CC BY
11УДК 541.!24+541,!27+535379
И.М. Борисов, К).С. Зимин, Г.Р. Тнмербаева, Л.К. Шарипова, К).Б. Монаков
ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ПРИ ОКИСЛЕНИИ ПРИРОДНОГО АРАБИНОГАЛАКТАНЛ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА
(Башкирский государственны 11 университет)
E-mail: [email protected]
Обнаружена хемилюминесценция в видимой области спектра при окислении природного арабиногалактана (90 °С) под действием пероксида водорода в присутствии FeS04 в водных растворах. Изучены закономерност и изменения интепсивпости свечения в зависимости от начальных концентраций исходных реагентов. Установлено,, что источником хемилюм ипесценц и и являются при сут cm вующие в арабшшгалактане фенольные примеси.
В процессе водной экстракции полисахарида арабнногалаггана (АГ) из древесины сибирской лиственницы наряду с биополимером извлекаются и другие соединения, в частности» флаво-монды. При очистке полисахарида фенольные примеси могут остаться в следовых количествах и поэтому возможно их участие в процессе радикального окисления арабиногалактана в присутствии пероксида водорода с целью получения модифицированной матрицы лекарств пролонгированного действия [1-4].
Нами установлено, что при введении сульфата железа (II) в реакционную систему «АГ + +Н2О.2 + Н2(>» возникает хемилюминесценция в видимой области спектра. Настоящая рабою посвящена выявлению эмиттера свечения.
3 КС П ЕР И У! Е HTAJIЬ Н А Я Ч ACT Ь
Для опытов использовали арабиногалактан с молекулярной массой 40000, выделенный водной экстракцией из древесины лиственницы. Выделение н очистку арабиногалактана от растворимых в воде фенольных соединений проводили на полиамидном сорбенте [5]. При этом получали полисахарид, содержащий флавоноиды в следовых количествах. Пероксид водорода и сульфат железа (И) использовали квалификации «х.ч.». Кверцетин выделен из древесины лиственницы и
отделен от арабиногалактана на полиамидном
*
сорбенте [5]. Растворителем служила свежепере-гшшная бидистиллированная вода.
Исследования проводили при температуре 90 + 1°С. Начальные концентрации АГ, MUCK и FeSCXt в реакционной смеси изменяли в диапазоне 0.2+3.0% масс., 0.02+1.00 моль/л и (0.25+6.00)3 О4 моль/л» соответственно.
Установка хемилюминесценции состояла из светонепроницаемой камеры, в которую помещали стеклянный термостатируем ы и реактор»
снабженный обратным холодильником, мешалкой и шприцем для ввода реагентов. Опыты проводили следующим образом. В реактор помещали вод-II ы й раствор, соде ржа щ 11 й он ре дед е н 11 ы е кол н ч е-ства. А Г и FeS04, н термостатнровалн его в течение 15 минут. Затем при перемешивании быстро с помощью шприца добавляли пероксид водорода. И з м е не mi е ш гте н с и в и ости сиги ад а х ем ид ю м и нес -ЦСНЦШ1 в относительных единицах, пропорциональных высоте сигналов, регистрировали ма диаграммной ленте самописца.
РЕЗУЛЬТАТЫ II ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В работе обнаружено» что реакция окисления арабшкшатакт&на иод действием пероксида водорода в присутствии сульфата железа (II) в водных растворах сопровождается хемилюм и песце ш шей (ХЛ) ч. видимой области спектра. В модельных системах «АГ + 1Г()2 + Нф)», «АГ + FeSO.,i + НА)» it «!ЬОг + PeS(.)4 + ГГО» хемилюминесценция не наблюдается. Таким образом» для возникновения ХЛ необходимо одновременное присутствие в реакционной системе трех компонентов: окисляющегося субстрата (АГ)* источника радикалов (НуСЬ) и катализатора радикального распада пероксида водорода (FcS04). Исключение одного т компонентов приводит к исчезновению свечения.
Типичная кинетическая кривая изменения интенсивности ХЛ (I) в реакционной системе «АГ + HA)j + FeS(.)4 + Н20.ч приведена па рис. 1. Из рисунка видно» что интенсивность свечения про-ходит через максимум. Поэтому в качестве количестве шил х параметров реакции использовали величины максималь i ю и иитененвности си гнала ХЛ и времени ее достижения {!гш@ Были
изучены зависимости параметров 1,ш„ и tniax от начальной концентрации пероксида водорода, ара-бинопшактаиа и сульфата железа (II).
