CC BY
106
Химия растительного сырья. 2013. №3. С. 107-112. DOI: 10.14258/jcprm.1303107
УДК 615.322 + 544.653.2/.3
АНТИОКСИДАНТНЫЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОСУКЦИНАТА ДИГИДРОКВЕРЦЕТИНА - НОВОГО ВОДОРАСТВОРИМОГО ПРОИЗВОДНОГО ПРИРОДНОГО ФЛАВОНОИДА
© Б.Н. Баженов, Г.Д. Елисеева, Е.Е. Золотарев, A.B. Кашевский, А.Ю. Сафронов , Б.Л. Финкельштейн
Иркутский государственный университет, ул. К. Маркса, 1, Иркутск, 664003 (Россия), e-mail: dean@chem.isu.ru
Моносукцинат дигидрокверцетина - синтезированное производное природного антиоксиданта дигидрокверцетина, имея более высокую растворимость в воде по сравнению с дигидрокверцетином, сохраняет при этом антиокси-дантные свойства последнего, что подтверждается TEAC методом и данными вольтамперометрических измерений. Электрохимические превращения моносукцината дигидрокверцетина на графитовом электроде имеют при этом более сложную природу, чем у базового флавоноида.
Ключевые слова: моносукцинат дигидрокверцетина, антиоксидантная активность, циклическая вольтамперометрия.
Введение
Биофлавоноиды в последние 2-3 десятилетия все более эффективно используются для создания лекарственных препаратов, биологически активных и пищевых добавок, обладающих антиоксидантными свойствами [1]. Способность нейтрализовать повреждающее действие активных форм кислорода на молекулярные структуры клеток живого организма, широкий спектр лечебного действия при весьма разнообразных патологиях, ставят эти природные соединения на одно из первых мест в современной фармацевтике.
Биофлавоноид дигидрокверцетин (ДКВ) (I) выделяется среди известных нескольких сотен представителей этого класса соединений своей высокой биологической активностью и широким комплексом надежно доказанных фармакологических применений и превосходит по своей антиоксидантной активности многие из из -
вестных препаратов, в том числе - а-токоферол и ас-
Баженов Борис Николаевич - доцент кафедры общей и неорганической химии, кандидат химических наук.
корбиновую кислоту. ДКВ, выделяемый из древесины
старший научный сотрудник, лиственницы сибирской или даурской (Ьапх ^чЬтса
е-тай: scorpiol956@mail.ru ЬеаеЪ. и Ь. ёаИипса Тите.), входит в состав ряда фарма-
Елисеева Галина Дмитриевна - научный сотрудник _
, цевтических препаратов и биологически активных пи-института нефте- и углехимического синтеза при И1У, г г
кандидат химических наук щевых добавок [2]. На его основе созданы и успешно
Золотарёв Егор Евгеньевич - аспирант кафедры общей применяются лекарственные средства, например, «Дик-
вертин» [3]. ДКВ также широко используют в пищевой
и неорганической химии, е-таП: egorzolotarev@yandex.ru
Кашевский Алексей Валерьевич - доцент кафедры промышленности (производство шоколада, сухого мо-
общей и неорганической химии, кандидат химических лока других жиросодержащих продуктов) для придания
наук, е-таД: caribcar@mall.ru Сафронов Александр Юрьевич - заведующий кафедрой общей и неорганической химии, доктор химических
лечебно-профилактических свойств продукции и для увеличения сроков ее хранения. наук, профессор, тел.: (3952) 52-10-79, Низкая растворимость препарата (как в воде,
факс: (3952) 42-59-35, е-т11: dean@chem.lsu.ru. Так И в жирах) препятствует его более широкому ис-
пользованию в составе инъекционных препаратов, капель, мазей, эмульсий. В связи с этим актуальным
Финкельштейн Борис Львович - доцент кафедры органической химии, кандидат химических наук
* Автор, с которым следует вести переписку.
является получение водорастворимых производных ДКВ с сохранением его антиоксидантного потенциала, чего можно достичь введением гидрофильных структурных фрагментов в молекулу флавоноида, не затрагивающих ее участки, ответственные за антиоксидантные свойства. Одним из таких заместителей может быть остаток янтарной кислоты, связанный с молекулой ДКВ сложноэфирной связью (II).
