WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

(10) QH• + O2 Q + HO2• Однако сравнение экспериментальных данных с результатами кинетического моделирования показало, что экспериментальная зависимость имеет менее выраженный характер, чем предсказанная теоретически. Кроме того, было обнаружено, что значение f заметно снижается при предварительном термостатировании антиоксиданта, что может объясняться его окислением. Сопоставление результатов кинетического моделирования и термодинамического расчета показало, что окисление антиоксиданта не может происходить путем прямого взаимодействия антиоксиданта с кислородом:

(11) QH2 + O2 QH• + HO2• Вероятно, окисление антиоксиданта протекает по более сложному механизму.

Значения k7 для полифенолов. Анализ полученных значений k7 позволил установить следующие основные закономерности связи реакционной способности полифенолов в реакции (7) со структурой соединений:

1. Значения k7 возрастают с увеличением числа ОН-групп в молекуле. При переходе от монофенолов к производным пирокатехина k7 увеличивается на 2 – порядка. Так, k7 для пирокатехина 1 заметно выше значения для незамещенного фенола (k7 2103 л/(мольс), Howard J. A. et al. // Canad. J. Chem. 1963, V. 41, P.

2800). Аналогичный результат наблюдается и в парах гидроксикислот 6 – 8 и 12 – 14. Появление третьей ОН-группы также увеличивает k7, но в заметно меньшей степени (в 2,7 – 2,8 раза в парах 1 – 5 и 8 – 10).

2. Электроноакцепторный заместитель –COOH снижает значение k7 в 2,раза (в парах 1 – 8 и 5 – 10). Заместитель –СН=СН–СООН в кофейной кислоте является электронодонорным, поскольку k7 для этого соединения в 1,5 раза выше, чем для 1. Электронодонорные алкильные группы повышают k7 в соединениях 2, 3, 4 по сравнению с пирокатехином 1.

3. Метилирование одной ОН-группы в производных пирокатехина снижает значение k7 на два порядка (в парах 8 – 7 и 14 – 13). Такое сильное снижение объясняется различным влиянием внутримолекулярной водородной связи, которая активирует пирокатехин и дезактивирует о-метоксифенол.

4. Введение в монофенол метоксигруппы (в парах 6 – 7 и 12 – 13) несколько увеличивает k7 или практически не изменяет ее, поскольку сильный электронодонорный эффект метоксигруппы компенсируется образованием прочной внутримолекулярной водородной связи. Введение второй метоксигруппы в о-положение (в парах 7 – 9 и 13 – 15) однозначно увеличивает k7.

Для флавоноидов обычно выделяют четыре структурных фактора, благоприятствующих высокой АОА (Heim K. et al. // J. Nutr. Biochem. 2002, V. 13, P.

572):

OH 1) наличие фрагмента пирокатехина в кольце В;

B 2) наличие двойной связи в кольце С в положении 2, 3;

O OH 3) наличие ОН-группы в кольце С в положении 3;

A C 4) наличие карбонильной группы в кольце С в положении 4.

OH Проанализируем полученные результаты для флавоO ноидов 16 – 28 с позиции возможного влияния этих факторов. Для краткости будем условно называть флавоноиды по числу ОН-групп в кольце В: B0, B1, B2 и В3.

1. Структура кольца B является основным фактором, определяющим АОА флавоноидов. Так, соединение В0 хризин 16 не дает видимого ингибирования даже в концентрации 210–4 моль/л, что соответствует значению k7 меньше л/(мольс). Соединения В1 17, 18, 24 имеют величину k7 порядка 104 – л/(мольс). Соединения В2 19, 22, 23, 26, 27 имеют k7 порядка (1 – 2)л/(мольс), а соединения В3 20, 28 – порядка 3106 л/(мольс).

2. Двойная связь в кольце С действительно несколько увеличивает АОА флавоноидов. Так, флавон 18 в два раза активнее флаванона 24, флавонолы 19 и 22 несколько активнее флаванонола 26 и флаванола 27. Для соединений В3 такой эффект отсутствует: они характеризуются близкими k7, сравнимыми с пирогаллолом 5, причем флаванол 28 даже несколько активнее флавонола 20.

