а также из-за пониженной устойчивости высокосульфатированных продуктов к высоким температурам. Было высказано предположение, что микроволны могут вызвать значительное увеличение скорости, потому что сульфатированные промежуточные соединения могут связываться с микроволнами посредством ионной проводимости.Ацетонитрил вместо обычно используемого ДМФ использовался в качестве растворителя из-за его дружественности к микроволновому излучению и легкости испарения. Кроме того, было предложено присутствие свободного основания в реакционной смеси для ускорения сложной реакции пер-сульфатирования. Оптимальные результаты были достигнуты при использовании комплекса SO ₃ -амин (-NR ₃ или -Py, где R = Me или Et) в приблизительно 6-10-кратном молярном соотношении на фенольную группу в присутствии микроволн при 100 ° C. (). В этих условиях персульфатированные продукты могут быть выделены с выходом ~ 70–95%. ³⁴ Особого внимания заслуживает синтез переполненной 3,4,5-трисульфатированной структуры, которую практически невозможно выделить с помощью традиционных протоколов сульфатирования.

Сульфатирование с помощью микроволн открыло новые возможности для доступа к полисульфатированным органическим соединениям, имитирующим гликозаминогликаны. Этот протокол, по-видимому, допускает использование ряда функциональных групп, таких как амиды, сложные эфиры, альдегиды, а также алкены. Кроме того, высокий выход продуктов делает метод удобным для построения библиотеки сульфатированных соединений.Метод может быть применен единообразно к синтезу моногексасульфатированных соединений, что важно, учитывая, что отталкивающие внутримолекулярные силы, как полагают, ограничивают полисульфатирование, приводящее к смеси частично сульфатированных продуктов. Как спиртовые, так и фенольные гидроксильные группы могут быть одинаково хорошо сульфатированы с использованием комплекса SO ₃ -Py в качестве сульфатирующего агента. Этот метод, по-видимому, обеспечивает получение пер-сульфатированного продукта высокой чистоты с использованием одноступенчатой ​​водной фильтрационной колонки G-10.Этот метод особенно удобен для количественного выделения небольших количеств (<10 мг) пер-сульфатированных продуктов и может быть расширен. Недавно этот протокол был успешно применен в синтезе несахаридных аллостерических активаторов антитромбина. ³⁰ Применение микроволнового сульфатирования к аминам, тиолам и другим функциональным группам остается неизученным.

В отличие от вышеупомянутого сульфатирования с помощью микроволнового излучения, которое можно отнести к категории высокотемпературных реакций, катализируемых основными катализаторами, Крылов et al. недавно сообщили о низкотемпературной реакции сульфатирования, катализируемой кислотой. ⁶⁸ Общий протокол включает добавление комплекса SO ₃ -NEt ₃ к раствору полиспирта в ДМФА с последующим добавлением трифликовой кислоты (1,6–3,0 экв. / Группа OH) при -20 ° C. . Предлагаемый механизм заключается в том, что трифликовая кислота высвобождает SO ₃ из аминного комплекса in situ и устраняет необходимость в высоких температурах. Этот подход был полезен для пер- O -сульфатирования полиалкогольных каркасов и был использован для синтеза тетрасульфатированных форм лигнанов, изоларицирезинола и секоизоларицирезинола, пентасульфатированной формы флавоноида дигидрокверцетина, гексасульфатированной формы циклитола мио- неасульфатированная форма олигосахарида ().Выходы пер-сульфатированных продуктов были похвальными от 53 до 77% в зависимости от структуры реагента. ⁶⁸

2.4 Стратегии защиты / снятия защиты

Несмотря на успех стратегии прямого сульфатирования, синтез сложных молекул, содержащих несколько сульфатных групп, может оказаться сложной задачей. Нерастворимость сульфатированных молекул в органических растворителях и ограниченное развитие химических превращений на водной основе могут создавать значительные препятствия для синтеза сложных сульфатированных молекул.Кроме того, подозревается также кислотная стабильность сульфатированных молекул. ³⁶ Следовательно, растет интерес к разработке стратегий защиты / снятия защиты, в которых сульфатные группы вводятся в целевой каркас в замаскированной форме на промежуточном этапе. После соответствующих преобразований демаскирование сульфатной группы достигается путем простого снятия защиты. Это привлекательный подход, поскольку промежуточное соединение, содержащее замаскированный сульфат, обычно может быть очищено с использованием традиционных методов синтеза, подробно охарактеризовано с использованием стандартных спектроскопических инструментов и обычно устойчиво к более широкому диапазону превращений функциональных групп.

Пенни и Перлин описывают стратегию использования фенилхлорсульфата для введения замаскированного сульфата в моносахариды. ⁶⁹ Взаимодействие фенилхлорсульфата с 1,2: 5,6-ди- O -изопропилиден-α-D-глюкофуранозой () дает соответствующую сульфатированную форму с выходом 75%. Удаление фенильной группы осуществляли каталитическим гидрированием оксида платины в щелочных условиях. Важно отметить, что фенильная группа сначала пергидрируется до циклогексильной группы, которая подвергается циклоалкильному расщеплению с высвобождением циклогексанола и желаемой сульфатированной D-глюкофуранозы. ⁶⁹ Можно ожидать, что замаскированный промежуточный сульфат, фенилмоносахарилсульфатный диэфир, претерпит ряд превращений, включая селективный кислотный гидролиз, ацетолиз, деацетилирование и опосредованное фтором удаление триалкилсилильных заместителей, что может облегчить важные структурные модификации. Однако сообщения об использовании такой возможности в синтезе сульфатированных сахаридов в литературе ограничены. ⁷⁰ Вероятная причина этого состояния — низкий или непостоянный выход стадии снятия защиты.

Для устранения этого недостатка был разработан новый протокол, включающий 2,2,2-трифторэтильную защитную группу. ⁷¹ В этой стратегии трифторэтильная группа была введена путем обработки сульфатных моноэфиров углеводов 2,2,2-трифтордиазоэтаном, высокотоксичным и потенциально взрывоопасным агентом. После желаемых манипуляций со структурой углеводов трифторэтильную защитную группу удаляли с использованием трет-бутоксида калия при высокой температуре. Важно отметить, что условия демаскировки в обоих вышеупомянутых методах являются сильными, что может быть несовместимо с некоторыми чувствительными структурами.

