Спектроскопическое исследование процессов окисления в присутствии комплексов меди

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия
Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Химия
Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского, 2009, № 6 (1), с. 101−105)
101
УДК 577. 1:544. 4:543. 4
СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ В ПРИСУТСТВИИ КОМПЛЕКСОВ МЕДИ
© 2009 г. В. В. КрайникВ. Н. Ушкалова 2, В. Г. Катанаева 2
1 Сургутский госуниверситет ХМАО-Югры 2 Тюменский госуниверситет
kraynikvika@mail. ru
Поступила в редакцию 27. 05. 2009
Приведены результаты спектроскопического исследования процессов окисления молекулярным кислородом водно-липидного субстрата в присутствии комплексов меди с а-аланином. Установлен конкурентный характер образования и распада гидропероксидов. Предполагается участие комплексов в реакциях зарождения цепей и распада гидропероксидов.
Ключевые слова: спектроскопия, перекисное окисление, комплексы меди с а-аланином.
Введение
В последние годы, в связи с тем, что доказан свободно-радикальный механизм развития многих патологий, большое внимание уделяется процессам перекисного окисления липидов (ПОЛ) биомембран [1−3].
Наиболее изучено каталитическое влияние соединений железа на процессы ПОЛ [4−5], между тем во многих окислительных системах клетки обнаружены катионы меди. Кинетическим методом нами была исследована каталитическая активность солей ряда-элементов на окисление пробы, состоящей из этилолеата и воды (1:3 по объему) в присутствии в качестве эмульгатора цетилтриметиламмония бромида (ЦТМАБ). Каталитическая активность исследованных солей падает в ряду: Си2+ & gt- Бе2+ & gt- Бе3+ & gt- & gt- Со2+ & gt- № 2+ [6−7].
Медь в организме, как правило, присутствует в виде координационных соединений (КС) с белками, аминокислотами и другими биомолекулами [8]. Несмотря на важное значение указанных соединений, ряд аспектов их биологического действия, в том числе и влияние на ПОЛ, остается до конца невыясненным.
Цель настоящей работы — спектроскопическое исследование влияния комплексов меди с а-аминокислотами (АК) на процессы перекисного окисления липидного субстрата. Ранее [7] в специальном эксперименте нами было установлено каталитическое влияние на процессы окисления липидного субстрата КС меди (11) с а-аланином в соотношении 1:2. Данная работа является продолжением серии работ, посвященных изучению ПОЛ в водно-эмульсионной среде.
Экспериментальная часть
Методика получения и очистки реагентов описана ранее [7].
Комплексообразование в системе медь (11) -а-аланин изучали спектрофотометрическими методами Бьерума и сдвига равновесия [9−10], предварительно подобрав оптимальное значениеН. С этой целью снимали спектры поглощения смеси растворов хлорида меди (11) и а-аланина в соотношении 1:2 при рН 4−12 и строили зависимость Атах=ДрН). По графику определяли интервал оптимальных значений рН, который соответствует практически постоянным значениям оптической плотности растворов [11].
Окисление молекулярным кислородом пробы, состоящей из этилолеата, ЦТМАБ, КС меди (11) с а-аланином и воды осуществляли в термостатированной ячейке при 25, 37, 60 °C (±0.2 °С) и оптимальном перемешивании [12]. Конечная концентрация в растворе: этилолеат — 0. 7, эмульгатор — (1−3)-10−3, медь — (2−3)-10−2, а-аланин -(4−5)'-10−2 моль/л.
Во времени отбирали по 100 мкл пробы, экстрагировали 10-кратным избытком гексана и расслаивали добавлением 1.5 мл воды. Органический слой отделяли, разбавляли в 200 раз до концентрации этилолеата в пробе 1. 2−10"-4 моль/л, сушили безводным сульфатом натрия и записывали спектры в области поглощения этилолеата и продуктов окисления в диапазоне 200−300 нм. Водную фазу переносили в кювету и записывали спектры в области поглощения соединений меди в диапазоне 400−900 нм.