3. Наличие ОН-группы в положении 3 оказывает сильное влияние на соединения B1. Так, флавонол 17 в пять раз превосходит по активности соответствующий флавон 18. Некоторое влияние этого фактора проявляется и на соединения B2: флавонолы 19 и 22 имеют несколько более высокие k7, чем флавон 23.

4. Карбонильная группа в положении 4 в отдельности не способствует повышению АОА. Так, флаванонол 26 заметно менее активен, чем флаванол 27.

Вместе с тем, карбонильная группа в положении 4 является неотъемлемой частью флавонолов, которые имеют более высокие значения k7, чем другие классы флавоноидов в ряду соединений B1 и B2.

В целом, производные пирокатехина и пирогаллола при окислении стирола характеризуются достаточно высокими значениями k7, причем некоторые синтетические производные пирокатехина (2 – 4), пирогаллол 5 и его природные производные (20, 28) сравнимы по активности с -токоферолом 32 – одним из наиболее активных природных антиоксидантов.

Антиоксидантная активность фенолов различных классов и прочности связей O–H. Одним из основных факторов, определяющих активность фенолов в условиях ингибированного окисления, является прочность связи O–H в молекуле фенола. Поэтому в работе был проведен количественный корреляционный анализ полученных значений k7 и прочностей связей в полифенолах. Для корреляционного анализа был выбран ряд поли-, метокси- и монофенолов, изученных в настоящей работе, а также 4-трет-бутилпирокатехин (36), 2-метокси-4пропилфенол (37), гидрохинон (38), 2,5-диметилгидрохинон (39). Для выбранных полифенолов методом B3LYP были рассчитаны значения DOH (табл. 2).

Известно, что в пределах одной реакционной серии соблюдается принцип линейности свободных энергий (ЛСЭ). Как следствие, между логарифмом значения k7 и величиной DOH фенола существует линейная корреляция. На рис. 2 приведена такая зависимость для выбранных соединений. Как можно увидеть, для монофенолов и производных гидрохинона и пирокатехина наблюдается хорошая корреляция. В эту зависимость не вписываются кверцетин 19 и эпикатехин 27.

Вероятно, выбранный метод расчета DOH плохо передает структурные особенности данных флавоноидов. В то же время точки, соответствующие производным пирогаллола и о-метоксифенолам лежат заметно ниже этой прямой. Это легко объяснимо, поскольку в производных пирогаллола и о-метоксифенолах атом водорода активной ОН-группы связан внутримолекулярной водородной связью. На разрыв этой связи требуется дополнительные затраты энергии, что должно приводить к повышению энергии активации реакции. В результате нарушается принцип ЛСЭ, что ведет к отсутствию корреляции с фенолами других классов (с несвязанным активным атомом водорода).

Таблица 2 – Экспериментальные значения k7 при окислении стирола и рассчитанные прочности связей для исследованных соединений DOH, ккал/моль № DOH, ккал/моль № k7, л/(мольс) k7, л/(мольс) 1 1,0106 78,1 27 1,6106 78,5 2,7106 71,4 28 3,2106 70,7 2,9103 89,2 29 1,7105 81,8 4,3105 79,7 31 2,8106 75,10 1,2106 76,4 33 2,7105 80,12 2,5104 85,6 34 7,0105 79,13 1,8104 85,5 36 1,8106 а 76,14 1,5106 77,1 37 3,1104 б 82,19 1,9106 78,0 38 2,8105 в 81,20 2,8106 72,1 39 6,0105 в 78,а Xi F. et al. // Can. J. Chem. 1998, V. 76, P. 171;

б Barclay L.R.C. et al. // J. Wood. Chem. Tech. 1997, V. 17, P. 73;

в Loshadkin D. et al. // Int. J. Chem. Kinet. 2002. V. 34, P. 162.

lg kМонофенолы 6,Производные гидрохинона Производные пирокатехина 6,Производные пирогаллола Метоксифенолы 5,Эпикатехин и кверцетин 5,4,4,3,70 75 80 85 DOH, ккал/моль Рис. 2 – Зависимость lg k7 от DOH для моно- и полифенолов (r2 = 0,99).

