CC BY
5ФОТОРАЗЛОЖЕНИЕ 7,7'-ДИМЕТИЛ-7-ГЕРМАНОРБОРНАДИЕНА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
МАТРИЦАХ
Хотя подобные опыты были выполнены для Mes2Ge: и Mes4Ge2. В работе [5] нет данных об эволюции спектра.
В стационарных опытах в низкотемпературной матрице Me2Ge: может регистрироваться только в основном синглетном спиновом состоянии. Следовательно, можно предположить, что Me2Ge: в состоянии S0 соответствует полоса поглощения с максимумом 430 нм и коэффициентом экстинкции 2700 M"W.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Молдавер Т.И. в кн. Популярная библиотека химических элементов, под ред. И. В. Петрянов-Соколов - Наука, Москва, 1983. - 416.
2. Лукевиц Э.Я., Гар Т.К., Игнатович Л.М., Миронов В.Ф. Биологическая активность соединений германия. - Зинатне, Рига, 1990. -191с.
3. Neumann W.P. Germylenes and Stannylenes // Chem. Rev. 1991. Vol. 91. P. 311-334.
4. Колесников С.П., Егоров М.П., Дворников A.C., Кузьмин В.А., Нефёдов О.М. Фотохимическое разложение 7,7'-диметил-7-германорборнадиена в жидкой фазе и углеводородных матрицах. Первое спектро-фотометрическое обнаружение диметилгер-милена в растворе и исследование кинетики его реакций методом импульсного фотолиза // Металлоорган. Химия 1989. Т. 2. № 4. С. 799-805.
5. Mochida K., Tokura S., and Murata S. Absorption and emission of germylenes (germanedi-yis); their complexation // J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1992. P. 250-251.
6. Ando W., Itoh H., and Tsumuraya T. Electronic
Absorption Spectra of Diorganogermylenes in Heteroatom-Containing Substrates Matrices: Formation of Diorganogermylene Complexes with Heteroatom-Containing Substrates // Or-ganometallics 1989. Vol. 8. P. 2759-2766.
7. Schriewer M., and Neumann W.P. Chemistry of heavy carbene analogs R2M (M = Si, Ge, Sn). 8. Germylenes: singlets or triplets? [2 + 4] Cheletropic cycloadditions of dimethylgermy-lene and diiodogermylene to conjugated dienes // J. Am. Chem. Soc. 1983. Vol. 105. P. 897901.
8. Gorner H., Lehnig M., Weisbebeck M. Photore-action of 7-Me2-germanorbornadiene to tetra-phenylnaphtalene // J. Photochem. Photo-biol., A 1996. Vol. 94. P. 157-162.
9. Королев В. В., Плюснин В. Ф., Бажин Н. М. Техника низкотемпературного фотохимического эксперимента // Журн. физ. химии 1975. Т. 49. № 9. С. 2440-2442.
10. Taraban M.B., Volkova O.S., Plyusnin V.F., Ivanov Yu.V., Leshina T.V., Egorov M.P., Nefe-dov O.M., Kayamori T., Mochida K. Photolysis of 7,8-digermabicyclo[2.2.2]octadiene. The investigation of the elementary stages by means of 1H CIDNP and laser pulse photolysis // J. Organomet. Chem. 2000. Vol. 601. P. 324-329.
11. Barrau J., Bean D.L., Welsh K.M., West R., and Michl J. Photochemistry of a Matrix-Isolated Geminal Diazide. Dimethylgermylene // Or-ganometallics 1989. Vol. 8. P. 2606-2608.
12. Mochida K., and Kayamori T., Wakasa M., and Hayashi H., Egorov M. P. // Organometallics 2000. Vol. 19. P. 3379-3386.
ГЕНЕРАЦИЯ И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ^АЦЕТИЛ-4-АМИНОФЕНОКСИЛЬНОГО РАДИКАЛА МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОГО
ИМПУЛЬСНОГО ФОТОЛИЗА
А.В. Литке, И.П. Поздняков, Е. Бундуки, В.Ф. Плюснин, В.П. Гривин, Н.М. Бажин
Методом наносекундного лазерного импульсного фотолиза исследованы спектрально-кинетические свойства №ацетил-4-аминофеноксильного радикала, предполагаемого метаболита широко используемого лекарственного средства - ацетаминофена. Определены следующие спектрально-кинетические характеристики данного радикала: коэффициент поглощения на 440 нм ((4,2 ± 0.2) * 103 М~1см1), квантовый выход фотоионизации на 266 нм (<р = 0,03), константы скорости рекомбинации (2к = (1,4 ± 0,3) * 10 М1с1) и взаимодействия с супероксид-радикалом (к = (9 ± 2) х 109 М-1 с-1).