H0\ /Ч
7 8a ^2' 2'
0H
0H 0
4'' 34
0H
0H
6"
0H 0
0 0^
0H
0H
0H
-10—11-12
/
V
0
Дигидрокверцетин (I)
Моносукцинат дигидрокверцетина (II)
Подобный подход к получению новых лекарственных форм в настоящее время уже используется. Например, известно полу синтетическое производное флавоноида силибина - бис-гемисукцината динат-риевая соль - хорошо растворимое в воде и применяемое для внутривенного введения при тяжелых интоксикациях печени (торговое название - Легалон СИЛ) [4].
Янтарная кислота, способная образовываться в результате биотрансформаций таких препаратов in vivo, нетоксична и сама участвует в процессах метаболизма. Известны многие растворимые и нерастворимые лекарственные формы, например: «Янтарь-антитокс» - таблетки, «Цитофлавин» - раствор для внутривенного капельного введения и таблетки; «Капли Береш Плюс» - капли для приема внутрь, действующим началом которых является янтарная кислота [1].
Получение новых производных дигидрокверцина и янтарной кислоты позволяет расширить возможности создания новых лекарственных препаратов, обладающих антиоксидантными, капилляро-, гастро- и гепатопротекторными свойствами, а также используемых в комплексной терапии при лечении и профилактике ишемической болезни сердца и других заболеваний.
Электрохимическое поведение дигидрокверцетина изучают довольно активно [5-8], хотя основные особенности механизма его окислительно-восстановительных превращений до сих пор трактуются неоднозначно. Данных об электрохимических свойствах нового производного ДКВ, представленного в данной работе, естественно, обнаружить не удалось.
В связи с вышеизложенным основной целью представляемой работы явилось проведение сравнительного анализа антиоксидантной и электрохимической (окислительно-восстановительной) активности моносукцината дигидрокверцетина и базового исходного флавоноида дигидрокверцетина.
Экспериментальная часть
В работе использовались реактивы: КН2РО4 (х.ч., перекристаллизованый из воды), №ОН (х.ч.). Дигидрокверцетин с содержанием > 95% был предоставлен ООО «Флавир» (Иркутск). Для приготовления рабочих растворов применялась бидистиллированая вода.
Синтез моносукцинат дигидрокверцетина (МСДКВ). Соединение (II) - светло-желтый порошок -получено ацилированием дигидрокверцетина янтарным ангидридом (мольное соотношение 1 : 5) в ацетоне в присутствии основания с последующим препаративным выделением целевого продукта [9]. Методом ВЭЖХ (хроматограф НР 1050, колонка 4x150, Силасорб-8С18, элюент МеСМ : Н20, 1% Н3Р04 30 : 70 об.%) не обнаружено как исходных соединений, так и иных продуктов ацилирования.
Выход 35%. Т.пл. = 112-114 °С. Вычислено, %: С 56,43; Н 3,96. Найдено, %: С 57,00; Н 3,99, брутто-формула С19Н16010.
ЯМР 1Н (500 МГц, Ме2СО - а6, м.д., ТМС - 0, 1/Гц): 5,34 (1Н, д, I = 11, Н-2), 5,79 (1Н, д, I = 11, Н-3), 5,98 (1Н, д, I = 2, Н-6), 6,00 (1Н, д, I = 2, Н-8), 7,04 (1Н, д, I = 2, Н-2'), 6,86 (1Н, д, I = 8, Н-5'), 6,87 (1Н, дд, I = 8 и 2, Н-6'), 2,52/2,59 (4Н, м, Н-10,11).
ЯМР 13С (125,1 МГц, Ме2СО - d6): (м.д.) 192,64 (С-4), 167,96 (С-7), 165,08 (С-8а), 165,54 (С-5), 145,8/146,8 (С-3'/4'), 128,25 (C-1'), 120,61 (C-6'), 115,4/116,04 (C-2'/5'), 102,03 (C-4a), 96,33/97,4 (C-6/8), 81,8 (C-2), 73,36 (C-3), 171,41 (C-9), 174,27 (C-12), 29,24/29,13 (C-10/11).
