ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2013, № 4, с. 3-6
УДК 547.22:541.13 : 541.8 : 541.127
АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА ГИМАТОМЕЛАНОВЫХ КИСЛОТ
ИЗ БУРОГО УГЛЯ
© 2013 г. И. В. Ефимова, С. Л. Хилько, О. В. Смирнова, В. С. Бережной, В. И. Рыбаченко
Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко НАН Украины, Донецк
E-mail: sv-hilko@yandex.ru Поступила в редакцию 28.08.2012 г.
Газоволюмометрическим методом определена антиоксидантная активность низкотемпературной фракции гиматомелановых кислот из бурого угля в модельном процессе радикально-цепного окисления кумола. Оценка их антирадикальной активности была проведена спектрофотометрически по реакции с 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом (ДФПГ). Доказана выраженная способность гиматомелановых кислот к антиоксидантному и антирадикальному действию в модельных системах. Показано, что антиоксидантная и антирадикальная активности возрастают с увеличением концентрации гиматомелановых кислот. Выявленные свойства гиматомелановых кислот из бурого угля могут быть полезны для использования в технических и биомедицинских направлениях.
Б01: 10.7868/80023117713040051 Введение
Проблема выявления антиоксидантной активности природных соединений и оценка их эффективности — актуальная задача для разработки новых антиоксидантных систем на их основе. Один из методологических подходов в рамках этой задачи — изучение антирадикальных свойств природных соединений как одной из составляющих антиоксидантной активности потенциальных антиоксидантов. Антиоксидантная и антирадикальная активности используются в качестве фармакологических тестов для биологически активных веществ.
Известно, что гуминовые кислоты (ГК) из торфа и бурого угля обладают выраженной биологической активностью, которая связана с их участием в ионном транспорте, сродством к биологическим мембранам, влиянием на активность ферментов и др. [1—3]. Гиматомелановые кислоты как один из важных компонентов гуминовых веществ также проявляют биологическую активность и могут найти применение в медицинской практике как противовоспалительные и иммуно-коррегирующие средства [4, 5].
В последнее время большое внимание уделяется так называемому "оксидативному стрессу", т.е. окислительному повреждению биологических молекул, который сопровождается активацией процесса свободнорадикального пероксидного окисления липидов и рассматривается в качестве механизма повреждения биологических мембран. Ряд заболеваний (рак, атеросклероз, болезнь Паркинсона, воспалительные заболевания, ката-
ракта, сердечно-сосудистые заболевания и процессы старения) ассоциируют с последствиями свободнорадикального окисления [6—8]. Для предотвращения "оксидативного стресса" могут быть использованы природные антиоксидантные системы с разным принципом действия. Высокой антиоксидантной активностью характеризуются аскорбиновая кислота, каротиноиды, вещества полифенольной природы [9—11].
Известно, что свободнорадикальное окисление — не только необходимый процесс для нормального функционирования клеток, но и один из универсальных механизмов их повреждения, поэтому поиск новых доступных препаратов с выраженными антиоксидантными и антирадикальными свойствами представляется актуальной задачей для профилактики и лечения заболеваний, которые сопровождаются усилением реакций свободнорадикального окисления.
Известно, что гиматомелановые кислоты — это наиболее восстановленная составляющая гумино-вых веществ [12]. Наличие кислородсодержащих функциональных групп в макромолекулах гумино-вых и гиматомелановых кислот предполагает их способность к антиоксидантному и антирадикальному действию, поскольку их можно отнести к природным веществам полифенольной природы.
Цель работы — исследование антиоксидантной и антирадикальной активности низкотемпературной фракции гиматомелановых кислот из бурого угля.
Экспериментальная часть
Гиматомелановые кислоты (ГмК) получали из аналитической пробы бурого угля Александрий-
V, мл 5
432-
30 t, мин
Рис. 1. Изменение объема поглощенного кислорода (V) при окислении кумола от времени в присутствии ги-матомелановых кислот при варьировании их концентрации; г/л: 1 - 0, 2 - 2.0, 3 - 3.0, 4 - 5.0.
ского месторождения (Украина) однократной экстракцией этиловым спиртом при соотношении твердой и жидкой фаз 1 : 10 и температуре 20°С. Экстракцию проводили при перемешивании смеси компонентов в интенсивном турбулентном режиме с использованием механической мешалки при перемешивании со скоростью 900 об/мин в течение двух часов. Затем отделяли спирт упариванием, а остаток сушили при 80°C до постоянной массы. Затем весовым методом из сухих ги-матомелановых кислот готовили растворы необходимых концентраций.
Для определения антиоксидантной активности (АОА) был изучен процесс инициированного азодиизобутиронитрилом (АИБН) радикально-цепного окисления кумола в среде диметилсуль-фоксида (ДМСО) в присутствии гиматомелано-вых кислот. Готовили 1.0%-ный раствор гимато-мелановых кислот в ДМСО, затем разбавлением получали растворы меньших концентраций. В работе использовали кумол, АИБН и ДМСО, очищенные по методикам, приведенным в [13]. За кинетикой процесса окисления следили газово-люмометрически, измеряя количество поглощенного кислорода при постоянной температуре 75°С и постоянном парциальном давлении кислорода 760 мм рт. ст. на установке, описанной в [14]. Концентрации реагентов в исследуемой системе в начальный момент времени составляли: кумол = 3.59 моль/л, АИБН = 2.00 • 10-2 моль/л, ГмК = 0-10.0 г/л.
Для определения антирадикальной активности (АРА) низкотемпературной фракции гимато-мелановых кислот использовали реакцию со ста-
бильным свободным хромоген-радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом (ДФПГ) [15]. Исследования проводили на спектрофотометре Specord UVVISв кюветах шириной 1.0 см. Кинетические кривые падения оптической плотности раствора ДФПГ при взаимодействии с гиматомела-новыми кислотами записывали при температуре 298К. Раствор ДФПГ фирмы "Aldrich" готовили в этаноле (1.2 • 10-4 моль/л), очищенном перегонкой. Готовили 0.70 г/л раствор гиматомелановых кислот в этаноле; из исходного раствора готовили серию последовательных разбавлений, затем к 2.0 мл каждого из полученных растворов серии приливали по 2.0 мл раствора ДФПГ и сразу же после смешивания регистрировали значения оптической плотности при X = 518 нм.
Обсуждение результатов
Для определения антиоксидантной активности гиматомелановых кислот в работе использовали газоволюмометрический метод. Этот метод позволяет оценивать характер процесса ингиби-рования и наиболее информативен. Из полученных кинетических кривых определяли скорость поглощения кислорода исследуемой системой, W (моль/(л • с)). Добавление ГмК к окисляемой смеси кумол — ДМСО — АИБН приводит к понижению скорости поглощения кислорода системой на протяжении всего времени эксперимента (рис. 1). С увеличением концентрации ГмК в смеси скорость окисления системы существенно уменьшается. Система кумол—АИБН—ДМСО поглощает кислород со скоростью 2.77 • 10-6 моль • л-1 • с-1. Введение гиматомелановых кислот в количестве 0.1 г/л в реакционную смесь практически не влияет на величину скорости окисления. При увеличении концентрации гиматомелановых кислот до 1.0 г/л скорость поглощения кислорода уменьшается до 1.72 • 10-6 моль • л-1 • с-1, а при 10.0 г/л процесс окисления системы прекращается.
Такое поведение указывает на то, что гимато-мелановые кислоты из бурого угля могут быть эффективными ингибиторами радикально-цепного окисления, т.е. проявляют выраженные антиок-сидантные свойства.
Антиоксидантную активность ГмК характеризовали отношением (табл. 1):
АОА = W0/W,
где W - скорость поглощения кислорода системой в присутствии ГмК, W0 - скорость поглощения кислорода без ГмК. Как следует из табл. 1, АОА увеличивается с ростом концентрации ГмК в системе.
Один из способов оценки антирадикальной активности (АРА) - изменение интенсивности окраски раствора в зависимости от содержания в нем свободных радикалов, которое основано на реакции окрашенного стабильного свободного
1
0
АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА ГИМАТОМЕЛАНОВЫХ КИСЛОТ
5
радикала ДФПГ с образцом ингибитора радикально-цепного окисления (антиоксиданта) [15]. В результате восстановления ДФПГ антиокси-дантом снижается пурпурно-синяя окраска ДФПГ в растворе, а реакция контролируется по оптической плотности методами спектрофотомерии. Схема реакции стабильного радикала ДФПГ* с образцом антиоксиданта:
Инг-Н + ДФПГ' ^ Инг' + ДФПГ-Н
где Инг-Н — молекула антиоксиданта (ингибитора радикально-цепного окисления).
Радикал ДФПГ при взаимодействии с молекулой антиоксиданта переходит в нерадикальную форму, что сопровождается уменьшением (вплоть до полного исчезновения) максимума поглощения исследуемого раствора при X = 518 нм.
В литературе описаны различные методики определения антирадикальной активности низкомолекулярных антиоксидантов и их смесей [16—20]. В данной работе изучена антирадикальная активность гиматомелановых кислот по аналогии с экстрактами из растений с использованием методик, описанных в [20].
Было исследовано взаимодействие гиматоме-лановых кислот с ДФПГ в среде этанола. Полученные характерные кинетические кривые расходования ДФПГ в реакции с ГмК приведены на рис. 2, откуда видно, что концентрация ДФПГ существенно снижается в зависимости от времени процесса и концентрации гиматомелановых кислот в системе. Все полученные кинетические кривые падения концентрации ДФПГ с высокой точностью описываются экспоненциальным уравнением второго порядка. Для получения числового значения АРА гиматомелановых кислот, которое определяли как константу к реакции взаимодействия ДФПГ с ГмК, использовали метод полупериодов [21]. В табл. 2 представлены числовые значения АРА при разных концентраций ГмК в исследуемых растворах, откуда следует, что антирадикальная активность увеличивается с ростом концентрации гиматомелановых кислот.
Выраженная антирадикальная активность ги-матомелановых кислот определяется прежде всего наличием кислых групп в их макромолекулах, гидроксильных и карбоксильных. Взаимодействие "кислого" вод
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.