Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

CATALYTIC OXIDATION OF ETHYL OLEATE IN THE PRESENCE OF ADRENALINE, METHYLDOPA AND LEVODOPA

Perevozkina M.G. 1
1 State Agrarian University of Northern Trans-urals
We studied the antioxidant activity of aminophenols: adrenaline, methyldopa and levodopa compared to standard oxidation inhibitors: BHT, a-tocopherol and intermediates – pyrocatechol in micellar catalyzed substrates. The antioxidant properties of adrenaline, methyldopa and levodopa weaker inhibitory activity of pyrocatechol. The possibility of aminophenols reduce the maximum oxidation rate of 4–6 times compared to the control. Found that adrenaline, methyldopa and levodopa in the oxidation of lipid substrates by molecular destroy hydroperoxides by 50–60 % at the amino group. It was found that BHT is superior in its effect natural antioxidant a-tocopherol. The data obtained can recommend potential implementation synthesis antioxidant which shielded two tert-butyl substituents phenolic OH-group must be in para position with a substituent amino group, which will reduce the possibility of formation of chelate complexes with cations of transition metals.
adrenaline
methyldopa
levodopa
a-tocopherol
dibunol (BHT)
antioxidant activity
catalytic oxidation
micelles
1. Burlakova E.B., Alesenko A.V., Molochkina A.M. i dr. Bioantioksidanty v luchevom porazhenii i zlokachestvennom roste. Moscow: Nauka, 1975, 214 p.
2. Vladimirov Y.A., Suslova T.B., Olenev V.I. Mitohondrii. Transport jelektronov i preobrazovanie jenergii. Moscow: Nauka, 1976, 109 p.
3. Lankin V.Z., Tihaze A.K., Konovalova G.G. i dr. Koncentracionnaja inversija antioksidantnogo i prooksidantnogo dejstvija b-karotina v tkanjah in vivo // Bjull. jeksp. biologii i mediciny, 1999, Vol. 128, no. 9, pp. 314-316.
4. Perevozkina M.G., Tihonova V.V., Ushkalova V.N. Kataliticheskoe okislenie lipidnyh substratov v prisutstvii fenolov i aminov // Svobodno-radikal’noe okislenie lipidov v jeksperimente i klinike. Tyumen, Izdat. Tjumenskogo gos. Un-ta, 1997, pp. 90–104.
5. Perevozkina M.G. Testirovanie antioksidantnoj aktivnosti polifunkcional’nyh soedinenij kineticheskimi metodami. Monografija. Novosibirsk: Izd. SibAK, 2014, 240 p.
6. Perevoshhikova N.B., Suhanova E.A. Issledovanie kompleksoobrazovanija zheleza (III) s nekotorymi organicheskimi krasiteljami v vodnyh rastvorah // Vestnik Udmurtskogo universiteta. Fizika. Himija, 2011, no. 2, pp. 64–76.
7. Razumovskij S.D., Zajkov G.E. Ozon i ego reakcii s organicheskimi soedinenijami (kinetika i mehanizm). Moscow: Nauka, 1974, 322 p.

К настоящему времени синтезировано и получило широкое применение значительное количество антиоксидантов (АО). Особые требования предъявляются к ингибиторам окисления, применяемым в медицине, фармации и пищевой промышленности. Перечень нетоксичных, официально разрешенных к использованию антиоксидантов невелик [1, 3]. Ведется поиск перспективных антиоксидантов из числа традиционных лекарственных препаратов с целью расширения спектра их фармакологического действия. В настоящей работе, являющейся продолжением ранее начатых исследований [4], приведены результаты анализа кинетики каталитического окисления субстратов в водно-липидной среде в присутствии аминофенолов в зависимости от концентрации и структуры, без учета спектра их фармакологического действия. 

Цель исследования – изучение ингибирующих свойств аминофенолов: адреналина, метилдопы и леводопы в сравнении с реперными антиоксидантами: дибунолом, a-токоферолом и полупродуктом – пирокатехином.

