CC BY
4
УДК 541.8
Гороховская Э.А., Межуев Я.О., Щербаков ВВ.
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ОКИСЛЕНИЯ ДОПАМИНА ПЕРСУЛЬФАТОМ КАЛИЯ В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ПРИ ИЗБЫТКЕ ВОССТАНОВИТЕЛЯ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
Гороховская Элина Александровна, студент факультета естественных наук, e-mail: [email protected]; Межуев Ярослав Олегович, доктор химических наук, заведующий кафедрой биоматериалов, [email protected]; Щербаков Владимир Васильевич, доктор химических наук, профессор кафедры общей и неорганической химии. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия;
Винт ервал т емператур 20 - 40оС измерена удельная электропроводность (ЭП) реакционных смесей дофамин (ДА) - персульфат калия (ПК) при двукратном и четырехкратном избытке восстановителя. Определен порядок реакции окисления дофамина персульфатом калия, определены константы скоростей реакции и величины энергий активации. Ключевые слова: Дофамин, персульфат калия, кинетика окисления, удельная электропроводность, кондуктометрический метод.
STUDY OF THE KINETICS OF DOPAMINE OXIDATION BY POTASSIUM PERSULFATE IN AQUEOUS SOLUTION WITH EXCESS OF THE REDUCTANT 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 persulfate (PC) reaction mixtures of DA and PC was measured in the temperature range of20 - 40 ° 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. Для улучшения лекарственных препаратов необходимо изучить механизм и кинетику протекания различных заболеваний. Болезнь Паркинсона - нейродегенеративное заболевание, которое занимает второе место по распространенности в мире [1]. Дофамин (ДА) обладает высокой реакционной способностью, влияет на познавательную деятельность, в частности, обучение и мотивацию [2]. Изменение содержания дофамина в организме человека предположительно является причиной данного заболевания. Процесс окисления ДА до токсичных хинонов - причина гибели дофаминергических нервов [3-5].
В предыдущих работах [6,7] была показана возможность применения кондуктометрического метода для изучения окисления дофамина (ДА) персульфатом калия (ПК) при одинаковом соотношении веществ и при избытке окислителя. Исследование было проведено при соотношении компонентов 1:1, 1:2, 1:4. В ходе исследования было установлено, что реакция протекает по первому порядку, а энергия активации Еа практически не зависит от избытка восстановителя и соотношения концентраций (Еа=63,4 кДж/моль при ДА:ПК=0,01:0,01; Еа=62,2 кДж/моль при ДА:ПК=0,005:0,01; Еа=65,2 кДж/моль при ДА:ПК=0,01:0,02 и Еа=62,3 кДж/моль при ДА:ПК=0,02:0,08).
Окисление дофамина ионами персульфата описывается уравнением реакции, представленным на рис. 1.
Рис. 1. Уравнение реакции окисления дофамина персульфат ионом
В результате протекания данной реакции происходит восстановление ионов $2082- с образованием ионов ШО/Т.
Для подтверждения полученных данных о кинетике протекания реакции окисления дофамина персульфатом калия было принято решение провести исследования при избытке восстановителя. В настоящей работе были проведены кинетические исследования при двукратном и четырехкратном избытке восстановителя.
Методика измерений. Для измерений были приготовлены две серии растворов с концентрациями ПК и ДА: 0,01 М и 0,02 М; 0,01 М и 0,04 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. Типичная зависимость изменения удельной электропроводности (ЭП) в процессе окисления ДА избытком восстановителя при соотношении веществ 0,01 М и 0,02 М приведена на рис. 2.
Рис. 2. Возрастание удельной проводимости в процессе взаимодействия дофамина с персульфатом калия при температуре 20оС; соотношение ДА:ПК=0,02:0,01
Было установлено, что скорость окисления ДА подчиняется кинетическому уравнению первого порядка
- зависимость логарифма концентрации восстановителя от времени для реакции окисления представляет собой прямую линию, рис. 3. На этом рисунке приведена зависимость 1пС - т при соотношении концентраций
Рис. 3. Зависимость логарифма концентрации дофамина (1пС) от времени (т) для реакции окисления дофамина при температуре 35 оС; соотношение концентраций ДА: ПК=0,02:0,01
Для соотношения ПК:ДА=0,01:0,04 также были графики зависимости 1пС от времени т. В результате обработки данных было установлено, что скорость окисления ДА при четырехкратном избытке восстановителя подчиняется кинетическому уравнению первого порядка, рис. 4.
Рис. 4. Зависимость логарифма концентрации дофамина (1пС) от времени (т) для реакции окисления дофамина при температуре 35 оС; соотношение концентраций ДА:ПК=0,04:0,01
По тангенсу угла наклона полученных в интервале температур 20 - 40 оС в координатах 1пС=/(т) прямых были найдены значения константы скорости реакции окисления ДА персульфатом калия при различных соотношениях, табл. 1 и табл. 2. Для нахождения энергия активации при соотношениях реагентов ДА:ПК=0,02:0,01 и 0,04:0,01 были проанализированы зависимости 1п/с- \/Т. рис. 4 ирис. 5.
о , ,
3 I 3,2 3,3 3,1 3,5
7 , J Ink
Рис. 4. Зависимость логарифма константы скорости от обратной температуры при соотношении концентраций ДА: ПК=0,02:0,01
■4.5 -I-î 1
-Î.Î
■ÎJ ■
Рис. 5. Зависимость логарифма константы скорости от обратной температуры при соотношении концентраций ДА:ПК=0,04:0,01
Таким образом, были полученные энергия активации при соотношениях ДА:ПК=0,02:0,01 М равна 60,3 кДж/моль и 57,9 кДж/моль при ДА:ПК=0,04:0,01 М. В результате можно сделать вывод о том, что порядок реакции и величина энергии активации не зависят от соотношения компонентов.
Список литературы
1. Таппахов А. А., Попова Т. Е., Николаева Т. Я., Шнайдер Н. А., Петрова М. М. Эпидемиология болезни Паркинсона в мире и в России // Забайкальский медицинский вестник. 2016. №4. С. 151-159.
2. Федорова Н. В. Лечение болезни Паркинсона // Русский медицинский вестник. 2001. №3. С. 24-33.
3. Леденков С. Ф., Вандышев В. Н., Молчанов А. С. Термодинамические характеристики кислотной диссоциации гидрохлорида дофамина в водно-этанольных растворах // Журнал физической химии. -2012. Т. 86. №6. С. 1066.
4. Mehta Nihar J. Understanding the mechanism of oxidative stress generation by oxidized dopamine metabolites: Implications in Parkinson's disease. Ph.D. Wayne State University. Ann Arbor, United States, 2017. 120 p.
5. Biosa A., Arduini I., Soriano M. E., Giorgio V., Bernardi P., Bisaglia M., Bubacco L. Dopamine oxidation products as mitochondrial endotoxins, a potential Molecular mechanism for preferential neurodegeneration in Parkinson's disease // ACS Chemical Neuroscience. 2018. Vol. 9. №11. P. 2849- 2858.
6. 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.
7. Гороховская Э. А., Межуев Я. О., Щербаков В. В. Изучение кинетики окисления допамина персульфатом калия в водном растворе кондуктометрическим методом // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. 35. №8. С. 50-52.
1000Т