Taylor и соавторы описали использование родственной группы, 2,2,2-трихлорэтильной (TCE) группы, в качестве предпочтительной защитной группы для синтеза арилсульфатов. ТХЭ-защищенные сульфатные эфиры могут быть получены с высокими выходами из исходных фенолов с 2,2,2-трихлорэтилхлорсульфатом (TCECS) в присутствии NEt ₃ . ⁷² Полученные в результате сложные эфиры арилдисульфата TCE могут быть легко сняты с защиты с превосходными выходами в нейтральных условиях с помощью Pd / C и формиата аммония или формиата цинка и аммония.Этот подход был успешно применен к синтезу производных сульфата эстрона, которые было трудно получить с помощью других методологий (). Условия деблокирования были несовместимы с функциональными группами, чувствительными к восстановителям. Промежуточный сложный диэфир сульфата был устойчив к сильной кислоте и слабому основанию, но реагировал с нуклеофилами или сильными органическими основаниями. Эта стратегия была использована Gunnarsson et al. для синтеза пер-сульфатированных флавоноидов, которые проявляют интересные свойства ингибирования фактора Ха () ⁷³

Вышеупомянутый протокол защиты TCE, по-видимому, не работает для некоторых углеводов.Реакция TCECS с диизопропилиден-D-глюкозой давала соответствующий хлоросахар в различных условиях. ⁷⁴ Чтобы избежать образования хлорсахара, в качестве сульфатирующего агента был выбран трифлат сульфурилимидазолия. Было высказано предположение, что замена хлоридной группы другой хорошей уходящей группой, не обладающей нуклеофильными свойствами, будет способствовать защите сахаридов на основе TCE. Реакция TCECS с имидазолом давала соответствующий сульфурилимидазол с выходом 86%, который при дальнейшей обработке метилтрифлатом приводил к количественному осаждению трифлата имидазолиния. ^{74 , 75} Используя этот агент в 2-5-кратном избытке по сравнению с сахаридом в присутствии N -метилимидазола, первичные и вторичные гидроксильные группы сульфатировались с хорошими или превосходными выходами при комнатной температуре в пределах 16– 48 часов (). Такие основания, как NEt ₃ , пиридин, 2,6-лутидин, пиперидин, оказались значительно менее эффективными. ⁷⁴

Как упоминалось ранее, с сахаридов, защищенных ТХЭ, можно снять защиту для образования сульфатированных углеводов с хорошими выходами, используя восстанавливающий агент на основе формиата цинка и аммония в метаноле. ⁷⁴ Разоблачение сульфатных групп также может быть выполнено с помощью Pd / C и восстановителя формиата аммония, однако выходы были ниже. Особым преимуществом этого метода было то, что неочищенный сульфатированный продукт был почти чистым с небольшими неорганическими примесями, которые можно было удалить, пропустив продукт через короткую колонку с диоксидом кремния. Сульфаты, защищенные ТХЭ, были стабильны во многих реакционных условиях, обычно встречающихся в химии углеводов, таких как ZnCl ₂ / опосредованное уксусной кислотой / уксусным ангидридом дебензилирование / ацетилирование, деацетилирование метоксидом натрия, раскрытие бензилиденового цикла трифторметансульфонилом или PhBCl ₂ в присутствии Et ₃ SiH и образование производного трихлорацетимидата с использованием каталитического DBU. ⁷⁴

Была сделана попытка объединить реакцию сульфатирования на основе ТХЭ с твердофазным пептидным синтезом (SPPS). Введение тирозина, защищенного TCE, в процесс SPPS оказалось хорошим началом. ⁷⁶ Защитная группа TCE выдерживает жесткую кислотную обработку, связанную с высвобождением синтезированного пептида из смолы, а также может быть легко удалена в мягких восстановительных условиях. Тем не менее, он не так устойчив к органическим основаниям, которые обычно используются для удаления защитной группы 9-флуоренилметоксикарбонила (Fmoc) во время SPPS, таким как пиперидин, морфолин или DBU.Ловушка вдохновила Али и др. для разработки родственной защитной группы, дихлорвинильной (DCV) группы (см. Соединение 5 ) для SPPS. DCV-защищенный тирозин может быть легко синтезирован, он может выдерживать широкий спектр реакций, в частности, опосредованное трифторуксусной кислотой высвобождение пептида и опосредованное 2-метилпиперидином снятие защиты с Fmoc. Кроме того, его можно удалить с помощью 10% Pd / C и H ₂ (газ) или формиата аммония в MeOH при комнатной температуре. Доказана эффективность этого метода в синтезе моносульфатированного гексапептида (выход 71%), трисульфатированного октапептида (выход 46%), моносульфатированного октапептида (выход 63%), дисульфатированного 22-мера (выход 58%) и тетрасульфатированного 20-мера. (Выход 39%). ⁷⁶

Симпсон и Видлански изучали алкилхлорсульфаты, особенно изобутил и неопентилхлорсульфаты, как защищенные формы сульфатов. ⁷⁷ В этом подходе были исследованы неопентильные и изобутильные группы в качестве сульфатзащитных групп. Сульфатные диэфиры, содержащие эти защитные группы, могут быть без особого труда синтезированы из исходных фенолов или спиртов и неопентил- или изобутилхлорсульфатов с высокими выходами (> 70%) путем нуклеофильного замещения иона хлорида.Было обнаружено, что неопентилированный сложный диэфир сульфата проявляет высокую стабильность к сильным кислотам и основаниям, что исключает эффективную стратегию защиты / снятия защиты. С другой стороны, изобутилированный сложный диэфир сульфата был предложен как устойчивый к сильным кислотам, но чувствительный к пиперидину. Селективные преимущества двух защитных групп включают способность противостоять условиям реакции защиты аминогруппы Fmoc и -трет--бутоксикарбонил (Boc). Эти две группы также выдерживают условия гидрогенолиза (Pd / C и H ₂ ) для снятия защиты с бензильных и бензилоксикарбонильных (Cbz) групп карбоновой кислоты и аминогруппы соответственно.Аналогичным образом, сложные диэфиры неопентил- и изобутилсульфата выдерживают кислые водные условия, что предполагает их применимость в синтезе сложных олигосахаридов, включающем стадии защиты / снятия защиты изопропилидена. Таким образом, в целом неопентил- и изобутилсульфатные защитные группы, по-видимому, обладают хорошими химическими свойствами для использования в синтезе углеводов и пептидов.