ЛИТКЕ А.В., ПОЗДНЯКОВ И.П., БУНДУКИ Е., ПЛЮСНИН В.Ф., ГРИВИН В.П., БАЖИН Н.М.
ВВЕДЕНИЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящее время ацетаминофен (парацетамол, панадол, далее по тексту АА) входит в состав более десятка различных лекарственных препаратов в виде порошков, таблеток, сиропов, растворов, эликсиров и капсул. В терапевтических дозах АА практически безвреден но при передозировке или в результате длительного приёма может привести к некрозу почек и циррозу печени. Согласно предлагаемой в литературе схеме метаболизма, патологическое действие АА связано с его частичным окислением под действием цитохрома P-450 и других ферментов-окилсителей до ^ацетил-п-бензохинонимина (NAPQI), через образование активного ин-термедиата: 1\1-ацетил-4-аминофеноксильного радикала (далее по тексту РО*) [1-4]. Около 5% АА выводится из организма в неизменном виде и при неполной очистке сточных вод может попасть в природные водоёмы и грунтовые воды [5].
В данной работе для генерирования радикала РО" и изучения его спектрально-кинетических свойств был использован метод лазерного импульсного фотолиза с наносе-кундным временным разрешением. В последующем планируется изучение взаимодействий радикала РО" с аминокислотами и анти-оксидантами, присутствующими в организме. Полученная информация о кинетике и механизме реакций, протекающих при взаимодействии радикала РО* с различными субстратами позволит проверить предлагаемую в литературе схему метаболизма АА.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использована установка лазерного импульсного фотолиза с возбуждением Nd:YAG лазером LS-2137U производства ООО "Лотис ТИИ" (Беларусь-Япония) с длиной волны возбуждения 266 и 355 нм, длительностью импульса 5-7 нс, площадью засветки 0,03 см2 и энергией в импульсе до 10 мДж, аналогичная описанной в [6]. Съемка оптических спектров проводилась на спектрофотометре НР 8453 фирмы «Агилент». Для измерения рН образцов использовали рН-метр «Анион-4101».
АА (х.ч.) был очищен перекристаллизацией из этилового спирта. В качестве растворителя использовались бидистилированная вода. Моногидрат Fe(CЮ4)3 (Aldrich), K3Fe(C2O4)3 (х.ч.), НСЮ4 (х.ч.) и №ОН (х.ч.) были использованы без дополнительной очистки. 28
В данной работе для генерации и изучения спектрально-кинетических свойств радикала РО" использовалось два подхода:
1. Лазерный импульсный фотолиз (возбуждение на 355 нм) системы, содержащей АА и гидроксокомплекс FeOH2+.
2. Прямой фотолиз АА при возбуждении лазерным импульсом с длиной волны 266 нм.
Известно, что возбуждение комплекса FeOH2+ в кислых растворах (рН~3) приводит к образованию гидроксильного ('ОН) радикала (ф355('ОН) « 0,07) [7, 8]. Радикал 'ОН с высокой константой скорости ~101 М"1с"1 атакует молекулу АА с образованием первичного дигид-роксициклогексадиенильного радикала
Р(ОН)2" (реакция 1), который далее в результате кислотно-катализируемого процесса отщепляет молекулу воды с образованием радикала RO• (реакция 2) [9].
'ОН + АА -> Я(ОИ)2' (1)
Я(ОИ)2' —(Н+)^ Р0' + Н20 (2)
Спектры промежуточного поглощения водного раствора содержащего АА и Fe(Ш) при pH = 2.8 через 0.2, 2 и 12 мкс после возбуждения приведёны на рисунке 1.
