CC BY
113
УДК 541.127 : 542.978
Л. Р. Якупова 1, В. Р. Хайруллина 2, Г. Р. Баймуратова 2, Л. А. Остроухова 3, Р. Л. Сафиуллин 1, А. Я. Герчиков 2, В. А. Бабкин 3
Антиокислительная активность флавоноидов коры лиственницы сибирской
1 Институт органической химии УНЦ РАН 450054, г. Уфа, пр. Октября, 71; факс: (347) 235-60-66
2 Башкирский государственный университет 450074, г. Уфа, ул. Фрунзе, 32, факс (347) 273-67-27 3 Иркутский институт химии СО РАН им. А.Е. Фаворского 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1, факс (3952)461411
Проведена количественная оценка антиокислительных свойств спирофлавоноидной фракции, кверцетина и дигидрокверцетина, полученных из экстракта коры лиственницы сибирской. Показано, что они являются ингибиторами радикально-цепного окисления 1,4-диоксана (333 К). Найденные константы скорости инги-бирования £к1п сопоставлены с измеренной в этой же системе константой £к1п для стандартного синтетического антиоксиданта ионола.
Ключевые слова: флавоноид, антиоксидант, константа скорости ингибирования.
Отдельные флавоноиды коры лиственницы сибирской, а также экстрактивные композиции на их основе зарекомендовали себя как эффективные малотоксичные антиоксиданты (АО) при добавлении их к пищевым продуктам, косметическим средствам и лекарственным препаратам 1-3. Получение экстрактов из природного сырья требует меньших временных и материальных затрат по сравнению с выделением высокочистых индивидуальных соединений и открывает возможность к созданию нового поколения ингибиторов свободно-радикального окисления органических веществ — гибридных антиоксидантов. Научный и практический интерес представляет количественное изучение их антиокислительной активности. Так как ингибиторы фенольного типа тормозят окисление, обрывая цепи по реакции с пероксильными радикалами, их антиокислительную эффективность можно определить по степени снижения скорости поглощения кислорода. Целью настоящей работы было изучение антиокислительных свойств спиро-флавоноидной фракции экстракта коры лиственницы сибирской, а также кверцетина и дигидрокверцетина на модельной реакции инициированного окисления 1,4-диоксана.
Экспериментальная часть
Выделение мономерных полифенольных соединений (кверцетин и дигидрокверцетин) и фракции спирофлавоноидов проведено по уникальной технологии 1-3. Установлено, что основными компонентами фракции спи-рофлавоноидов являются лариксинол и ларик-сидинол. В качестве эталонного ингибитора окисления 1,4-диоксана использован 4-метил-2,6-дитретбутилфенол (ионол), который очищали перекристаллизацией из этанола. Выделенные кристаллы сушили и возгоняли в вакууме. Азодиизобутиронитрил (АИБН) дважды перекристаллизовывали из свежеперегнанного этилового спирта, затем сушили в вакууме. 1,4-Диоксан очищали по известной методике 4.
Кинетические опыты по определению эффективности антиокислительного действия исследуемых соединений проводили манометрическим методом по газопоглощению на универсальной манометрической дифференциальной установке, устройство которой описано в работе 5.
Антиоксидантную способность кверцети-на (Кв), дигидрокверцетина (ДКв) и фракции спирофлавоноидов изучали при 333 К и скорости инициирования У^ = 1 • 10-7 моль-(л • с)-1 в кинетическом режиме окисления 6-8. В качестве инициатора использовали АИБН. Скорость инициирования рассчитывали по уравнению У^ = 2е • кр • [АИБН], где кр — константа скорости распада АИБН, е - вероятность выхода радикалов в объем, е принимали равным 0.5 9. Для константы скорости реакции распада АИБН в 1,4-диоксане принимали значение, измеренное в растворе циклогексанола при 333 К кр = 5,3 • 10—6 л • моль-1 9. Концентрацию антиоксидантов изменяли в диапазоне (моль/л):
Дата поступления 09.03.07
[Кв]0=(0.8 - 6) • 10-4, [ДКв]0=(0.9 - 4.7)-10—-4, [ионол]0 = (0.9 — 7) • 10-4. Начальную концентрацию спирофлавоноидной фракции изменяли в диапазоне (5.6 — 33.8) • 10-2 г/л.