Снятие защиты с неопентильной и изобутильной групп может осуществляться нуклеофильной реакцией в апротонных полярных растворителях.В частности, небольшие нуклеофилы, такие как азид и цианид в горячем ДМФА (60–70 ° C), эффективны для количественного удаления неопентильной группы из защищенных диэфиров арилсульфата, в то время как деблокирование с помощью NaI в горячем ацетоне (55 ° C) эффективно для сложные диэфиры изобутилаллсульфата. Это условие, по-видимому, является проблематичным для диэфиров изобутиларилсульфата, поскольку иодид может замещать феноксид посредством нуклеофильной атаки на атом серы. Чтобы избежать этой проблемы, был разработан тиоцианат натрия в кипящем с обратным холодильником ацетоне в присутствии основания (NEt ₃ ). ⁷⁷

2.5 Окисление сульфитилированием и высвобождение

Трехступенчатая стратегия сульфатирования была разработана Хьюберсом и его сотрудниками на основе стратегии Гао и Шарплесса, которые сообщили о превращении вицинальных диолов в циклические сульфаты с помощью циклических сложных диэфиров сульфита. ⁷⁸ Протокол выполняется в мягких условиях и требует количества реагентов, близких к стехиометрическому. Первая стадия включает образование алкилэтилсульфитного производного исходного спирта, которое окисляется с использованием периодата натрия и хлорида рутения III до их сульфатных диэфирных форм.Затем намеченные моноэфиры сульфата высвобождали с высокими выходами с использованием йодида натрия при температуре окружающей среды (). ⁷⁹

Этот подход, известный как протокол сульфитилирования-окисления, дает несколько преимуществ. Все три стадии являются стадиями с высоким выходом, и их продукты в большинстве случаев требуют минимальной очистки. Было обнаружено, что сульфитные и сульфатные эфиры испытанных спиртов неполярны, стабильны и легко растворяются в органических растворителях, что позволяет проводить традиционную хроматографическую очистку.Эта стратегия, по-видимому, в целом применима, поскольку было обнаружено, что она хорошо работает с рядом различных алифатических и вторичных спиртов, диолов, сахаров и ароматических спиртов. Применимость этого протокола была продемонстрирована в синтезе тетранатриевой соли метил-2,3,4,6-тетра- O -сульфонато-β- D -глюкопиранозида. Это тетрасульфатированное соединение было синтезировано ранее с выходом 41% с использованием комплекса SO ₃ -NMe ₃ , тогда как применение протокола сульфитилирования-окисления и высвобождения дало общий выход 77%. ^{60 , 79}

Хотя этот протокол кажется многообещающим для синтеза высокосульфатных олигосахаридов, потенциал этилсульфитных эфиров в качестве предшественников сульфатов требует детального исследования, поскольку ацетилирование или силилирование, по-видимому, протекают хорошо, в то время как другие превращения, например, , бензилирование и деацетонирование привели к полному разложению. ⁷⁹

2.6 Региоселективное сульфатирование

Большинство реакций сульфатирования, о которых сообщалось на сегодняшний день, вращаются вокруг моносульфатирования или персульфатирования соответствующих реагентов.Однако с точки зрения метаболизма сульфатирование только выбранных спиртов или аминов из нескольких доступных было бы более актуальным и привлекательным. Хотя структурные свойства субстратов, такие как стерические ограничения, действительно вызывают некоторую селективность, были разработаны специальные инструменты для создания региоселективности в реакциях сульфатирования.

Хангерфорд и др. . сообщают о региоселективном сульфатировании стероидного каркаса, особенно в 3- и 16-положениях в присутствии нескольких гидроксильных групп, с использованием подхода на основе боронатного эфира. ⁸⁰ Сульфатированные стероиды C-3 и C-16 желательны в качестве стандартов для метаболитов анаболических стероидов, которыми обычно злоупотребляют в высококонкурентном мире спорта. Подход региоселективного сульфатирования использует образование 16β, 17β-боронатного эфира для введения сульфата по доступной гидроксильной группе. Для получения 16β-моносульфатированного стероида в 3-положение вводили ортогональную защитную группу, то есть TBDMS, с последующим окислительным удалением боронатного эфира и предпочтительным сульфатированием стерически более доступного 16β-положения в присутствии 17β-ОН с использованием SO ₃ -Py ().Используя эти две схемы, 3-моносульфатные и 16β-моносульфатные производные 3β, 16β, 17β-тригидрокси-17α-метил-5α-андростана были синтезированы с общим выходом 79 и 69% соответственно. ⁸⁰

Еще одним реагентом, который был исследован для региоселективного сульфирования полисахаридов, является триметилхлорсилан. Было показано, что этот реагент полезен в селективном синтезе либо С-6, либо С-2 сульфатированного ангидроглюкозного звена целлюлозы путем введения SO ₃ в связь –O-Si– триметилсилилцеллюлозы. ⁸¹ Механизм этой реакции инициируется нуклеофильной атакой, обеспечиваемой одним из атомов кислорода SO ₃ на электроположительный Si в целлюлозе, что приводит к образованию соответствующего сложного диэфира целлюлозы триметилсилилсульфата. Чтобы демаскировать сульфатную группу, основная обработка в метаноле расщепляет сложный эфир триметилсульфата, снова используя электрофильность атома Si. Сообщалось о нескольких факторах, объясняющих наблюдаемую селективность.Однако тип партнера SO ₃ в сульфатирующем комплексе и полярность –O-Si– в первую очередь определили место сульфатирования. Например, SO ₃ в комплексе с DMF предпочитает наименее стерически затрудненное положение, которым является C-6, тогда как SO ₃ в комплексе с NEt ₃ предпочитает наиболее полярное положение –O-Si–, то есть C -2 в полисахариде (). ⁸¹

Аналогичным образом было обнаружено, что региоселективный синтез 3’-сульфатированного сиалила Льюиса ^x из соответствующего 3 ’, 4’-диолтрисахарида 6 зависит от температуры ().Когда диол 6 сульфатировали комплексом SO ₃ -Py в ДМФ в течение одного часа при 0 ° C с последующей обработкой метоксидом натрия в метаноле, был получен соответствующий 4′-сульфатированный продукт 7 с общим выходом около 73%. С другой стороны, когда 6 сульфатировали при комнатной температуре, было обнаружено, что продукт представляет собой 3 ’, 4’-дисульфат 8 с общим выходом 66%. Для региоселективного синтеза 3’-сульфатированного производного 9 была введена дополнительная стадия защиты для блокирования 4’-положения с последующим сульфатированием при 0 ° C и снятием блокировки с 4-защитной группы (). ⁸²

Guilbert et al. сообщают об интересном примере региоселективного сульфатирования в синтезе сульфатированных олигосахаридов через с образованием станнильных комплексов. ⁸³ Предпочтительное образование станнильных комплексов цис- диолами было использовано для введения сульфатных групп в стерически менее доступные положения. Тиофениллактозид 10 был превращен в станниленацеталь оксидом дибутилолова, за которым следовало сульфатирование комплексом SO ₃ -NMe ₃ в диоксане с образованием 3′-сульфатированного лактозида 11 и 3 ‘, 6’- дисульфатированный лактозид 12 с выходами 76 и 10% соответственно ().В отсутствие станнильного комплекса образовывались 6- и 6’-моно- и дисульфатированные сложные эфиры, что указывает на склонность к нормальной реакции с образованием преимущественно сульфатных стерически беспрепятственных групп. Этот селективный метод также был использован в хемосинтетическом синтезе 3’-сульфо N -ацетиллактозаминида. Интересно, что региоселективность изменилась с мальтозидом, который предпочтительно давал 2’-сульфатированное производное. Региоселективность, по-видимому, возникает из-за повышенной реакционной способности 2’-гидроксильной группы.Кроме того, диокси-конфигурация C1’ – C2 ’ цис рядом с α-гликозидной связью, по-видимому, также вносит свой вклад, потому что β-гликозидная связь в лактозиде, по-видимому, способствует 3’-сульфатированию. ^{57 , 83}