X
О
<1
350 400 450 500
Длина волны / нм
Рисунок 1. Лазерный импульсный фотолиз (355 нм) обескислороженного водного раствора, содержащего АА (10-3 М) и FeОН2+ (1,2*10-3 М) при pH = 2,8. Спектры промежуточного поглощения через 0,2 (1), 2 (2) и 12 (3) мкс после лазерного импульса.
Спектр через 200 нс (рисунок 1, кривая 1) после возбуждения соответствует спектру первичного дигидроксициклогексадиенильно-го радикала, который образовался в реакции ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 3 2008
8
6
4
2
0
гидроксильного радикала с АА [9]. Первоначальный спектр примерно за 10 мкс трансформируется в спектр поглощения радикала РО" (рисунок 1, кривая 3), образующегося по кислотно-катализируемой реакции (2):
Р(ОН)2' -> Р0' + Н20 (1)
Из обработки экспериментальных кинетических кривых образования РО* (рисунок 2А) была определена константа скорости ре-
с
акции (2), которая составила (2,3 ± 0,2) х 10 с"1. Полученное значение хорошо согласуется с литературными данными для незамещенного фенола [10].
Радикал РО" гибнет в реакции рекомбинации:
2 РО* -> продукты (3)
константа скорости которой была определена из угла наклона линейных анаморфоз на рисунке 2Б и составила (1.4 ± 0.3) * 109 М-1с-1 что близко к литературному значению [9].
Прямой фотолиз (266 нм) обескислороженных водных растворов АА (pH = 6,5) приводит к формированию спектра промежуточного поглощения с максимумами на 320, 440 и 720 нм (рисунок 3А). При этом время жизни полос на 320 и 440 нм существенно превосходит время жизни полосы на 720 нм, что свидетельствует об образовании нескольких поглощающих продуктов.
18 16
Ъ 14
Т- 12
х 10
9 8
^ е
4 2
О
х
ь
<!
А
3
0 20 40
Время / мкс
0 100 200 300 Время / мкс
Рисунок 2. Лазерный импульсный фотолиз обескислороженного водного раствора, содержащего АА (10-3 М) и FeОН (1,2*10-3 М) (рН = 2,8). А - кинетические кривые изменения оптического поглощения на 440 нм. Б -
и
зависимость АР" от времени. Кривые (1-3) соответствуют разной начальной интенсивности возбуждающего импульса
Из работ по импульсному радиолизу воды известно, что широкая полоса поглощения с максимумом в области 700 нм принадлежит гидратированному электрону (еас-) [11], который быстро гибнет в реакции рекомбинации (2к = (1,1 ± 0,14) * 1010 М-1 с-1 [12]). Образование гидратированного электрона является характерной особенностью фотохимии производных фенола, что подтверждено экспериментами по лазерному импульсному фотолизу гидрохинона.
Выход оптического поглощения на 720 и 440 нм линейно зависит от энергии лазерного импульса (рисунок 4А), что указывает на од-ноквантовый механизм процесса фотоионизации АА в водном растворе. Был определён квантовый выход фотоионизации АА на 266 нм, который составил ~ 0,03.
1=1 1
< 1
■ А н //° 1
Ч/Ч
А \ / е-
/ ач
5 \\ / УД 2 „
.....
А
300 450 600
Длина волны / нм
750
а 2
<
Б
3
0
10 20 30 40 Время/ мкс
50
Рисунок 3. Лазерный импульсный фотолиз обескислороженных водных растворов АА (2 х 10"4 М, рН = 6,5). А - спектры промежуточного поглощения через 0,05 (1), 2,8 (2) и 48 (3) мкс после импульса. Пунктирной линией приведён спектр поглощения гидратиро-ванного электрона [11]. В - кинетические кривые на 320 (1), 440 (2) и 720 (3) нм
Линейная зависимость АР440 от АР720 (рисунок 4В) позволяет определить коэффициент поглощения радикала RO• на 440 нм (е440) по известному коэффициенту поглощения еад" на 720 нм (е720 = 18500 М"1см"1 [11]). Он составил е440 = (4,2 ± 0,2) х 103 М"1см"1, что довольно хорошо согласуется с литературными данными (е445 = 5900 М-1см-1 [9]).
