CC BY
101
УДК 668.5.002.3
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕПАРАТОВ ХЛОРОФИЛЛА ИЗ ЕЛОВОЙ ДРЕВЕСНОЙ ЗЕЛЕНИ
© В.И. Антонов , В.И. Ягодин
Санкт-Петербургская лесотехническая академия, Институтский пер., 5, Санкт-Петербург, 194021 (Россия) E-mail: [email protected]
Спектральные характеристики производных хлорофилла, выделенных из еловой древесной зелени в промышленных условиях, указывают на их близость к феофорбиду «а», хлорофиллиду «а» и хлорину е6. Отмечается образование олигомерных структур различного характера.
Введение
Производные хлорофилла из древесной зелени, широко используемые в качестве биологически активных добавок в изделиях парфюмерно-косметической промышленности [1, 2], обычно представлены водорастворимыми хлорофиллинами в виде натриевых солей. Зеленые пигменты, входящие в состав коммерческих препаратов хлорофилла, являются в основном хлоринами и феофорбидами [3]. Нами показано, что производные хлорофилла конечных продуктов химической переработки древесной зелени представлены преимущественно фео-фитином «а», феофорбидом «а» и хлорофиллидом «а», а также их олигомерами и примесями.
Цель данной работы - исследование спектральных характеристик производных хлорофилла, выделенных из еловой древесной зелени в процессе экстракционной химической переработки в промышленных условиях Ли-синского учебно-опытного лесхоза ЛТА.
Экспериментальная часть
Электронные спектры поглощения сняты на спектрофотометрах СФ-46 и «Specord UV-VIS», ИК-спектры -на спектрофотометре ИКС-22 в таблетках бромистого калия, ПМР-спектры - на приборе Tesla BS 497 (100) МЦ в ацетоне со стандартом ДТМС, молекулярная масса определена спектрофотометрическим и эбулиоскопиче-ским методами. Очистка, идентификация и разделение смеси производных хлорофилла проводилась методом тонкослойной хроматографии на силуфоле «UV-254» петролейным эфиром (1 фракция), смесью петролейный эфир : ацетон 3 : 1 (2 фр.), смесью петролейный эфир - ацетон 1 : 1 (3 фр.), ацетоном (4 фр.) и бензолом (5 фр.).
Обсуждение результатов
В таблице приведены спектральные характеристики производных хлорофилла, выделенных из еловой древесной зелени, и их фракций, а также молекулярная масса и элементный состав.
При химическом выделении зеленых пигментов из бензинового экстракта древесной зелени образуется смесь производных хлорофилла, представленная в основном феофорбидом «а», хлорофиллидом «а» и хлорином е6, а также их олигомерами (6-7%) между собой и ассоциатами с жирными и смоляными кислотами. В коммерческом хлорофиллине натрия содержится около 29-30% производных хлорофилла [4], а остальное представлено дитерпеновыми и жирными кислотами [5].
* Автор, с которым следует вести переписку.
48
В.И. Антонов, В.И. Ягодин
Спектральные характеристики производных хлорофилла, выделенных из еловой древесной зелени, и их фракций, а также молекулярная масса и элементный состав
Субстанция Электронные спектры погло- Спектры люми- ИК-спектры, см 1 ПМР-спектры, Молеку- лярная Элементный состав, %
несценции, нм м.д.
щения, нм. масса С Н О
Смесь произ- 220-228, 280- 1720, 1700, 1640, 1,975 (мульти- 2000 66,5 8,3 21,67
водных хлоро- 290, 410, 525, 1610, 1275, 1210, плет), 2,685 (920)
филла, в т.ч. 550, 620, 670, 1170-1130 (широкая по-
фракция, выде- 690-710 лоса)
ленная: 2,74-2,63
- смесью петро- 360, 410, 525, 677, 712 1720, 1700, 1640, 1000 68,5 10,7 20,5
лейный эфир : 550, 620, 670 1610
ацетон (3 : 1)
- смесью петро- 409, 510-530, 682, 722 1720, 1700, 1640, 68,4 9,0 21,1
лейный эфир : 560, 620, 670, 1610
ацетон (1 : 1) 710
- ацетоном 405, 465, 500520, 540-560, 580-620, 670 674, 712 1720, 1705, 16401610 64,0 6,8 21,9
- бензолом 402, 480, 500520, 540-560, 580-620, 670 670, 706 1720, 1710, 1649, 1625 56,3 5,5 22,2
Феофорбид «а» 410, 414, 469, 667, 723 1,971 (мульти- 592 70,2 6,2 13,5
[6] 501, 534, 561, 611, 667 плет), 2,656
Различия в максимумах спектральных характеристик смеси производных хлорофилла и феофорбида «а» и их интенсивности, обусловлены вероятно, присутствием дитерпеновых и жирных кислот. Более коротковолновые максимумы близки спектрам жирных кислот, а более длинноволновые - к спектрам дитерпеновых кислот.
Основные максимумы поглощения (полоса Соре) и полоса 1 близки к соответствующим максимумам хлорофилла и его производных.
Об ассоциации производных хлорофилла в их смеси до олигомеров свидетельствует следующее: смещение полосы 1 (667 нм - феофорбид «а») в длинноволновую область (670 нм) спектра; появление новых длинноволновых максимумов (690-710 нм) в электронных спектрах поглощения; возникновение полосы ассоциации в ИК-спектре (1100-1300 см-1), исчезновение интенсивного пика в ПМР-спектре по сравнению с мономером (2,656 м.д.); увеличение молекулярной массы по сравнению с мономером, а также практическим отсутствием диссоциации при нагревании смеси в присутствии гидролитического агента.
