WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

АХАТОВА ГУЗЕЛЬ РАШИТОВНА

АНТИОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ПРОИЗВОДНЫХ УРАЦИЛА

02.00.04 Физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Уфа 2012

Работа выполнена на кафедре физической химии и химической экологии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Башкирский государственный университет»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

  Герчиков Анатолий Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор,

заведующая лабораторией

окислительных процессов ИОХ УНЦ РАН

Кабальнова Наталья Нурулловна

доктор химических наук, профессор,

заведующий кафедрой химии

ФГБОУ ВПО «БГПУ им. М.Акмуллы»

Борисов Иван Михайлович

Ведущая организация: Федеральное государственное

бюджетное учреждение науки

Институт химической физики

им.Н.Н.Семенова РАН (г. Москва)

Защита диссертации состоится 20 сентября 2012 года в 1400 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.013.10 при Башкирском государственном университете по адресу: 450074, Уфа, ул. Заки Валиди, 32, химический факультет, аудитория 311.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Башкирского государственного университета.

Автореферат диссертации разослан «15» августа 2012 г. и размещен на сайте Башкирского государственного университета www.bashedu.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор химических наук, профессор  Прочухан Ю. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы

Некоторые производные урацила известны в качестве лекарственных препаратов широкого спектра действия. В то же время, одной из важнейших характеристик их биологической активности является способность замедлять процесс радикально-цепного окисления, приводящий к образованию радикалов и пероксидных соединений. Накопление этих активных частиц в живых организмах может являться причиной патологических явлений. Таким образом, антиокислительная активность (АОА) урацилов представляет собой важную составляющую их лечебного действия.

АОА представляет собой комплекс количественной кинетической информации, характеризующей реакционную способность производных урацила при взаимодействии с различными радикалами и пероксидными соединениями, простейшим представителем которых является пероксид водорода, образующийся, в том числе, в живых организмах как продукт перекисного окисления липидов клеточных мембран. В этой связи изучение реакционной способности известных лекарственных препаратов на основе урацила и других производных этого класса соединений является актуальным.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно–исследовательских работ Башкирского государственного университета по теме «Окислительные процессы в решении химико-экологических задач» (номер государственной регистрации 01.99.0003103).

Цель работы

Исследование кинетики и механизмов реакций производных урацила с радикалами и пероксидными соединениями.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

  1. Изучение кинетических закономерностей ингибированного добавками урацилов реакций радикально-цепного окисления изопропилового спирта и 1,4-диоксана, выявление влияния заместителя в молекуле урацила на его АОА.
  2. Изучение кинетики и механизма взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода.

Научная новизна и практическая ценность работы

Изучена реакционная способность 9 ранее не изученных производных урацила в качестве ингибиторов радикально-цепного окисления изопропанола и 1,4-диоксана. Получены количественные кинетические характеристики, включающие константу скорости обрыва цепи окисления на ингибиторе и константу скорости реакции антиоксиданта с первичным лабильным продуктом окисления – пероксидом водорода в водных растворах. Найдены активационные параметры исследованных реакций. Изучено влияние заместителей в структуре урацилов на их эффективность в качестве антиоксидантов. Исследованы кинетика и механизм реакции 8 урацилов с пероксидом водорода. Выявлена роль ионов железа в реакции производных урацила с пероксидом водорода; установлено, что расходование урацилов осуществляется по двум каналам – радикальному и нерадикальному.

Полученные значения эффективных констант скорости и активационных параметров могут служить в качестве справочного материала. Полученные результаты также могут быть использованы при прогнозировании структур новых лекарственных препаратов, обладающих высокой антиокислительной активностью, на основе урацила.

На защиту выносятся

  1. Кинетические характеристики в виде констант скорости ингибирования и аррениусовских параметров для реакции ингибированного урацилами окисления изопропилового спирта и 1,4-диоксана.
  2. Результаты изучения кинетических закономерностей и механизма реакции ряда производных урацила с пероксидом водорода в водных растворах.
  3. Роль минорных примесей ионов железа в воде в механизме взаимодействия урацилов с пероксидом водорода.