Глава 4. Реакционная способность полифенолов при окислении метиллинолеата в растворе Параметры антиоксидантной активности полифенолов. Изучение АОА при окислении МЛ было проведено только для основных представителей различных классов полифенолов и важнейших монофенолов. Полученные значения параметров АОА (k7 и f) для выбранных соединений приведены в табл. 3.

Таблица 3 – Параметры АОА при окислении МЛ в растворе (310 К) № f k7(Ст)/k7(МЛ) f k7(Ст)/k7(МЛ) № k7, л/(мольс) k7, л/(мольс) 1 10 20 4,9,9104 2,3 ± 0,1 6,5105 1,5 ± 0,5 6,4 27 4,2105 1,8 ± 0,1 1,5105 1,8 ± 0,7 – 15 28 4,1,9102 7,5105 0,9 ± 0,8 – 25 29 – 9,1,7104 1,10 10 32 2,0 3,1,2105 1,6 ± 0,1 9,13 – 4,5 33 – 4,0103 1,14 15 34 7,1,0105 2,1 ± 0,1 9,8104 1,8 ± 0,17 – 14 35 – 1,9,0103 1,19 1,9105 1,7 ± 0,Значения f для большинства полифенолов при окислении МЛ близки к 2.

Таким образом, независимо от числа ОН-групп в антиоксидантах, как в случае окисления стирола, так и при окислении МЛ, значение f не превышает двух.

Основные закономерности взаимосвязи значений k7 со строением полифенолов при переходе от стирола к МЛ сохраняются. При этом полифенолы в МЛ характеризуются более низкими значениями k7, чем в стироле. Это снижение сильнее выражено у производных пирокатехина и слабее у производных пирогаллола и о-метоксифенолов. Подобное снижение наблюдается также и для монофенолов, причем для о-незамещенного монофенола 33 оно выражено сильнее, чем для о-замещенных соединений 32 и 34. В случае пространственнозатрудненного монофенола 35 снижения k7 практически не происходит. Эти факты свидетельствуют, что снижение k7 при переходе от стирола к метиллинолеату вызывается образованием водородной связи между ОН-группой фенола и сложноэфирным фрагментом субстрата окисления. В этом случае определяемое в эксперименте значение k7 представляет собой не истинную константу скорости, а является эффективной величиной, которая по уравнению (5) зависит от концентрации МЛ (рис. 3).

(k7)k7 = (5) 1+ K[LH] Данная зависимость спрямляется в обратных координатах уравнения (5).

Отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, дает возможность определить для значение (k7)0 = 9,9105 л/(мольс), что практически совпадает со значением k7 в стироле. Аналогичные результаты были получены еще для трех антиоксидантов.

Таким образом, истинная реакционная способность пероксидных радикалов стирола и МЛ в реакции с фенолами практически одинакова, а более низкие значения k7 в МЛ объясняются снижением активности фенолов вследствие образования водородной связи.

Меньшее снижение k7 при переходе от стирола к МЛ для производных пирогаллола и о-метоксифенолов объясняется влиянием внутримолекулярных водородных связей. В производных пирогаллола и о-метоксифенолах атом водорода активной ОН-группы является связанным, а в производных пирокатехина и k710-5, л/(мольс) (k7)-1106, (мольс)/л 5 Рис. 1 – Зависимость значения k7 от концентрации МЛ при окислении растворов МЛ в ХБ в присутствии пирокатехина 1;

2 – анаморфоза кривой 1 в обратных координатах уравнения (5) (r2 = 0,99).

0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,[LH], моль/л монофенолах – свободным. При образовании межмолекулярной водородной связи со связанным атомом водорода ее прочность будет ниже, чем в случае внутримолекулярно несвязанных атомов водорода.

