КИНЕТИКА И КАТАЛИЗ, 2013, том 54, № 1, с. 16-19
УДК 542.943:542.978:547.841
АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ 7,8-БЕНЗО-5,6-ДИГИДРО(4H)СЕЛЕНОХРОМЕНА
© 2013 г. В. Р. Хайруллина1, *, А. Я. Герчиков1, Е. А. Ильина1, Я. Б. Древко2,
А. Ю. Исаева2, Б. И. Древко2, *
башкирский государственный университет, Уфа 2Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова *Е-таИ: Veronika1979@yandex.ru; drevko@list.ru Поступила в редакцию 13.04.2012 г.
На примере модельной реакции инициированного окисления 1,4-диоксана изучены антиокислительные свойства 2,4-дифенил-7,8-бензо-5,6-дигидро(4Н)селенохромена, некоторых его хлорсо-держащих производных, а также некоторых солей хромилия на их основе. Антиокислительная активность этих веществ количественно охарактеризована эффективной константой скорости инги-бирования /к7.
БО1: 10.7868/80453881113010097
В настоящее время внимание исследователей привлекают арилзамещенные производные шести-членных селенсодержащих гетероциклических соединений в качестве потенциальных лекарственных средств, обладающих выраженной антимикробной активностью [1—5]. Кроме того, установлена способность производных 2,4-диарил-7,8-бензо-5,6-дигидроселенохромена снижать степень тяжести отравления соединениями тяжелых металлов [6]. Указанные соединения являются также потенциальными лекарственными препаратами противоопухолевого действия [7]. Важной характеристикой комплексного действия биологически
активных веществ является их антиокислительная активность (АОА). Однако информация об АОА веществ этого класса в литературе практически отсутствует. Целью настоящей работы было определение количественных параметров эффективности антиокислительного действия 2,4-дифе-нил-7,8-бензо-5,6-дигидро(4Н)селенохромена и некоторых его производных.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Исследованные вещества
^ = Н, Я2 = Н (I); = С1, Я2 = Н (II); = Н, Я2 = С1 (III).
= Н, Я2 = Н (IV)
Я,
^ = С1, Я2 = Н (V)
были синтезированы по методике [8, 9] и не подвергались дополнительной очистке. Их охаракте-ризовывали методами элементного анализа и ПМР [5, 6, 8, 9]. Субстрат окисления — 1,4-диок-
сан — предварительно очищали по стандартной методике [10]. Азодиизобутиронитрил (АИБН) дважды перекристаллизовывали из этанола, затем сушили в вакууме [10].
АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
17
АОА производных селенохромена изучали по скорости поглощения кислорода воздуха 1,4-диок-саном при 348 К (инициатор — АИБН, скорость инициирования wi = 1 х 10-7 моль л-1 с-1). Кинетические кривые поглощения кислорода регистрировали с помощью универсальной манометрической дифференциальной установки, подробно описанной в работе [11]. Эффективность ингиби-рующего действия производных селенохромена оценивали по степени снижения начальной скорости поглощения кислорода на начальном участке кинетической кривой с использованием метода наименьших квадратов. Скорость инициирования рассчитывали по уравнению wi = к^АИБН], где к{ — константа скорости инициирования (с-1). При расчете wi полагали, что к{ = 2екр, где кр — константа скорости распада АИБН, е — вероятность выхода радикалов в объем. Для кр принимали значение, измеренное в циклогексаноле [12, 13]:
18 к р = 17.70
35
4.575Т х 10
- з;
е = 0.5.