Личный вклад автора состоит в подготовке реагентов, проведении опытов по измерению скорости окислительных процессов в присутствии добавок изученных урацилов с помощью двух методов: кинетической фотометрии и высокочувствительной манометрии. Автору принадлежит также обработка экспериментальных результатов с применением ПК, участие в их обсуждении, подготовка результатов исследования к опубликованию в научной печати.

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на Научно-практической конференции студентов и аспирантов химического факультета, посвященной 100-летию основания БашГУ (Уфа, 2009); Международной конференции по химии «Основные тенденции развития химии в начале XXI века» (Санкт-Петербург, 2009); Всероссийской научной конференции «Химическая кинетика окислительных процессов. Окисление и антиокислительная стабилизация» (Уфа, 2009); студенческой научной конференций «Студент и наука» (Уфа, 2010); VIII Международной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 2010); международных школах-конференциях для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2010) и (Уфа, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии «Фундаментальные проблемы химической науки» (Волгоград, 2011).

Публикации

По результатам исследований опубликованы 6 статей в журналах, рекомендуемых ВАК и тезисы 9 докладов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, с изложением результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы (88 ссылок). Работа изложена на 107 страницах, содержит 18 таблиц, 11 схем и 54 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Изучение антиокислительной активности урацилов в реакциях обрыва цепи на пероксильных и гидропероксильных радикалах

Антиокислительную активность ряда урацилов изучали на примере модельной реакции инициированного окисления изопропилового спирта (ИПС) и 1,4-диоксана по скорости поглощения кислорода в стандартных условиях: Т=348 К, скорость инициирования Vi=4·10-7 М/с (субстрат окисления – ИПС) или Vi=1·10-7 М/с (субстрат окисления – 1,4-диоксан), инициатор - азодиизобутиронитрил (АИБН). В качестве антиоксидантов изучены соединения общей формулы:

R1=ОН, R2=CH3, R3=R4=H – 5-гидрокси-6-метилурацил (I); R2=CH3, R1=R3=R4=H – 5-метилурацил (II); R1=R2=R3=R4=H – урацил (III); R1=Br, R2=CH3, R3=R4=H – 5-бром-6-метилурацил (IV); R1=NH2, R2=CH3, R3=R4=H – 5-амино-6-метилурацил (V); R1=NO2, R2=CH3, R3=R4=H – 5-нитро-6-метилурацил (VI); R1=C6H12N, R2=CH3, R3=R4=H – 5-(N-метилпиперидин)-6-метилурацила (VII); R1=C5H10NO, R2=CH3, R3=R4=H – 5-(N-метилморфолин)-6-метилурацила (VIII); R1=Br, R2=R3=R4=H – 5-бромурацил (IX); R1=F, R2=R3=R4=H 5-фторурацил (X), R2=NH2, R1=R3=R4=H – 6-аминоурацил (XI); R2=R3=R4=CH3, R1= H – 1,3-диметил-6-метилурацил(XII); R1=R3=R4=CH3, R2=H – 1,3-диметил-5-метилурацил(XIII).

Эффективность антиокислительного действия соединений I, IV–VIII, XI–XIII оценивали с помощью двух методов: по измерению скорости поглощения кислорода воздуха в присутствии изученных объектов, для чего использовали высокочувствительную манометрическую установку, и методом кинетической фотометрии.

Установлено, что изучаемые соединения (кроме XII и XIII) проявляют выраженное антиокислительное действие.

В реакции с гидропероксильными радикалами изопропанола были изучены соединения IV, V, VII, VIII и XI–XIII. Установлено, что введение в окисляющийся изопропанол добавок урацилов IV, V, VII, VIII и XI приводит к снижению скорости поглощения кислорода (рис.1).