Экспериментальная часть

Антиоксидантную активность соединений (АОА) изучали волюмометрическим методом поглощения кислорода в модифицированной установке типа Варбурга при окислении этилолеата (ЭО) в присутствии 1∙10−3 М цетилтриметиламмоний бромида (ЦТМАБ) в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ), с добавками 2∙10−3 М хлорида меди (II) в пробе при t = (60 ± 0,2) °С, Wi = 6,7∙10-5 М∙с–1. Антиоксиданты добавляли в диапазоне концентраций (1∙10-8–1∙10−1) М. Соотношение липидов и воды составляло 1:3, общий объем пробы 4 мл. Кинетическая модель тестирования антиоксидантов, подбор концентраций катализатора и ПАВ описывается в работе [5]. В качестве критериев оценки антиоксидантных свойств соединений использовали – периоды индукции (t), начальные и максимальные скорости окисления (Wнач, Wmax). Кинетику накопления гидропероксидов изучали при аутоокислении метилолеата (МО) методом обратного йодометрического титрования в среде хлорбензола при t = (60 ± 0,2) °С. Скорость инициирования определяли уравнением
Wi = f[InH]/τi, где f – стехиометрический коэффициент ингибирования, [InH] – концентрация ингибитора (дибунола), τi – период индукции. Комплексы пирокатехина с катионами меди идентифицировали методом УФ-спектроскопии в области 220–450 нм с использованием спектрофотометра «Specord М-40» в стандартных 1 см кварцевых кюветах.

Результаты исследования
и их обсуждение

В присутствии катализатора известны следующие реакции зарождения цепей [2]:

Me(n+1)+ + RH + O2 → Men+ + R● + HO2●;

Me(n+1)+ + RH → Men+ + R● + H+.

Возможно участие катализатора в продолжении цепей:

Men+ + ROOH → Me(n+1)+ + RO● + OH–;

Me(n+1)+ + ROOH → Men+ + RO2● + H+;

Me(n+1)+ + ROOH → Men+ + RO● + OH●.

В табл. 1 представлены формулы изучаемых соединений. Адреналин известен как «гормон стресса» и используется в медицине как гипергликемическое, бронхолитическое, гипертензивное, противоаллергическое, сосудосуживающее средство. Препарат метилдопа (3-гидрокси-a-метил-L-тирозин) применяют как гипотензивное средство при разных формах гипертонической болезни. Леводопа (3-гидрокси-L-тирозин) – комбинированный противопаркинсонический препарат, содержащий предшественник  дофамина и ингибитор переферической декарбоксилазы ароматических L-аминокислот. По химической структуре соединения адреналин, метилдопа и леводопа относятся к аминофенолам.

Таблица 1

Химические формулы изучаемых антиоксидантов

№ п/п

Название АО

Формула

I

Пирокатехин (1,2-дигидрокси-бензол)

pic_21.tif

II

Адреналин

(1-(3ʹ,4′-дигидроксифенил)-
2(N-метил)-аминоэтанол)

pic_22.tif

III

Метилдопа

(2-амино-2-метил-3-
(3ʹ,4ʹ-дигидрокси)-фенилпропановая кислота)

pic_23.tif

IV

Леводопа

(2-амино-3-(3ʹ,4ʹ-дигидрокси)-фенилпропановая кислота)

pic_24.tif

V

Дибунол (2,6-ди-трет-бутил-
4-метил-фенол) (ионол)

pic_25.tif

VI

a-Токоферол

(6-гидрокси-2,5,7,8-тетраметил-2-фитилхроман)

pic_26.tif

В соответствии с механизмом окисления аминофенолы могут участвовать в различных элементарных реакциях:

● реакции обрыва цепей, что должно приводить к увеличению периода индукции и уменьшению начальных скоростей процесса пропорционально концентрации:

perevoz001.wmf

● реакции разветвления, продолжения, инициирования цепей, что должно приводить к увеличению скорости процесса, сокращению периода индукции:

In● + RH → R● + InH;

InH + ROOH → In● + RO● + H2O;

● реакции разрушения гидропероксидов по молекулярному механизму, что приведет к уменьшению скорости процесса пропорционально концентрации аминофенола:

ROOH + InH → молекулярные продукты.

В процессе окисления должны конкурировать различные элементарные реакции за счет фенольного гидроксила и аминогруппы, что сказывается на суммарной антиоксидантной активности соединения.

