Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,674

КИНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ КАПОТЕНА

Перевозкина М.Г. 1
1 ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»
Исследована антиоксидантная активность капотена (1-[(2S)-3-меркапто-2-метил-пропионил]-L-пролина) в сравнении со стандартными антиоксидантами дибунолом и a-токоферолом в безводных инициированных и водно-липидных катализируемых субстратах. Выявлена высокая антиоксидантная активность капотена в водно-липидных катализируемых субстратах, превышающая ингибирующие свойства a-токоферола и уступающая активности дибунола. Установлен идентичный характер кинетических кривых окисления липидного субстрата в растворе хлорбензола в присутствии 6∙10–3 М инициатора азобисизобутиронитрила и водно-липидной системе в присутствии 2∙10–3 М хлорида меди (II), 1∙10–3 М цетилтриметиламмоний бромида при равных концентрациях дибунола. Установлено, что капотен в процессе окисления разрушает гидропероксиды молекулярным путем, способность разрушения гидропероксидов капотеном связана с наличием тиольной группы. Установлено, что все исследуемые добавки капотена разрушали гидропероксиды на 50–75 %.
антиоксиданты
a-токоферол
дибунол
капотен
пероксидное окисление
антиоксидантная активность
1. Бурлакова Е.Б., Крашаков С.А., Храпова Н.Г. Кинетические особенности токоферолов как антиоксидантов. Черноголовка, 1992. – 56 с.
2. Дурнев А.Д., Середенин С.В. Антиоксиданты как средства защиты генетического аппарата // Хим.-фарм. журнал. – 1990. – № 2. – С. 92–100.
3. Газизов Р.Р., Чернецов В.А. Применение капотена при острой сердечной недостаточности у больных с крупноочаговым инфарктом миокарда // Военно-медицинский журнал. – 2006. – Т. 327. – № 2. – С. 60.
4. Перевозкина М.Г., Тихонова В.В., Кадочникова Г.Д. и др. Физико-химические закономерности окисления липидных субстратов под действием гипотензивных препаратов // Свободно-радикальное окисление липидов в эксперименте и клинике. – Тюмень: Из-во Тюм.ГУ, 1997. – С. 104–113.
5. Перевозкина М.Г. Кинетика каталитического окисления мицеллярных субстратов в присутствии лекарственных препаратов различного фармакологического действия // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 3 (1). – С. 68–75.
6. Перевозкина М.Г. Тестирование антиоксидантной активности полифункциональных соединений кинетическими методами: монография. – Новосибирск: Изд. СибАК, 2014. – 240 c.

Настоящая работа является продолжением наших исследований, посвященных тестированию ингибиторов окисления различного химического строения кинетическими методами [4, 5]. Для торможения процессов окисления применяют антиоксиданты (АО), которые находят все более широкое применение для предотвращения окислительных превращений липидов in vitro, а также in vivo в комплексной терапии широкого круга заболеваний [1, 2]. В связи с этим актуальной является проблема предварительного тестирования антиоксидантных свойств лекарственных препаратов, а также расширение ассортимента эффективных синтетических антиоксидантов, достижение высоких эффектов ингибирования при меньших концентрациях антиоксиданта.

Цель исследования – тестирование антиоксидантной активности капотена при различных способах инициирования в безводных и водно-липидных средах в сравнении со стандартными антиоксидантами, дибунолом и a-токоферолом.

Материалы и методы исследования

Антиоксидантную активность (АОА) изучали волюмометрическим методом поглощения кислорода в модифицированной установке типа Варбурга при окислении метиллинолеата (МЛ) 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 = 1,9∙10–5 М∙с–1. Соотношение липидов и воды составляло 1:3, а общий объем пробы 4 мл. Кинетическая модель тестирования антиоксидантов, подбор концентраций катализатора и ПАВ описываются в работе [6]. Кинетику поглощения кислорода изучали в среде инертного растворителя хлорбензола, процесс инициировали за счет термического разложения 6∙10–3 М азо-бис-изо-бутиронитрила (АИБН) в пробе при t = (60 ± 0,2) °С, Wi = 4,8∙10-8 М∙с–1. 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.