2
0
4
0
0
0
5
2
A.B. ЛИТКЕ, И. П. ПОЗДНЯКОВ, Е. БУНДУКИ, В. Ф. ПЛЮСНИН, В. П. ГРИВИН, Н. М. БАЖИН
В насыщенных кислородом (с « 1,25 х 103 м [13]) растворах еад" гибнет за время ~50 нс в реакции с растворённым кислородом. Этот факт позволил изучить трансформацию спектра поглощения радикала РО" во времени и кинетику его гибели (рисунок 5).
Эффективная константа скорости реакции второго порядка, определённая из обработки кинетических кривых на 440 нм (рисунок 5Б) составила ~Ю10 что существенно превышает значение, полученное из экспериментов по лазерному импульсному фотолизу (355 нм) системы содержащей АА и FeOH2+. Ко времени порядка 400 мкс после возбуждения промежуточное поглощение стремится к постоянному значению, что свидетельствует об образовании долгоживущей промежуточной частицы, отличной от RO• радикала, либо стабильных поглощающих продуктов реакций RO• радикалов. Этот вывод подтверждается и изменением формы спектра промежуточного поглощения на длинных временах (рисунок 5А, кривая 4).
7 6 5 4 3 2 1 0
о
X
О
<
0
20
40
60
80
Энергия импульса / мДжх см"'
0 1
2 3
AD720 х 102
4 5
Рисунок 4. А - зависимость ДР440 (1) и АР720 (2) от энергии лазерного импульса. Б - зависимость ДР440 от АР720. Величины ДР440 и
720
ДD получены при импульсном фотолизе АА в растворах с концентрацией растворенного кислорода 2,5 х 10~4 М [13] и насыщенных аргоном, соответственно
Было обнаружено, что изменение начальной концентрации кислорода в растворе не влияет на кинетику гибели RO•, что хорошо согласуется с данными о малой реакционной способности феноксильных радикалов по отношению к кислороду [9, 14]. Увеличение эффективной константы скорости гибели РО* может быть объяснено протеканием дополнительной реакции радикала РО* и супероксид-радикала (02~"), возникающим в результате взаимодействия растворённого кислорода и гидратированного электрона. Из литературы известно, что феноксильные радикалы способны с высокими константами скорости реагировать с радикалом <Э2~" [14]:
3 J A
Oi о ? Т 2 \
X Т 3\\
AD ■ 11 4 \л\
0
300 350 400 450
Время/ мкс
500
8
см
О 6
X
О 4
<
2
0
0 100 200 300
Время/ мкс
Рисунок 5. Лазерный импульсный фотолиз водных растворов АА (с(02) = 1,25 х 10" М [13]). А - спектр промежуточного поглощения через 0,4 (1), 17 (2), 68 (3) и 380 (4) мкс после лазерного импульса. Б - экспериментальные кинетические кривые на 440 нм (варьирование интенсивности возбуждающего импульса). Сплошные гладкие кривые - моделирование экспериментальных кинетических кривых численным решением системы дифференциальных уравнений для набора реакций (3-5) с параметрами, указанными в тексте
RO" RO"
о2-о2-
RO" + 02 R002"
(4а) (4б)
Реакция 4 приводит либо к переносу электрона с восстановлением RO* радикала до аниона RO" (4а), либо к присоединению супероксидного радикала с образованием соответствующего пероксид-аниона (4б) [15, 16]. В нашем случае, появление долгоживу-
Б
щего промежуточного поглощения свидетельствует об преимущественном протекании реакции (4б), так как реакция (4а) должна приводить к образованию исходного соединения (после протонирования аниона РО"), не поглощающего существенно при X > 300 нм. Таким образом, промежуточное поглощения на временах длиннее 400 мкс (рисунок 5А, кривая 4) может быть связано с образованием пероксид-аниона ROO2". Помимо реакции (4б) супероксидный радикал может участвовать в реакции рекомбинации с константой скорости /<6=1 х 108 М"1с"1:
2 02~" + Н+ -> Н02" +02 (5)