В случае протекания окислительного процесса в цепном режиме в присутствии ингибирующих добавок между скоростью окисления и концентрацией ингибитора должно выполняться соотношение:

F = (V0/V) - (V/V0) = fk7[InH]/(2k6⋅Vi)1/2                        (1),

где V0, V и Vi - скорость поглощения кислорода в отсутствие и в присутствии производных урацила и скорость инициирования соответственно, f – емкость ингибитора, k7- константа скорости обрыва цепи окисления на ингибиторе, [InH]-концентрация введенных добавок ингибитора, 2k6 – константа скорости квадратичного обрыва цепи на гидропероксирадикалах (окисление в условиях наших экспериментов ведут гидропероксильные радикалы) окисляющегося изопропанола. Действительно, для изученных соединений эта зависимость удовлетворительно выполняется (коэффициент корреляции R=0,97–0,99). Принимая 2k6=3,5·107 М-1с-1, а также используя заданное в эксперименте значение Vi=4·10-7 М/с, получены значения эффективных констант скорости ингибирования (табл. 1).

Ранее было показано, что при замене атома водорода в положении N1 другими заместителями происходит резкое снижение реакционной способности урацилов как ингибиторов. Установлено, что наиболее слабыми связями в молекуле урацила и его производных являются связи N-Н, которые участвуют в реакциях гибели пероксильных радикалов. Наименьшей прочностью обладает при этом связь N1–H. Действительно, при введении в окисляющийся изопропиловый спирт соединений XII и XIII, у которых атом водорода в положениях N1–H и N3–H заменен радикалами, начальная скорость окисления остается практически неизменной (рис. 1), что свидетельствует об отсутствии антиокислительных свойств у этих соединений в условиях экспериментов.

Рис. 1. Зависимость начальной скорости окисления изопропилового спирта от начальной концентрации введенных добавок некоторых урацилов. Vi=4·10-7 М/с, 348 К.





Таким образом, полученные экспериментальные и теоретические результаты исследований свидетельствуют о том, что первичным актом ингибирования в изучаемой реакции является взаимодействие гидропероксильного радикала с N–Н-связями молекулы урацила, причем преимущественно атака осуществляется на N1–Н-связь.

В реакциях обрыва цепи на пероксильных радикалах 1,4-диоксана были изучены соеднинения I, IV–VIII. Известно, что инициированное окисление 1,4-диоксана в стандартных условиях эксперимента протекает в кинетическом режиме по радикально-цепному механизму с квадратичным обрывом цепи по реакции (6) и включает общий для большинства органических соединений ряд элементарных стадий:

,                (i)

                               (1)

                       (2)

                               (6)

В присутствии ингибитора обрыв цепи на радикалах RO2• протекает по реакциям:

                       (7)

                               (8)

где I – инициатор, RH – субстрат окисления, InH – ингибитор, Pr – молекулярный продукт, и - алкильные и пероксильные радикалы 1,4-диоксана соответственно, =C4H7O2.

Введение в модельную систему соединений I, IV – VIII приводит к уменьшению скорости поглощения кислорода и длины цепей, что свидетельствует об ингибирующем действии изучаемых соединений.

Для изученных соединений характерны два вида зависимостей начальной скорости окисления 1,4-диоксана от концентрации:

а) для 5-гидрокси-6-метилурацила данная зависимость имеет предельный характер (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость начальной скорости окисления 1,4-диоксана от начальной концентрации соединения I.  Vi=1·10-7 М/с, 348 К.

б) для соединений IV–VIII зависимости начальной скорости окисления 1,4-диоксана имеют экстремальный характер (рис. 3). При увеличении концентрации ингибитора начальная скорость окисления 1,4 - диоксана уменьшается, что говорит о том, что обрыв цепи идет по реакции:

Рис. 3. Зависимость начальной скорости окисления 1,4-диоксана от начальной концентрации производных урацила. Vi=1·10-7 М/с, 348 К.

