CC BY
7
УДК 541.8: 544.4
Гороховская Э.А., Межуев Я.О., Щербаков ВВ.
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ОКИСЛЕНИЯ ДОПАМИНА ПЕРСУЛЬФАТОМ КАЛИЯ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Гороховская Элина Александровна, студент факультета естественных наук, e-mail: el2698@yandex.ru; Межуев Ярослав Олегович, доктор химических наук, заведующий кафедрой биоматериалов; valsoria@mail.ru Щербаков Владимир Васильевич, доктор химических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии, e-mail: shcherb@muctr.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
В интервале температур 10 - 65 оС измерена удельная электропроводность (ЭП) реакционных смесей допамин (ДА) - персульфат калия (ПК) с различными исходными концентрациями ДА и ПК. Определена удельная ЭП реакционной смеси в процессе окисления и после завершения реакции. Определены константы скоростей реакции и величины энергий активации.
Ключевые слова: допамин, персульфат калия, кинетика окисления, удельная электропроводность, кондуктометрический метод.
STUDY OF THE KINETICS OF DOPAMINE OXIDATION BY POTASSIUM PERSULPHATE IN AQUEOUS SOLUTION BY THE CONDUCTOMETRIC METHOD
Gorokhovskaya E.A., Mezhuev Ya.O., Shcherbakov V.V.
Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia,
The specific electrical conductivity (EC) of the dopamine (DA) - potassium per sulfate (PC) reaction mixtures with different initial concentrations of DA and PC was measured in the temperature range of 10 - 65 ° C. The specific EP of the reaction mixture was determined during the oxidation process and after the completion of the reaction. The reaction rate constants and activation energies are determined.
Keywords: dopamine, potassium persulfate, oxidation kinetics, electrical conductivity, conductometric method.
Введение
В современном мире исследования, основанные на изучении биологически активных веществ, представляют научный интерес для общества. Дофамин (ДА) является нейтромедиатором и гормоном, который принимает участие в «системе поощрения» мозга и оказывает воздействие на различные системы организма. Уделено большое внимание исследованиям, связанным с установлением причины и механизма окисления ДА до о-хинона, который предположительно является причиной возникновения болезни Паркинсона.
В предыдущей работе [1] была показана возможность использования кондуктометрического метода для изучения окисления дофамина персульфатом калия. Исследование было проведено при с 0,01 М растворами ДА и ПК при соотношении компонентов 1:1. В ходе работы были использованы растворы исходных веществ с концентрациями равными 0,01 М. В результате обработки экспериментальных данных было установлено, что реакция протекает по первому порядку, а её энергия активации равна 63,4 кДж/моль.
Окисление дофамина ионами персульфата описывается уравнением реакции, представленным на рис. 1. В результате протекания данной реакции происходит восстановление ионов $2082- с образованием ионов НБО-Г.
Рис. 1. Уравнение реакции окисления дофамина персульфат ионом
Экспериментальная часть
В настоящей работе были проведены кинетические исследования при соотношении дофамина и персульфата калия 1:2 и 1:4. Для измерений были приготовлены две серии растворов с концентрациями ДА и ПК: 0,005 М и 0,01 М; 0,01 М и 0,02 М, а также 0,02 М и 0,08 М. Растворы перед смешением предварительно выдерживали 5 - 10 минут в термостате до достижения температуры эксперимента, после чего их смешивали и заливали в измерительную ячейку. Время фиксировалось с помощью секундомера. Измерения сопротивления раствора в ячейке проводилось от 3 часов при высоких значениях температур (35 - 65 оС) до 5 - 6 часов при низких (10 - 25 оС). Типичная зависимость изменения ЭП в процессе окисления ДА при соотношении веществ 0,01 Ми 0,02 М приведена на рис. 1.
Рис. 1. Возрастание удельной проводимости в процессе взаимодействия дофамина с персульфатом калия при температуре 35 оС; соотношение ДА:ПК=0,01:0,02
Важнейшим вопросом обработки
экспериментальных данных является определение удельной проводимости исходных и конечных растворов, поскольку эти величины являются исходными параметрами, которые используются при обработке результатов эксперимента. Если при сравнительно невысоких температурах ^ < 30 оС) измеряемое сопротивление смеси R(т^o) не очень сильно отличается от его начального значения (за счет медленного протекания реакции), то при повышенных температурах > 30 оС) не
представляется возможным определить величину к(т^о), поскольку исследуемая реакция протекает с достаточно высокой скоростью. Определение К(т^о) возможно в предположении об аддитивности значений удельной электропроводности растворов ДА и ПК при соотношении 1:2, которые были измерены в интервале температур 10 - 65 оС. Как следует из представленных в табл. 1 данных,
наблюдается хорошее совпадение рассчитанных по правилу аддитивности и экспериментальных значений удельной ЭП смеси в начальный момент времени. Это позволяет при обработке кинетических зависимостей использовать в качестве исходных аддитивные значения кадд.и повысить, тем самым, точность расчетов в особенности при высоких температурах.
