CC BY
89
УДК 543.421/424:547.458.88:547.853
ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЛАКТУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ С УРАЦИЛОМ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫМИ
© Г. Р. Тимербаева1*, Ю. С. Зимин1, И. М. Борисов1,
А. Г. Мустафин1,2, Ю. Б. Монаков1,2
1 Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
Тел./факс: +7 (34 7) 273 6 7 2 7.
2Институт органической химии Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 71.
Тел/факс: +7 (347) 235 60 66.
E-mail: guzel. timerbaeva@mail. ru
Спектрофотометрическим методом изучено взаимодействие галактуроновой кислоты (структурной единицы природного полисахарида пектина) с урацилом и его производными. Определен состав и рассчитаны константы устойчивости образующихся комплексных соединений.
Ключевые слова: пектин, галактуроновая кислота, урацил и его производные, комплек-сообразование, константы устойчивости.
В настоящее время актуальной является разработка лекарственных препаратов, способных повышать сопротивляемость организма к различным неблагоприятным воздействиям. Перспективным решением этой задачи является создание комплексных соединений биополимеров пролонгированного действия (в частности, пектина) с производными урацила, обладающими уникальными свойствами (низкой токсичностью и широким спектром биологической активности: иммуномодулирующей, противовоспалительной, противовирусной и др.). Пектин входит в состав всех зеленых растений планеты [1] и является неотъемлемой частью пищи человека, что обусловливает идеальную адаптацию человеческого организма к пектиновым продуктам.
Остовом молекулы пектиновых веществ является цепь из остатков Д-галактуроновой кислоты, которая соединена 1 ^-4-гликозидными связями в нитевидную молекулу полигалактуроновой (пектиновой) кислоты [2]. Поэтому многие специфические особенности поведения пектина обусловлены высоким содержанием в нем остатков галактуроно-вой кислоты [3]. Как следствие, свойства этого природного полисахарида во многом определяются поведением именно галактуроновой кислоты (ГК) [4].
Настоящая работа посвящена изучению возможности образования комплексных соединений производных урацила с пектином на примере га-лактуроновой кислоты как структурной единицы пектиновых веществ.
Экспериментальная часть
В работе использовали урацил, 5-метилурацил, 6-метилурацил марок «х. ч.», производные 6-метилурацила (5-нитро-, 5-амино-, 5-бром - и
5-гидрокси-), синтезированые в лаборатории фар-макофорных циклических систем Института органической химии УНЦ РАН, и галактуроновую кислоту фирмы «Пика» (содержание основного вещества > 97%). В качестве растворителя использовали свежеперегнанную бидистиллированную воду.
Комплексообразование галактуроновой кислоты с урацилом и его производными изучали спектрофотометрическим методом на максимуме длины волны поглощения урацилов. УФ-спектры растворов регистрировали на спектрофотометре ИУ-2401 РС фирмы 8Ышаё2и в кварцевых кюветах толщиной 1 см относительно воды. Комплексы получали в равновесных условиях при низких концентрациях исходных реагентов (10-5-10-4 моль-л-1) в водных растворах при комнатной температуре. При этом показатели рН растворов, измеренные с помощью рН-метра ЯаёеШз 211/2, варьировались в пределах от 4.3 до 6.6.
Результаты и их обсуждение
В УФ-спектре нейтральных и кислых водных растворов урацила и его производных имеются две характерные полосы поглощения в областях 200-220 и 255-275 нм. Первая полоса относится к поглощению хромофорной группы —с=о , а вторую относят к поглощению сопряжения —^=С—с^=о ура-цильного кольца [5, 6]. На основании приведенных данных можно полагать, что исследуемые урацилы в нейтральных и кислых водных растворах находятся в кето-форме. Литературные данные подтверждают сделанное предположение: согласно [6, 7], производные урацила в водных растворах при рН < 7.0 существуют практически только в кето-форме; концентрация енольной формы урацилов в данных условиях ничтожно мала. Поэтому можно считать, что в области изученных в настоящей работе условий проведения процесса урацил и его производные представлены преимущественно кето-формой.
При добавлении в водные растворы урацилов галактуроновой кислоты интенсивность полос поглощения в областях 200-220 и 255-275 нм изменяется, что свидетельствует о равновесном образовании комплексов урацила и его производных с кислотой. Для определения состава образующихся соединений были использованы метод изомолярных серий [8] и метод молярных отношений (метод насыщения) [9].
* автор, ответственный за переписку
І88К 1998-4812 Вестник Башкирского университета. 2009. Т. 14. №1
63
Метод изомолярных серий [8] основан на определении отношения изомолярных концентраций реагирующих веществ, отвечающего максимальному выходу образующегося комплексного соединения. Кривая зависимости выхода комплекса и, следовательно, интенсивности сигнала от состава раствора характеризуется экстремальной точкой, положение которой отвечает стехиометрии образующегося комплексного соединения. На рис. 1 в качестве примера приведена кривая изменения оптической плотности (ДА) в зависимости от состава изо-молярного раствора для смеси ГК с 5-амино-6-метилурацилом (5-ЫИ2-6-МУ). Анализ рисунка показывает, что в разбавленном водном растворе состав образующегося комплекса равен 1:1.
ДА
АЛ
[5-ЫН2-6-МУ]/([5-ЫН2-6МУ]+[ГК]) Рис. 1. Зависимость оптической плотности от состава изомолярного раствора для смеси галактуроновой кислоты с 5-амино-6-метилурацилом; 22 °С, [ГК] + [5-ЫН2-6-МУ] = 1-10-5 моль-л-1, X = 275 нм, растворитель - вода.
