WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ТИХОНОВ ИВАН ВИКТОРОВИЧ АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЛИФЕНОЛОВ ПРИ ОКИСЛЕНИИ СТИРОЛА И МЕТИЛЛИНОЛЕАТА В РАСТВОРЕ 02.00.04 – Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Иваново – 2009

Работа выполнена на кафедре общей и биоорганической химии ГОУ ВПО «Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова»

Научный консультант: доктор химических наук, профессор Плисс Евгений Моисеевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Лефедова Ольга Валентиновна доктор химических наук, профессор Плахтинский Владимир Владимирович

Ведущая организация: Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН

Защита диссертации состоится «16» марта 2009 г. в 10.00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.06 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г. Иваново, пр.Ф.Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000, г.

Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан «30» января 2009 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.06 Егорова Е.В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Полифенолы широко распространены в природе и содержатся во многих продуктах питания. К природным полифенолам относятся флавоноиды и полигидроксикислоты, а также образованные на их основе таннины и лигнины. Большой интерес к изучению полифенолов вызван способностью этих соединений снижать риск развития атеросклероза, онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний. Подобные свойства объясняются высокой антиоксидантной активностью полифенолов, в результате чего эти соединения способны ингибировать процессы радикально-цепного окисления в организме, защищая биомолекулы от окислительного разрушения. Таким образом, изучение антиоксидантной активности (АОА) полифенолов представляет большой интерес, как для химии, так и для биологии и медицины.

В последнее время к определению АОА полифенолов и полифенолсодержащих природных продуктов приковано большое внимание. В исследованиях используются самые разнообразные подходы к оценке АОА. Однако результаты многих работ являются неоднозначными и невоспроизводимыми. В то же время, существует обоснованный подход к определению АОА, основанный на использовании модели контролированной цепной реакции окисления. АОА в этой модели характеризуется двумя независимыми параметрами, константой скорости реакции пероксидного радикала с ингибитором (k7) и стехиометрическим коэффициентом ингибирования (f). Изучение АОА природных соединений и их аналогов чаще всего проводят в гетерогенных системах, близких по строению к клетке живого организма, – мицеллах и липосомах. Однако АОА, определенная в этих условиях, зависит от различных факторов. Для того чтобы разделить влияние этих факторов, необходимо исследовать АОА этих соединений при окислении модельных субстратов в гомогенной системе.

Таким образом, актуальным представляется изучение антиоксидантной активности полифенолов при ингибировании окисления в растворе.

В качестве объектов исследования настоящей работы были выбраны важнейшие природные полифенолы класса флавоноидов и ароматических гидроксикислот, простейшие синтетические полифенолы – аналоги природных соединений, а также некоторые антиоксиданты класса полифенолов, применяемые в промышленности. В качестве модельных субстратов были использованы стирол и метиллинолеат (МЛ). Первый позволяет определить истинные константы скорости реакции пероксидных радикалов с полифенолами, а второй является моделью природных липидов.

Цели исследования:

– установление параметров антиоксидантной активности полифенолов при ингибировании окисления в растворе;

– выявление связи антиоксидантной активности полифенолов со строением соединений и термодинамическими характеристиками процесса.

Научная новизна. В настоящей работе впервые проведено систематическое исследование антиоксидантной активности полифенолов при окислении стирола и метиллинолеата в растворе. Обнаружено, что значения f для некоторых полифенолов заметно меньше двух, что объясняется их автоокислением в растворе. Установлена связь значений k7 со строением молекул полифенолов. Установлено, что для монофенолов и производных гидрохинона и пирокатехина существует единая линейная корреляция между логарифмом значения k7 и прочностью связи О–Н, в то время как производные пирогаллола и о-метоксифенолы не описываются данной зависимостью. Обнаружена линейная корреляция между логарифмом константы равновесия и энергией комплексообразования полифенолов с метиллинолеатом.

Положения, выносимые на защиту:

– Связь антиоксидантной активности полифенолов со строением соединений.

– Связь антиоксидантной активности полифенолов с термодинамическими параметрами процесса.

Научно-практическая ценность. Примененный в настоящей работе подход к определению антиоксидантной активности полифенолов при окислении модельных соединений может использоваться и для изучения других природных антиоксидантов. Обнаруженные закономерности связи антиоксидантной активности полифенолов со строением и термодинамическими характеристиками процесса могут быть использованы для объяснения антиоксидантной активности полифенолов в реальных биологических системах.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Совместная сессия 3-го Международного симпозиума «Компьютерное обеспечение химических исследований» и 5-й Международной интернет-конференции «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных научных проблем и прикладных задач химии, биологии, фармацевтики, медицины» (Россия, Ярославль, 2006 г.); Всероссийские конференции молодых ученых и II и III школы «Окисление, окислительный стресс и антиоксиданты» (Россия, Москва, 2006, 2008 гг.); VII Всероссийская научно-практическая конференция студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Россия, Томск, 2006 г.); XIX симпозиум "Современная химическая физика" (Россия, Туапсе, 2007 г.); III международная конференция «Современные проблемы физической химии» (Украина, Донецк, 2007 г.).