Результаты и их обсуждение
В условиях нашего эксперимента в отсутствие добавок антиоксидантов окисление 1,4-ди-оксана протекает по радикально-цепому механизму с квадратичным обрывом цепи 6' 8' 10:
АИБН——^ гп ——
И+о2 ^ ИО2П
иап+ин ^ иоон+ип
£ — стехиометрический коэффициент ингиби-рования. Поскольку параметр ингибирования F является безразмерной величиной, скорость окисления модельного субстрата в присутствии добавок экстракта также выражали в моль • (л • с)-1.
Экспериментальные результаты для процесса окисления 1,4-диоксана в присутствии флавоноидов удовлетворительно линеаризуются в координатах уравнения (I). На рис. 1 приведены результаты обработки экспериментальных данных в координатах обсуждаемого уравнения для спирофлавоноидной фракции. Аналогичная зависимость выполняется и для кверцетина и дигидрокверцетина (рис. 2).
Значения эффективной константы скорости ингибирования £к1п для природных антиоксидантов, рассчитанные по уравнению (I), приведены в табл. 1. При расчете £к1п использовали известное значение 2кб = 5408 л • (моль • с)-1 10.
Как видно из таблицы, значение £к1п, найденное для ионола, хорошо согласуется с литературными данными 12. В этой же таблице представлены значения ионольного эквивалента для протестированных соединений, рассчитанные по уравнению ИЭ = £к1п/£кионол.
На основании значений эффективных констант ингибирования £к1п нами установлено, что кверцетин и дигидрокверцетин природного происхождения по степени ингибирующе-го действия сопоставимы друг с другом, при этом их антиокислительная активность несколько превосходит таковую величину для эталонного ингибитора ионола. Таким образом, эти флавоноиды проявили себя как эффективные антиоксиданты.
Для сравнения в табл. 1 приведены количественные характеристики антиокислительной активности кверцетина и дигидро-кверцетина в среде окисляющегося этилбензо-где F - параметр ингибирующего дей- ла 13 в близких условиях эксперимента
(1) (1) (2)
ИО2п + ИО2п ^ молекулярные продукты (6)1
Введение в окисляющийся субстрат фе-нольных антиоксидантов приводит к снижению скорости поглощения кислорода (рис. 1, 2) вследствие появления дополнительного канала расходования пероксильных радикалов по реакции (7):
ИО2и + 1пН-
► ИООН+Тп0
(7)
Как следует из экспериментальных данных, присутствие спирофлавоноидной фракции в среде окисляющегося 1,4-диоксана снижает длину цепи от 10 до 5, следовательно, цепной режим сохраняется. На основании этого факта для определения количественных характеристик антиокислительной активности (АОА) спирофлавоноидной фракции применимо уравнение
7, 11:
Р=£ - V=А ч щ(
(I)
ствия; У00 и У0 - начальные скорости поглощения кислорода в отсутствие и в присутствие ан-тиоксиданта, соответственно, моль • (л • с)-1; [1пН]0 - начальная концентрация антиокси-данта, моль • л-1 для индивидуальных веществ и г • л-1 для спирофлавоноидной фракции; 2кб и £к1п - константы скорости обрыва цепи окисления по реакции рекомбинации перок-сильных радикалов 1,4-диоксана и на молекулах антиоксиданта соответственно, л • (моль • с)-1;
(У^.640-8 моль • (л • с)-1, Т = 331 К). Анализ этих данных позволяет заключить, что кверцетин проявляет более высокую реакционную способность по отношению к пероксиль-ным радикалам 1,4-диоксана, в то время как дигидрокверцетин более эффективно ингибиру-ет окисление этилбензола. В целом эти флавоно-иды являются эффективными ингибиторами свободнорадикальных процессов и по силе тормозящего действия превосходят ионол.