Оксид дибутилолова нашел дополнительное применение в селективном 2- O -сульфатировании α-1-идуронат гликозидов, которые используются в качестве субстратов в анализе идуронат-2-сульфатазы, и Известно, что фермент играет важную роль в синдроме Хантера. ⁵⁷ Селективное 2- O -сульфатирование α-1-идуроната согласуется с предыдущими сообщениями о селективном 2- O -бензоилировании и ацетилировании моносахаридов и дисахаридов, соответственно, после обработки Bu ₂ SnO . Такая обработка приводила к образованию 2 ’, 4’-станниленовых ацеталей, которые способствовали региоселективному бензоилированию и ацетилированию в 2’-положении соответствующими хлоридами. ^{84 , 85} Как упоминалось ранее, это подчеркивает повышенную реакционную способность положения 2 в α-гликозидах.Наконец, сообщалось о селективном 4- O -сульфатировании ксилопиранозида, ксилобиозида и ксилотриозида с использованием SO ₃ -NMe ₃ . ⁸⁶ В нескольких сообщениях предложен механизм региоселективной реакционной способности ксилопиранозидов, опосредованной дибутилоловым оксидом, по отношению к электрофильным реагентам. Однако необходима дальнейшая работа, чтобы более точно прийти к удовлетворительному механизму предпочтительного распознавания в этих субстратах, чтобы реакция была более применимой.

2.7 Разные подходы

Хотя S — и P -сульфаты не распространены в синтетической практике, они могут быть достигнуты по существу с помощью тех же протоколов, которые обсуждались выше для O — и N -сульфатов. Например, сложные эфиры тиосульфата обычно можно получить реакцией тиола с комплексом SO ₃ в безводных условиях ⁸⁷ или, в меньшей степени, с H ₂ SO ₄ / DCC. ⁸⁸ Что касается синтеза сульфатофосфатов, то арилсульфатофосфаты относительно просты в приготовлении и были получены сульфатированием соответствующей арилфосфорной кислоты в безводном растворе с SO ₃ -Py ⁸⁹ или SO ₃ -DMF. ⁹⁰ С другой стороны, получение сульфатофосфатов нуклеозидов является более трудным из-за вероятности сульфатирования гидроксильных групп сахарного фрагмента. Аденозин-5′-сульфатофосфат был получен сульфатированием его исходного вещества с SO ₃ -Py в водной среде (выход 5%), ⁹¹ с SO ₃ -NEt ₃ в безводных условиях (60–75 % выхода) ⁹² , а также с H ₂ SO ₄ / DCC (выход 20-25%), что привело к интенсивному сульфатированию гидроксильных групп сахара. ⁹³

В некоторых случаях чувствительность исследуемого каркаса и доступность реагентов требуют изобретения нового протокола или реагента. Например, некоторые каркасы сульфатировали с использованием сульфата пиридиния / уксусного ангидрида. ⁹⁴ Опосредованное аскорбат-2-сульфатом окислительное сульфатирование ⁹⁵ и катализируемое Cu ²⁺ сульфатирование сообщалось для синтеза некоторых сульфатированных стероидов и углеводов. ⁹⁶ Наконец, большинство вышеперечисленных методов вводят сульфатную группу в существующую группу –OH.Напротив, персульфатное окисление Elb вводит сульфатную группу непосредственно в ароматическое кольцо путем обработки пероксидисульфатом в щелочных условиях. Окисление фенолов широко изучалось и, наиболее вероятно, включает нуклеофильную атаку резонансной формы p -карбанион феноксида на пероксидную связь в пероксидисульфат-ионе. ³⁸

Сульфатирование белков и гликопротеинов — Со и посттрансляционные модификации терапевтических антител и белков

Сульфатирование биомолекул — это посттрансляционная модификация (ПТМ), широко распространенная в природе.Сульфатированные биомолекулы встречаются как у растений, так и у животных. Сульфатирование, обнаруженное в биомолекулах, является результатом дериватизации гидроксильных групп или непротонированных аминогрупп с сульфурильными группами (–SO ₃ ). В биомолекулах сульфатирование — это ферментативная реакция, катализируемая сульфотрансферазами (SulT), которые локализованы в цитозоле, а также в компартментах Гольджи. В клетках млекопитающих соответствующие акцепторные молекулы для SulT также локализованы в цитозоле, а также в компартментах Гольджи.Эти акцепторные молекулы SulT включают ксенобиотики, нейротрансмиттеры, стероидные гормоны, белки, гликопротеины и гликозиламиногликаны.

Сульфатирование также является очень распространенным ПТМ, который происходит как с секретируемыми, так и с трансмембранно связанными белками и гликопротеинами. Сульфатирование Tyr является очень распространенной модификацией, и, по оценкам, до 1% всех остатков Tyr, присутствующих в белках, может быть сульфатировано в данном организме. Следовательно, сульфатирование тирозина может быть одним из наиболее распространенных ПТМ белков.Сульфатирование белкового тирозина (PTS) также является модификацией, катализируемой ферментами, при которой сульфогруппа от донора 3′-фосфоаденозин-5’фосфосульфата (PAPS) переносится на гидроксильную группу остатков Tyr с помощью трирозилпротеинсульфотрансфераз (TPSTs). Сульфатирование остатков тирозина происходит в основном в аппарате Гольджи, и, следовательно, секретируемые белки и внеклеточные белки, проходящие через компартменты Гольджи, могут сульфатироваться. Помимо сульфатирования Tyr очень часто сульфогруппа переносится на незаряженные аминогруппы белков.

В дополнение к сульфатированию тирозина и сульфатированию аминогруппы гликановые остатки некоторых гликопротеинов могут содержать модификации сульфата. Например, было показано, что некоторые гликопротеиновые гормоны содержат остатки гликана с сульфатным замещением. Кроме того, гликозаминогликаны (ГАГ), такие как хондроитинсульфат, дерматансульфат, гепарин, сульфат гепарина и т. Д., Также содержат остатки сульфатированного гликана.

Сульфатирование белков влияет на многие биологические процессы, включая передачу сигналов клеток, детоксикацию, регуляцию гормонов, молекулярное распознавание, проникновение вируса в клетки-хозяева и т. Д.Биологическое влияние сульфогруппы на белки может отличаться от влияния сульфогруппы на гликаны. Пока имеется не так много информации о сульфатировании рекомбинантных терапевтических белков (RTP) и моноклональных антител (mAb). Для анализа сульфатирования белков и гликопротеинов доступно множество высокочувствительных методов, включая радиоактивное мечение, секвенирование по Эдману, мечение аминокислот, картирование пептидов, масс-спектрометрию и т. Д. Эти методы кратко обсуждаются в этой главе.