Публикации. По результатам работы опубликованы 3 статьи в рекомендованных ВАК журналах и 6 тезисов докладов на Международных и Всероссийских конференциях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 141 странице, включая 22 рисунка и таблиц. Список использованных источников включает 136 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Анализ литературных данных В первой главе проанализированы литературные данные о механизме неингибированного и ингибированного окисления органических соединений, рассмотрены различные методы определения АОА. Особое внимание уделено результатам определения АОА полифенолов и механизму их действия.

Глава 2. Экспериментальная часть Изучение кинетики ингибированного окисления проводилось на стеклянном капиллярном микроволюмометре. Кинетическое компьютерное моделирование проводилось с использованием программы «Кинетика». Квантовохимические расчеты проводились полуэмпирическим методом АМ1 и методом функционала плотности B3LYP с использованием программного комплекса PC GAMESS.

Глава 3. Реакционная способность полифенолов при окислении стирола в растворе В данном разделе рассмотрены механизм и кинетические параметры АОА полифенолов при окислении стирола в растворе. Формулы исследованных антиоксидантов представлены на рис. 1.

R2 R2 ROH RR3 OH R3OOC OH OH HO O HOOC RR2 R1 R1 R1 R1 =R2 =R3 =H 6 R1 = R2 =R3 =H 12 R1 =R2 =H R6 R2 R1 =R2 = i-Pr; R3 =H 7 R1 = OMe; R2 =R3 = H 13 R1 =OMe; R2 = H R5 O 3 R1 =R2 =t-Bu; R3 = H 8 R1 = OH; R2 =R3 =H R1 =OH; R2 =H 4 R1 =R3 =t-Bu; R2 = H 16 R1 =R2 =R3 =R4 = R6 =H; R5 =OH 9 R1 = R2 =OMe; R3 = H 15 R1 =R2 =OMe 5 R1 =OH; R2 = R3 =H 17 R1 =R3 =R6 =H; R2 =R4 =R5 =OH 10 R1 = R2 =OH; R3 =H 18 R1 =R3 =R4 =R6 = H; R2 =R5 =OH 11 R1 = R2 =OH; R3 =Pr OH 19 R1 =R2 =R4 =R5 = OH; R3 =R6 =H ROH 20 R1 =R2 =R3 =R4 = R5 =OH; R6 =H HO O 21 R1 =R2 =R3 =R4 = H; R5 =R6 =OH R2 HO O 22 R1 =R2 =R4 =OH; R3 = R5 =R6 =H R 23 R1 =R2 =R5 =OH; R3 = R4 =R6 =H ROH OH O CHOH OH 24 R1 =OH; R2 = R3 =H HO 27 R=H R3 R25 R1 =OMe; R2 =OH; R3 =H 28 R=OH R 26 R1 =R2 = R3 =OH H3C O CHHO HO CHROH OH 31 R=Me 33 R1 =R3 = H; R2 =OMe HO 32 R=C16H33 R1 =t-Bu; R2 =OMe; R3 = H 35 R1 =R3 = t-Bu; R2 =Me OH HO Рис. 1 – Структуры исследованных антиоксидантов Механизм процесса. Механизм ингибированного окисления в неполярной среде в присутствии полифенолов (QH2) описывается схемой:

+O2,+RH (i) I RO2• Ri (+O2 ) (2) RO2• + RH ROOH + RO2• k(6) RO2• + RO2• продукты k(7) RO2• + QH2 ROOH + QH• k(8) RO2• + QH• ROOH + Q k(9) QH• + QH• QH2 + Q kКонстанту скорости реакции антиоксиданта с пероксидным радикалом k7 в зависимости от активности антиоксиданта определяли по уравнениям (1) и (2).

Стехиометрический коэффициент ингибирования f вычисляли по уравнению (3), исходя из периода индукции ind, который определяли по формуле (4).

1+ R / R0 R0 k7R0 Ri ind F1 = ln - = t + С f = (1) (3) 1- R / R0 R nk2[RH] [PhOH] R0 R 2k7RF2 = - = [PhOH] ind = 1- ( )R / R0 dt (2) (4) ( ) R R0 nk2[RH]Ri где R0 и R – скорость окисления в отсутствии и присутствии антиоксиданта;

Ri – скорость инициирования;

[RH] и [PhOH] – концентрации субстрата окисления и антиоксиданта.

Для расчета k7 принципиально важно установить, какая реакция гибели феноксильных радикалов, (8) или (9) является доминирующей, поскольку от этого зависит значение множителя n в уравнениях (1) и (2). Результаты кинетического анализа показывают, что для полифенолов в условиях эксперимента преобладает гибель радикалов QH• по реакции (9). В этом случае в уравнениях (1) и (2) для расчета k7 следует применять множитель n = 2. Аналогичный анализ для монофенолов показывает, что в этом случае основной является реакция (8), соответственно для монофенолов использовался множитель n = 1.