1 нумерация реакций производится согласно традиционной схеме жидкофазного окисления углеводородов 7 9
6 1 Уо"10 моль (л-с)
Р
1.2 -
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
0.0
0.1 0.2 0.3
[Спирофлавоноидная фракция], г/л
2.0
1.5
- 1.0
0.5
0.0
Рис. 1. Зависимость скорости поглощения кислорода при окислении 1,4-диоксана и параметра ингибирую-щего действия Г от концентрации спирофлавоноидной фракции (г = 0.983); V,- = 1 • 10-7 моль • (л • с)-1, Т = 333 К
Уо^106, моль/л^с
Б
- 2
[1пИ]^10 , моль/л
Рис. 2. Зависимость скорости поглощения кислорода при окислении 1,4-диоксана и параметра ингибирующего действия Г от концентрации кверцетина (1 и 3) и дигидрокверцетина (2 и 4) соответственно (г = 0.975); V,- = 1 • 10-7 моль(л • с)-1, Т = 333 К
6
4
0
Таблица 1
Кинетические характеристики антиокислительной активности полифенольных соединений
* — [13] V; = 7.6 • 10 8 моль • (л • с) 1, Т = 331 K, растворитель — этилбензол
Название вещества fkin л • (г • с)-1 fkin • 10-4, л • (моль • с) 1 ИЭ fkIn • 10-4 * л • (моль • с)-1
Кверцетин 224 ± 40 6.7 ± 1.2 2.3 3.0
Дигидрокверцетин 145 ± 10 3.6 ± 0.3 1.5 7.4
Ионол 99 ± 2 2.2 ± 0.1 1.0 2.5
Фракция спирофлавоноидов 44 ± 6 - 0.4 -
Спирофлавоноидная фракция экстракта коры лиственницы сибирской в данной модельной системе является более слабым анти-оксидантом по сравнению с ионолом (табл. 1). Возможно, при взаимодействии ее компонентов — лариксинола и лариксидинола — наблюдается эффект антагонизма. Более детальное изучение природы этого явления составляет предмет наших дальнейших исследований.
Работа выполнена при финансовой поддержке аналитической ведомственной целевой программы Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006—2008 гг.)», проект РНП 2.2.1.1.6332, и гранта РФФИ 06-03-32667-а.
Литература
1. Хайруллина В. Р., Гарифуллина Г. Г., Герчиков А. Я., Остроухова Л. А., Бабкин В. А. // ХПС.- 2006.- № 2.- С. 131.
2. Иванова С. З., Федорова Т. Е., Иванова Н. В., Федоров Л. В., Остроухова Л. А., Малков Ю. А., Бабкин В. А. // Химия растительного сырья.-2002.- № 4.- С. 5.
3. Федорова Т. Е., Иванова С. З., Иванова Н. В., Федоров С. В., Остроухова Л. А., Бабкин В. А. // Химия растительного сырья.- 2003.- № 2.-С. 5.
4. Гордон А., Форд Р. Спутник химика.- Москва: Мир, 1976.- 541 с.
5. Зарипов Р. Н, Сафиуллин Р. Л., Рамеев Ш. Р., Ахунов И. Р., Комиссаров В. Д. // КиК.-1990.- Т. 31, № 5.- С. 1086.
6. Сафиуллин Р. Л., Герчиков А. Я., Якупова Л. Р., Хайруллина В. Р., Баймуратова Г. Р. / Тез. докл. Всероссийской конференции молодых ученых и II школы «Окисление, окислительный стресс и антиоксиданты» им. Академика Н. М. Эммануэля. 1-3 июня.- М.:- 2006 г.- А. 35.
7. Денисов Е. Т., Мицкевич Н. И., Агабеков В. Е. Механизм жидкофазного окисления кислородсодержащих соединений. - Минск: Наука и техника, 1975.- 336 с.
8. Howard J. A., Ingold K. U. // Can. J. Chem.-1969.- V. 47, № 20.- P. 3809.
9. Денисов Е. Т. Константы скорости гомолитичес-ких жидкофазных реакций.- М.: Наука, 1971.- 712 с.
10. Nese C., Schuchmann M. N., Steenken S., Sonntag C. // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2.1995.- P. 1037.
11. Денисов Е. Т., Азатян В. В. Ингибирование цепных реакций.- Черноголовка.- 1997.- 266 с.
12. Ковтун Г. А. // Катализ и нефтехимия.-2000.- № 4.- С. 1.
13. Захарова Н. А., Богданов Г. Н., Запроме-тов М. Н., Тюкавкина Н. А., Круглякова К. Е., Круглякова К. Е., Эммануэль Н. М. // ЖОХ.- 1972.- Т. 42, № 6.- С. 1414.