Антиоксидантную активность определяли модифицированным TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant apacity) методом спектрофотометрически по подавлению поглощения радикал-катионов ABTS + в максимуме при 730 нм, генерируемых взаимодействием ABTS с персульфатом калия в солевом фосфатном буфере (pH 7,4) по отношению к тролоксу, активность которого в данном методе принята за единицу [10]. Относительная стандартная ошибка, определенная по результатам нескольких параллельных измерений, составила не более 2,5%.
Для электрохимических измерений использовали установку на базе потенциостата IPC - pro M (Россия); трехэлектродную ячейку объемом 50 мл; графитовый рабочий электрод с площадью видимой поверхности 0,39 см2, хлорсеребряный электрод сравнения BAS RE-1; платиновый вспомогательный электрод. Скорости развертки потенциала (v) варьировали от 1 до 500 мВ/с. Фосфатно-щелочной буферный раствор готовили из 0,1 M КН2Р04 добавлением 1 M раствора NaOH, величину рН определяли при помощи иономера ЭВ-74. Растворы исследованных веществ (все концентрации - 10-3 моль/л) готовили растворением в фосфатном буфере и переносили в электрохимическую ячейку. Перед измерением вольтамперограмм, раствор в ячейке продували аргоном в течение 10 мин. Все эксперименты выполнены при комнатной температуре.
Обсуждениерезультатов
Модификация дигидрокверцетина введением гидрофильного заместителя (остатка янтарной кислоты), как и ожидалось, привела к увеличению растворимости более чем в 40 раз: 1,7 г/л по сравнению с 0,04 г/л для исходного соединения.
Отсутствие гидроксильной группы в 3-м положении у соединения (II) могло бы повлиять на его антиоксидантную активность, однако измеренные величины ТЕАС практически не отличаются: 1,61 и 1,58, для (I) и (II), соответственно.
Так как способность к участию в окислительно-восстановительных реакциях является одним из важнейших проявлений антиоксидантных свойств, основные оценочные параметры антиоксидантной активности МСДКВ были получены методом циклической вольтамперометрии.
Циклические вольтамперограммы МСДКВ, ДКВ и янтарной кислоты представлены на рисунке 1.
Из приведенных вольтамперограмм следует, что янтарная кислота не имеет характеристичных пиков тока в исследованной области потенциалов и, таким образом, электрохимической активности не проявляет. Электрохимическое поведение МСДКВ подобно поведению ДКВ, на что указывает форма и положение катодных и анодных пиков тока на кривых 1 и 2, однако величина тока в пиках окисления и восстановления ДКВ выше, чем у МСДКВ. Общее снижение величины тока на вольтамперограммах 1 и 2 при многократном циклировании незначительно и может быть связано как с изменениями параметров поверх -ности рабочего электрода, так и с частичной блокировкой поверхности электрода продуктами окисления исследованных веществ. В то же время наиболее характерной электрохимической особенностью МСДКВ, безусловно, является рост катодного тока на кривой 2 в области потенциалов Е —50^150 мВ и сопутствующее ему увеличение анодного тока в этой же области потенциалов, особенно заметное на фоне остальных приведенных на рисунке вольтамперограмм. Отсутствующий на всех остальных вольтамперограммах, этот подъем тока может свидетельствовать о возникновении еще одной редокс-пары, характерной только для МСДКВ и не проявляющейся при окислительно-восстановительных превращениях составных частей этого синтетического производного.
Анализ влияния скорости развертки потенциала на величину и положение редокс пиков широко применяется в методе циклической вольтамперометрии и позволяет, в частности, оценить электрохимическую обратимость исследуемых процессов [11]. В случае МСДКВ с ростом скорости развертки потенциала общий вид вольтамперограмм и положение пиков окисления-восстановления не претерпевают принципиальных изменений по сравнению с кривой, измеренной при v = 20 мВ/с (рис. 1). При этом, однако, наблюдается рост величины АЕ = Epa - Epk (где Epa и Epk - потенциалы анодного и катодного пиков, соответственно), пропорциональное возрастанию скорости развертки потенциала. Такая зависимость характерна для квазиобратимых процессов, и в этом, вероятно, проявляется еще одно отличие МСДКВ от его природного аналога, для которого в исследованной области потенциалов была предложена схема электрохимически обратимых окислительно-восстановительных превращений [5].