На рис. 1 приведены типичные кинетические кривые (КК) окисления этилолеата в зависимости от концентрации АО. По характеру КК можно разделить соединения на две группы. В первую группу входят пирокатехин, дибунол и a-токоферол. Все добавки этих соединений тормозят процесс окисления: наблюдается период индукции, период аутоускорения и достижения максимальной скорости окисления. Во вторую группу входят аминофенолы: адреналин, метилдопа и леводопа. Наблюдается другой характер КК с добавками соединений: незначительные периоды индукции, снижение начальной и максимальной скоростей окисления в 4–6 раз по сравнению с контролем.

При увеличении концентрации пирокатехина повышается максимальная скорость процесса. Увеличение максимальной скорости процесса окисления (табл. 2) в присутствии пирокатехина, вероятно, связано с участием гидроксильных групп в образовании хелатов с катионами меди (II), при этом снижается их эффективность в процессе ингибирования. Пирокатехин существенно тормозит окисление этилолеата только при концентрациях 1∙10−2 М и выше, когда его соотношение с катализатором составляет 5:1. В этих условиях большая часть пирокатехина не задействована в комплексообразовании и проявляет антиоксидантную активность. Характер КК в присутствии аминофенолов предполагает подавление антиоксидантных свойств фенольного гидроксила за счет образования хелатных комплексов с катионами меди (II) и проявление ингибирующего эффекта только за счет аминогруппы.

pic_27.wmf

Рис. 1. Кинетика окисления этилолеата в водно-липидной среде
в присутствии добавок антиоксидантов, 1∙10–3 М:
1 – контроль; 2 – a-токоферол; 3 – пирокатехин; 4 – 1∙10–4 М дибунол;
5 – леводопа; 6 – метилдопа; 7 – адреналин; 2∙10−3 М CuCl2 1∙10−3 М ЦТМАБ, t = 60 °С

На рис. 2 представлены спектры оптической плотности пирокатехина в присутствии хлорида меди (II) и ПАВ при длине волны (230–340) нм. Максимум поглощения пирокатехина прослеживается при длине волны 276 нм. Область спектра 240–260 нм характерна для образования хинонов, а полоса 290–320 нм обусловлена образованием комплексных соединений пирокатехина с катионами меди (II) [6, 7].

На рис. 3 показаны зависимости периодов индукции антиоксидантов от их концентраций: наблюдалась экстремальная зависимость с максимумом в 5∙10–4 М для a-токоферола, для пирокатехина периоды индукции возрастали с увеличением концентрации соединения, периоды индукции адреналина, метилдопы и леводопы возрастали до 5∙10–4 М и в дальнейшем не изменялись.

pic_28.wmf

Рис. 2. Спектры оптической плотности смеси: пирокатехин
(5∙10–4 М) + ЦТМАБ (1∙10–3 М) + CuCl2 (2∙10–3 М) (1);
пирокатехин (5∙10–4 М) + ЦТМАБ (1∙10–3 М) (2);
ЦТМАБ (1∙10–3 М) + CuCl2 (2∙10–3 М) (3); растворитель – вода; l = 1 см, t = 20 °С

pic_29.wmf

Рис. 3. Зависимости периода индукции от концентрации антиоксидантов:
1 – a-токоферол; 2 – пирокатехин; 3 – адреналин; 4 – метилдопа;
5 – леводопа; 2∙10−3 М CuCl2, 1∙10−3 М ЦТМАБ, t = 60 °С

В работе была проанализирована закономерность изменения максимальной скорости окисления этилолеата с добавками различных концентраций изучаемых АО. Указанные кинетические параметры практически не изменялись с ростом концентрации дибунола и пирокатехина, но существенно уменьшались при введении ингибиторов, содержащих аминогруппу. Для a-токоферола максимальная скорость изменяется экстремально, до концентрации 5∙10-4 М снижалась, свыше 5∙10-4 М резко увеличивалась. Снижение максимальной скорости окисления у аминофенолов (табл. 2) может свидетельствовать об участии соединений в реакциях с гидропероксидами с образованием молекулярных продуктов.