Количественно снижение k7 в МЛ определяется константой комплексообразования K, которая может быть оценена по уравнению (6). Эта величина связана с энергией Гиббса процесса комплексообразования по уравнению изотермы, которое можно представить в виде уравнения (7). Если считать энтропийный член постоянным, то между логарифмом значения K и величиной Hsolv должна существовать линейная корреляция.

k7(Ст) K =- (6) (7) Hsolv = TSsolv – RTln K 2,7 k7(МЛ) Энергии образования комплексов со сложноэфирным фрагментом МЛ Hsolv для изученных антиоксидантов были рассчитаны методом АМ1, в качестве модели МЛ использовался метилацетат. Зависимость десятичного логарифма константы комплексообразования от энергии комплексообразования с метиллинолеатом для исследованных антиоксидантов приведена на рис. 4. Как можно увидеть, между величинами Hsolv и lg K действительно наблюдается весьма удовлетворительная корреляция.

Сравнение антиоксидантной активности полифенолов при окислении метиллинолеата в растворе и мицеллах. Некоторые из исследованных в настоящей работе полифенолов ранее изучались в условиях окисления метиллинолеата в мицеллах. Сравнение этих данных с результатами настоящей работы позволяет проследить изменение АОА полифенолов при переходе от окисления в гомогенной среде к гетерогенной (табл. 4).

В то время как в растворе значения f для всех полифенолов практически не превышают двух, в мицеллах производные пирокатехина характеризуются заметно более высокими значениями f. Причиной этого является олигомеризация антиоксиданта с регенерацией активных ОН-групп. В неполярной среде, повидимому, такого взаимодействия не происходит. Производные пирогаллола, как 1,lg K 0,0,Рис. 4 – Зависимость lg K от Hsolv для исследованных ан0,тиоксидантов (r2 = 0,97).

0,0,-7 -6 -5 -4 -3 -Hsolv, ккал/моль Таблица 4 – Значения k7 и f для полифенолов при окислении метиллинолеата в растворе и мицеллах В растворе В мицеллаха k7р Полифенол k7р10–5, k7м10–5, log Pб f f k7м л/(мольс) л/(мольс) 1 1,0 2,3 0,049 3,6 20,4 0,10 1,2 1,6 0,058 1,87 20,7 0,11 1,2в – 0,168 1,55 7,14в 1,14 1,0 2,1 0,22 5,7 4,55 1,17 0,090 – 0,088 2,05 1,02 3,19 1,9 1,7 0,13 5,6 14,6 1,20 6,5 1,5 0,18 2,5 36,1 0,84г 27 1,5 1,8 0,066 6,3 22,7 0,28 7,5 0,9 0,096 1,57 78,1 –0,13г а Roginsky V. // Arch. Biochem. Biophys. 2003, V. 414, P. 261;

б Экспериментальные значения из http://logkow.cisti.nrc.ca/logkow/index.jsp;

в Значение k7р принято одинаковым с галловой кислотой 10;

г Рассчитано с использованием алгоритма CLogP.

в растворе, так и в мицеллах имеют более низкие значения f, чем производные пирокатехина, что обусловлено автоокислением антиоксидантов.

Значения k7 при окислении метиллинолеата в растворе на 1 – 2 порядка превышают значения в мицеллах. Такое различие вызвано влиянием различных факторов, в частности, распределением антиоксиданта между липидной и водной фазами. Сопоставим отношение k7p/k7м с логарифмом коэффициента распределения антиоксидантов в системе «октанол – вода» log P (табл. 4). Наименьшее значение k7p/k7м наблюдается для кемпферола 17, который имеет при этом наибольшую величину log P, наибольшее же значение k7p/k7м наблюдается для соединения с наименьшим log P – эпигаллокатехина 28. Кроме того, в мицеллах значение k7м для пропилгаллата 11 почти в три раза выше, чем для галловой кислоты 10, что объясняется более высокой величиной log P для 11. Вместе с тем, значения log P = 0 – 1 для большинства антиоксидантов не позволяют объяснить снижение k7 при переходе от раствора к мицеллам в 20 – 40 раз. Однако реальные значения log P полифенолов в системе «мицеллы – вода» могут быть ниже, чем в системе «октанол – вода» вследствие большей липофильности метиллинолеата по сравнению с октанолом. Также дополнительное снижение k7 может происходить вследствие образования водородных связей между антиоксидантом и молекулами ПАВ или воды на поверхности мицеллы.

Pages:     | 1 || 3 |






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