ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2012, том 67, № 3, с. 253-257
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ ^
УДК 543.8:543.422.3:544.4
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИОАМИДОВ НА ОСНОВЕ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ПЯТИЧЛЕННЫХ ГЕТЕРОЦИКЛОВ КИНЕТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ © 2012 г. М. С. Черновьянц*, Н. В. Алешина**
*Южный федеральный университет, химический факультет 344090 Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 7 **Южный научный центр Российской академии наук 344006Ростов-на-Дону, просп. Чехова, 41 Поступила в редакцию 26.08.2010 г., после доработки 31.05.2011 г.
Спектрофотометрическим методом оценена антиоксидантная активность гетероциклических тио-амидов на основе имидазола, триазола, тетразола, тиазола, тиазолина, тиадиазола по величине константы скорости реакции взаимодействия с хромоген-радикалом 2,2'-дифенил-1-пикрилгидрази-лом. Константа скорости прямого переноса атома водорода на радикал в четыреххлористом углероде максимальна для 1-метилимидазолин-2-тиона. Защитный антиоксидантый эффект препаратов в этаноле резко снижается от 4-фенилтиазолин-2-тиона (к = 1.06 х 104 М-1 мин-1) до тиоамидов на основе триазола и тиазолина (к ~ 20 М-1 мин-1). В ацетонитриле производные тиазола проявляют самую высокую антиоксидантную активность (к = п х 104 М-1 мин-1), которая падает до нуля при нарушении ароматичности гетероцикла. Установлено, что для реакции псевдопервого порядка взаимодействия тиоамидов с хромоген-радикалом скорость реакции линейно зависит от концентраций тиоамидов. Разработан спектрофотометрический кинетический метод определения гетероаро-матических тиоамидов.
Ключевые слова: антиоксидантная активность, тиоамиды, спектрофотометрический кинетический метод.
В середине XX века начались интенсивные исследования цепных свободнорадикальных процессов с участием их природных и синтетических ингибиторов — антиоксидантов. В свете свободнора-дикальной теории старения работы в этом направлении проводят как химики, так и биологи и медики. Антиоксидантами являются вещества, способные обрывать разветвленное цепное окисление. В основном это фенолы, вторичные ароматические амины, органические фосфиты и сульфиды [1]. In vivo антиоксиданты действуют не только как прямые ингибиторы свободнорадикальных процессов, но оказывают превентивное антиокси-дантное действие, индуцируя синтез специализированных антиоксидантных ферментов. Глутати-онредуктаза — фермент, содержащий сульфгид-рильные группировки, восстанавливает H2O2, предотвращая вредный эффект окислительного стресса. Супероксидный радикал является важнейшим источником химически активных "токсичных" форм кислорода, O2- способен повреждать ферменты, липиды мембран и нуклеиновые
кислоты. Основное количество O2- возникает в качестве побочного продукта электронного транспорта в митохондриях [2].
Прямые методы оценки in vitro антиоксидант-ной активности основаны на влиянии антиоксидантов на кинетику реакций окисления углеводородов, жирных кислот или биологических материалов [3]. Методы исследования общей антиокислительной активности различаются по типу источника окисления, природы окисляемого соединения и способа измерения кинетических параметров процесса окисления.
В современной биомедицинской литературе антиоксиданты — это широкий класс фенольных соединений, синтетических (например, дибунол,
предотвращающий образование O2- в митохондриях [1]) и природных (например, убихинол [4]), содержащих подвижный атом водорода и реагирующих с активным свободным радикалом R*:
R' + ArOH ^ RH + ArO\
Кинетика взаимодействия активных форм кислорода с антиоксидантом контролируется либо по поглощению кислорода путем измерения объема [5], давления [6, 7], либо по изменению оптических характеристик реакционной смеси (поглощения электромагнитного излучения [8—10], флуоресценции [11, 12]), либо по изменению вольтамперомет-
254
ЧЕРНОВЬЯНЦ, АЛЕШИНА
рических характеристик катодного восстановления кислорода [13—15].
Ограниченное число публикаций посвящено исследованию антиоксидантной активности соединений, относящихся к полифункциональным антиоксидантам (например, 3,5-диметил-4-гид-роксибензилтиододекан), общая ингибирующая активность которых обусловлена сочетанием антирадикальной активности фенольного фрагмента и антипероксидной активности сульфидной группы [6].
Кинетические и термодинамические характеристики процессов переноса атома водорода от донора (потенциального антиоксиданта XH) к акцептору (радикалу R* или органическому основанию) — широко представлены в научной периодике [16—18]. Величины свободных энергий и констант переноса атома водорода и их связь с константами протолитических равновесий в системе гетероароматический тион — растворитель рассмотрены в [19].
Кинетика взаимодействия гетероароматических тиоамидов с активными синтетическими радикалами или с реальными биологическими мишенями до сих пор практически не исследована. В 1958 г. предложен стабильный 2,2'-дифенил-1-пикрил-гидразил хромоген-радикал, удобный для оценки антиоксидантной активности компонентов биологических материалов [20]. Спектрофотометриче-ский метод определения общей концентрации ан-тиоксидантов в пище и растительных продуктах с участием хромоген-радикала достаточно популярен (в период с 1999 по 2001 гг. Chemical Abstract приводит 468 статей с упоминанием пары 2,2'-ди-фенил-1-пикрилгидразил — антиоксиданты). К достоинствам метода относятся хорошая воспроизводимость, простота выполнения, общедоступность оборудования, высокая чувствительность.