АОА исследуемых веществ характеризовали эффективной константой скорости ингибирова-ния /к7, где / — радикалоемкость антиоксиданта (АО), равная числу радикальных интермедиатов, погибающих на одной молекуле АО в актах обрыва цепи [14].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На примере модельной реакции инициированного окисления 1,4-диоксана была изучена АОА пяти производных 7,8-бензо-5,6-дигид-ро(4Н)селенохромена (I—V). Инициированное оки-сление модельного субстрата в стандартных условиях эксперимента протекает в кинетическом режиме по радикально-цепному механизму с квадратичным обрывом цепи по реакции (VI) и включает общий для большинства органических
1
соединений ряд ключевых элементарных стадий [12—14]:
I ^ 2ег' + г• + О2 ^ гО2, гО2 + ЯН ^ гООН + Я я' + О2 ^ яо2,
ЯО2 + ян ^ яоон + я \
ЯО2 + ЯО2 ^ Рг2, ЯО2 + 1пН ^ ЯООН + 1п
ЯО2 + 1п' ^ молекулярные продукты,
(i)
(I)
(II) (VI) (VII) (VIII)
ДО2, отн. ед. 0.6
5
г х 10
—3
Рис. 1. Типичные кинетические кривые поглощения кислорода при окислении 1,4-диоксана в отсутствие (х) и в присутствии производных селенохромена, взятых в концентрациях, моль/л: [I] = 1.75 х 10—4, [II] = = 1.70 х 10—4, [III] = 1.75 х 10—4, [IV] = 1.75 х 10—4, [V] = 1.84 х 10—4. Т = 348 К, wi = 1 х 10—7 моль л—1 с—1.
wn, моль л 1 с 1
1 Принята традиционная для механизма окисления нумерация элементарных стадий.
0 2 4 6 8 10 12
ЦпН], х 104, моль/л
Рис. 2. Зависимость скорости поглощения кислорода при окислении 1,4-диоксана от начальной концентрации различных производных селенохромена. Т = = 348 К, wi = 1 х 10—7 моль л—1 с—1.
где I — инициатор, ЯН — 1,4-диоксан, Я* и ЯО2 — его алкильные и пероксильные радикалы соответственно, ЫН — исследуемый антиоксидант.
Установлено, что соединения I—IV оказывают выраженное ингибирующее действие на процесс инициированного окисления 1,4-диоксана, о чем свидетельствует уменьшение скорости поглощения кислорода в присутствии добавок селенохро-менов (рис. 1). Зависимость начальной скорости окисления 1,4-диоксана от концентрации соединений I—IV носит предельный характер (рис. 2).
2
3
4
6
0
1
с
18
ХАЙРУЛЛИНА и др.
II, III
F 10
8 -
6 -
4
2
0 1 2 3 4 5
[1пН], х 104 моль/л
Рис. 3. Зависимость параметра Г при ингибирован-ном окислении 1,4-диоксана в присутствии ингибиторов I—V от их концентрации в координатах уравнения (1). Т = 348 К, wi = 1 х 10—7 моль л-1 с-1, г = 0.98.
А([02]/[КН]) х 105
25
20
15 -
10 -
5 -
А O 2 =-^4RH]ln (1 - -),
ßi
Рис. 4. Анаморфозы кинетических кривых поглощения кислорода в координатах уравнения (3) при ин-гибированном окислении 1,4-диоксана в присутствии соединений I, II, IV, V, моль/л: [I] = 1.75 х 10-4, [II] = 1.73 х 10-4, [IV] = 1.75 х 10-4 , [V] = 1.84 х 10-4.
При содержании добавляемых веществ более (1.0-2.0) х 10-4 моль/л скорость окисления 1,4-ди-оксана перестает зависеть от их концентрации, т.е. наблюдается известное явление насыщения [12].
Для определения /к7, экспериментальные результаты преобразовывали в координатах уравнений [14, 15]
где wo и wo — начальные скорости поглощения кислорода при окислении 1,4-диоксана в отсутствие и в присутствии 1пН соответственно, [1пН] — концентрация добавки 1пН, к7 и 2к6 — константы скорости обрыва цепи окисления на АО и квадратичного обрыва цепи на пероксильных радикалах субстрата соответственно [12—14], Д02 — количество кислорода, поглощенного за время t (рис. 1), т — период индукции на кинетических кривых поглощения кислорода, [ЯН] — концентрация 1,4-ди-оксана (11.75 моль/л), к2 — константа скорости продолжения цепи окисления модельного субстрата (7.9 л моль—1 с—1 [12]). При расчете этих величин использовали известную из литературы константу скорости квадратичного обрыва цепи 2к6 = 6.67 Х107 л моль—1 с—1 [12].