Для изучения действия катализатора в органической фазе исходную пробу объемом 4 мл центрифугировали в течение 10 минут при
3000 об/мин, отбирали 0. 35 мл органической фазы, добавляли 1 мл гексана, сушили и записывали спектры в области 400−900 нм.
Спектры поглощения записывали на спектрофотометре СФ-2000,Н измеряли иономером И-130. 2 М, откалиброванным как описано в работе [7].
Растворы готовили по точной навеске на бидистилляте.
Результаты и их обсуждение
В спектрах поглощения растворов хлорида меди (11) в присутствии а-аланина приН 4.5 присутствует полоса поглощения с максимумом при 730 нм. С увеличениемН от 4.5 до 7.5 происходит увеличение интенсивности, а максимум полосы закономерно смещается гипсо-хромно, что, очевидно, связано с процессами ступенчатого комплексообразования в исследуемой системе. При рН от 7.5 до 10 наблюдается постоянная интенсивность и положение максимума при 620 нм, что соответствует оптимальным условиям комплексообразования. Дальнейшие исследования проводились приН 9. Исходя из литературных и экспериментальных данных, при этом значении рН преобладают комплексы состава 1:2 с 1§ Р 10.5 [10, 13].
В УФ-спектрах пробы, окисленной при 37±0. 2 °C, наблюдается полоса с максимумом в области 202−204 нм, в области 220−230 нм она выходит на плато и затем снижается в области 250 нм (рис. 1). В течение первого часа окисле-
ния оптическая плотность при 202−204 и 220 230 нм меняется экстремально, достигая максимального значения через 15 мин после начала эксперимента. В течение следующего часа окисления оптическая плотность постепенно снижается.
Для более полной оценки процесса окисления аналогичный эксперимент был проведен при 24 и 60±0. 2 °C. Экстремальный характер изменения оптической плотности наблюдается и при данных температурах окисления. Максимальное значение оптической плотности появляется через 60 и 5 мин после начала эксперимента при 24 и 60±0. 2 °C соответственно.
В спектрах водной фазы отмечается полоса с максимумом в области 620 нм, соответствующая поглощению КС меди (11) с а-аланином (рис. 2). Через 5 мин после начала эксперимента оптическая плотность снижается в 2 раза, в течение последующих 2 часов окисления оптическая плотность меняется незначительно.
В спектрах органической фазы в видимой области (рис. 3) присутствует полоса с максимумом в области 670 нм, вероятно относящаяся к аналогичным комплексам меди (1). Данное предположение подтверждается литературными источниками. Из [14−15] известно, что КС ме-ди (1) в зависимости от лигандов в органических растворителях поглощают в области 400 670 нм.
Интенсивность данной полосы в течение 30 мин окисления увеличивается, а затем сохраняется на определенном уровне в течение всего эксперимента (рис. 3).
Рис. 1. Изменения в УФ-спектрах поглощения растворов этилолеата: 1 — 0, 2 — 5, 3 — 10, 4 — 15, 5 — 20, 6 — 30, 7 — 60, 8 — 90, 9 — 120 мин окисления при 37 °C, А — оптическая плотность
Как известно, изолированные -С=С- связи характеризуются интенсивным поглощением (в ~ 10 000) вблизи 190 нм. Введение ауксохромов, в том числе гидропероксидных групп, батохромно смещает эту полосу на 10−40 нм. Таким образом, в результате исследования спектров органической фазы в процессе окисления установлено, что полоса 202−204 нм принадлежит а-ненасыщенным гидропероксидам. В условиях эксперимента гидропероксиды быстро разлагаются, и наблюдается экстремальное изменение оптической плотности (рис. 1). Подтверждени-
ем этого факта является увеличение оптической плотности в области 202−204 нм с увеличением температуры до 60±0. 2 °C. С течением времени процессы распада преобладают над процессами образования гидропероксидов, о чем свидетельствует незначительное снижение оптической плотности по сравнению с начальными этапами окисления.
