CC BY
56
раздел ХИМИЯ
УДК 541.14:547.551.2
АНТИОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА РЯДА ПРОИЗВОДНЫХ УРАЦИЛА Герчиков А.Я., Гарифуллина Г.Г. , Сафарова И.В. , Кривоногов В.П.*
Изучено влияние заместителей и добавок кислот на антиокислительную эффективность ряда производных урацила в реакции радикально-цепного окисления изопропилового спирта.
Известно [1-4], что урацил и его производные обладают свойствами ингибиторов радикальноцепного окисления органических веществ; их добавки замедляют окисление этилбензола, метилолеата и изопропилового спирта. На основании изучения кинетики ингибирующего действия оксиметилурацила нами был предложен механизм этого явления [3], который близок к известному циклическому механизму ингибирования [5]. Мы, в частности, предположили, что в качестве активных центров ингибирования выступают нитроксильные радикалы, образующиеся из урацила при окислении субстрата - изопропилового спирта. В соответствии с циклическим механизмом ингибирования молекула ингибитора может регенерироваться из собственного радикала по реакции с радикалами субстрата или продуктов его окисления[5]. При окислении изопропанола такую роль могут играть радикалы Н02 , образующиеся из первичного промежуточного продукта окисления изопропанола - пероксида водорода. Действительно, введение Н202 в начало реакции окисления в присутствии оксиметилурацила приводит к увеличению эффективности его антиокислительного действия [6]. Этот факт свидетельствует в пользу циклического механизма ингибирования, с одной стороны, и в пользу образования нитроксильного радикала как активного центра ингибирования, с другой.
В том случае, если в качестве активного центра ингибирования выступает нитроксильный радикал, устойчивость и, следовательно, реакционная способность его в реакциях обрыва цепи зависит от свойств заместителей в молекуле урацила. Влияние заместителей в молекуле урацила на его эффективность как ингибитора изучали на примере соединений общей формулы:
СН3, <2 = Н - (V); < = Н, <2 = СН3 - (VI).
Эффективность этих соединений в качестве антиоксидантов изучали по влиянии^ на скорость поглощения кислорода в реакции инициированного окисления изопропанола (75 , инициатор -азодиизобутиронитрил). Добавление к окисляющемуся изопропанолу производных урацила приводит к снижению начальной скорости поглощения кислорода (рис.1), что свидетельствует о том, что изученные соединения обладают свойствами антиоксиданта. Наблюдаемую на рис. 1 зависимость можно описать уравнением [7]:
где Н0, V и V, - скорость поглощения кислорода в отсутствии и в присутствие производных урацила и скорость инициирования соответственно, f - стехиометрический коэффициент
О
> = Н0/Н -У/Но = Гкт[1пН]/(2кМ)1/2
(1)
Герчиков Анатолий Яковлевич - д.х.н., профессор БашГУ. Гарифуллина Гарифа Губайдулловна - к.х.н. , доцент БашГУ. Сафарова Ирина Владимировна - аспирант БашГУ. Кривоногов Виктор Петрович - д.х.н., профессор БГАУ.
ингибирования, к,п - константа скорости обрыва цепи окисления на ингибиторе, [1пН] - концентрация введенных добавок, к - константа скорости квадратичного обрыва цепи на пероксирадикалах окисляющегося изопропанола. Экспериментальные результаты, отражающие зависимость скорости окисления от концентрации соединений (I) - (VI), удовлетворительно спрямляются в координатах уравнения (1), что позволяет определить константу скорости fkin. Полученные значения fкiп приведены в табл.1.
Таблица 1
Значения констант скорости ингибирования реакции окисления изопропанола добавками производных урацила; 75°, Vi = 4Х10"7 М/с
Соединение I II III IV V VI
fkinХ 10"3, М-1с-1 24.1+0.4 43.8+6.1 15.2+2.1 148.5+22.3 5.8+0.6 10.2+1.4
Полученные значения констант скорости удовлетворительно (коэффициент корреляции < = 0,9930) спрямляются в координатах уравнения Тафта (рис. 2):
= 18£кт° + 1* ,
где fkin - константа скорости ингибирования замещенным урацилом, fkin° - константа скорости ингибирования незамещенным урацилом (<1=<2=Н), п - константа реакционной серии, Оо\ - сумма эффективных констант заместителей Тафта, при расчете которой использовался принцип аддитивности парциальных констант заместителей о\, значения которых были взяты из [8]. Отметим, что из этой корреляции выпадают соединения III и IV. Положительный наклон прямой на рис. 2 свидетельствует о том, что в реакциях обрыва цепи нитроксильный радикал обладает нуклеофильными свойствами.