Было установлено, что соотношения (1) и (2) удовлетворительно выполняются для всех веществ, обладающих выраженной АОА (коэффициент корреляции >0.96). Зависимости параметра ингибирования Г, рассчитанного по уравнению (1), от содержания антиоксидантов в исследованном интервале их концентраций представлены на рис. 3. На рис. 4 показаны результаты преобразования кинетических кривых поглощения кислорода при ингибированном окислении 1,4-диок-сана в присутствии образцов I, II, IV и V в близких концентрациях.
По наклону зависимостей на рис. 3 и 4 были найдены величины /к7, при этом численные значения Д7, рассчитанные по формулам (1) и (2), оказались близки между собой (таблица).
Из зависимости периодов индукции при ингибированном окислении 1,4-диоксана (которые оценивали, как описано в работе [15]) от концентрации образцов I, III, IV и V в координатах уравнения (3) было найдено (рис. 5), что стехиометри-ческий коэффициент ингибиторов/« 2:
т = f [InH].
(3)
F = ^ - ^ = fk7 [1пН]Д/2^ s
Wo Wo
(1)
Изученные селенсодержащие гетероциклические соединения I—V являются эффективными ингибиторами процесса радикально-цепного окисления 1,4-диоксана (таблица). Вместе с тем, сравнительное изучение их АОА позволяет сделать вывод, что все хлорсодержащие производные се-ленохромена по эффективности антиокислительного действия вдвое уступают незамещенному аналогу, что можно объяснить отрицательным индуктивным эффектом атома хлора. Из сравнения антиокислительной эффективности хлорсодержа-щих производных селенохромена II и III следует, что положение атома хлора в этих соединениях не влияет на АОА. Соединение IV, которое является
0
АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ПРОИЗВОДНЫХ
19
Эффективные константы скорости ингибирования производными селенохромена реакций окисления различных субстратов
Антиоксидант Модельный субстрат k х 10-4, t л моль 1 с 1
I Этилбензол 5.3 ± 0 .5 [17]
II 3.6 ± 0 .5 [17]
I Пропан-2-ол 3.0 ± 0 .5 [17]
II 1.7 ± 0 .3 [17]
I 1,4-Диоксан* 16.4 ± 2.0 18.4 ± 3.0
II 6.0 ± 1.0 7.0 ± 1.0
III 5.2 ± 0.5 8.0 ± 1.0
IV 2.5 ± 0.5 5.0 ± 0.5
V 1.0 ± 0.3 2.0 ± 0.2
* Первая из указанных величин Ду для каждого ингибитора найдена по уравнению (1), вторая — по уравнению (2).
перхлоратом соединения I, значительно уступает последнему по эффективности антиокислительного действия. То же самое можно сказать о соединении V.
Величина эффективной константы скорости ингибирования fk7 для соединений I и II зависит от природы пероксильного радикала. Так, константа fk7, найденная при инициированном окислении 1,4-диоксана при Т = 348 К, в 2—3 раза больше, чем при окислении этилбензола [16] и в 4—5 раз больше величин, полученных при исследовании реакции ингибированного окисления пропан-2-ола [16]. Известный в литературе экспериментальный факт снижения АОА в полярных
Рис. 5. Зависимость периода индукции от концентрации соединений I, III, IV и V. Т = 348 К, w{ = 1 х х 10-7 моль л-1 с-1.
средах при окислении вторичных спиртов объясняется образованием водородных связей между молекулами
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.