РАДИАЦИОННАЯ ХИМИЯ
УДК 541.15:547.475.2
ВЛИЯНИЕ АСКОРБИНОВОМ КИСЛОТЫ И ЕЕ ПРОИЗВОДНЫХ
НА РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ОКСИГЕНИРОВАННОГО ЭТАНОЛА И ЕГО ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
© 2015 г. С. Д. Бринкевич
Белорусский государственный университет Беларусь, 220030, Минск, просп. Независимости, 4 Е-шаП: BrinkevichSD@bsu.by Поступила в редакцию 11.03.2014 г.
При у-облучении этанола и его водных растворов при рН 7, насыщенных кислородом, аскорбиновая кислота способна за счет восстановления пероксильных радикалов, а 5,6-О-изопропилидил-2,3-О-диметиласкорбиновая кислота — за счет окисления а-гидроксиэтильных радикалов снижать выходы основных продуктов радиолиза. Помимо способности ингибировать радиационно-индуцированные превращения оксигенированного этанола и его водных растворов при рН 7, аскорбиновая кислота может вступать в реакции, приводящие к образованию дополнительного количества активных форм кислорода, что необходимо учитывать при рассмотрении ее роли в свободнорадикальных процессах в биосистемах.
БО1: 10.7868/80023119315020035
Аскорбиновая кислота (АК) с высокими константами скорости реакции восстанавливает Н02,
02-, НО', алкоксильные и пероксильные радикалы, а также радикалы "классических антиоксидантов": а-токоферола, Р-каротина, глутатиона, мочевой кислоты, флавоноидов и растительных фенолов [1,2]. Поэтому ее используют в медицинской практике для профилактики и лечения сердечно-сосудистых, онкологических, вирусных и дегенеративных заболеваний, сопровождающихся гиперпродукцией активных форм кислорода и активацией перекисного окисления липидов [3]. В то же время, в биохимической литературе отсутствует консенсус о том, является ли аскорбиновая кислота антиокси-дантом. Доказано, что в биологических условиях аскорбиновая кислота даже в отсутствие ионов металлов переменной валентности может увеличивать интенсивность образования кислородцентрирован-ных радикалов и, как следствие, усиливать свобод-норадикальное повреждение липидов, белков, нуклеиновых кислот [4]. Причины такого "двоякого" поведения АК не установлены и находятся в плоскости интенсивных научных дискуссий.
Метод стационарного радиолиза позволяет генерировать различные типы свободных радикалов, образующихся в биосистемах, и поэтому является удобным способом изучения гемолитических процессов с участием физиологически активных соединений. В качестве модели для исследования реакций с кислородцентрированными радикалами часто используется радиолиз органических соединений и их водных растворов [5, 6]. В настоящей работе изучено влияние АК, ее полностью алкилиро-ванного аналога — 5,6-О-изопропилидил-2,3-О-ди-метиласкорбиновой кислоты (ИДМАК) и 2-О-глюкопиранозиласкорбиновой кислоты (ГАК) на радиационно-индуцированные превращения окси-генированного этанола и его водных растворов при pH 7.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Использовали АК фирмы " Sigma-Aldrich", ИДМАК синтезировали по методике [7], ГАК была любезно предоставлена CCI Corporation (Japan). Структурные формулы использованных соединений:
OH
Г ОН
HO
OH AK
oV ft-
H3CO OCH3 ИДМАК
ОН
^:оНО
НО оно ГАК
ОН
он
Этанол-ректификат (96 об. %) перед использованием очищали сорбцией на цеолите марки "Wolfen Zeosorb LA" с последующей фракционной перегонкой. Для приготовления водных растворов с pH 7 ± 0.05 навески тестируемых соединений растворяли в приготовленном на бидистиллирован-ной воде фосфатном буфере. Водные растворы насыщали кислородом в ампулах в течение 60 мин, после чего запаивали. Спиртовые растворы готовили на предварительно оксигенированном этаноле. Облучение проводили на установке MPX-y-25M с источником 60Со. Мощность поглощенной дозы составляла 0.50 ± 0.016 Гр/с, интервал поглощенных доз - 0.18-0.90 кГр.