Сульфатирование белкового тирозина: критическая посттрансляционная модификация у растений и животных

Сульфатирование белкового тирозина — это посттрансляционная модификация, ограниченная белками, которые проходят секреторный путь, который был впервые описан Беттельхеймом для бычьего фибринопептида B в 1954 году (1). Последующие новаторские работы группы Виланда Хаттнера (2, 3) и других охарактеризовали активность фермента, ответственного за реакцию, называемую тирозилпротеинсульфотрансферазой (TPST), которая катализирует перенос сульфата от 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфата к гидроксильной группе остатки пептидилтирозина с образованием тирозинового O ⁴ -сульфатного эфира.Субклеточная локализация ферментов в сети транс -Гольджи и их широкое распространение в тканях и клетках были хорошо задокументированы у животных, и было описано несколько десятков тирозин-сульфатированных белков, в основном животного происхождения, многие из которых играют важную роль. при воспалении, гемостазе, иммунитете и других процессах (2–4). Наконец, широкое признание получила общая важность сульфатирования тирозина белка в межбелковых взаимодействиях.

В 1998 году TPST-1 был очищен из печени крысы, и были идентифицированы кДНК TPST-1 мыши и человека (5).Позже в том же году было сообщено о втором изоферменте под названием TPST-2 (6, 7). Важно отметить, что ортологи TPST от многочисленных видов позвоночных и беспозвоночных легко идентифицируются на основе гомологии последовательности с ферментами мыши или человека. Однако, несмотря на присутствие тирозин-сульфатированных пептидов в растениях, о которых впервые было сообщено в 1996 г. (8), и секвенирование геномов нескольких растений, ортологи TPST растений не были идентифицированы. Эти наблюдения убедительно показали, что TPST в растениях имеют очень ограниченную гомологию последовательностей с таковыми в животном мире, и идентификация растительных TPST потребует некоторой тяжелой работы.

Подъем тяжестей был предоставлен Komori et al. и задокументировано в статье, опубликованной в этом выпуске PNAS (9). Они выполнили некоторые элегантные, старомодные работы по очистке белков и достигли 9100-кратного увеличения активности TPST с помощью аффинной хроматографии на колонке с пептидным субстратом с последующей хроматографией на гидроксиапатите. Предполагаемый TPST был затем идентифицирован фотоаффинным перекрестным связыванием как полипептид 62 кДа, и внутренняя пептидная последовательность была получена с помощью триптического расщепления в геле и масс-спектрометрии, из которой была выделена полноразмерная кДНК, которая кодирует предшественник полипептида из 500 остатков. (Инжир.1).

Рис.1.

Доменная структура TPST. TPST-1 и TPST-2 человека являются трансмембранными белками типа II схожего размера (370–377 остатков). Каждый из них имеет короткий N-концевой цитоплазматический домен, единственный трансмембранный домен (TM) и предполагаемый участок ствола из 40 остатков, за которым следует люминальный каталитический домен. Arabodopsis TPST представляет собой трансмембранный белок типа I с 500 остатками с N-концевым сигнальным пептидом (SP), состоящим из 24 остатков, просветным каталитическим доменом из 446 остатков, за которым следуют одиночный TM и короткий цитоплазматический домен.Возможные сайты N-гликозилирования изображены в виде ланцетов. HS6ST2, гепарансульфат 6- O -сульфотрансфераза 2.

Работа Komori et al. (9) идентифицирует несколько существенных различий между ферментной системой TPST у Arabidopsis (и, вероятно, других видов растений) и животных. Первое заметное отличие состоит в том, что TPST Arabidopsis является трансмембранным белком типа I, в отличие от всех TPST животного происхождения, имеющих трансмембранную топологию типа II (4).Предшественник включает N-концевой сигнальный пептид с 24 остатками, и предполагается, что зрелый полипептид будет иметь просветный каталитический домен из 446 остатков с шестью потенциальными сайтами N-гликозилирования, за которыми следует единственная трансмембранная спираль и короткий цитоплазматический домен. Второе отличие состоит в том, что TPST Arabidopsis не имеет значительной гомологии последовательности с TPST животного происхождения, что включает отсутствие узнаваемых мотивов 5′-PSB и 3’PB. Эти два мотива являются высококонсервативными во всех известных цитозольных и мембранных сульфотрансферазах и участвуют в связывании 5 ‘и 3’ фосфатных групп продукта реакции 3 ‘, 5’-АДФ соответственно (10).Единственная заметная значительная гомология состоит в том, что остатки 371–447 Arabidopsis TPST совпадают с областью около С-конца гепарансульфат 6- O -сульфотрансферазы 2. В свете основных различий в первичной структуре TPST в Arabidopsis и видов животных, будет интересно оценить, похожи ли третичные структуры и каталитические механизмы фермента у растений и животных. Третье важное отличие состоит в том, что только один ген TPST присутствует в геноме Arabidopsis и других видах растений.Напротив, в геномах животных есть два гена TPST, за исключением Drosophila melanogaster . О причинах этого можно только догадываться. Возможно, у видов животных гораздо больше субстратов TPST, чем у растений, и поэтому они развили более одного фермента, чтобы эффективно сульфатировать их все. Однако формально все еще возможно, что Arabidopsis имеет второй отдаленно родственный ген Tpst . Было бы интересно напрямую ответить на этот вопрос, определив, не обладает ли мутант с потерей функции TPST Arabidopsis способность синтезировать протеин-тирозинсульфат.

Komori et al. (9) также показывают, что ферментная система Arabidopsis TPST имеет несколько общих черт с животными. Как и в системах мыши и человека, фермент Arabidopsis широко экспрессируется в тканях растений и локализуется в Golgi. Точно так же сайты сульфатирования тирозина в растительных белках имеют очень кислую природу, как и большинство сайтов сульфатирования тирозина в животных белках. Однако в настоящее время PSK и PSY1 являются единственными тирозин-сульфатированными белками, которые были описаны в Arabidopsis .Кроме того, у мутанта Arabidopsis TPST с потерей функции обнаружен явно ненормальный фенотип, который включает сильно задержку роста, раннее старение и другие аномалии. Эти данные показывают, что сульфатирование белков и тирозина имеет решающее значение для нормального роста и развития растений. Общая выраженность фенотипа аналогична наблюдаемой в Tpst1 ; Tpst2 мышей с двойным нокаутом, у которых серьезно нарушена постнатальная выживаемость (11).Наиболее важно то, что фенотип мутанта с потерей функции Arabidopsis TPST нельзя полностью объяснить на основе текущего понимания репертуара субстратов TPST, как в случае фенотипов, наблюдаемых у мышей с дефицитом Tpst1, и / или Тпст2 . Таким образом, почти наверняка многие субстраты TPST ждут описания как у растений, так и у животных. Komori et al. заслуживают поздравлений за их важный вклад в эту область, но многое еще предстоит сделать.

