^^^^^^^^^^^^^^ РАДИАЦИОННАЯ
ХИМИЯ
544.54:547.752:547.78
ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ ИНДОЛА И ИМИДАЗОЛА НА РАДИАЦИОННО- И ПЕРОКСИДИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭТАНОЛА © 2013 г. С. Д. Бринкевич, Р. Л. Свердлов, О. И. Шадыро
Белорусский государственный университет Беларусь, 220030, Минск, просп. Независимости, 4 E-mail: shadyro@open.by Поступила в редакцию 22.05.2012 г. В окончательном виде 13.08.2012 г.
Методами радиационного и пероксидного инициирования свободнорадикальных процессов изучено взаимодействие индола, имидазола и их производных с а-гидроксиэтильными радикалами. В рамках теории функционала плотности рассчитаны энтальпии присоединения Н-атома по кратным связям изучаемых соединений, характеризующие их окислительные свойства. Совокупность экспериментальных и расчетно-теоретических данных свидетельствует о том, что серотонин в основном за счет восстановления и присоединения, а Р-карболиновые алкалоиды — гармин, гарман, гармалин за счет окисления а-гидроксиэтильных радикалов подавляют образование основного продукта радиолиза деаэрированного этанола — бутандиола-2,3. В рассматриваемом ряду Р-карболиновых алкалоидов наблюдается увеличение окислительных свойств. Пиррол, индол, мелатонин, имидазол, 1-метилимидазол, 2-меркапто-1-метилимидазол обладают низкой реакционной способностью по отношению к а-гидроксиэтильным радикалам.
УДК
б01: 10.7868/80023119713010043
При воздействии ионизирующих излучений, ряда других экзогенных факторов или в результате нарушения нормального хода физиологических процессов в организме происходит гиперпродукция активных форм кислорода (АФК) и, как следствие, активация свободнорадикальных процессов повреждения биологически важных молекул [1]. Наиболее изученными процессами такого типа в настоящее время являются свободнорадикальное повреждение нуклеиновых кислот, а также пере-кисное окисление липидов [1—3]. Помимо окислительных процессов АФК способны индуцировать реакции свободнорадикальной фрагментации гидроксилсодержащих органических соединений, которые происходят через стадию образования и последующего распада а-гидроксилсодержащих углеродцентрированных радикалов (а-ГУР). Такого рода процессы приводят к деструкции и модификации липидов [4, 5], пептидов [6] и углеводов [7, 8]. В ряде случаев в качестве продуктов реакции образуются физиологически активные соединения, регулирующие пролиферацию клеток или индуцирующие их апоптоз [9].
Ранее нами было показано, что витамины группы В [10] и иминохиноны [11], содержащие сопряженные >С=С< и >С=М< связи, выступают эффективными ингибиторами реакций свободнора-дикальной фрагментации гидроксилсодержащих
органических соединений. Это обусловливает целесообразность изучения реакционной способности по отношению к а-ГУР ряда физиологически активных производных индола и имидазола. Известно, что гормоны серотонин и мелатонин проявляют антиоксидантное и радиопротекторное действие [1, 12]. Производные индола — Р-карбо-линовые алкалоиды — гарман, гармин, гармалин являются ингибиторами ВИЧ/СПИД и пролиферации некоторых линий раковых клеток [13]. 2-меркапто-1-метилимидазол используется в качестве радиопротектора при лучевой терапии рака щитовидной железы [14].
В настоящей работе методом стационарного радиолиза и вещественного инициирования свобод-норадикальных процессов изучено взаимодействие производных индола и имидазола с простейшими представителями а-ГУР — а-гидроксиэтильными радикалами (а-ГЭР), образующимися в ходе ради-ационно- и пероксидиндуцированных превращений деаэрированного этанола.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Без предварительной очистки использовали пиррол (I), индол (II), серотонина г/хл (III), мелатонин (IV), гармин (V), гарман (VI), гармалин (VII), имидазол (VIII), 1-метилимидазол (IX), 2-меркапто-1-метилимидазол (X), ди-трет-бутил-
-nh
Пиррол (I)
Индол (II)
Серотонина г/хл (III)
n h
Мелатонин (IV)
т^о
о'
h
Гармин (V)
cn>
'—ш
nh
Имидазол (VIII)
h
Гарман (VI)
о
n
\
1-метилимидазол (IX)
Гармалин (VII)
,n,
V-sh
-n \
2-меркапто-1-метилимидазол (X)
Рис. 1. Структурные формулы использованных в работе соединений.
пероксид, (+/—)-мезо-2,3-бутандиол фирмы "81§та-АЫг1сИ" (рис. 1). Чистота соединений составляла не менее 98%.
Спирт этиловый пищевой марки "Люкс" (96 об. %) перед использованием очищали перегонкой на ректификационной колонне. Для приготовления деаэрированных растворов тестируемых соединений в этаноле с концентрацией 10-3 моль/л была использована методика аналогичная описанной в [10]. Облучение проводили на установке МРХ-у-25М с источником 60Со. Мощность поглощенной дозы составляла 0.36 ± 0.008 Гр/с. Интервал поглощенных доз 0.22-2 кГр.
Для вещественного инициирования свободно-радикальных процессов этанольные растворы, содержащие ди-трет-бутилпероксид в концентрации 10-2 моль/л, термостатировали в запаянных ампулах на песчаной бане в течение 5-50 мин. Для поддержания постоянной температуры 140 ± 1°С использовали термостат УепИсеП 55. Песчаную баню перед экспериментом кондиционировали при необходимой температуре в течение 120 мин.