При увеличении концентрации урацилов IV–VIII больше экстремальной начальная скорость окисления 1,4-диоксана увеличивается, что, вероятно, говорит об инверсии свойств ингибитора и протекании конкурирующей реакции:

При концентрациях ингибиторов больше 4·10-4 М начальная скорость окисления 1,4-диоксана становится постоянной и близкой к скорости неингибированного окисления, что, вероятно, свидетельствует об образовании соединения, не обладающего свойствами ингибитора.

Скорость окисления 1,4-диоксана в присутствии изученных соединений описывается уравнением (1), которое справедливо в случае малых концентраций добавок, когда сохраняется цепной режим окисления. В наших экспериментах это требование выполняется. Действительно, для изученных соединений эта зависимость удовлетворительно выполняется в интервале концентраций [InH][InH]min (R=0,98–0,99). В качестве примера на рис. 4 приведены такие зависимости для некоторых изученных соединений. Найденные эффективные константы скорости ингибирования при 2k6=6,73·107 М-1с-1 и Vi=1·10-7 М/с приведены табл. 1.

Рис. 4. Зависимость параметра эффективности ингибирования F от концентрации урацила. Vi=1·10-7 М/с, 348 К.

Анализ полученных результатов и сравнение с литературными данными свидетельствует о том, что производные урацила проявляют по отношению к радикалам различной структуры близкую реакционную способность. Сами урацилы следует отнести к числу ингибиторов средней активности, к которым, в частности, принадлежит ионол.

Для соединений I, IV–VI зависимость эффективной константы скорости ингибирования от строения урацила удовлетворительно описывается уравнением Тафта: lgk7=lgk0+* (рис. 5, R=0,98).

Отрицательное значение параметра свидетельствует о том, что при переходе от электроноакцепторных заместителей к электронодонорным антиокислительная способность соединения возрастает.

Рис. 5. Зависимость логарифма эффективной константы скорости ингибирования от индукционной постоянной Тафта.

Таблица 1

Ингибирующая эффективность производных урацила

Соединение

1,4-Диоксан fk7·10-4, M-1c-1, 348 К

Изопропанол fk7·10-4, M-1c-1, 348 К

Этилбензол  k7·10-4 , М-1с-1, 323 К

I

1,7±0,3

6,4±0,8*

(2,6±0,8)*

II

-

0,40±0,06*

-

III

-

3,0±0,4*

-

IV

1,5±0,2

3,0±0,5

-

V

2,2±0,2

1,0±0,2

-

VI

1,2±0,1

0,6±0,1*

-

VII

1,9±0,2

4,3±0,6

-

VIII

2,7±0,3

3,3±0,5

-

IX

-

1,8±0,3*

-

X

-

1,0±0,1*

-

XI

-

1,8±0,3

-

5-Аминоурацил

-

-

(2,0±0,6)*

6-Метил-тиоурацил

-

-

(9±3)*

5-Метилурацил

-

0,24±0,02*

(250±70)*

Ионол

1,0±0,1*

-

(2,3±0,6)*

*-литературные данные

Для определения стехиометрического коэффициента ингибирования была изучена зависимость скорости расходования 5-гидрокси-6-метилурацила, от его концентрации. Фиксируя изменение концентрации соединения I, мы установили, что в интервале 1,7·10-5–8,3·10-5 М начальная скорость расходования 5-гидрокси-6-метилурацила возрастает линейно, что свидетельствует о  первом порядке реакции по концентрации ингибитора. Поскольку в изученном интервале концентраций соединения I происходит преимущественно квадратичный обрыв цепи, скорость расходования I, измеренная методом кинетической фотометрии, связана с его концентрацией уравнением:

               (2)

Из уравнения (2) следует, что

где k7 константа скорости реакции пероксильных радикалов с 5-гидрокси-6-метилурацилом. Исходя из зависимости начальной скорости расходования соединения I от его начальной концентрации в интервале 1,7·10-5–8,3·10-5 М была рассчитана константа скорости ингибирования, которая оказалась равной k7=(8,6±0,5)·103 М-1с-1.