Для определения пероксида водорода применяли высокоспецифичный реагентно-спектрофото-метрический метод, основанный на образовании желтого комплекса Н2О2 с сульфатом титанила в сернокислотном растворе [8]. Ацетальдегид анализировали газохроматографически [9]. Концентрацию тестируемых соединений в растворах определяли спекторофотометрически на "Specord S600". 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 величины радиационно-химических выходов - результат усреднения трех независимых экспериментов.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Радиационная химия этилового спирта детально изучена [10], поэтому он является удобной моделью для исследования реакционной способности веществ по отношению к углерод- и кисло-родцентрированным радикалам. Упрощенная схема образования основных продуктов радиолиза оксигенированного этанола: ацетальдегида и H2O2 — приведена ниже. а-Гидроксиэтильные радикалы (а-ГЭР), образующиеся в основном вследствие ион-молекулярной реакции (2), присоединяют кислород с диффузионно-лимитируемой скоростью. Гидроксиэтилпероксильные радикалы неустойчивы и подвергаются фрагментации по реакции (4) с образованием ацетальдегида. Диспро-порционирование гидропероксильных радикалов приводит к накоплению пероксида водорода:
CH3CH2OH
CH3CH2OH®'
+ e,
solv '
(1)
CH3CH2
+ CH3CH3OH —»- CH3CH2OHf + (2)
+ CH3CHOH,
O.
CH3CHOH
^ H3C_HC H
O
O',
(3)
OH
Нз^НО O^ CH3C + HO2, '' O H
O2 + esolv O2 >
O2e + CH3CH2oHf — HO'2 + CH3CH3OH,
2HO2
H'O' + O'.
(4)
(5)
(6) (7)
Радиационно-химические выходы ацетальдегида и пероксида водорода, наблюдаемые при радиолизе оксигенированного этанола, в отсутствие добавок (таблица) превышают первичный выход а-ГЭР, составляющий 5.5 частиц/100 эВ. Это свидетельствуют о том, что окисление этанола происходит по короткоцепному механизму вследствие протекания реакции:
ROO + CH3CH2OH ■
R = H—, CH3CH(OH)—.
• ROOH + CH3CHOH,
(8)
При радиолизе АК в насыщенном кислородом этаноле наблюдаются высокие выходы разложения добавки, что свидетельствует о ее высокой реакционной способности по отношению к образующимся в данной системе радикальным частицам. В присутствии АК происходит уменьшение радиационно-химического выхода ацетальдегида и в меньшей степени — Н202. Наблюдаемое изменение выходов основных продуктов радиолиза оксигенированного этанола является результатом восстановления пероксильных радикалов под действием АК:
OH
Г OH
ROO* + (VO-
HO OH R = H—, CH3CH(OH)-
OH
I OH
Ko
ROOH + \ / (9) *O OH,
Несмотря на то, что в реакции (9) образуется пероксид водорода или органический пероксид, способный распадаться на ацетальдегид и Н202, восстановление кислородцентрированных радикалов под действием АК ингибирует цепной процесс окисления этанола по реакциям (3), (4), (8) и поэтому приводит к снижению выходов основанных продуктов радиолиза оксигенированного этанола. Образующиеся в реакции (9) радикалы, вероятно, подвергаются диспропорционирова-нию с образованием дегидроаскорбиновой кислоты (ДГА) и АК:
Y