Продукты свободнорадикальных превращений деаэрированного этанола - ацетальдегид (АА) и бутандиол-2,3 (БД), а также термического разложения ди-трет-бутилпероксида — ацетон и трет-бутанол определяли на хроматографе GC-17А фирмы "8Ытаё2и" с использованием кварцевой капиллярной колонки 81аЫ^ах^А. Качественный и количественный анализ проводили с использованием внешнего стандарта. Условия анализа: начальная температура 30°С с изотерми-
ческим режимом — 5 мин, скорость подъема до 100°С — 5°С/мин, скорость подъема до 220°С — 13°С/мин; температура инжектора — 200°С; температура детектора — 230°С; газ-носитель — азот; детектор — пламенно-ионизационный; объем задаваемой пробы — 0.4 мкл.
Концентрацию индола (II) определяли на спектрофотометре "Specord S600", а пиррола (I), имидазола (VIII) и 1-метилимидазола (IX) —газо-хроматографически при анализе продуктов сво-боднорадикальных превращений этанола по приведенной выше методике.
Для идентификации продуктов радиационно-индуцированных превращений соединений (III), (IV), (V), (VI), (VII), (X) и определения концентраций добавок использовали жидкостный хроматограф "Shimadzu", укомплектованный масс-спектрометром LCMS-2020, детектором на диодной матрице SPD-M20A, колонкой Shim-pack VP-ODS ("Shimadzu") (150 мм, 2.0 мм, зерно 4.6 мкм). Определение концентрации веществ проводили в режиме измерения суммарного ионного тока.
Условия анализа: метод ионизации — электроспрей с положительной ионизацией, в качестве детектируемых частиц выступали протонированные молекулы и их аддукты с элюентом. Напряжение интерфейса — 4.5 кВ; напряжение на детекторе — 1.20 кВ; температура блока нагревания и десольва-тации — 400 и 250°С соответственно; поток газа распылителя — 1.5 л/мин. Элюент — метанол : вода (50 : 50 об./об.) с добавлением муравьиной кислоты (0.1% об.). Режим элюирования — изократический, скорость потока — 0.1 мл/мин, колонка термостати-ровалась при 25°С.
Радиационно-химические выходы (G, молекула/100 эВ) образования продуктов реакций и расходования тестируемых соединений рассчитывали на линейных участках зависимости концентраций веществ от поглощенной дозы. Пероксидиндуциро-ванные выходы (У, % от расчетного количества а-ГЭР образовавшихся в системе) определяли из отношения концентрации продуктов реакции (или исходных веществ) к сумме концентраций ацетона и трет-бутилового спирта.
Расчет энтальпии присоединения атома водорода (HAE) по кратным связям тестируемых соединений выполняли с помощью программы Firefly 7.1.G. Вычисления проводили для конфор-меров, обладающих минимумом энергии в газовой фазе, по методике [15].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Основными интермедиатами радиолиза деаэрированного этанола являются а-ГЭР, которые образуются с радиационно-химическим выходом ~5.5 частиц/100 эВ в основном в результате реализации ион-молекулярной реакции (2) [16]:
ch3ch2oh
ch3ch2oh + eSOiv,
ch3ch2oh + ch3ch2oh
2
3
2
(1)
(2)
ch3ch2oh2 + ch3c hoh.
В отсутствие добавок а-ГЭР расходуются в би-радикальных реакциях рекомбинации (3) и дис-пропорционирования (4) с образованием БД и АА
соответственно:
ch3choh + ch3choh
ch3ch(oh)ch(oh)ch3, ch3cho + ch3ch2oh.
(3)
(4)
Y
Радиолиз деаэрированного этанола является удобной и часто используемой моделью для изучения реакционной способности соединений по отношению к а-ГЭР [10, 17, 18], однако он не позволяет исключить эффектов, связанных с взаимодействием веществ с ионными продуктами радиолиза этанола, в первую очередь с сольвати-рованным электроном [19]. Этого недостатка лишены вещественные методы инициирования сво-боднорадикальных процессов. Сопоставление выходов основных продуктов свободнорадикаль-ных превращений этанола, индуцированных у-радиолизом и термическим разложением органического пероксида, позволяет установить закономерности взаимодействия веществ с а-ГЭР.
При нагревании раствора ди-трет-бутилпе-роксида в деаэрированном этаноле при 140°С происходит гомолитический разрыв пероксид-ной связи и образование двух трет-бутоксиль-ных радикалов (5), которые в последующем могут фрагментировать с образованием ацетона и ме-тильных радикалов (6).
(h3c)3c-o-o-c(ch3)3 -
(h3c)3c-o •
T = 140°C
o
ж
2(H3C)3C-O., (5)
+ *ch3
(6)
Взаимодействие метильных и трет-буток-сильных радикалов с молекулами этанола в отсутствие кислорода приводит к образованию а-ГЭР
(7, 8).
(h3c)3c-o • •ch3
+ ch3ch2oh
(h3c)3c-oh + ch3c hoh,
ch4 + ch3c hoh.
(7)
(8)
В условиях эксперимента другими реакциями метильных и трет-бутоксильных радикалов можно пренебречь в силу низких концентраций растворенных в спирте соединений и радикальных интермедиатов. Следовательно, количество образовавшихся а-ГЭР при термолизе ди-трет-бутилпероксида в деаэрированном этаноле может быть легко рассчитано путем суммирования концентраций ацетона и трет-бутилового спирта. В ходе вспомогательного эксперимента было показано, что термическое разложение веществ в
условиях эксперимента не превышает 2.8%, а ди-трет-бутилпероксид устойчив к разложению в условиях хрома
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.