Конечным продуктом окисления изопропилового спирта является уксусная кислота (УК). С целью изучения ее влияния на эффективность антиокислительного действия урацилов в реакционную смесь, состоящую из субстрата окисления (изопропилового спирта), инициатора и урацила IV, вводили добавку уксусной кислоты. Установлено, что это приводит к более эффективному ингибированию, причем, с увеличением концентрации вводимой кислоты скорость окисления снижается (рис. 3). Отметим, что этот эффект имеет место также при введении в начало реакции других кислот - хлорной (ХК), валериановой (ВК) и аскорбиновой (АК) (рис. 3). Подобное явление объясняется кислотным катализом, реализующимся в рамках циклического механизма ингибирования окислительных процессов нитрокильными радикалами [5]. По аналогии с упомянутым механизмом регенерацию нитроксильного радикала, образовавшегося из урацила IV при окислении спирта можно описать следующими реакциями:
О
ои
он
НА
I
н
о
нои
он
и СН3
I
н
Н3СЧ 7оо
V
Н3С/ \он
нНСИ
о
он
^^СНз
н
оон
Н3С\ /
-► С ^С7 \он
о
+ои
он
^^СНз
н
ои
о
и
I
н
он
ЧСН3
Н2о2
нои
о
он
I ■ н
НА+ о2
О
О
Н3СЧ /ОО НОЧ
с '
Н
ОН
I
Н
, ^ .ОН
Н3СЧ у ООН ОЧ С + I II
Нзс/ ^ОН ^""^^СН
I
Н
В том случае, когда в качестве добавки в обсуждаемой серии экспериментов выступает аскорбиновая кислота, из раствора были выделены кристаллы, ИК-спектр которых содержит следующие полосы поглощения: (н, см1): 760, 826, 874, 1024, 1042, 1366, 1402 (фурановое кольцо), 1636, 1654, 1684, 1765 (С=О, =N-0=0), 3016 (1Е-Н), 3214, 3316, 3406, 3526 (ОН). Спектральные характеристики выделенных кристаллов, очевидно, свидетельствуют об образовании комплекса:
Вероятно, в случае применения в качестве добавки к исследуемой системе аскорбиновой кислоты механизм антиоксидантного действия системы «урацил+кислота» отличается от ранее изложенного, что и проявляется в более сильном эффекте добавок АК. Изучение этого механизма является предметом дальнейших исследований.
^чО5, МС
[6бабеё]*103,1
Рис.1 Зависимость начальной скорости окисления изопропилового спирта от начальной концентрации введенных добавок. 1 - VI, 2 - V, 3 - I, 4 - II, 5 - III. Т = 75°, Vi = 4-10-7 М/с.
ig(fkn)
Бf rcaf carnal апзёсаёу
Рис.2 Зависимость реакционной способности ряда урацилов от свойств заместителя.
Igfkin = 4,08 +2,00 1ст * р =2,00
vC2*1c6, RS
[ёёпёТ ca], М
Рис.З Зависимость начальной скорости окисления изопропилового спирта в
присутствии IV от концентрации введенной кислоты. [IV] = 1-10 4 М. 1 - ХК, 2 - ВК, З - УК, 4
-АК. Т = 75°, VL = 4-10"7 М/с.
Работа выполнена в рамках программы «Интеграция» при финансовой поддержке научной программы Министерства Образования Российской Федерации ««Университеты России».
ЛИТЕРАТУРА
1. Мышкин В.А., Хайбуллина З.Г., Башкатов С.А и др. // Здравоохранение Башкортостана. 1994. №4. С. 26-З0.
2. Шишкина Л.Н., Таран Ю.П., Елисеева С.В. и др. // Известия АН СССР. Серия биологическая. 1992. №З. С. З50-З57.
3. Герчиков А.Я., Гарифуллина Г.Г., Султанаева И.В. и др. // Химико-фармацевтический журнал. 2000. Т.З4. №10. С. 28-З0.
4. Султанаева И.В., Герчиков А.Я., Гарифуллина Г.Г. и др. // Тез. докл. Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий. г. Томск. 2002. Т.2. С.192-194.
5. Денисов Е.Т. // Успехи химии. 1996. Т. 65 №6. С. 547-56З.
6. Герчиков А.Я., Гарифуллина Г.Г., Сафарова И.В. и др. //ДАН. 2004. Т.З94. №2. С. 215-217.
7. Денисов Е.Т., Азатян В.В Ингибирование цепных реакций. Черноголовка: ИФХЧ РАН, 1997. 268с.
8. Верещагин А.Н. Индуктивный эффект. Константы заместителей для корреляционного анализа. Москва: Наука, 1988. 111с.
Поступила в редакцию 25.0З.04 г.