Используя найденное значение fk7 (табл. 1), была найдена величина стехиометрического коэффициента ингибирования f=2. Принимая во внимание факт сохранения механизма ингибирования для других изученных производных урацила, можно полагать для них то же значение величины f.

Для соединений I, IV, VII, VIII была изучена температурная зависимость на примере модельной реакции инициированного окисления 1,4-диоксан в присутствии ингибиторов в интервале температур 343-363 К. Полученные активационные параметры приведены в табл. 2.

Таблица 2

Температурная зависимость константы скорости обрыва цепей

на ингибиторе; Vi=1·10-7 М/с

Cоединение

E, кДж/моль

lgA

I

23±2

6,8±0,6

IV

51±6

12±1

VII

59±7

13±1

VIII

66±9

14±2

Для изученных соединений обнаружен компенсационный эффект, при котором увеличение энергии активации Е сопровождается ростом предэкспоненциального множителя (рис. 6). Отметим, что наличие компенсационного эффекта свидетельствует о сохранении механизма действия урацилов в качестве антиоксидантов в изученном гомологическом ряду соединений.

Рис. 6. Зависимость предэкспоненциального множителя от энергии активации для реакции производных урацила с пероксильными радикалами 1,4-диоксана.

2. Изучение кинетики взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода в водной среде

Первичными лабильными промежуточными продуктами радикально-цепного окисления органических соединений являются радикалы и гидропероксиды. Радикалы выступают в качестве активных центров элементарных стадий продолжения цепи, а гидропероксиды обеспечивают вырожденное разветвление цепи. Поэтому эффективность ингибирующего действия любого антиоксиданта следует количественно характеризовать не только величинами скорости или константами скорости обрыва цепи на ингибиторе, но и кинетическими параметрами их взаимодействия с гидропероксидами. С точки зрения потенциальных фармакологических свойств исследуемых урацилов наибольший интерес представляет изучение последней реакции в водной среде. В связи с этим нами была изучена кинетика взаимодействия пероксида водорода с рядом урацилов в воде.

Кинетические характеристики взаимодействия соединений I–VI, IX и X с пероксидом водорода изучали в воде методом кинетической фотометрии. С помощью слежения за концентрацией исследуемых урацилов было установлено, что с увеличением начальной концентрации соединения начальная скорость его расходования возрастает линейно (коэффициент корреляции R=0,97–0,99), что говорит о первом концентрационном порядке реакции по урацилу (рис. 7-8).

Рис. 7-8. Зависимость начальной скорости расходования урацилов от их

начальных концентраций в воде. [H2O2]0=0,01 M, 348 К.

В этом случае скорость расходования урацила описывается кинетическим уравнением псевдопервого порядка по урацилу:

,

где - константа скорости реакции псевдопервого порядка: .

На примере реакции взаимодействия 5-гидрокси-6-метилурацила и урацила с пероксидом водорода было установлено, что порядок реакции по пероксиду водорода является первым. Исходя из этого, были рассчитаны эффективные константы скорости реакции взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода второго порядка по уравнению (табл. 3):

Таким образом, на основании изучения формально-кинетических закономерностей реакции урацилов с пероксидом водорода скорость реакции можно описать кинетическим уравнением второго порядка:

В интервале температур 333 – 358 К изучена температурная зависимость и рассчитаны активационные параметры реакции взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода (табл. 3).

Таблица 3

Эффективные константы скорости реакции второго порядка (348 К) и активационные параметры взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода ([H2O2]0=0,01 M, [I]0=11,1·10-5 M, [II]0=11,1·10-5 M, [III]0=5,5·10-5 M, [IV]0=9,7·10-5 M, [V]0=13,8·10-5 M, [VI]0=8,3·10-5 M, [IX]0=5,5·10-5 M, [X]0=8,3·10-5 M)

Соединение

k·103, М-1с-1

E, кДж/моль

lgA

I

28±1

95±10

12±1

II

27±1

123±8

17±1

III

9,6±0,8

102±6

13,5±0,8

IV

13±1

80±10

9±1

V

5,0±0,5

100±10

13±1

VI

1,7±0,2

83±7

9,4±0,8

IX

6,4±0,4

36±3

3,0±0,3

X

3,7±0,2

150±10

20±1

Для найденных активационных параметров обнаружен компенсационный эффект (рис. 9), свидетельствующий о сохранении механизма взаимодействия урацилов с пероксидом водорода в изученном гомологическом ряду соединений.