И з ком цс 11 тра ци о и но й за в и с и м ости
I„ux = f ([1Ь02!о) (рис, 1) следует, что е увеличением начальной концентрации пероксида водорода максимальная интенсивность сигнала ХЛ проходит через максимум, Время достижения 1аих с ростом [ИфХЬ слегка уменьшается,
111,0,1,,. молТл
0.0 0,3 0,6 од
Рис. 1, Кинетическая кривая изменения интенсивности сигнала ХЛ (Г) и зависимость /)П>< от [Н;О^]0 (2): 1 .90Т', [ АГ]сг
= 2% масс., [§М>ф = 1,0 моль/л. [FcS04]s « 1-ИГ4 мол Ми 2 - ЭДГС, [АГ]0 ^ 1% масс., [FcS04fo = ПО 4 моль/л.
log., 1. Kinetic curve of changes in the chemiluminescence intensity (!) and the plot of Inm vs, (H>O,]0 ОУ- 1 ~ WC, [A(j]0 = -2% (w/w), [H:0;)o = 1 -0 mo! I (T'eSQM = MO 4 mol 1 !;
2 ■■■■■■ 9СГС, (AGК = 1 % (w/wg [FcSO*]0 * MO 4 mol IA
С увеличением в реакционной системе «АГ + IMX т FcSO.,1 + Н20» начальной концентрации субстрата максимальная интенсивность сигнала ХЛ и время ее достижения линейно возрастают (рис. 2).
Зависимость Ittm от концентрации сульфата железа (II) имеет экстремальный характер (рис, 3); при увеличении [FeS04]o до 3 10 4 мольба максимальная интенсивность свечения возрастает, а при дальнейшем увеличении концентрации feS04 - падает. Время достижения максимальной интенсивности сигнала ХЛ с ростом [FeSCXtJo линейно уменьшается (рис. 3),
Анализ рис. 1-3 показывает, что хемилюминесценция в исследуемой системе возникает в начальный период процесса (первые 10-15 минут). Дальнейшие окислительные превращения араби-нопшактана протекают без свечения. Для выяснения природы ХЛ в реакционной системе «АГ т НАД т FcSO,i т НаО» были проведены опыты с добавками природного шпибитора кверцетина. Для этого в водный раствор, содержащий 1% масс. АГ, 1 модь/я НАЛ и МО'"* моль/л FcSC)4, добавляли МО"4 моль/я кверцетина, Оказалось, что
|АГ|?, % масс,
Рис, 2, Зависимость !tn,s п от начальной конtмиграции арабиногала клана; 90оС, [НХЫа1.0 молы л, [Ре&Офо =
МО 4 моль/л.
Fig, 2, Tlte plot of Ms and Ым vs. initial concentration of araho nogalactan; 90X2 {II .O3]0 = Г0 mol f \ {FcSO4]0 = 1*10 " mol I ?
Рис, 3, Зависимость irm% я psai от кониентраини сульфата железа (II); 90X2 [АГГ = 1% масс., (Н;О:]0 = 1.0 моль/л.
Fig. 3, The plot of and vs. concentration of sulfate iron f ll); 90X2 {AGJfl = 1% (w/'w), (IITXJe =1,0 mol Г /
добавка кверцетина приводит к увеличению интенсивности сигнала ХЛ в 2.8 раза по сравнению е опытом без добавки природного ингибитора, Следует отметить, что в системе «1-10'”4 моль/л кверцетина + 1 моль/л НДД + Н20» также наблюдается сигнал ХЛ, который проходит через максимум. Следовательно, кверцетин как фенольное соединение способен подвергаться окислению под действием пероксида водорода, причем этот процесс со о ровождаетс я х ем ид юми и ес цен ц и е й в в иди мой области спектра.
Анализ подученных данных позволяет сделать следующий вывод: хемилюминесценция в
реакционной системе «АГ + Н202 + FcS04 + Н20»
обусловлена протеканием окислительных превращений не арабнногалактана, а примесей, присутствующих в нем. В пользу такого вывода свидетельствуют следующие данные:
1. Хемилюминесценция наблюдается лишь вначале окислительного процесса (первые 10-15 минут), в то время как при дальнейшем протекании процесса она отсутствует, хотя в реакционной смеси продолжают находиться основные количества всех реагентов {ЛГ, |-Ь02 н FeSOV).
2. Согласно [5], араб шю пит клан содержит в своем составе растворимые в воде фенольные со-едшиешш (такие как кверцетин и дшидроквер-пстин), которые способны легко окисляться.
3. При добавлении в реакционную систему «ЛГ т ИКСА + feS04 + 11,0» кверцетина наблюдается существенное (в 2.8 раза) увеличение максимальной интенсивности сигнала ХЛ.
