Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЭТИЛОЛЕАТА В ПРИСУТСТВИИ АДРЕНАЛИНА, МЕТИЛДОПЫ И ЛЕВОДОПЫ

Перевозкина М.Г. 1
1 ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»
Изучена антиоксидантная активность аминофенолов: адреналина, метилдопы и леводопы в сравнении со стандартными ингибиторами окисления: дибунолом, a-токоферолом и полупродуктом – пирокатехином в мицеллярных катализируемых субстратах. Антиоксидантные свойства адреналина, метилдопы и леводопы уступали ингибирующей активности пирокатехина. Показана возможность аминофенолов снижать максимальную скорость окисления в 4–6 раз по сравнению с контролем. Установлено, что адреналин, метилдопа и леводопа в процессе окисления липидных субстратов разрушают гидропероксиды молекулярным путем за счет аминогруппы на 50–60 %. Установлено, что дибунол превосходит по своему действию природный антиоксидант a-токоферол. На основании полученных данных можно рекомендовать осуществление синтеза потенциальных антиоксидантов, у которых экранированная двумя трет-бутильными заместителями фенольная ОН-группа должна находиться в пара-положении к заместителю с аминогруппой, что снизит возможность образования хелатных комплексов с катионами металлов переменной валентности.
адреналин
метилдопа
леводопа
a-токоферол
дибунол (ионол)
антиоксидантная активность
каталитическое окисление
мицеллы
1. Бурлакова Е.Б., Алесенко А.В., Молочкина А.М. и др. Биоантиоксиданты в лучевом поражении и злокачественном росте. – М.: Наука, 1975. – 214 с.
2. Владимиров Ю.А., Суслова Т.Б., Оленев В.И. Митохондрии. Транспорт электронов и преобразование энергии. – М.: Наука, 1976. – 109 c.
3. Ланкин В.З., Тихазе А.К., Коновалова Г.Г. и др. Концентрационная инверсия антиоксидантного и прооксидантного действия b-каротина в тканях in vivo // Бюлл. эксп. биологии и медицины. – 1999. – Т. 128. – № 9. – С. 314–316.
4. Перевозкина М.Г., Тихонова В.В., Ушкалова В.Н. Каталитическое окисление липидных субстратов в присутствии фенолов и аминов // Свободно-радикальное окисление липидов в эксперименте и клинике. – Тюмень, Из-во Тюм. ГУ, 1997. – С. 90–104.
5. Перевозкина М.Г. Тестирование антиоксидантной активности полифункциональных соединений кинетическими методами: монография. – Новосибирск: Изд. СибАК, 2014. – 240 c.
6. Перевощикова Н.Б., Суханова Е.А. Исследование комплексообразования железа (III) с некоторыми органическими красителями в водных растворах // Вестник Удмуртского университета. Физика. Химия. – 2011. – № 2. – С. 64–76.
7. Разумовский С.Д., Зайков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями (кинетика и механизм). – М.: Наука, 1974. – 322 с.

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.


Библиографическая ссылка

Перевозкина М.Г. КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЭТИЛОЛЕАТА В ПРИСУТСТВИИ АДРЕНАЛИНА, МЕТИЛДОПЫ И ЛЕВОДОПЫ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-2. – С. 289-294;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36219 (дата обращения: 29.11.2021).

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 = 1.074