Рис. 9. Зависимость предэкспоненциального множителя от энергии активации для реакции производных урацила с пероксидом водорода.

3. Механизм реакции урацилов с пероксидом водорода

В качестве трудноудаляемой примеси в воде всегда присутствуют ионы металлов переменной валентности, среди которых основное количество составляют ионы железа, являющиеся катализаторами распада пероксида водорода. В качестве продуктов распада преимущественно образуются активные радикалы НО•, НО2•. Поскольку урацилы взаимодействуют с радикалами, присутствие ионов железа в воде должно повлиять на механизм и скорость расходования урацилов. Действительно, в опытах, в которых в реакционную систему, состоящую из смеси урацила и Н2О2, вводили известное количество солей Fe2+, наблюдалось увеличение скорости расходования урацила (рис. 10)

Из полученных результатов следует, что роль ионов железа в реакции существенна, а, следовательно, в механизме реакции урацилов с пероксидом водорода важную роль играют радикалы, образующиеся при взаимодействии Fe2+ с Н2О2.

Также для проверки влияния ионов двухвалентного железа в реакционный раствор вводили трилон Б (этилендиаминтетрауксусная кислота), который является комплексоном, образующим с Fe2+ устойчивый комплекс (Кнест=3,510-15 л/моль), который практически не реагирует с пероксидом водорода.

Рис. 10. Зависимость начальной скорости расходования урацилов от начальной концентрации Fe2+. [H2O2]0=0,01 M, [I]0=[II]0=8,3·10-5 M, 348 К.

Было установлено, что с увеличением концентрации добавок трилона Б скорость расходования урацилов уменьшается, достигая определенного предела (рис. 11-12). Принимая во внимание тот факт, что трилон Б образует с железом комплекс 1:1 и что содержание ионов железа в воде ~ 9·10-7 М, можно допустить, что трилон Б при концентрации ~5·10-6 M «связывает» практически все свободные ионы железа. Кроме того, поскольку на пределе этой зависимости свободные радикалы по реакции Fe2+ c H2O2 не образуются, эту предельную скорость расходования урацилов можно отнести к нерадикальной составляющей изучаемой реакции.

Рис. 11-12. Зависимость начальной скорости расходования урацила от

концентрации трилона Б. [I]0= [II]0=8,3·10-5 M, 348 К.

На основании комплекса полученных результатов было предположено, что механизм реакции включает два канала: радикальный и нерадикальный. Отметим, что в условиях наших экспериментов начальная концентрация пероксида водорода намного больше, чем концентрация ионов двухвалентного железа в воде. Используя литературные значения k2=3⋅107 М-1с-1 и k5= 3⋅108 М-1с-1 получаем, что , в связи с чем можно полагать, что в радикальной реакции с урацилами участвуют преимущественно радикалы HO2•. Таким образом, механизм обсуждаемой реакции можно представить в следующем виде:

HOOH +  продукт                        (0)

HOOH  + Fe2+ HO•  +Fe3+ + HO-                        (1)

HO•  +  H2O2 HO2•  +  H2O                        (2)

HO2•  +    продукт                        (3)

HO2•  + Fe2+ Fe3+ + HO2-                                (4)

Fe2+ + HO• Fe3+  + HO-                                (5)

где X= -OH и -H для 5-гидрокси-6-метилурацила и 6-метилурацила, соответственно.

Исходя из механизма, скорость расходования урацилов равна:

,

где [УР] – концентрация урацила.