Конечный раствор, полученный в результате проведения реакции, анализировался несколько раз во всем исследованном интервале температур (10 - 65 оС). При этом полученные значения ЭП, хорошо воспроизводились - расхождение между измеренными несколько раз величинами к не превышали 1 - 2 %. Конечные величины удельной ЭП смеси приведены в табл. 2. В табл. 2 приведены также величины отношения удельных ЭП конечных и начальных (ккон./Кадд.) растворов.
Таблица 1. Результаты определения удельной электропроводности к (См/см) исходных растворов (0,01 М и
0,02 М) в интервале температур 10 - 60 °С
ее 103^к ДА 103^к ПК 103^кадд. 10 кэксп
10 0,6736 - - 6,849
15 0,7544 - - 7,412
20 0,8443 7,100 6,256 -
25 0,9367 7,721 6,784 5,629
30 1,029 8,324 7,295 -
35 1,130 8,902 7,772 4,461
40 1,231 9,452 8,222 -
45 1,334 12,10 10,77 10,69
50 1,438 10,54 9,103 -
55 1,548 11,04 9,495 10,34
60 1,649 11,54 9,892 -
65 1,766 12,01 10,25 13,07
Таблица 2. Результаты определения удельной электропроводности Ккон. (См/см) конечного раствора в интервале температур 10 - 65 °С; соотношение концентраций ДА:ПК=0,01:0,02
ее 1000-Ккон. ккон./кадд. се 1000-Ккон. ккон./кадд.
10 6,849 - 45 17,04 1,58
15 7,412 - 55 17,71 1,87
25 7,979 1,18 65 19,03 1,86
35 9,035 1,16
Для всех соотношений концентраций и компонентов было установлено, что скорость окисления ДА подчиняется кинетическому уравнению первого порядка. На рис. 2 в качестве примера приведена зависимость 1пС от времени для реакции окисления, протекающей при температуре 35 оС при соотношении концентраций ДА:ПК=0,01:0,02.
зоо <юо
X, мин
Рис. 2. Зависимость логарифма концентрации
дофамина (1пС) от времени (т) для реакции окисления дофамина при температуре 35 оС; соотношение концентраций ДА :ПК=0,01:0,02
По тангенсу угла наклона полученных в интервале температур 10 - 60 оС в координатах 1пС=/(т) прямых были определены величины констант скоростей реакций окисления ДА персульфатом калия при различных соотношениях, табл. 3,4,5. Энергия активации исследуемой реакции была определена на основе анализа зависимости 1пк от 1/Т.
Таблица 3. Константы скорости реакции при соотношении веществ 0,005 М и 0,01 Мв интервале _температур 15 - 65 °С
t, °С 10-4k, мин-1 t, °С 10-4k, мин-1
15 4,770 45 68,51
25 13,60 55 137,6
35 24,16 65 206,0
Таблица 4. Константы скорости реакции при соотношении веществ 0,01 Ми 0,02Мв интервале
температур 10 - 65 °С
t, °С 10-4k, мин-1 t, °С 10-4k, мин-1
10 3,210 45 92,22
15 5,310 55 163,5
25 11,09 65 229,6
35 25,69
Таблица 5. Константы скорости реакции при соотношении веществ 0,02 М и 0,08 М в интервале _температур 25 - 65 °С
t, °С 10-4k, мин-1 t, °С 10-4k, мин-1
25 16,01 45 70,66
35 29,29 65 297,0
Заключение
Энергия активации при соотношении веществ 0,005 М и 0,01 М оказалась равной 62,2 кДж/моль; при
0.01.М и 0,02 М - 65,2 кДж/моль; при 0,02 М и 0,08 М - 62,3 кДж/моль. Полученные величины хорошо согласуются величиной энергии активации, полученной в работе [1] для соотношения компонентов 0,01 и 0,01 (63,4 кДж/моль).
Список литературы
1. Гороховская Э. А., Межуев Я. О., Щербаков В. В. Применение кондуктометрического метода для изучения кинетики окисления допамина персульфатом калия в водном растворе // Успехи в химии и химической технологии. 2020. Т. 34. №7. С. 20-22.
2. Juan S.A., Irmgard P. Mechanisms of Dopamine Oxidation and Parkinson's Disease. //Springer Science+Business Media New York. 2014. P. 865-883.