В ряде научных публикаций [21, 22] отмечена роль гетероароматических тиоамидов как тирео-статиков в организме, взаимодействующих с активными формами иода (молекулярным иодом, I+ или HOI) и выполняющих роль антиоксидантов. Эта "профилактическая" антиоксидантная защита реализуется через систему гормональной регуляции синтеза тироидных гормонов, избыточная концентрация которых приводит к окислительному стрессу [1].
Цель работы — оценка антиоксидантных свойств гетероароматических тиоамидов: 1-метилимидазо-лин-2-тиона (I), 1,2,4-триазолин-3-тиона (II), 4-ме-тил-1,2,4-триазолин-3-тиона (III), 1-метилтетразо-лин-5-тиона (IV), тиазолин-2-тиона (V), 4-фенил-тиазолин-2-тиона (VI), тиазолидин-2-тиона (VII), 1,3,4-тиадиазолин-2-тиона (VIII), 5-метил-1,3,4-тиадиазолин-2-тиона (IX) путем изучения кинетики их взаимодействия с хромоген-радикалом 2,2'-дифенил-1-пикрилгидразилом в этанольных,
ацетонитрильных растворах и четыреххлористом углероде.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Реагенты. 1-Метилимидазолин-2-тион (I) (Lancaster, 98%), 1,2,4-триазолин-3-тион (II) (Alfa Aesar, 98%), 4-метил-1,2,4-триазолин-3-тион (III) (Alfa Aesar, 97%), 1-метилтетразолин-5-тион (IV) (Ald-rich, 98%), тиазолин-2-тион (V) (Lancaster, 98%), 4-фенилтиазолин-2-тион (VI) (Alfa Aesar, 98%), ти-азолидин-2-тион (VII), 1,3,4-тиадиазолин-2-тион (VIII) (Alfa Aesar, 98%), 5-метил-1,3,4-тиадиазо-лин-2-тион (IX) (Alfa Aesar, 98%), 2,2'-дифенил-1-пикрилгидразил (Aldrich) использовали без дополнительной очистки. Применяли концентрированную (99.8%) уксусную кислоту, х.ч. Растворители очищали по известным методикам [23].
Аппаратура. Электронные спектры поглощения растворов препаратов (I—IX) c хромоген-радикалом получены на спектрофотометре "Cary 100" в кварцевых кюветах с толщиной поглощающего слоя 1.0 см в области 400—600 нм.
Приготовление растворов. Использовали исходные растворы препаратов (I—IX) с концентрацией 2.0 х 10-3 М и 2,2'-дифенил-1-пикрилгидразила с концентрацией 5.0 х 10-4 М. В качестве растворителей применяли этанол (с добавкой уксусной кислоты в количестве 0.04% по объему), ацетонитрил и четыреххлористый углерод. Для оценки констант скорости реакций второго порядка использовали растворы с изомолярными концентрациями компонентов реакции (4.0 х 10-5 М).
Методика определения тиоамидов. Для определения тиоамидов I, II, IV, V и VIII по реакции псевдопервого порядка готовили рабочие растворы препаратов в этаноле с концентрациями от 8.0 х 10-7 до 2.0 х 10-5 М и концентрацией хромоген-радикала 8.0 х 10-5 М. В этом интервале концентраций падение светопоглощения хромоген-радикала во времени находится в хорошей корреляции (р > 0.99) с изменением концентраций тиоамидов в растворе. Период от смешивания реагентов до начала регистрации кинетической кривой составлял около 20 с. Кинетические зависимости измеряли в течение 30 мин, при этом светопоглощение хромоген-радикала фиксировали с минутным интервалом. Во временном интервале 10—25 мин рассчитаны параметры градуировочных функций для выбранного диапазона определяемых концентраций (от 8.0 х 10-7 до 2.0 х 10-5 М), которые могут быть представлены уравнением Y = bc + a (где Y — коэффициент линейной регрессии зависимости ln(1/c() —f (t)).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Кинетика взаимодействия хромоген-радикала с тиоамидами I—IX, взятыми в изомолярных кон-
ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ
255
А 0.40 г
0.35 -
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
400 440 480 520 560 600
Длина волны, нм
Рис. 1. Электронный спектр поглощения 2,2'-дифенил-1-пикрилгидразила в этаноле с добавлением 10 мМ СН3СООН (пунктирная линия максимального поглощения) и динамика его уменьшения во времени после добавления изомо-лярного количества 1-метилтетразолин-5-тиона (IV) (4.0 х 10-5 М) (сплошные линии; проведены через 7; 14; 21; 28; 35; 42; 49; 56; 63; 70 мин после начала реакции).
центрациях, удовлетворительно описывается реакцией второго порядка:
R' + ХН ^ RH + Х'
= kt + -
X
(1)
где с0 — исходная концентрация компонентов реакции, M; Х - координата реакции, М; t - время, мин; к - константа скорости, М-1 мин-1.
Об антирадикальной активности тиоамидов (I-IX) судили по величине констант скорости их взаимодействия с радикалом в четыреххлористом углероде, ацетонитриле, этаноле, которые определяли спектрофотометрическим методом с использованием уравнения (1). Гипохромия длинноволновой полосы поглощения хромоген-радикала в области 517 нм (CCl4, в = 1.17 х 104 М-1 см-1), 518 нм (C2H5OH, в = 7.27 х 103 М-1 см-1 в присутствии 10 мМ СН3СООН), 519 нм (CH3CN, в = 1.15 х х 104 М-1 см-1) свидетельствовала о степени протекания реакции ме
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.