ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, 2008, том 42, № 4, с. 297-302
^ РАДИАЦИОННАЯ
ХИМИЯ
УДК 541.15:547.475.2
ВЛИЯНИЕ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫХ
НА РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
© 2008 г. С. Д. Бринкевич, О. И. Шадыро
Белорусский государственный университет Беларусь, 220050, Минск, просп. Независимости, 4 E-mail: Shadyro@open.by Поступила в редакцию 14.02.2008 г.
Методом стационарного радиолиза изучено влияние аскорбиновой кислоты, 5,6-0-изопропилидил-2,3-О-диметиласкорбиновой кислоты (I), 2-О-глюкопиранозиласкорбиновой кислоты (II) на образование основных продуктов радиолиза этанола, водных растворов этанола, этиленгликоля, а-метилглюкопи-ранозида, мальтозы. Полученные данные свидетельствуют о том, что аскорбиновая кислота эффективно взаимодействует с углеродцентрированными гидроксилсодержащими радикалами (УГР) исходных веществ, это приводит к уменьшению выходов продуктов их рекомбинации и фрагментации. Установлено, что при радиолизе деаэрированного этанола и его водных растворов взаимодействие аскорбиновой кислоты и ее производных с УГР может происходить как по восстановительному, так и по окислительному механизму, а в аэрированных растворах аскорбиновая кислота выступает как донор водорода, восстанавливая, главным образом, HO2 -радикал до пероксида водорода.
Аскорбиновая кислота (АК) в биосистемах участвует в разнообразных процессах и явлениях, что во многом обусловливает интерес к изучению ее свойств. Многие из этих превращений протекают по свободнорадикальному механизму, в которых в качестве исходных соединений или продуктов выступают гидроксилсодержащие органические вещества [1, 2]. В литературе имеется огромное количество информации, посвященной изучению реакций АК с продуктами радиолиза воды, активными формами кислорода, радикалами глутатиона и а-токоферола. В то же время практически отсутствуют данные о взаимодействии АК и ее производных с углеродцентрированными гидроксилсодержащими органическими радикалами. Получение такой информации необходимо как для объяснения биохимических свойств аскорбиновой кислоты, так и для установления новых возможностей ее влияния на свободнорадикальные процессы повреждения многих биологически важных веществ.
Так, в наших работах было показано, что реакции фрагментации, протекающие через стадию образования УГР, являются причиной деструкции полисахаридов [3], фосфолипидов [4, 5], церебразидов [6], причем радиационно-индуцированная фрагментация липидов приводит к образованию сигнальных молекул, участвующих в апоптозе [4, 6], что может усиливать повреждающее действие радиации на биосистемы. Характерно, что, в отличие от перекис-ного окисления липидов, реакции фрагментации
протекают с участием водорастворимых соединений либо реализуются в гидрофильных составляющих амфифильных веществ. На наш взгляд, это обуславливает актуальность изучения влияния водорастворимого витамина - АК на реакции с участием УГР. В настоящей работе методом стационарного радиолиза было изучено влияние АК и ее производных на радиационно-индуцированные превращения гидроксилсодержащих органических соединений.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В работе использовались L-аскорбиновая кислота, а-метил^-глюкопиранозид, мальтоза, (+/-)-ме-зо-2,3-бутандиол, ацетальдегид фирмы "Sig-ma-Aldrich", 5,6-0-изопропилидил-2,3-0-димети-ласкорбиновая кислота I синтезировалась по методике [7], 2-О-глюкопиранозиласкорбиновая кислота II была предоставлена "CCI Corporation" (Japan).
Этиленгликоль фирмы "Merk" перед использованием перегонялся при 10 мм рт. ст., этанол-ректификат (96 об. %) очищался сорбцией на цеолите марки "Wolfen Zeosorb LA" с последующей двукратной перегонкой, а-метилгликозид и мальтоза использовались без предварительной очистки.
аскорбиновая кислота 5,6-О-изопропилидил-
2,3-О-диметиласкорбиновая кислота (I)
HO
ОНОН
а ^о \
_/ Р^Г-ОН
' /■"■т^ион но а но
2-О-гликозид аскорбиновой кислоты (II)
Для приготовления водных растворов с рН 7 навески тестируемых соединений растворяли в растворе с фосфатным буфером. После приготовления растворы разливали по ампулам, продували аргоном или кислородом соответственно 60 или 45 мин, после чего запаивали. В силу высокой летучести спиртовые растворы аскорбиновой кислоты и ее производных продували в пикнометрах, затем объем доводили до метки деаэрированным растворителем, раствор перемешивали и разливали в предварительно продутые аргоном ампулы и запаивали.
Облучение проводили на установке МРХ-у-25М с источником 60Со. Мощность поглощенной дозы составляла 0.58 ± 0.01 Гр/с, интервал поглощенных доз - 0.1-1 кГр.
Ацетальдегид, метанол и 2,3-бутандиол определяли методом газожидкостной хроматографии на
"Shimadzu GC-17A" c пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой "Stabil-WAX" (длина 30 м; внутренний диаметр 0.32 мм; толщина пленки неподвижной фазы 0.5 мкм). Условия анализа: газ-носитель - азот; программа термостата -нагрев с 40 до 200°С со скоростью 13°С/мин ; температура инжектора и детектора 220°С; линейная скорость потока 22 см/с.