Принимая для концентрации радикалов HO2• и HO• условия стационарности, для скорости реакции можно получить следующее уравнение:

,

где V0= k0 [H2O2][УР] – скорость молекулярной реакции. Поскольку молекулярная реакция протекает на порядок медленнее радикальной, можно допустить:

После преобразования этого уравнения получаем:

,

где

Спрямление экспериментальных данных в координатах последнего уравнения позволяет получить величину константы k1, а также отношение констант k4/k1k3 (рис. 13).

Рис. 13. Зависимость обратной эффективной константы от обратной концентрации ионов железа (II). [H2O2]0=0,01 M, [I]0= [II]0=8,3·10-5 M, 348 К.

Принимая для k4 известное из литературы значение 7,2105 М-1с-1 можно найти константу скорости реакции взаимодействия гидропероксильного радикала с молекулой урацила. Найденные значения констант скорости равны: k1=(110±10) М-1с-1 и k3=(250±20) М-1с-1 для 5-гидрокси-6-метилурацила и k1=(190±20) М-1с-1 и k3=(300±40) М-1с-1 для 6-метилурацила. Отметим, что значения k1 находятся в удовлетворительном согласии с константами скорости, найденными разными авторами. Значение константы взаимодействия урацилов с гидропероксильным радикалом k3 было найдено впервые.

ВЫВОДЫ

1. Изучена реакционная способность 9 производных урацила в качестве ингибиторов окисления модельных субстратов: изопропилового спирта и 1,4-диоксана. Получены количественные кинетические характеристики, включающие эффективную константу скорости ингибирования добавками урацилов радикально-цепного окисления изопропанола при 348 К  fk7(М-1с-1)·10-4 = (3,0±0,5), (1,0±0,2), (4,3±0,6), (3,3±0,5), (1,8±0,3) для соединений (IV), (V), (VII), (VIII) и (XI), соответственно; 1,4-диоксана при 348 К fk7(М-1с-1)·10-4 = (1,7±0,3), (1,5±0,2), (2,2±0,2), (1,2±0,1), (1,9±0,2), (2,7±0,3) для соединений (I), (IV) – (VIII), соответственно.

2. Найдены активационные параметры реакции взаимодействия производных урацила с пероксильным радикалом 1,4-диоксана:

lgk7=(6,8±0,6) – (23±2)/                                (I)

lgfk7=(12±1) – (51±6)/                                (IV)

lgfk7=(13±1) – (59±7)/                                (VII)

lgfk7=(14±2) – (66±9)/                                (VIII),

где =19,1·10-3 ·Т, Дж/моль

3. Исследовано влияние строения молекулы урацила на величину эффективной константы скорости ингибирования радикально-цепного окисления 1,4-диоксана и установлено, что при переходе от электроноакцепторных заместителей к электронодонорным антиокислительная способность соединения возрастает.

4. Изучена формальная кинетика реакции 8 урацилов с пероксидом водорода в водных растворах. Найдены эффективные константы скоростиреакции второго порядка при 348 К, которые равны k·103, М-1с-1 = (28±1), (27±1), (9,6±0,8), (13±1), (5,0±0,5), (1,7±0,2), (6,4±0,4), (3,7±0,2) для соединений (I) – (VI), (IX) и (X), соответственно. Определены активационные параметры этой реакции:

lgk=(12±1) – (95±10)/                                (I)

lgk=(17±1) – (123±8)/                                (II)

lgk=(13,5±0,8) – (102±6)/                        (III)

lgk=(9±1) – (80±10)/                                (IV)

lgk=(13±1) – (100±10)/                                (V)

lgk=(9,4±0,8) – (83±7)/                                (VI)

lgk=(3,0±0,3) – (36±3)/                                (IX)

lgk=(20±1) – (150±10)/                                (X),

где =19,1·10-3 ·Т, Дж/моль

5. Найдено, что наличие микропримесей ионов металлов в воде приводит к двум каналам реакции – радикальному и нерадикальному - при взаимодействии пероксида водорода с урацилами. Установлен механизм этой реакции, удовлетворительно описывающий экспериментальные результаты. Определены константы скорости реакции взаимодействия гидропероксильного радикала с молекулой урацила, равные k3=(250±20) и (300±40) М-1с-1 при 348К для 5-гидрокси-6-метилурацила и 6-метилурацила соответственно.