Результаты исследования и их обсуждение

Капотен является производным пролина с отдаленной боковой тиольной группой. Препарат применяют при лечении легкой и умеренной гипертонии, а также при тяжелых формах сердечно-сосудистых заболеваний [3]. Химическая структура капотена позволяет прогнозировать его ингибирующую активность за счет разрушения гидропероксидов тиольной группой. Представляло интерес исследование антиоксидантной активности капотена в процессе окисления метиллинолеата в условиях инициирования в среде хлорбензола и катализа в водно-липидной среде в сравнении с дибунолом и a-токоферолом. Формулы изучаемых соединений представлены в табл. 1.

Таблица 1

Химические формулы изучаемых антиоксидантов

Название АО

Формула

Капотен 1-[(2S)-3-меркапто-2-метилпропионил]-L-пролин

pic_53.tif 

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

pic_54.tif 

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

pic_55.tif 

 

На рис. 1 представлены кинетические кривые (КК) окисления МЛ в растворе хлорбензола в присутствии широкого диапазона концентраций (1∙10−6–1∙10−1) М капотена. Показано, что капотен в безводной среде проявляет сложный механизм действия, обусловленный его вероятным участием в реакциях зарождения, продолжения и обрыва цепей. При одних концентрациях капотена происходит уменьшение максимальной скорости, при других наблюдается промотирование процесса окисления. Из табл. 2 видно, что начальные и максимальные скорости процесса меняются экстремально: снижаются с увеличением концентрации до 1∙10-4 М (соответствует соотношению инициатора и капотена 60:1) и увеличиваются при дальнейшем её повышении. Зависимость периода индукции от концентрации капотена в среде хлорбензола имеет максимум при концентрации (4–5)∙10-4 М (рис. 2). Характер воздействия капотена на процесс инициированного окисления МЛ может быть объяснен его участием в радикальном процессе. Радикал инициатора АИБН (Ri•) конкурентно взаимодействует с метиллинолеатом (RH) или с тиольной группой капотена (R1SH) по реакциям:

Ri• + RH → RiH + R•;

R1SH + Ri• → RiH + R1S•.

Далее радикалы метиллинолеата (R·) и капотена (R1S·) взаимодействуют с кислородом по реакциям:

R• + O2 → RO2•;

RO2• + RH → ROOH + R•;

R1SH + O2 → R1S• + HO2•;

R1S• + RH → R1SH + R•.

762135.jpg 

Рис. 1. Кинетика окисления метиллинолеата в безводной среде в присутствии 6∙10–3 М АИБН и капотена М: 2 – контроль; 1 – 1∙10–2, 3 – 8∙10–3; 4 – 1∙10–1; 5 – 5∙10–4; 6 – 5∙10–6, 7 – 1∙10–6; 8 – 1∙10–3; 9 – 8∙10–4; 10 – 5∙10–5, t = 60 °С

Наблюдаемое увеличение начальной скорости процесса при высоких концентрациях капотена происходит за счет участия капотена в реакциях инициирования, при этом соотношение инициатора и капотена составляет 1:(1,7–17).

Снижение начальной скорости окисления при небольших добавках капотена может быть связано с участием соединения в реакциях обрыва цепей:

R1SH + RO2• → ROOH + R1 S•.

Таблица 2

Кинетические параметры окисления метиллинолеата в растворе хлорбензола в присутствии 6∙10–3 М АИБН и в водно-липидной среде в присутствии 2∙10−3 М CuCl2 в зависимости от концентрации капотена, [InH] – ингибитор, t = 60 °С

Безводная среда, 6∙10–3 М АИБН

[InH], М

t, мин

Wнач∙10–8, М∙с–1

Wmax∙10–7, М∙с–1

[АИБН]

[InH]