В рамках концепции о примесной природе хемилюминесценции находят объяснение зависимости, представленные на рис. 1-3. Действительно, введение дополнительных количеств арабиногата клана увеличивает одновременно и концентрацию фенольных примесей, а их окисление должно приводить к увеличению !,тк и (тш, что и наблюдается в эксперименте (рис. 2).
В то же время известно [6-10], что соединения железа являются катализаторами радикального распада гндропероксидов (в том числе и перо каста водорода)
H202 + Fe2' —► ИО‘+ НО" + Fe3'.
Именно по этой реакции п происходит генерация гидроксильных радикалов в исследуемой системе [1-4], причем, чем выше концентрации пероксида водорода и сульфата железа (II), тем больше должно генерироваться НО‘-радпкалов. Образовавшиеся гидроксильные радикалы инициируют окисление не только А Г, но и фенольных соедннений е образованием эмиттеров свечения (предположительно, хинонов). Как видно из рис. 1 и 2, с увеличением [Н2О2].0 н [РеЕСФЬ в реакционной смеси величина /шп дейешительно возрастает (в области малых концентраций этих реагентов) R области больших концентраций пероксида водорода н сульфата железа (II) заметной становится реакция
но* + н2о2 —«► н2о + но2\
приводящая к образованию гидропероксильного
радикала (константа скорости этой реакции при
-*■¥
ком н атн о й тем пературе соета вл я ет (1.7 -ML 5 > 1G'
л/молью [9]), Возможно, радикал НО/ способствует расходованию эмиттеров свечения:
2ИО/ + хинон -------► гидрохинон + О?,
что приводит к снижению интенсивности ХЛ
Таким образом, природный полисахарид арабшшпишктан, подученный водной экстракцией из древесины сибирской лиственницы, содержал в своем составе после очистки следовые количества примесей фенблышго типа,, Лег коо к и ел я е м ы е природные фенолы па начальной стадии реакции (10-15 мин) окисляются параллельно с араб и но гада кланом и вызывают хемилюминесценцию. ДальнОшше окисление А Г происходит без хемилюминесценции и сопровождается накоплением продуктов, содержащих карбонильные и карбоксильные группы [1-4]. Следовательно, явление хемшпошшесцетши при окислении природного биополимера можно использовать в качестве теста па наличие фенольных примесей.
Работ выполнена при частичной финансовой ио;щсржке проекта УР.05.01.008 по научной программе Федерального агентства по образованию «Развитие научного потенциала высшей школы». Подпрограмма L Фундаментальные неспело ва н 11 я „ Раздел 2. « У и иве рс и теты России ». Фонд поддержки ведущих научных школ (грант
НШ - 728.2003.03) и по ГНТП АН РЕ на 2005 .........
2007 годы (контракт 4/9...- х).
Л И 'Г В Р А Г УРА
1. Воры mm HAL к др. // Докд. АН. 2002. Т. 383. Аг 6. С. 774-777.
2. Борисов МАИ, и др, // Из в. АН. Сер. хи.ч. 2004. X» 2. С. 305-311.
3. Borisov LM. ct aL /7 Homo lytic and he tero lytic reactions: problems and solutions / Zenkov Cl IT, Moriakov Yu.B.., Jimenez A., eds. NY: Nova Science Publishers. Inc., 2004, P, 157-174.
4. Menakov Yu.B, et at. // Oxidation Conn nun teat ions. 200$. Vot, 28. Xs 2. P, 472-489.
5. Антонова Г.Ф., Тишав кина If.Л. H Химия ape вес ин у.
1976. \s 4. С. 60-62.
6. Эмануэль HAL, Замков Г.Е., Майзу с ILK. Роль среду в
радикалы to-цепных реакциях окисления органических
шел и нений. №.: Наука.. 1973. 279 с.
7. Денисов ЕЛД Мицкевич HAL, Атабеков В.Е. Механизм жидкофазного окисления кислородсодержащих ссели не шш, Минск: Наука м техника. 1975. 334 с.
8. Денисов ЕЛ1 Механизмы гемолитическою распада молекул в жидкой фазе. (Итоги наук» в техники). Сер. Кинетика п кттшт. ML: ВИНИТИ. 1981. Т. 9. 158 с.
9. Сычт А.Я., Исак В.Г. // Успехи химии. 1995.. Т. 64. X» 12, С 1183-1208.
10. Антоновскнм В,Л., Хурсзн СЛ. Физическая химия органических пероксидов. N4.: ИКЦ «Академкнига».
2003. 391 с.
Кафедра физической химии и химической экологии