Основные содержание работы изложено

в следующих публикациях:

  1. Даутова И.Ф., Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я., Хурсан С.Л. Взаимодействие пероксильных радикалов с урацилами в акте ингибирования окисления изопропилового спирта // ДАН. – 2010. – Т.431 – №4. – С. 487-489.
  2. Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я. Антирадикальные свойства производных урацила // Бутлеровские сообщения. – 2010. – Т.20 – №5. – С. 11-15.
  3. Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я. Антиокислительная активность производных урацила // Кинетика и катализ. – 2011. – Т.52 – №1. – С. 3-7.
  4. Герчиков А.Я., Ахатова Г.Р., Сафарова И.В. Урацилы как ингибиторы радикально-цепного окисления органических соединений // Бутлеровские сообщения. – 2011. – Т.25 – №6. – С. 22-28
  5. Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я., Еникеев А.А. Кинетика и механизм реакции урацилов с пероксидом водорода в водных растворах // Кинетика и катализ. – 2012. – Т.53 – №3. – С. 309–312
  6. Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я., Еникеев А.А. Кинетика взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2012. – Т.55 – №3. – С. 40-43
  7. Ахатова Г.Р., Кадырова А.Р., Сафарова И.В. , Герчиков А.Я. Реакционная способность производных урацила в качестве ингибиторов окисления 1,4-диоксана // Материалы международной конференции по химии «Основные тенденции развития химии в начале XXI века». – Санкт-Петербург, 2009. – С.241.
  8. Ахатова Г.Р., Кадырова А.Р., Сафарова И.В. , Герчиков А.Я. Реакционная способность производных урацила в качестве ингибиторов окисления 1,4-диоксана // Материалы научно-практической конференции студентов и аспирантов химического факультета, посвященной 100-летию основания БашГУ. – Уфа, 2009. – С.5.
  9. Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я. Антиокислительные свойства производных урацила // Материалы студенческих научных конференций «Студент и наука». – Уфа, 2010. – С. 63.
  10. Ахатова Г.Р., Еникеев А.А., Сафарова И.В., Герчиков А.Я. Кинетика взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода // Тезисы докладов VIII Международной конференции «Биоантиоксидант». – Москва, 2010. – С. 30-31.
  11. Ахатова Г.Р., Еникеев А.А., Сафарова И.В., Герчиков А.Я.  Кинетические характеристики реакции взаимодействия урацилов с пероксидом водорода // Тезисы докладов международной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании». – Уфа, 2010. – С. 195.
  12. Еникеев А.А., Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я. Кинетика взаимодействия 5-гидрокси-6-метилурацила с пероксидом водорода // Тезисы докладов Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ бакалавров в области химии. – Уфа, 2010. – С. 127.
  13. Еникеев А.А., Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я., Ахметчина Л.А. Изучение влияния ионов железа (II) на реакцию взаимодействия 5-гидрокси-6-метилурацила с пероксидом водорода // Тезисы докладов международной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании». – Уфа, 2011. – С. 116.
  14. Ахатова Г.Р., Еникеев А.А., Сафарова И.В., Герчиков А.Я. Кинетика взаимодействия производных урацила с пероксидом водорода // Тезисы докладов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Том 1 Пленарные доклады. Фундаментальные проблемы химической науки. – Волгоград, 2011. – С.106.
  15. Еникеев А.А., Ахатова Г.Р., Сафарова И.В., Герчиков А.Я. Связь строения и реакционной способности при взаимодействии урацилов с пероксидом водорода // Тезисы докладов XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Том 1 Пленарные доклады. Фундаментальные проблемы химической науки. – Волгоград, 2011. – С.198.

Ахатова Гузель Рашитовна

АНТИОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ПРОИЗВОДНЫХ УРАЦИЛА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

 





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.