Влияние аскорбиновой кислоты и ее производных на радиационно-индуцированные превращения оксигениро-ванного этанола и его водных растворов при рН 7
Добавки, с — 10 3 моль/л Радиационно -химические выходы (О), молекула/100 эВ
ацетальдегид пероксид водорода разложение добавки
96% этанол
Без добавок 7.06 ± 0.28 7.54 ± 0.27
АК 4.69 ± 0.26 5.69 ± 0.14 -2.91 ± 0.14
ГАК 7.64 ± 0.29 7.81 ± 0.25 -0.78 ± 0.05
ИДМАК 9.43 ± 0.30 6.42 ± 0.28 -0.15 ± 0.02
Концентрация этанола 1 моль/л
Без добавок 4.31 ± 0.23 2.73 ± 0.18
АК 4.09 ± 0.30 1.98 ± 0.20 -3.48 ± 0.26
ГАК 4.12 ± 0.23 2.72 ± 0.20 -0.17 ± 0.01
ИДМАК 4.45 ± 0.11 2.36 ± 0.18 -0.32 ± 0.04
Концентрация этанола 10 1 моль/л
Без добавок 3.79 ± 0.014 2.18 ± 0.05
АК 3.19 ± 0.26 1.45 ± 0.16 -3.85 ± 0.38
ГАК 3.59 ± 0.12 2.15 ± 0.05 -0.31 ± 0.04
ИДМАК 4.11 ± 0.22 1.78 ± 0.09 -0.54 ± 0.08
Концентрация этанола 10 2 моль/л
Без добавок 2.43 ± 0.11 2.06 ± 0.11
АК 1.96 ± 0.15 1.13 ± 0.10 -4.77 ± 0.30
ГАК 2.36 ± 0.19 1.90 ± 0.08 -1.24 ± 0.12
ИДМАК 2.53 ± 0.12 1.44 ± 0.11 -1.21 ± 0.15
Концентрация этанола 10 3 моль/л
Без добавок 1.56 ± 0.14 1.39 ± 0.04
АК 0.59 ± 0.15 1.10 ± 0.20 -5.62 ± 0.25
ГАК 0.69 ± 0.10 1.42 ± 0.05 -2.48 ± 0.21
ИДМАК 1.07 ± 0.11 1.12 ± 0.20 -2.69 ± 0.23
ОН
ОН
ОН
Радиационно-химические выходы разложения ГАК, а также ее влияние на выходы про-
дуктов радиолиза этанола, насыщенного кислородом, указывают на низкую реакционную способность данного соединения по отношению к радикальным интермедиатам, образующимся в системе. Незначительное увеличение выходов Н2О2 может быть обусловлено восстановлением гидропероксильных радикалов добавкой:
При радиолизе оксигенированого этанола в при- ционно-химического выхода ацетальдегида при сутствии ИДМАК происходит увеличение радиа- снижении выхода пероксида водорода. Ранее мы
наблюдали такое изменение выходов основных продуктов радиолиза насыщенного кислородом этанола в присутствии хинонов — сильных окислителей а-ГЭР [6]. Экспериментальные данные
указывают, что наличие в структуре ИДМАК фрагмента, присутствующего в убихинонах, позволяет ей выигрывать конкуренцию у кислорода за а-ГЭР:
О
О + СН3СНОН
О
Н3СО
ОСН3
О
он + сн3с;
(12)
Н.
Н3СО
ОСН3
Реализация реакции (12) должна приводить к значительным выходам разложения добавки, чего, однако, при радиолизе ИДМАК в этаноле, насыщенном кислородом, практиче-
ски не наблюдается. Это указывает на протекание процессов, приводящих к регенерации добавки. Например, может происходить реакция:
О
Н3СО
ОН
ОСН3
ОО'
+ сн3Снон
О
Н3СО
О ООН
+ сн3Снон .
ОСН
(13)
3
При облучении разбавленных водных растворов этанола, насыщенных кислородом, радиацион-но-индуцированные превращения инициируются радикальными продуктами радиолиза воды (15). Сольватированный электрон превращается
в О2- при взаимодействии с кислородом по реакции (5). а-ГЭР, образующиеся под действием 'ОН и *Н (реакция (15)), подвергаются окислению до ацетальдегида и пероксида водорода по реакциям (3), (4), (7).
у . е . ®
Н + е8о1у + ОН + Н3О . (14)
сн3сн2он Н^О ¡-НИ,; сн3Снон. (15)
Наличие в системе радикальных продуктов радиолиза воды усложняе
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.