Зависимости АА от состава изомолярных растворов, полученные для галактуроновой кислоты с другими изученными в настоящей работе урацилами, оказались аналогичны представленной на рис. 1 и также указывают на образование комплексов состава 1:1.
Подтверждением состава соединений, образующихся в водных растворах галактуроновой кислоты с урацилами, служат данные метода молярных отношений [9]. В этом методе фиксируются спектральные изменения в растворе при постоянной концентрации одного компонента (урацила или его производного) в условиях переменной концентрации второго компонента (ГК). На рис. 2 изображена зависимость изменения оптической плотности растворов от соотношения концентраций 5-амино-6-метилурацила и ГК. Из приведенной зависимости также следует, что в исследуемой реакционной системе образуется комплекс состава 1 : 1. Аналогичный результат (состав комплексных соединений 1:1) был получен при использовании метода молярных отношений для реакции ГК с другими изученными урацилами.
[ГК]/[5-ЫИ2-6-МУ] Рис. 2. Зависимость изменения оптической плотности растворов от соотношения концентраций 5-амино-6-метилурацила с галактуроновой кислотой; 22 °С, [ГК] = (0.5-8.0)-10-5 моль-л-1, [5-ЫН2-6-МУ] = 2-10-5 моль-л-1, X = 275 нм, растворитель - вода.
На основании экспериментальных данных, полученных в настоящей работе, были рассчитаны [8, 9] константы устойчивости комплексов галактуроно-вой кислоты с урацилами, значения которых представлены в табл.
Таблица
Константы устойчивости комплексов галактуроновой кислоты с урацилом и его производными, 22°С
Урацил и его производные К ■ 10 4, л-моль 1
Урацил 1.1 ± 0.5
5-Метилурацил 1.3 ± 0.1
6-Метилурацил 17.0 ± 2.0
5-Амино-6-метилурацил 22.3 ± 0.7
5-Гидрокси-6-метилурацил 6.3 ± 0.7
5-Бром-6-метилурацил 2.0 ± 0.3
5-Нитро-6-метилурацил 1.1 ± 0.2
Из табл. видно, что устойчивость образующихся комплексных соединений существенно зависит от строения урацилов. Значения констант устойчивости комплексов галактуроновой кислоты с урацилом и его производными уменьшаются в следующем ряду: 5-амино-6-метилурацил >
6-метилурацил > 5-гидрокси-6-метилурацил > 5-бром-6-метилурацил > 5-метилурацил >
урацил, 5-нитро-6-метилурацил.
Установлено, что константы равновесия для комплексов 6-метилурацила и рядом его замещенных (в пятом положении) с исследуемой кислотой удовлетворительно описываются уравнением Т афта [10] (рис. 3):
^ К = ^ К0 + ро*, где К и К0 - константы равновесия реакции галак-туроновой кислоты с 6-метилурацилом и его производными для данного и стандартного заместителя, соответственно; р - константа реакционной серии; о* - индукционная постоянная Тафта [11].
1§к
5.2 -
4.8 -
4.4 -
4.0 -
3.6 -0 1 2 3 4 О*
Рис. 3. Зависимость константы устойчивости комплекса ГК с 6-метилурацилом и его производными от природы заместителей, 22 °С.
Отрицательный знак константы реакционной серии р = - 0.34 (рис. 3) свидетельствует о том, что реакция галактуроновой кислоты с 6-метилурацилом и его производными ускоряется электронодонорны-ми заместителями.
Таким образом, галактуроновая кислота как структурная единица пектина способна образовывать
комплексные соединения с урацилом и его производными, что создает хорошие предпосылки для получения новых лекарственных препаратов на основе этого природного полисахарида.
Работа выполнена при финансовой поддержке Академии наук Республики Башкортостан.
ЛИТЕРАТУРА
1. Донченко Л. В. Технология пектина и пектинопродуктов. М.: ДеЛи, 2000. -255 с.
2. Дегтярев А. С., Купчик М. П., Донченко Л. В., Богданова О. В. // Изв. вузов. Пищ. технология. 2002. № 4. С. 15-18.
3. Шелухина Н. П. Научные основы технологии пектина. Фрунзе: Илим, 1988. -168 с.
4. Ашубаева З. Д. Химические реакции пектиновых веществ. Фрунзе: Илим, 1984. -186 с.
5. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. -240 с.
6. Iza N., Gil M., Marcillo J. // J. Mol. Struct. 1988. V. 175. № 1. P. 31-36.
7. Иванов С. П. Дисс. ... канд. хим. наук. Уфа: ИОХ УНЦ РАН, 2003. -143 с.
8. Булатов М. Н., Калинкин Н. П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. Л.: Химия, 1986. С. 284.
9. Бек М., Надьпал И. Исследования комплексообразования новейшими методами. М.: Мир, 1989. С. 137-147.
10. Жданов Ю. А., Минкин В. И. Корреляционный анализ в органической химии. Ростов-н/Д.: изд-во РГУ, 1966. -470 с.
11. Верещагин А. Н. Индуктивный эффект. Константы заместителей для корреляционного анализа. М.: Наука, 1988. -110 с.
Поступила в редакцию 0I.I2.2008 г. После доработки — 24.I2.2008 г.