Таблица 2

Кинетические параметры окисления этилолеата в водно-липидной среде в присутствии 2∙10−3 М CuCl2 в зависимости от концентрации АО, Wi = 6,7∙10-5 М∙с–1, t = 60 °С

С(АО), М

τi, мин

Wнач∙10–5, М∙с–1

Wmax∙10–5, М∙с–1

Wmax ЭO/Wmax AO

Контроль ЭО

15

7,5

14,0

Пирокатехин

5∙10−5

10

10,1

14,0

1,0

1∙10−4

9

12,0

17,3

0,8

5∙10−4

50

8,3

15,1

0,9

1∙10−3

70

5,1

14,2

1,0

5∙10−3

90

2,2

15,2

0,9

1∙10−2

120

1,9

16,8

0,8

Адреналин

5∙10−5

25

4,5

4,9

2,9

1∙10−4

30

3,4

4,6

3,0

5∙10−4

35

2,8

6,1

2,3

1∙10−3

40

2,1

4,5

3,1

5∙10−3

45

1,6

4,0

3,5

1∙10−2

60

0,9

3,8

3,7

Метилдопа

5∙10−5

20

7,1

9,4

1,5

1∙10−4

30

6,8

8,8

1,6

5∙10−4

35

3,6

6,6

2,1

1∙10−3

35

3,4

5,1

2,7

5∙10−3

45

1,8

2,9

4,8

1∙10−2

60

0,9

2,4

5,8

Леводопа

5∙10−5

18

7,3

9,6

1,5

1∙10−4

26

7,0

9,0

1,6

5∙10−4

32

3,9

6,8

2,1

1∙10−3

33

3,5

5,3

2,6

5∙10−3

42

1,9

3,1

4,5

1∙10−2

57

0,9

2,5

5,6

Дибунол

1∙10−5

65

7,0

12,3

1,1

5∙10−5

110

2,6

9,3

1,5

1∙10−4

140

2,1

8,7

1,6

5∙10−4

360

1,3

8,4

1,7

1∙10−3

600

1,0

8,0

1,8

a-Токоферол

1∙10−5

30

4,3

8,8

1,6

5∙10−5

35

4,1

8,2

1,7

1∙10−4

40

3,8

7,4

1,9

5∙10−4

70

3,0

7,9

1,8

1∙10−3

45

4,3

16,8

0,8

Для подтверждения гипотезы о возможном разрушении гидропероксидов под действием АО был проведен эксперимент по прямому тестированию кинетики накопления гидропероксидов (ROOH) после введения соединений в частично окисленный субстрат (время эксперимента 8 часов). В течение первого часа наблюдалось снижение концентрации гидропероксидов (рис. 4), в контрольном опыте ROOH продолжали накапливаться. Установлено, что все исследуемые добавки АО способствовали разрушению гидропероксидов
на 50–60 %.

pic_30.wmf

Рис. 4. Кинетика накопления гидропероксидов при аутоокислении метилолеата
в присутствии равных концентраций АО:
1 – контроль; 2 – леводопа; 3 – адреналин; 4 – метилдопа.
Стрелкой показан ввод АО. С(АО) = 2∙10–4 M, t = 60 °C

Полученные данные могут быть методологической основой для разработки синтеза новых высокоэффективных полифункциональных соединений. Экранированная двумя трет-бутильными заместителями фенольная ОН-группа в соединениях должна находиться в пара-положении к заместителю с аминогруппой, что снизит возможность образования хелатных комплексов с катионами металлов переменной валентности, а способность аминогруппы разрушать гидропероксиды молекулярным путем приведет к увеличению периодов индукции.

Выводы

1. Установлено, что синтетический ингибитор окисления дибунол в водно-липидной среде превосходит по своему действию природный антиоксидант a-токоферол.

2. Выявлены слабые антиоксидантные свойства у адреналина, метилдопы и леводопы в водно-липидных катализируемых субстратах, уступающие пирокатехину.

3. Показана возможность адреналина, метилдопы и леводопы снижать максимальную скорость окисления в 4–6 раз по сравнению с контролем.

4. Установлено, что адреналин, метилдопа и леводопа в процессе окисления липидных субстратов разрушают гидропероксиды молекулярным путем, вероятно, за счет аминогруппы на 50–60 %.

Рецензенты:

Ерёмин Д.И., д.б.н., профессор кафедры почвоведения и агрохимии, ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень;

Грехова И.В., д.б.н., профессор кафедры общей химии, ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень.

Работа поступила в редакцию 28.11.2014.