Благодарности

Моя работа поддерживается Оклахомским центром развития науки и технологий, грантом HR07–068 и Национальным институтом здравоохранения, грантом HD056022.

Сноски

• ¹ Эл. Почта: kevin-moore {at} omrf.org

• Вклад авторов: K.L.M. написал газету.

• Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

• См. Сопутствующую статью на странице 15067.

Продление срока службы батарей Борьба с сульфатацией батарей

Активируйте свой грузовик, тележку для гольфа или промышленную машину с буксируемым аккумулятором, и вы знаете, что однажды мощность может стать проблемой.Свинцово-кислотные аккумуляторы по большей части являются рабочими лошадками отрасли.

Однако они в определенной степени надежны.

У батарей

LA есть враг, скрытый в их основной конструкции: сульфатация. Понимая сульфатирование, вы можете избежать большинства разочарований из-за умирающего или полностью разряженного аккумулятора. Химические реакции внутри батареи одновременно удивительны и разочаровывают.

Химическая среда

Серная кислота и свинец составляют основную часть стандартной свинцово-кислотной батареи.Когда вы подаете электричество к батарее, электролиты в жидкости возбуждаются. По сути, они смешиваются. В полностью заряженной батарее есть электролиты, которые постоянно движутся и высвобождают электроны, что позволяет энергии непрерывно течь от батареи в ваш автомобиль или другую машину.

Сульфатирование присутствует в каждой батарее, сообщает Iota Engineering. Некоторое количество сульфата естественно появляется в результате химических процессов и прилипает к внутренним пластинам батареи. Однако слишком сильное сульфатирование создает проблемы с питанием, которые быстро заметны любому пользователю. Ключом является предотвращение избыточного сульфатирования.

Ваше поведение при зарядке

Каждый виноват в ненадлежащей зарядке аккумуляторов. У вас нет времени придерживаться «идеального» заряда. По данным Battery University, для свинцово-кислотных аккумуляторов требуется от 14 до 16 часов для хорошей зарядки. Большинство людей заряжают аккумулятор за ночь примерно за семь или восемь часов. Если «идеальный» заряд возможен при каждом сеансе, сульфатирование не происходит на интенсивном уровне.

Если ваш аккумулятор LA находится в автомобиле, ваши схемы зарядки будут другими. После запуска автомобиля аккумуляторная батарея полностью заряжена. Этот сценарий отлично подходит для дальнобойщиков и водителей-дальнобойщиков. Однако регулярные короткие поездки вызывают сульфатирование, которое сокращает срок службы батареи.

Симптомы «умирающего» аккумулятора

Поскольку никто не может каждый раз заряжать аккумулятор до необходимого уровня, он будет разряжаться с постоянной скоростью.Обратите внимание на следующие симптомы, которые вызывает ваша батарея, когда ее срок службы почти закончился, например:

• Уменьшение времени работы
• Пониженная мощность вашей нагрузки
• Чрезмерное время зарядки для полного насыщения элементов

Эти симптомы, как правило, подкрадываются к вам, потому что они прогрессируют. Время зарядки у них медленное, но оно поддается количественной оценке. Учитывайте свои привычки при зарядке и возраст аккумулятора. В ближайшем будущем может потребоваться замена.

Возрождение клеток

Мягкое или обратимое сульфатирование можно обработать постоянным током до полностью заряженной батареи. Концепция этого действия включает молекулярное возбуждение на интенсивном уровне. По мере прохождения тока через батарею кристаллы сульфата, прикрепленные к пластинам и препятствующие правильной зарядке, могут снова раствориться в жидком растворе.

Однако это действие работает не для всех батарей. На самом деле, практика может быть опасной, если вы не подаете надлежащий ток. Аккумулятор может выйти из строя еще больше из-за слишком большой мощности. Консультации профессионалов по вопросам питания — лучший выбор.

В будущее

Современные разработчики аккумуляторов и продавцы ищут простое решение проблемы сульфатирования. Ответ кроется в уникальной кислотосмесительной батарее . Эти специальные батареи, называемые ULTRAPOWER + Plus с MIXTECH, имеют конструкцию, в которой электролиты постоянно смешиваются по мере зарядки и разрядки продукта.

Поскольку жидкость постоянно находится в потоке, избыточное сульфатирование не может происходить широко. У вас остается аккумулятор, который работает вдвое дольше, чем стандартный свинцово-кислотный аккумулятор. Поскольку требования к мощности со временем только увеличиваются, аккумулятор с длительным сроком службы всегда будет приветствоваться.

Доверие к местному дилеру аккумуляторов — лучший способ удовлетворить ваши потребности в электроэнергии. Northeast Battery продолжает совершенствовать современные блоки питания, поскольку новейшие технологии проходят испытания и повторные испытания.Мы рады вместе с вами бороться с сульфатированием, поскольку аккумуляторные технологии продолжают расширяться и совершенствоваться.

Сульфатирование гликозаминогликанов и передача сигналов

Дерматан, также известный как хондроитинсульфат B, подвергается значительной эпимеризации глюкуроновой кислоты (GlcA) в идуроновую кислоту (IdoA). Фермент 2-сульфотрансфераза предпочтительно сульфатирует IdoA, соседний с GalNAc-4-SO ₄ . В результате этой ферментативной специфичности первичной дисахаридной единицей дерматансульфата является IdoA-2-SO ₄ -GalNAc-4-SO ₄ (iB).Известны и другие редкие дерматансульфаты, названные так же, как их аналоги хондроитинсульфата (iA, iC, iD и iE), с использованием буквы «i» для обозначения остатка идуроновой кислоты.

Поскольку реакции сульфатирования и эпимеризации протекают в различной степени, не существует абсолютной структуры какого-либо хондроитинсульфата / дерматансульфата, а хондроитин / дерматан содержит множество тонких структур, очень похожих на гепарансульфат. ¹

Сигнализация гепарансульфата

Гепарансульфатпротеогликаны (HSPG) были тщательно изучены на предмет их роли во внеклеточной передаче сигналов.HSPG взаимодействуют с факторами роста, хемокинами и цитокинами и регулируют их. Сигнальные пути апоптоза, клеточного развития и адгезии регулируются протеогликанами. Генетические дефекты в синтезе гепарана и модифицирующих ферментах могут влиять на передачу сигналов фактора роста и вызывать морфологические дефекты. ⁸ Мутанты Drosophila и мышиные модели с нокаутом гена были использованы для устранения критических ферментов синтеза и модификации гепарана и последующей идентификации нарушенных процессов развития.Были проведены эксперименты с использованием Drosophila , содержащие мутации белкового ядра протеогликанов, и они показали, что это белковое ядро ​​также влияет на развитие. Было высказано предположение, что и HS, и белковое ядро ​​играют роль в посредничестве связывания фактора роста и передачи клеточных сигналов. ⁶