Разработка методики изучения АОА полифенолов в неполярной среде.

Основная проблема, возникающая при изучении АОА полифенолов в неполярной среде, связана с их крайне низкой растворимостью в этих условиях. Для приготовления растворов полифенолов приходится использовать добавки полярных растворителей. Однако полярность среды может оказывать существенное влияние на активность ингибиторов. Так, в настоящей работе было обнаружено, что в присутствии всего лишь 0,012 М диметилсульфоксида (ДМСО) величина k7 для пирокатехина 1 снижается в 2,5 раза по сравнению со значением в неполярной среде. Причиной такого снижения является образование водородной связи между ОН-группой фенола и растворителем. В этом случае для нахождения истинного значения k7 необходимо получить экспериментальную зависимость эффективного значения k7 от концентрации ДМСО и экстраполировать эту зависимость к нулевой концентрации ДМСО. Это ведет к усложнению эксперимента и возникновению дополнительной погрешности в ходе экстраполяции значения k7. Поэтому была предпринята попытка подобрать такой растворитель, который бы минимально влиял на значение k7 для исследованных антиоксидантов. В ходе ряда проведенных экспериментов для пирокатехина и пирогаллола было установлено, что ацетонитрил (АН) в концентрации до 0,12 M не вызывает заметного снижения k7. При сравнении результатов определения k7 с использованием двух растворителей было обнаружено, что для производных пирокатехина 1, 14, 27 значения k7, полученные в ДМСО и АН, практически совпадают. В то же время для производных пирогаллола 5 и 10 значения k7, полученные в ДМСО с помощью экстраполяции, оказались заметно ниже значений в АН. Таким образом, использование стирола в качестве субстрата окисления и АН в качестве добавки для растворения полифенолов позволяет определять истинную реакционную способность полифенолов по отношению к пероксидным радикалам, не осложненную образованием водородных связей. Поэтому в дальнейшем растворы исследованных ингибиторов приготавливались с использованием АН.

Параметры антиоксидантной активности полифенолов. Результаты определения величин f и k7 для исследованных соединений при окислении стирола приведены в табл. 1.

Таблица 1 – Параметры АОА при окислении стирола (310 К) № f № f k710–5, л/(мольс) k710–5, л/(мольс) 1 10 ± 1 2,1 ± 0,2 19 19 ± 2 1,9 ± 0,2 24 ± 2 2,1 ± 0,1 20 28 ± 2 1,6 ± 0,3 26 ± 3 2,1 ± 0,1 21 5,3 ± 0,3 2,1 ± 0,4 34 ± 3 2,0 ± 0,1 22 20 ± 2 1,5 ± 0,5 27 ± 3 1,8 ± 0,1 23 15 ± 2 1,0 ± 0,– – 6 0,0065 ± 0,0007 24 0,12 ± 0,– – 7 0,029 ± 0,003 25 0,13 ± 0,8 4,3 ± 0,3 1,1 ± 0,1 26 9,0 ± 0,5 1,9 ± 0,– 9 0,18 ± 0,02 27 16 ± 1 1,4 ± 0,10 12 ± 1 1,2 ± 0,1 28 32 ± 2 0,9 ± 0,11 13 ± 1 1,3 ± 0,1 29 1,7 ± 0,2 2,1 ± 0,– 12 0,25 ± 0,02 30 16 ± 1 4,1 ± 0,– 2,13 0,18 ± 0,02 31 28 ± 14 15 ± 1 1,5 ± 0,1 32 32 ± 1 2,0 ± 0,– 15 0,62 ± 0,07 33 2,7 ± 0,3 2,1 ± 0,16 < 0,01 – 34 7,0 ± 0,5 2,0 ± 0,– 17 1,3 ± 0,1 1,4 ± 0,1 35 0,17 ± 0,– 18 0,27 ± 0,Стехиометрические коэффициенты ингибирования. Значения f были определены только для относительно активных антиоксидантов, когда на кинетической кривой имелся выраженный период индукции. Из данных табл. 1 можно увидеть, что для большинства изученных антиоксидантов значение f практически не превышает двух, причем это справедливо как для монофенолов 31 – 34, так и для полифенолов, независимо от числа ОН-групп. Исключение составляет соединение 30, для которого значение f равно 4, поскольку в нем присутствуют два независимых фрагмента пирокатехина, разделенные алифатическим фрагментом.

Для ряда соединений значения f оказались заметно меньше двух. При подробном изучении этого явления на примере галловой кислоты 10 было установлено, что значение f уменьшается при снижении Ri. Это может объясняться взаимодействием феноксильного радикала с кислородом:

Pages:     || 2 | 3 |






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