Также известно, что карбонильные группы имеют слабую полосу при 260−290 нм (в ~ 50). Карбонильные группы, сопряженные с алкено-вой группой, имеют интенсивное поглощение
Рис. 2. Изменения в спектрах поглощения водной фазы: 1 — 0, 2 — 5, 3 -10, 4 — 20, 5 — 30, 6 — 60, 7 — 90, 8 — 120 мин окисления при 37°С
А
Рис. 3. Изменения в спектрах поглощения органической фазы: 1 — 0, 2 — 10, 3 — 30, 4 — 60, 5 — 90, 6 — 120 мин окисления при 60°С
при 215−230 нм. Например, кротоновый альдегид поглощает при 217 нм с є ~ 15 650, а метилвинил-кетон — при 219 с є = 3600. Вторая полоса n ^ п * переходов для этих соединений, расположенная в области 320−325 нм, очень слабая, с є ~ 20 [15]. Таким образом, по результатам спектроскопического исследования можно предположить, что гидропероксиды разлагаются с образованием ненасыщенных карбонильных соединений, поглощающих в области 217−230 нм (рис. 1).
Результаты исследования пробы в видимой области позволяют сделать вывод о том, что в процессе окисления катализатор (КС меди (ІІ) с а-аланином) не разрушается. В пользу этого предположения свидетельствует постоянное положение максимума полосы комплекса в процессе окисления и отсутствие в спектрах полосы с максимумом при 800 нм, характерной для несвязанной меди (ІІ). Катализатор расходуется до определенной концентрации, о чем свидетельствует снижение оптической плотности в водной фазе (рис. 2, кривые 1−2), затем устанавливается равновесная концентрация катализатора (рис. 2, кривые 2−8). Каталитическим действием обладает, вероятно, безводный комплекс меди (І), образующийся в органической фазе, концентрация которого также достигает равновесного значения в процессе окисления (рис. 3, кривые 3−6).
Из литературы известен механизм окисления молекулярным кислородом эфиров олеиновой и линолевой кислот [16−17]. Окисление протекает по радикально-цепному механизму с образованием первичных радикалов и первичных гидропероксидов. Олеаты образуют четыре изомерных радикала и четыре соответствующих гидропероксида по схеме:
Спектроскопически эти изомеры не различимы.
Исходя из литературных [2−4, 17] и полученных экспериментальных данных, предполагается следующая схема механизма влияния комплексов на процесс окисления.
Увеличение концентрации гидропероксидов возможно объяснить участием КС меди в реакциях зарождения (1) и (2):
RH + Cu
2+
RH + Cu1+L 4
1+
Т Ь 4 + И+, (1)
м + О2 ^ Си2+Ь4 + ОН- + ЯО*. (2) Далее следуют реакции продолжения цепей (3)-(4):
я * + о 2 ^ яо2, (3)
Я02 + ЯИ ^ ЯООИ + Я *. (4)
Уменьшение концентрации гидропероксидов, более интенсивное с увеличением температуры, объясняется, возможно, участием катализатора в стадии распада гидропероксидов, не обеспечивающей разветвления цепей (5)-(6):
(5)
ROOH + Cu2+L4 ^ RO2 + Cu
1+
L 4 + H +,
ЯООН + Си1+Ь4 ^ ЯО* + СиЬ4 + ОН-. (6) В соответствии с предполагаемой схемой все приведенные реакции идут конкурентно, что позволяет установление равновесия комплексов Си1+ и Си2+.