Глюкозу определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на "Shimadzu LC-10 AD" c рефрактометрическим детектором и колонкой 250/4 NUCLEOSIL Carbohydrate. Условия анализа: подвижная фаза - ацетонитрил : вода (79 : 21, об./об.); скорость потока 2 мл/мин; объем пробы 20 мкл.
Концентрацию добавок в облученных и исходных растворах определяли методом ВЭЖХ при длине волны 254 нм на указанном выше хроматографе. Условия анализа: подвижная фаза - метанол : 0.02 М фосфатный буфер с pH 3 (10 : 90); скорость потока 0.5 мл/мин; объем пробы 10 мкл.
Радиационно-химические выходы образования продуктов радиолиза и расходования добавок рассчитывали на линейных участках зависимости концентраций веществ от поглощенной дозы с использованием метода наименьших квадратов. Приведенные в работе величины радиационно-химических выходов являются результатом усреднения трех независимых экспериментов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При радиолизе деаэрированного этанола основными молекулярными продуктами являются ацетальдегид (АА) и бутандиол-2,3 (БД), которые образуются с равной вероятностью в реакциях диспропорционирования и рекомбинации а-гид-роксиэтильных радикалов (ГЭР) [8]:
CH3CH2OH
CH3CHOH
CH3CHOH
CH3CH(OH)CH(OH)CH3 CH3CHO + CH3CH2OH
Y
Введение в этанол АК и ее полностью замещенного производного I приводит к изменению соотношения выходов молекулярных продуктов радиолиза этанола в пользу АА (табл. 1), одновременно наблюдается значительное снижение выходов БД. Это указывает на выраженную реакционную способность аскорбиновой кислоты и соединения I по отношению к ГЭР. В отличие от АК соединение I
не имеет подвижных атомов водорода и, следовательно, не может восстанавливать ГЭР до исходных молекул. Установлено, что карбонилсодержащие вещества: альдегиды [9], хиноны [10], флавоноиды [11] эффективно окисляют ГЭР. Для альдегидов показано, что реакция окисления а-гидроксиалкиль-ных радикалов протекает через стадию образования радикал-аддуктов по схеме [9]:
H3C. ^OH • 3 CH •
CH3CHOH + RCH=O —- I —- CH3CHO + RCH-OH. 3 „-CH • 3
R (1)
влияние аскорбиновой кислоты и ее производных 299
Реализация такого типа реакций при радиолизе равную уменьшению выходов БД. Должны наблю-этанола в присутствии АК и производного I должна даться значительные выходы разложения добавок приводить к увеличению выходов АА на величину, за счет реакции (2):
• уу° УУООН чОгОН
СН3СНОН + \1 — \1 У"ОН —- СН3СНО + \1 (2)
^ ^ СН3 н
АК, соединение I
Однако, исходя из полученных данных (табл. 1), следует, что при радиолизе этанола в присутствии АК и соединения I уменьшение выхода БД происходит в большей степени, чем увеличение выхода АА. При этом наблюдаются невысокие выходы разложения добавок. Следовательно, наряду с реакцией (2) протекают и другие процессы, которые формируют наблюдаемые эффекты. Для АК и соединения I это может быть реакция (3), в которой не образуется АА и регенерируется добавка:
СН3СНОН ■
ч/у™
АК, соединение I
СН3СН2ОН +
(3)
В случае АК возможно также взаимодействие с ГЭР по восстановительному механизму, что приводит к одновременному снижению выходов АА и БД.
Образующийся в результате реакции (4) кисло-родцентрированный радикал АК может диспропор-ционировать с образующимся в реакции (2) углерод-центрированным радикалом АК, с регенерацией двух молекул АК. Протекание реакции типа (4) может быть причиной одновременного уменьшения выходов молекулярных продуктов радиолиза этанола в присутствии соединения II. Наличие в этом со-
единении остатка глюкозы у С2-атома углерода из-за стерического препятствия затрудняет протекание реакции окисления ГЭР (реакция (2)) через стадию образования радикал-аддукта.
При радиолизе водных растворов этанола ГЭР образуются при взаимодействии этанола с продуктами радиолиза воды, •ОН- и •Н-радикалами.
Н2О
Н', 'ОН, е.
ая
СН3СН2ОН ЩО-Н) СН3СНОН СНзСНОН
СН3СН(ОН)СН(ОН)СН3
СН3СНО + СН3СН2ОН
У
В отсутствие добавок выход АА снижается за если для производного I как и в случае чистого эта-
счет его взаимодействия с еая. В то же время замет- нола уменьшение выхода БД сопровождается уве-
ные изменение происходят в закономерностях взаи- личеним выхода АА, то АК, уменьшая выход БД,
модействия АК и соединения I с ГЭР (табл. 2). Так, не увеличивает выход АА. Известно, что АК при
рН 7 существует в монодиссоциированной форме, в тельные свойства [1], и способна взаимодейство-которой она проявляет выраженные восстанови- вать с ГЭР следующим образом:
(5)
О
О
Реализация реакции (5) будет приводить к одновре- тельно невысокие выходы разложения АК указыва-менному уменьшению выходов АА и БД. Сравни- ют на протекание процесса ее регенерации, например:
ОН
ОН
ОН
ОН
ОН О ОН
О ОН
О ОН
ОО
О СЛ
ОН
ОН
(6)
©
О ОН
Интересный феномен нами был обнаружен при радиолизе аэрированных 1 М водных растворов этанола в присутствии АК и ее производных. В насыщенных 02 1 М растворах этанола
радиолиз сопровождается образованием АА и Н202 (табл. 3). Кислород эффективно окисляет ГЭР
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.