Контроль МЛ

20

6,0

2,2

1∙10−6

42

5,0

1,9

6000:1

5∙10−6

36

4,7

1,8

1200:1

5∙10−5

90

4,5

1,7

120:1

1∙10−4

44

4,5

1,7

60:1

5∙10−4

36

4,9

2,0

12:1

1∙10−3

20

6,0

2,2

6:1

1∙10−2

30

7,2

2,4

1:1,7

1∙10−1

22

8,0

2,8

1:17

Водно-липидная среда, 2∙10−3 М CuCl2, 1∙10−3 М ЦТМАБ

[InH], М

t, мин

Wнач∙10–5, М∙с–1

Wmax∙10–4, М∙с–1

[CuCl2]

[InH]

Контроль МЛ

5

14,4

2,6

1∙10−6

8

7,6

1,6

2000:1

1∙10−5

15

6,9

1,0

200:1

1∙10−4

26

6,2

1,6

20:1

1∙10−3

45

3,6

1,7

2:1

1∙10−2

95

2,1

1,7

1:5

1∙10−1

395

0,6

1,7

1:50

 

762176.jpg 

Рис. 2. Зависимости периода индукции от концентрации капотена в безводной среде; 6∙10–3 М АИБН, субстрат окисления – метиллинолеат, t = 60 °С

На рис. 3 приведены КК каталитического окисления МЛ в водно-липидной среде в присутствии (1∙10−6–1∙10−1) М капотена. Показано, что все добавки соединения тормозят процесс окисления, степень и характер влияния зависит от концентрации. Низкие концентрации капотена (1∙10−6–1∙10−3) М пропорционально уменьшают начальную и максимальную скорости процесса. При концентрациях 1∙10−3 М и выше происходит торможение начальных стадий процесса, увеличение периода индукции и достижение максимальной скорости процесса после выхода из периода индукции (табл. 2). На рис. 4 показана линейная зависимость периода индукции от роста концентрации капотена. Характер влияния капотена на кинетику каталитического окисления МЛ может быть объяснен следующим образом. Капотен может участвовать в реакциях обрыва цепей, обеспечивая ингибирование процесса окисления. Снижение скорости окисления под влиянием капотена может быть обусловлено его конкурентным участием с катализатором в молекулярном распаде гидропероксидов:

RO2• + R1SH → ROOH + R1S•;

ROOH + R1SH → M;

ROOH + Cu2+ → RO2• + H+ + Cu1+.

762218.jpg 

Рис. 3. Кинетика окисления метиллинолеата в водно-липидной среде в присутствии капотена: 1 – контроль; 2 – 1∙10–6 М; 3 – 1∙10–5 М; 4 – 1∙10–4 М; 5 – 1∙10–3 М; 6 – 1∙10–2 М; 7 – 1∙10–1 М; 2∙10−3 М CuCl2, 1∙10−3 М ЦТМАБ, t = 60 °С

Значимое торможение с последующим достижением максимальной скорости процесса начинается при соотношениях катализатора и капотена 1:1 и усиливается при соотношениях 1:5 и 1:50. Очевидно, что в этих условиях происходит нейтрализация катализатора за счет его восстановления в Cu1+. При большом избытке капотена восстановление Cu2+ в Cu1+ происходит быстрее, наблюдается эффективное торможение процесса окисления:

R1SH + Cu2+ → R1S• + H+ + Cu1+.

Для подтверждения гипотезы о возможном разрушении гидропероксидов под действием капотена был проведен эксперимент по прямому тестированию кинетики накопления гидропероксидов (ROOH) после введения капотена в частично окисленный субстрат (время эксперимента 8 часов). В течение первого часа (рис. 5) наблюдалось снижение концентрации гидропероксидов, в контрольном опыте ROOH продолжали накапливаться. Установлено, что все исследуемые добавки капотена способствовали разрушению гидропероксидов на 50–75 %.