Выводы
Установлено участие КС меди с а-аланином в процессе окисления водно-липидного субстрата. Обнаружено установление равновесных
+О2
СН3 — (СН2)7 — СН = СН — (СН2)7 — СООЯ----------->
CH3 — (CH2)7 — CH = CH — CH — (CH2)6 — COOR + CH3 — (CH2)6 — CH — CH = CH — (CH2)7 — COOR + CH3 — (CH2)6 — CH = CH — CH — (CH2)7 — COOR
CH3 — (CH2)7 — CH — CH = CH — (CH2)6 — COOR
+
+O2
+RH
CH3 — (CH2)7 — CH = CH — C H — (CH2)6 — COOR +
ООН
CH3 — (CH2)6 — CH — CH = CH — (CH2)7 — COOR + OOH
CH3 — (CH2)6 — CH = CH — CH — (CH2)7 — COOR +
ООН
CH3 — (CH2)7 — CH — CH = CH — (CH2)6 — COOR + OOH
концентраций комплексов Cu2+ и Cu1+. Установлен конкурентный характер образования и распада гидропероксидов. Предполагается участие комплексов меди в реакциях зарождения цепей и распада гидропероксидов.
Список литературы
1. Касаткина О. Т., Карташева З. С., Писаренко Л. М. Влияние поверхностно-активных веществ на жидкофазное окисление углеводородов и липидов // Журн. общей химии. 2008. Т. 78. № 8. С. 1298−1309.
2. Huang D., Ou B., Prior R.L. The chemistry behind antioxidant capacity assays // J. Agric. Food chem. 2005. V. 53. P. 1841−1856.
3. Roginsky V.A., Lassi E.A. Review of methods to determine chain-breaking activity in food // Foodem. 2005. V. 92 (2). P. 235−254.
4. Владимиров Ю. А., Арчаков А. И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М.: Наука, 1972. 249 с.
5. Roginsky V.A., Barsukova T.K., Stegmann H.B. Iron bound to ferritin catalyzes ascorbate oxidation: effects of chelating agents // Biochimica et Biophysica Acta. 1997. V. 1335. P. 33−39.
6. Журавлева Л. А., Ушкалова В. Н., Крайник В. В. Разработка метода тестирования средств анти-оксидантотерапии // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. Тамбов: ТГТУ, 2006. № 2(4). С. 144−154.
7. Крайник В. В., Журавлева Л. А., Ушкалова В. Н. Моделирование процессов окисления липидов биомембран // Вестник ННГУ им. Н. И. Лобачевского. 2008. № 5. С. 31−38.
8. Удрис Г. А., Нейланд Я. А. Биологическая роль меди. Рига: Зинатне, 1990. 189 с.
9. Шлефер Г. Л. Комплексообразование в растворах. Л.: Химия, 1964. 381 с.
10. Инцеди Я. Применение комплексов в аналитической химии. М.: Мир, 1979. 376 с.
11. Булатов М. И., Калинкин И. П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. 5-е изд., перераб. Л.: Химия, 1986. 432 с.
12. Ушкалова В. Н., Иоанидис Н. В., Кадочникова Г. Д. и др. Контроль перекисного окисления липидов. Новосибирск: Изд-во НГУ, 1993. 181 с.
13. Яцимирский К. Б., Крисс Е. Е., Гвяздов-ская В. Л. Константы устойчивости комплексов металлов с биолигандами. Справочник. Киев: Наукова Думка, 1979. 228 с.
14. Марченко З. Н. Фотометрическое определение элементов: Пер. с польск. М.: Мир, 1971. 501 с.
15. Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. Л.: Химия, 1967. Т. 4. 920 с.
16. Fatemi S.H., Hammond E.G. Analysis of oleate, linoleate and linolenate hydroperoxides on oxidized ester mixtures // Lipids. 1980. V. 15. № 5. P. 379−385.
17. Эмануэль Н. М. Химическая и биологическая кинетика // Успехи химии. 1981. Т. 50. № 10. С. 17 211 809.
SPECTROSCOPIC STUDY OF OXIDATION PROCESSES IN THE PRESENCE OF COPPER COMPLEXES
V.V. Krainik, V.N. Ushkalova, V. G Katanaeva
The spectroscopic study results have been given of molecular oxidation of a water-lipid substrate in the presence of copper complexes with a-alanine. The competitive character of hydroperoxide formation and decay has been determined. The complexes are assumed to participate in reactions of hydroperoxide chain formation and decay.
Keywords: spectroscopy, peroxidation, copper complexes with a-alanine.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой