ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ, 2004, том 38, № 3, с. 176-182
УДК 541.15; 541.127; 541.515; 543.544
РАДИАЦИОННАЯ ХИМИЯ
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ И ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДУКТОВ РАДИАЦИОННОГО ОКИСЛЕНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ 3,5-ДИГИДРОКСИТОЛУОЛА
© 2004 г. А. А. Ревина*, О. Г. Ларионов**, М. В. Кочетова**, Г. М. Зимина*, В. И. Золотаревский*, Г. И. Эль-Регистан***
*Институт электрохимии им. АН. Фрумкина Российской академии наук 117071, Москва, Ленинский просп., 31 Е-таИ:гегта@333таИсот **Институт физической химии Российской академии наук
119991, Москва, Ленинский просп., 31 ***Институт микробиологии Российской академии наук 117312, Москва, ул. Вавилова, 7 Поступила в редакцию 13.01.2003 г.
С использованием методов импульсного радиолиза и высокоэффективной жидкостной хроматографии исследованы водные аэрированные растворы 3,5-дигидрокситолуола (С7), облученные одиночными импульсами ускоренных электронов в темноте или при действии светового потока. Проведено сравнение действий двух источников частиц высоких энергий: у-квантов и ускоренных электронов. Экспериментально доказан сложный механизм инициированных ионизирующим излучением окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах С7 и приводящих к образованию низкомолекулярных и длинноцепочечных продуктов окисления. Зарегистрированы промежуточные продукты радиационного окисления С7, поглощающие в спектральном диапазоне 250-420 нм со временем жизни более одной миллисекунды.
Поиск биологически активных соединений, снижающих содержание активных форм кислорода в живых организмах, изучение механизмов повышения устойчивости и метаболической адаптации клеток к стрессовым воздействиям является актуальной проблемой. Важное свойство подобных соединений - их антиоксидантная и антирадикальная активность. Известно, что антиоксидант-ными свойствами обладают многие фенольные соединения [1-6], характерной особенностью которых является способность к взаимодействию с белками, ионами металлов за счет образования водородных связей и комплексов различного строения. Сами фенолы и их производные легко окисляются в присутствии кислорода воздуха с образованием активных промежуточных соединений [1, 2], причем некоторые обладают более выраженными антиокислительными свойствами, чем исходные молекулы.
Существует большое количество публикаций [7-13], посвященных изучению механизма радиа-ционно-химического превращения фенолов, однако полная схема процесса радиационного окисления фенолов пока не установлена из-за отсутствия идентификации конденсированных продуктов окисления. Авторами работы [11] проведены сравнительные исследования превращений алкилгидрокси-бензолов (АОБ) в водных аэрированных растворах
при химическом, фото- и радиационно-химичес-ком окислении. Результаты хроматографическо-го анализа позволили сделать вывод о том, что кроме низкомолекулярных органических соединений в рассмотренных системах обнаружены конденсированные высокомолекулярные вещества. Однако для выяснения механизма их образования необходимо детальное изучение начальных стадий реакций взаимодействия АОБ со свободными радикалами и активными формами кислорода, которые ответственны за окислительные процессы в биологических системах разной степени организации.
В настоящей работе поставлена задача получения информации относительно конечных продуктов радиолиза С7 в водных аэрированных растворах при радиационном воздействии у-квантов и пучков ускоренных электронов, а также обнаружения промежуточных короткоживущих предшественников продуктов окисления.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве источников ионизирующего излучения использованы установки ИЭЛ РАН: источник у-60Со-ГУРХ 100000 при дозах 5-50 кГр; импульсный ускоритель электронов У-12 с энергией электронного пучка 3.5 МэВ и длительностью
импульса 2.2 мкс в сочетании с источником анализирующего света ДКСШ-500, работающим в импульсном режиме, время импульса 1 мс; использован метод импульсного радиолиза со спектрофо-тометрической регистрацией в диапазоне длин волн 220-1100 нм; чувствительность регистрирующего тракта при измерении оптической плотности 2 х 10-3, быстродействие 10-6 с. Дозиметрия источников излучения проведена стандартными методами [14, 15].
Применены приборы: спектрофотометры "SPECORD-M 40" и "BECMAN" для измерения спектров оптического поглощения растворов до- и после облучения; жидкостный хроматограф "Ми-лиХром А-02"; жидкостный хроматограф "Agilent" c диодно-матричным детектором.
Использованы стальные хроматографические колонки: "Hypersil ODS", (100 х 2.1) мм, 3 мкм и "Диабонд" (100 х 2) мм, 7 мкм; выбран градиентный режим элюирования; скорость подачи подвижной фазы - 100 и 300 мкл/мин. В качестве подвижной фазы использованы элюенты: А - вода/фосфорная кислота, В - ацетонитрил/фосфор-ная кислота, pH 3.5. Ацетонитрил "х.ч." фирмы "Криохром". Растворы С7Н802 ■ Н20 фирмы "Sigma" [16] приготовлены на трижды перегнанной воде.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Спектрофотометрически зарегистрированы стабильные и короткоживущие продукты радиолиза водных растворов С7 при рН 6.8 и концентрациях 1 х 10-5 М-5.3 х 10-3 М в присутствии молекулярного кислорода. На рис. 1 представлены спектры оптического поглощения растворов С7 концентрации 2.8 х 10-3 М до- и после у-облучения. В исходном спектре 1 в УФ-области 240-350 нм наблюдаются полосы оптического поглощения: одна с максимумом <240 нм, другая - с двумя разрешенными, но близкорасположенными максимумами 274 и 280 нм. Определены значения молярных коэффициентов экстинкции соответствующих полос, достаточно близких по значению еср = (2.6 ± 0.1) х 102 моль л-1 см-1. Оно совпадает по порядку величины со значением £ = 4.9 х х 102 моль л-1 см-1 для раствора бензола в этиловом спирте при максимуме 254.5 [17]. Известно также, что для молекул производных бензола наряду с переходами п-п*, поглощающими в вакуумном УФ, возможны переходы n-п* в области 250-350 нм, как правило, с невысокими значениями молярных коэффициентов экстинкции [17, 18].
Из сравнения спектра поглощения 1 со спектрами, относящимися к разным дозам облучения 2-6, следует, что в результате облучения происходит изменение не только интенсивности поглощения, но и структуры спектра: с увеличением погло-
A, отн. ед.
0.75
0.50
0.25
240 250
334 400 513 700 нм
Рис. 1. Спектры оптического поглощения аэрированных водных растворов С7 при концентрации 2.8 х
х 10 3 М в зависимости от дозы у-облучения (кГр): 1 -исходный, 2 - 2.5, 3 - 5.0, 4 - 10.0, 5 - 20.0, 6 - 30.0.
щенной дозы 2.5-30.0 кГр появляются две дополнительные полосы в УФ-области 230-250 нм, 300 нм и одна - в видимой области с максимумом при 513 нм.
Накопление продукта радиационного окисления С7, поглощение которого лежит в видимой части спектра с максиумом 513 нм, сопровождается увеличением его концентрации с ростом дозы до 5.0 кГр со скоростью накопления, соизмеримой со скоростью накопления продукта, имеющего поглощение в УФ-области при ~250 нм. Затем интенсивность этой полосы остается постоянной независимо от дозы облучения. Несмотря на сравнительно низкие значения оптических плотностей полос поглощения при длинах волн 450-540 нм, можно утверждать, что нами зарегистрированы продукты окисления С7, близкие к так называемым красным формам (Кр.ф.), которые детектированы в спектрах продуктов окисления природных полифенольных соединений [9]. Обнаружению и идентификации подобных соединений при стрессовых воздействиях в живых клетках растительного мира биологи уделяют большое внимание [19-21]. Ранее в работе [20] установлено, что антоцианы, имеющие в своей структуре пирилиевое кольцо и поглощение в об-
Рис. 2. Спектры оптического поглощения водных растворов С7 при концентрации 5.25 х 10 3М, облученных одним импульсом ускоренных электронов (20 Гр) (1, 3) и при одновременном воздействии видимого света лампы ДКСШ-500 (2, 4); 3, 4 - образцы, выдержанные в течение 7 сут в темноте.
ласти 450-600 нм, обладают более высокой антирадикальной и радиопротекторной активностью по сравнению с флавонолами.
На рис. 2 изображены спектры оптического поглощения растворов 5.25 х 10-3 М С7, облученных одним импульсом ускоренных электронов в темноте (1) и при дополнительном воздействии светового импульса от лампы ДКСШ-500 (2). Спектры 3 и 4 соответствуют поглощению образцов, выдержанных после облучения 7 суток в темноте. Сравнение спектров образцов, облученных только электронами и подвергнутых фото-радиационному воздействию, показывает, что оптические плотности, зарегистрированные сразу после облучения и через 7 суток, выше у образцов, облученных электронами без воздействия света; по-разному также меняется и соотношение интенсив-ностей отдельных полос. Полученные результаты указывают на высокую фотолитическую чувствительность продуктов окисления С7. При хранении облученных образцов в темноте выявлен "пострадиационный эффект" образования как Кр.ф., так и продуктов окисления, поглощение которых лежит в более коротковолновых областях спектра (кривые 3 и 4). Обращает на себя внимание тот факт, что снижение количества продуктов радиационного окисления за счет фотолиза еще больше проявляется в величинах оптических плотностей в УФ-области спектра, а именно короче 350 нм.
Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) позволил проанализировать конечные продукты окисления С7 при действии единственного импульса электронов в темноте или при дополнительном импульсе света лампы ДКСШ-500. На хроматограммах выделены индивидуальные пики продуктов с разными временами удерживания. На рис. 3а изображены пики продуктов, детектированных при X = 334 нм, а на рис. 4а - де-
тектированных при X = 513 нм. Доза в импульсе электронов составляла ~35 Гр. На рис. 3б-е представлены оптические спектры поглощения продуктов, детектируемых при X = 334 нм и имеющих разные значения времен удерживания. Видно, что пики продуктов 11-У зарегистрированы в образце, который облучен только одним импульсом электронов. Соответствующие фракции, выделенные по времени выхода 11.729 мин, имеют характерные полосы оптического поглощения в области 300-700
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.