Для определения константы скорости реакции (46) и эффективного коэффициента поглощения пероксид-аниона РО<Э2" (еР) экспериментальные кинетические кривые на 440 нм при разной начальной концентрации РО" моделировали численным решением системы дифференциальных уравнений для набора реакций (3-5) методом Рунге-Кутта 4-го порядка (рисунок 5Б, гладкие сплошные кривые). В качестве фиксированных параметров были использованы коэффициент поглощения (ТО* на 440 нм (в440 = 4,2 х 103 М"1см"1) и величины констант скорости реакций (3) (2к3 = 1,4 х 109 М"1с"1) и (5) (к5 = 108 М"1с"1). Наилучшее согласие расчетных и экспериментальных кривых было получено при значении варьируемых параметров к46 и еР равных (9 ± 2) х 109 М"1с"1 и (1,0 ± 0,2) х 103 М"1см"1, соответственно. Следует отметить, что значение к4б довольно хорошо согласуется с известными из литературы константами скоростей взаимодействия супероксидного и фенок-сильных радикалов [14].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ы-ацетил-4-аминофеноксильный радикал, предполагаемый метаболит широко используемого лекарственного средства - аце-таминофена, был получен и исследован методом лазерного импульсного фотолиза. Определен ряд важных спектрально-кинетических параметров данной частицы: коэффициент поглощения на 440 нм ((4,2 ± 0,2) х 10 М" см"), квантовый выход при фотоионизации АА на 266 нм (ф = 0,03), константы скорости рекомбинации (2к = (1,4 ± 0,3) х 109 М" с"1) и реакции с супероксид-радикалом (к = (9 ± 2) х 109 М"1с"1). Полученная информация будет использована в дальнейшем при изучении взаимодействия ^ацетил-4-аминофеноксильного радикала с аминокис-
лотами и антиоксидантами, что позволит проверить предлагаемую в литературе схему метаболизма ацетаминофена.
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований РФФИ (гранты № 06-03-32110, 05-03-39007-ГФЕН, 08-03-90102-Мол, 08-03-00313, 08-03-90425-Укр) и Программы комплексных интеграционных проектов СО РАН-2006 (№ 4.16 и и 77).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Claassen C.D. // Toxicology. The basic Science of poisons. New York-Chicago-Toronto-London. Sixth Edition. 2001. P. 1236.
2. Mason R.P., Fischer V. // Fed. Proc. 1986. V. 45. P. 2493.
3. Potter D., Hinson J. // J. Biol. Chem. 1987. V. 262. № 3. P. 966.
4. Potter D., Miller D., Hinson J. // J. Biol. Chem. 1985. V. 260. № 22. P. 12174.
5. Kolpin D., Furlong E., Meyer M., Thurman M., Zaugg S., Barber L., Buxton H. // Envir. Sci. Tech. 2002. V. 36. P. 1202
6. Pozdnyakov I. P., Plyusnin V.F., Grivin V.P., Vorobyev D.Yu., Bazhin N.M., Vauthey E. // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2006. V. 182. P. 75.
7. Benkelberg H.-J., Warneck P. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. № 14. P. 5214..
8. Pozdnyakov I.P., Glebov E.M., Plyusnin V.F., Grivin V.P., Ivanov Y.V., Vorobyev D.Y., Bazhin N.M. // Pure Appl. Chem. 2000. V. 72. P. 2187.
9. Bisby R., Tabassum N. // Biochem. Pharm. 1988. V. 37. № 14. P. 2731.
10. Поздняков И.П., Соседова Ю.А., Плюснин В.Ф., Гривин В.П., Воробьев Д.Ю., Бажин Н.М. // Известия Академии наук. Серия химическая. 2004. № 12. С. 2605
11. Пикаев А.К., Кабачи С.А., Макаров И.Е., Ершов Б.Г. // Импульсный радиолиз и его применение. М.: Атомиздат, 1980. C. 118.
12. Buxton G.V., Greenstock C.L., Helman W.P., Ross A.B. // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1988. V. 17. № 2. P. 513.
13. Коган В.Е., Фридман В.М., Кафаров В.В. // Справочник по растворимости. М.: Академия наук СССР. 1962. Т.1. №.1. С. 87.
14. P. Neta, J. Grodkowski // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2005. V. 34. P. 109.
15. Jin F., Leitich J., Sonntag C. // J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1993. V. 2. P. 1583.
16. Josson M., Lind J., Reitberger T., Eriksen T.E., Merenyi G. // J. Phys. Chem. 1993. V. 97. P. 8229.