HS и HSPG участвуют в активации фактора роста фибробластов-2 (FGF-2) в ответ на повреждение и воспаление. После повреждения HSs отрываются от клеточной мембраны или их протеогликановой сериновой связи и становятся растворимыми.Гепараназа, выделяемая клетками, участвующими в воспалении, расщепляет высвободившийся гепарансульфат на более мелкие гепариноподобные олигосахариды. Хотя интактный HS не активирует FGF-2, эти более мелкие олигосахариды способны активировать FGF-2. Эта обработка свободного HS гепараназой в ответ на воспаление была теоретически необходима для заживления ран. ^2,9

Связывание HSPG с FGF-2 также изучалось на предмет возможной ассоциации со злокачественной трансформацией клеток карциномы молочной железы с помощью FGF-2 in vitro .Факторы роста фибробластов требуют присутствия гепарансульфата или гепарина для стабилизации связывания с рецепторами передачи сигналов тирозинкиназы (от FGFR-1 до FGFR-4). Мундхенке обнаружил, что HSPG, выделенные из линии клеток карциномы молочной железы MCF-7, обладают повышенной способностью стимулировать образование комплекса FGF-2 / HSPG / FGFR-1 по сравнению с нормальными эпителиальными клетками. Также было показано, что HSPG влияют на передачу сигналов путем присоединения к другим факторам роста, включая FGF-7. ¹⁰

Используя микроматрицы гликозаминогликанов, Shipp и Hsieh-Wilson показали, что отдельные члены семейства FGF нуждаются в специфических паттернах сульфатирования для связывания HS.В дополнение к подтверждению специфичности сульфатирования, ранее описанной для FGF-1, FGF-2, FGF-4, они смогли охарактеризовать требования сульфатирования гепарана для FGF-16 и FGF-17. Используя микроматрицы, было обнаружено, что хемотаксические белки, включая slit2, которые регулируют удлинение аксонов, имеют преимущественное связывание со специфическими паттернами сульфатирования. Это открытие было подтверждено совместным культивированием эмбриональных клеток обонятельной луковицы с клетками HEK293, экспрессирующими slit2. К культурам добавляли варианты гепарансульфата, содержащие различные паттерны сульфатирования.После окрашивания антителом против τ для визуализации аксонов, культуры показали, что высокосульфатированный гепарансульфат снижает опосредованное slit2 отталкивание аксонов, в то время как десульфатированный гепарин или N-ацетилированный гепарин не влияет на отталкивание slit2. ¹¹

Гены гепаран-полимеразы экзостозина 1 ( EXT1 ) и экзостозина 2 ( EXT2 ) первоначально считались генами-супрессорами опухоли. Мутации генов EXT-типа у Drosophila снижали уровень синтеза гепарана и подавляли hedgehog (Hh), Wingless (Wg, который коррелирует с Wnt) и Dpp сигнальные пути, что указывает на то, что HS участвует в сигнальной функции этих путей. ^12,13 Было показано, что белковое ядро ​​протеогликана также вносит вклад в эффекты передачи сигналов HSPG. Передача сигналов Wnt модулируется процессированным ядром белка HSPG глипикана 3, что подразумевает, что правильная передача сигналов требует участия как HS, так и компонентов ядра белка. ¹⁴

Подобная синергия белок-гликозаминогликан в отношении аффинности связывания была идентифицирована для ассоциации интерлейкина-8 (IL-8) с HSPG syndecan 2 на эндотелиальных клетках пупочной вены человека.IL-8 представляет собой хемокин, который секретируется в очагах воспаления эндотелиальными клетками, активированными цитокинами, и который удерживается на поверхности клетки за счет взаимодействия с HSPG. В то время как гликозилированный синдекан 2 проявлял сильное сродство к IL-8, ядро ​​негликозилированного белка также демонстрировало слабое связывание с IL-8. ¹⁵

CD44 (Pgp-1, ECM-III, H-CAM) функционирует как рецептор самонаведения и чаще всего является клеточным рецептором гиалуроновой кислоты. Джонс и др. Обнаружили, что некоторые изоформы CD44 существуют в виде гепарансульфатных протеогликанов и что CD44 / HSPG способны связывать FGF-2, фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и гепарин-связывающий фактор роста эпидермиса.Изоформы CD44 / HSPG сверхэкспрессируются макрофагами в воспаленной ткани ревматоидного артрита, но минимально экспрессируются в невоспаленной ткани остеоартрита. На основании экспериментальных данных было высказано предположение, что изоформы CD44 / HSPG участвуют в регуляции активности факторов роста при воспалительном артрите. ¹⁶

You и др. Сообщили, что член семейства рецепторов фактора некроза опухолей Decoy рецептор 3 (DcR3) может индуцировать апоптоз в дендритных клетках (DC) посредством связывания между DcR3 и поверхностными гепарансульфатными протеогликанами DC. Это было основано на наблюдении HBD.Fc, рекомбинантный белок, содержащий как гепарансульфат-связывающий домен (HBD) DcR3, так и Fc-часть человеческого IgG1, действует так же, как DcR3.Fc, для индукции апоптоза в дендритных клетках. ¹⁷

В дополнение к сульфатным модификациям, присутствующим в цепи гепарана, сульфатазы клеточной поверхности имеют решающее значение для передачи сигналов фактора роста. Человеческие сульфатазы Sulf1 и Sulf2 являются 6-O-эндосульфатазами и способны удалять 6-O-сульфат из высокосульфатированных областей полисахарида. ⁶ Связь между 6-O-сульфатированием HS и передачей сигналов FGF была изучена во многих аспектах. В обзоре Nakato и Kimata авторы обсудили, как тонкие структуры HS, особенно содержащие 6-O-сульфатирование, модулируют сигнальные функции HSPGs фактора роста. ⁸ Повышенная экспрессия Sulf-1 линией клеток рака груди MDA-MB-468 ингибировала ангиогенез и пролиферацию раковых клеток в vivo . Ингибирование частично объясняется сниженной способностью сосудистого HS образовывать стабильный комплекс FGF-2 / HSPG / FGFR-1.Вывод состоит в том, что сверхэкспрессия Sulf-1 снижает степень 6-O-сульфатирования во фрагментах HS, и что 6-O-сульфатирование способствует стабилизации комплекса FGF-2 / HSPG / FGFR-1. ¹⁸ Совсем недавно эксперименты с мышиными эмбриональными фибробластами (MEF) мышей с дефицитом HS-6-O-трансферазы (HS6ST-1-KO, HS6ST-2-KO и двойной нокаут) показали, что FGF-2 и FGF- 4-зависимая передача сигналов в MEF была значительно снижена по сравнению с таковой для фибробластов дикого типа. ¹⁹