762250.jpg 

Рис. 4. Зависимость периода индукции от концентрации капотена в водно-липидной среде: 2∙10–3 М CuCl2, 1∙10−3 М ЦТМАБ, субстрат окисления – метиллинолеат, t = 60 °С

762261.jpg 

Рис. 5. Кинетика накопления гидропероксидов при аутоокислении МО в присутствии АО: 1 – контроль; 2 – капотен. Стрелкой показан ввод АО. С(АО) = 2∙10–4M, t = 60 °C

Проведено исследование закономерностей окисления метиллинолеата в присутствии добавок стационарных ингибиторов окисления дибунола и a-токоферола. Установлен идентичный характер кинетических кривых окисления липидного субстрата в растворе хлорбензола в присутствии 6∙10−3 М инициатора и водно-липидной системе с добавками 2∙10−3 М хлорида меди (II) при равных концентрациях дибунола: наблюдался период полного торможения, период аутоускорения и достижение максимальной скорости окисления. Периоды индукции увеличивались пропорционально увеличению концентрации дибунола (табл. 3).

Таблица 3

Кинетические параметры окисления метиллинолеата в растворе хлорбензола в присутствии 6∙10–3 М АИБН и в водно-липидной среде в присутствии 2∙10−3 М CuCl2 в зависимости от концентрации a-токоферола, дибунола, [InH] – ингибитор, t = 60 °С

Безводная среда, 6∙10–3 М АИБН

[InH], М

t, мин

Wнач∙10–8, М∙с–1

Wmax∙10–7, М∙с–1

Контроль МЛ

15

4,3

2,6

a-токоферол

 

 

 

1∙10–8

17

4,3

2,3

1∙10–6

35

2,5

1,9

1∙10–4

67

1,1

1,8

1∙10–3

350

0,6

1,7

Дибунол

 

 

 

1∙10–6

35

4,3

2,5

1∙10–5

45

3,4

2,4

1∙10–4

170

2,1

2,1

1∙10–3

650

1,6

1,8

Водно-липидная среда, 2∙10−3 М CuCl2, 1∙10−3 М ЦТМАБ

[InH], М

t, мин

Wнач∙10–5, М∙с–1

Wmax∙10–4, М∙с–1

Контроль МЛ

5

14,4

2,6

a-токоферол

 

 

 

1∙10−8

10

14,0

2,1

1∙10−6

20

9,7

1,9

1∙10–4

35

5,2

1,4

1∙10–3

15

14,6

3,2

Дибунол

 

 

 

1∙10−6

30

13,8

2,5

1∙10−5

40

12,7

2,3

1∙10−4

160

4,1

1,8

1∙10−3

590

1,9

1,5

 

КК окисления метиллинолеата в безводной среде с добавками (1∙10–8–1∙10–5) М a-токоферола имели аутоускоренный характер без периода полного торможения. Период полного торможения появлялся только при концентрациях (1∙10–4–5∙10–4) М и увеличивался пропорционально концентрации ингибитора, a-токоферол в водно-липидной среде проявлял слабые антиоксидантные свойства, в концентрациях свыше 1∙10–3 М промотировал процесс окисление липидных субстратов. В присутствии (1∙10–5–1∙10–4) М a-токоферола наблюдалось замедление начальных стадий окисления и уменьшение максимальной скорости (табл. 3). В процессе окисления a-токоферол образует достаточно активные токофероксильные радикалы (In•), способные участвовать в побочных реакциях продолжения цепей с молекулами суб страта (RH) [1]:

In• + RH → R• + InH.

В результате этой реакции восстанавливается активная фенольная форма антиоксиданта, взаимодействующая в дальнейшем с пероксильными радикалами:

RO2• + InH → ROOH + In•.

Выводы

1. Установлено, что синтетический ингибитор окисления дибунол в двух кинетических моделях в безводной и водно-липидной средах превосходит по своему действию природный антиоксидант a-токоферол.

2. Выявлена высокая антиоксидантная активность капотена в водно-липидных катализируемых субстратах, превышающая ингибирующие свойства a-токоферола и уступающая активности дибунола.

3. Установлено, что капотен в процессе окисления разрушает гидропероксиды молекулярным путем. Вероятно, что способность разрушения гидропероксидов капотеном связана с наличием тиольной группы.

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 12.11.2014.


Библиографическая ссылка

Перевозкина М.Г. КИНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ КАПОТЕНА // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-11. – С. 2416-2422;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=35957 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674