Из представленных на рисунке 2 зависимостей высоты пиков тока окисления и восстановления МСДКВ от скорости развертки потенциала следует, что окислительно-восстановительные превращения МСДКВ на графитовом электроде в исследуемых условиях имеют сложный характер и не отвечают ни одной из классических схем кинетического описания вольтамперометрических измерений [12]. Более того, симметричность представленных зависимостей исключает даже возможные предположения о превалировании одного механизма над другим, так как и кривые 1 и 2, и кривые 3 и 4 примерно в равной степени далеки от линейности. Таким образом, можно лишь предполагать одновременное влияние на процесс диффузии молекул МСДКВ из раствора к поверхности рабочего электрода и кинетического переноса электронов с участием молекул МСДКВ и, возможно, продуктов их редокс-превращений, находящихся непосредственно на электроде или в ближнем приэлектродном пространстве.
Рис. 1. Циклические вольтамперограммы, измеренные на графитовом электроде в растворах: 1 - ДКВ; 2 - МСДКВ; 3 - янтарной кислоты и 4 - в 0,1 М фосфатном буферном растворе; рН 7,0, концентрации исследованных веществ -10-3 М, у = 20 мВ/с
Рис. 2. Зависимость величины тока в катодных (1, 3) и анодных (2, 4) пиках на вольтамперограммах МСДКВ от: 1, 2 - корня квадратного из скорости развертки потенциала, 3, 4 - скорости развертки потенциала в первой степени
Выводы
1. Новое синтезированное производное природного антиоксиданта дигидрокверцетина - его моно-сукцинат, имея серьезное преимущество перед исходным соединением - более высокую растворимость в воде по сравнению с ДКВ, сохраняет при этом антиоксидантные свойства последнего, что подтверждается TEAC-методом определения антиоксидантной активности и данными вольтамперометрических измерений.
2. Окислительно-восстановительные превращения моносукцината дигидрокверцетина на графитовом электроде, подтверждая его антиоксидантную активность, имеют при этом сложную природу, понимание которой позволит регулировать формальные электрохимические показатели редокс-активности МСДКВ для конкретных условий и сред.
Список литературы
1. Internet-версия Государственного реестра лекарственных средств. URL: http://www.drugreg.ru/Bases/WebReestrQuery.asp (дата обращения 03.05.2012).
2. Плотников М.Б., Тюкавкина H.A., Плотникова Т.М. Лекарственные препараты на основе диквертина. Томск, 2005. 228 с.
3. Патент 2088256 (РФ). Средство для комплексной терапии заболеваний «Диквертин» и способ его получения / H.A. Тюкавкина, В.А. Хуторянский, М.Ю. Сайботалов, Б.Н. Баженов, В.К. Колхир, НА. Руленко, Ю.А. Колесник. 1997.
4. Patent 2167414A (UK). Silibinin derivatives / R. Braatz, K. Gorier, G. Halbach, H. Soicke, K. Schmidt. 1986.
5. Janeiro P., Conduneanu O., Brett A.M.O. Chrysin and (±) - Taxifolin electrochemical oxidation mechanisms // Electroanalysis. 2005. Vol. 17, N12. Pp. 1059-1064.
6. Saito A., Sugisawa A., Umegaki K. Comparison of photometric, electrochemical and post-column fluorescence detection for the determination of flavonoids by HPLC // Shokuhin Eiseigaku Zasshi. 2001. Vol. 42, N3. Pp. 174-178.
7. Jergensen L., Madsen H., Thomsen M., Dragsted L., Skibsted L. Regeneration of phenolic antioxidants from phenoxyl radicals: an ESR and electrochemical study of antioxidant hierarchy // Free Radical Researsh. 1999. Vol. 30, N3. Pp. 207-220.
8. Матвеев Д.А., Арбузова E.A., Крайкивский П.Б., Апрелкова Н.Ф., Хуторянский В.А., Крюкова К.М. Электрохимическое восстановление дигидрокверцетина на ртутном электроде // Электрохимия. 2011. Т. 47, №9. С. 1096-1102.
9. Финкельштейн Б.Л., Даниловцева О.С., Баженов Б.Н., Сайботалов М.Ю. Синтез водорастворимых производных дигидрокверцетина и янтарной кислоты и их антиоксидантная активность // Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания: материалы докладов Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 80-летию ИрГТУ. Иркутск, 2010. C. 79-83.
10. Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay // Free Radicals Biol. Med. 1999. Vol. 26. Pp. 1231-1237.
11. Brett C.M.A., Brett A.M.O. Electrochemistry: Principles, Methods and Applications. Oxford, 1993. Pp. 174-198.
12. Compton R.G., Banks C.E. Understanding Voltammetry. London, 2011. Pp. 107-152.
Поступило в редакцию 22 мая 2012 г.
После переработки 21 ноября 2012 г.
Bazhenov B.N., Eliseeva G.D., Zolotarev E.E., Kashevskii A.V., Safronov A.Y. , Finkelshtein B.L. THE ANTIOXIDANT AND ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF THE NOVEL WATER SOLUBLE BIOFLAVONOID DERIVATIVE - DIHYDROQUERCETIN MONOSUCCINATE
Irkutsk State University, ul. K. Marksa, 1, Irkutsk, 664003 (Russia), e-mail: dean@chem.isu.ru
The native antioxidant dihydroquercetin has a wide spectrum of pharmacological properties, however its low solubility make cense for getting the water soluble derivatives maintaining a high antioxidant activity. A possible strategy to get this result could be a hydrophilic moiety (such as succinic acid residue) insertion into the flavonoid molecule. Being more soluble in water the novel synthetic derivative of the bioflavonoid - dihydriquercetin monosuccinate maintains a high antioxidant activity confirmed by means of TEAC method and the voltammetry data. Dihydriquercetin monosuccinate redox transformations on a graphite electrode proving the high antioxidant activity of the studied compound, at the same time demonstrate a complex character. Better understanding of this character is a possible way to the dihydriquercetin monosuccinate redox parameters control under different conditions and/or in the different environments.
Keywords: dihydroquercetin monosuccinate, antioxidant activity, cyclic voltammetry.
References
1. Internet-versiia Gosudarstvennogo reestra lekarstvennykh sredstv. [Internet-version of the State register of medicines]. URL: http://www.drugreg.ru/Bases/WebReestrQuery.asp. (in Russ.).
2. Plotnikov M.B., Tiukavkina N.A., Plotnikova T.M. Lekarstvennye preparaty na osnove dikvertina. [Medications based on Diquertin.]. Tomsk, 2005. 228 p. (in Russ.).
3. Patent 2088256 (RU). 1997. (in Russ.).
4. Patent 2167414A (UK). 1986.
* Corresponding author.
112
E.H. Ba^ehob, r.^,. E^hceeba, E.E. 3o^otapeb h ^p.
5. Janeiro P., Conduneanu O., Brett A.M.O. Electroanalysis, 2005, vol. 17, no. 12, pp. 1059-1064.
6. Saito A., Sugisawa A., Umegaki K. Shokuhin Eiseigaku Zasshi, 2001, vol. 42, no. 3, pp. 174-178.
7. Jergensen L., Madsen H., Thomsen M., Dragsted L., Skibsted L. Free Radical Researsh., 1999, vol. 30, no. 3, pp. 207-220.
8. Matveev D.A., Arbuzova E.A., Kraikivskii P.B., Aprelkova N.F., Khutorianskii V.A., Kriukova K.M. Elektrokhimiia, 2011, vol. 47, no. 9, pp. 1096-1102. (in Russ.).
9. Finkel'shtein B.L., Danilovtseva O.S., Bazhenov B.N., Saibotalov M.Iu. Biotekhnologiia rastitel'nogo syr'ia, kachestvo i bezopasnost' produktov pitaniia: materialy dokladov Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posviashchennoi 80-letiiu IrGTU. [Biotechnology of plant material, the quality and safety of food products: Materials of All-Russian scientific-practical conference dedicated to the 80th anniversary of Irkutsk State Technical University]. Irkutsk, 2010, pp. 79-83. (in Russ.).
10. Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C. Free Radicals Biol. Med., 1999, vol. 26, pp. 1231-1237.
11. Brett C.M.A., Brett A.M.O. Electrochemistry: Principles, Methods and Applications, Oxford, 1993, pp. 174-198.
12. Compton R.G., Banks C.E. Understanding Voltammetry, London, 2011, pp. 107-152.
Received May 22, 2012 Revised November 21, 2012