Фактор роста эндотелия сосудов VEGF ₁₆₅ содержит гепарин-связывающий домен, который слабо активируется 2-O-десульфатированным гепарином или 6-O-десульфатированным гепарином. ²⁰ 6-O-сульфатирование также влияет на сигнальные пути Wnt и костного морфогенного белка (BMP). Было высказано предположение, что существует динамическое взаимодействие между ферментами Sulf и ферментами биосинтеза HS, а не независимыми процессами. ⁶

Сигнализация хондроитинсульфата / дерматансульфата

В то время как HS представлял основной интерес для эффектов передачи сигналов гликозаминогликанов, хондроитинсульфат (CS) и дерматансульфат (DS) также были признаны как влияющие на сигнальные пути, ²¹ и что эти взаимодействия зависят от тонкой структуры полисахарида.И гликозаминогликановые компоненты, и протеогликан были исследованы на предмет их вклада в биологическую функцию. Из-за тонкой структуры и гетерогенности звенья CS и DS могут существовать как гибриды. ²² Исследования в первую очередь были сосредоточены на вкладе специфических хондроитинсульфатных протеогликанов (CSPG) и дерматансульфатных протеогликанов (DSPG) аггрекана, декорина, бигликана, версикана и синдеканов. Дополнительные представляющие интерес CSPG / DSPG представляют собой нейрокан, бревикан, бамакан, бетагликан, серглицин, эндокан и аппикан.

Во многом так же, как HS, CS / DS и CSPG / DSPG участвуют в активации фактора роста фибробластов в ответ на повреждение и воспаление. ^2,22 После повреждения цепи гликозаминогликанов расщепляются по их сериновой связи, или протеогликаны отделяются от клеточной мембраны и становятся растворимыми. Растворимый дерматансульфат способен активировать FGF-2 ²³ и FGF-7, инициируя клеточную пролиферацию через FGF-7 через путь митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK). ²⁴ Минимальная структура дерматансульфата, требуемая для FGF-2, — это октасахарид, а требование для FGF-7 — декасахарид. 4-O-сульфатирование также требуется для FGF-зависимой пролиферации клеток, в то время как дополнительное 2-O-сульфатирование или 6-O-сульфатирование не увеличивает активность дисахарида. ²⁵

Известно, что печеночный фактор роста / фактор рассеяния (HGF / SF) участвует в морфогенезе и клеточной дифференцировке, органогенезе и ангиогенезе. Эндокан, DSPG, который регулируется провоспалительными цитокинами, требует присутствия гликозаминогликанового фрагмента, чтобы способствовать HGF / SF-индуцированной пролиферации клеток эмбриональной почки человека. ²⁶ Связывание HGF / SF продемонстрировало предпочтительное связывание 2,6-O-дисульфатированным DS и высокосульфатированным HS, но не CS, что указывает на избирательную потребность либо в остатках идуроновой кислоты, либо в высокой степени сульфатирования, хотя высокосульфатированные полисахариды были меньше чем гликозаминогликаны, содержащие идуроновую кислоту. ²⁷

Хотя тонкая структура CS / DS влияет на эффекты связывания и передачи сигналов, оказывается, что факторы роста могут модулировать экспрессию и структуру гликозаминогликана CS / DS.Культивированные фибробласты легких человека обрабатывали трансформирующим фактором роста-β1 (TGF-β1) отдельно или в комбинации с эпидермальным фактором роста и фактором роста, полученным из тромбоцитов. Клетки, обработанные TGF-β1 или комбинацией факторов роста, увеличивали экспрессию протеогликанов CS / DS. Кроме того, профили сульфатирования и эпимеризации цепей хондроитин / дерматан были значительно изменены по сравнению с необработанными фибробластами. ²⁸

Было показано, что высокосульфатированный тип CS-E связывается с гепарин-связывающими факторами роста мидкином (MK), плейотропином (PTN), гепарин-связывающим эпидермальным фактором роста, подобным фактору роста (HB-EGF), FGF-16 и FGF. -18.Поскольку многие из этих факторов роста экспрессируются в головном мозге млекопитающих, было высказано предположение, что CS-E и CSPG имеют решающее значение для развития мозга и центральной нервной системы. ²⁹ Последующая работа с использованием антитела, специфичного как к дисахариду CS-E, так и к сверхсульфатированному дисахариду DS-E (IdoA-GalNAc-4,6-diSO ₄ ; iE), выявила присутствие этих гликозаминогликановых последовательностей у развивающихся мышей. головной мозг. Сильная экспрессия гена GalNAc4S-6ST была связана с развитием мозга и продемонстрировала, что E / iE-содержащие CS / DS цепи имеют решающее значение в развитии мозга, что подразумевает, что E / iE-содержащие CS / DS цепи участвуют в нейрогенезе, управление аксонами и / или выживание нейронов. ³⁰

В то время как последовательность гликозаминогликана и паттерн сульфатирования регулируют передачу сигналов, белковое ядро ​​гликозаминогликана также способствует передаче сигналов. Связывание лиганда декорина и бигликана протеогликанов CS / DS с трансформирующим фактором роста-β (TGF-β), фактором некроза опухоли-β (TNF-β) и Wnt-индуцированным секретируемым белком-1 (WISP1) опосредуется обоими компонент DS и белковые ядра. Недавний обзор Seidler и Dreier проанализировал как компонент галактозаминогликана, так и белковое ядро ​​декорина как критические для способности декорина функционировать в качестве лиганда для других сигнальных молекул. ³¹

Ферменты N- ацетилгалактозамин-4-сульфатаза (арилсульфатаза B; ASB) и галактозо-6-сульфатаза (GALNS) гидролизуют сульфатные группы CS / DS. Клетки MCS-7, которые сверхэкспрессируют ASB или GALNS, продуцируют повышенную экспрессию протеогликанов CS / DS, синдекана-1 и декорина. Напоминаем, что когда siRNA использовали для подавления экспрессии ASB или GALNS в клетках MCS-7, уровень содержания CS увеличивался, а экспрессия синдекана-1 подавлялась. Результаты демонстрируют роль этих сульфатаз в развитии CS и регуляции экспрессии протеогликанов. ³²

Методы исследования

Для определения структуры гликозаминогликановой цепи, степени и местоположения сульфатирования, а также взаимосвязи между полисахаридным компонентом и ядром белка использовались различные экспериментальные методы. Нокаутированных мышей, у которых отсутствует определенный фермент синтеза гепаран или хондроитин / дерматан, использовали для определения путей, на которые влияет отсутствие модификации гликозаминогликана. Таблица 1 перечисляет несколько ферментов, участвующих в синтезе и модификации гликозаминогликанов, а также их гены. В таблице 2 перечислены гены экспрессии протеогликанового корового белка. РНК-интерференция была применена в vitro как еще одно средство устранения ферментов синтеза и модификации для изучения последующих клеточных процессов. ELISA-анализ с использованием антител, специфичных к ядру протеогликана, использовался для мониторинга экспрессии белка, в то время как количественная ОТ-ПЦР применялась для изучения регуляции генов.

.