Элементный состав смеси производных хлорофилла и фракций, выделенных из нее, свидетельствует о более высокой степени их окисления, чем у феофорбида. Вероятно, вследствие окисления в ИК-спектрах наблюдается повышенная интенсивность карбонильных групп и появление новых интенсивных максимумов поглощения в области 1100-1300 см-1. Максимум 1130 см-1 может быть отнесен к поглощению краун-эфира. Плечо в области 1170 см-1 можно отнести к сложноэфирной группе, связанной с пентановым циклом производных хлорофилла (у феофорбида «а» - максимумы 1130 и 1170 см-1). Поглощение в области 1210-1250 см-1 и максимум 1275 см-1 можно приписать поглощению алкиларилового, а также, вероятно, диарилового эфиров.
Из смеси производных хлорофилла выделены фракции, спектральные характеристики которых различаются. Получить индивидуальные производные хлорофилла не удалось, по-видимому, из-за олигомерного характера не только производных хлорофилла, но и кислотных продуктов, создающих олигомеры не только простого, но и смешанного типов. Свидетельством олигомеризации служит сравнение молекулярных масс смеси и ее хлоро-фильной составляющей с теоретически рассчитанной молекулярной массой аналогичного элементного состава.
Фракция, выделенная из смеси петролейным эфиром, не содержит производных хлорофилла; спектральная характеристика ее (максимумы 420, 453, 480 нм) близка к спектрам каротиноидов и жирных кислот.
Во фракции, извлеченной из смеси петролейным эфиром и ацетоном (3 : 1), содержится около 5% производных хлорофилла. В УФ-области спектра наблюдаются интенсивные максимумы поглощения, характерные для жирных кислот, феофорбида «а» и хлорофиллида «а», в красной области - смещение полосы 1 в длинноволно-
вую область (670 нм). Соотношение максимумов 410 нм увеличивается более чем в два раза по сравнению с мономерным феофорбидом «а», что указывает на образование димера, вероятно, «сэндвичевой» структуры.
Во фракции, полученной эфиром и ацетоном (1 : 1), содержится 11% производных хлорофилла, более окисленных, чем в предыдущей фракции. Значительное повышение интенсивности в УФ-области спектра (по сравнению с видимой областью) обусловлено, по-видимому, присутствием в качестве примеси дитерпеновых кислот, которые дают более интенсивное поглощение по сравнению с жирными кислотами. Для этой фракции характерно неизменное положение полосы Соре, однако в области около 430 нм наблюдается перегиб, промежуточные полосы 520, 560, 620 нм начинают размываться с возрастанием интенсивности сопоставимой с интенсивностью полосы 1. Характер спектра указывает на образование олигомера как линейной, так и «сэндвиче-вой» структур и, видимо, представляет собой смесь этих и промежуточных форм связи между молекулами олигомера.
Фракция, выделенная из смеси ацетоном, содержит 62% производных хлорофилла. Электронный спектр характеризуется смещением полосы Соре в коротковолновую область, а полоса 1 расширяется и сливается с более длинноволновым максимумом поглощения. В ИК-спектре полоса С=С-поглощения и ассоциации также сливается в одну широкую полосу. Повышенная степень окисления позволяет предположить, что производные хлорофилла связаны между собой за счет простых эфирных связей, а значительное смещение полосы Соре в коротковолновую область, исчезновение длинноволнового максимума (710 нм) и расширение полосы 1 свидетельствуют о «сэндвичевой» структуре олигомера.
Во фракции, выделенной из смеси бензолом, содержание производных хлорофилла составляет 58%. Электронный спектр поглощения этой фракции близок к спектру предыдущей фракции, но отличается еще большим смещением полосы Соре в коротковолновую область, расширением полосы 1, наличием перегиба около 480 нм, высокой степенью окисления, что позволяет предположить как о линейной, так и «сэндвичевой» структуре устройства олигомеров со смещением молекул олигомера друг относительно друга.
Предположения о устройстве олигомеров производных хлорофилла невозможно подтвердить из-за их аморфного состояния и плохой растворимости в неполярных и слабополярных растворителях, так как затруднен рентгеноструктурный анализ.
Выводы
1. Производные хлорофилла, выделенные из еловой древесной зелени в промышленных условиях, имеют спектральные характеристики, близкие к феофорбиду «а», хлорофиллиду «а» и хлорину е6.
2. Спектральный анализ указывает на образование олигомерных структур производных хлорофилла между собой, а также с жирными и дитерпеновыми кислотами.
3. Структура олигомеров может иметь линейный, «сэндвичевый», смешанный и смещенный характер между молекулами мономеров.
4. Образование олигомеров, по-видимому, происходит по месту за счет сложноэфирной группировки хлорофилла.
Список литературы
1. Ягодин В.И., Антонов В.И. Комплексная химическая переработка древесной зелени // Лесное хозяйство. 1982. №5. С. 72-73.
2. ОСТ 56-33-85. Хлорофиллин натрия хвойный. Технические условия. М., 1985. 12 с.
3. Солодкая Г.Ф., Черноморский С.А. Спектральные характеристики пигментных фракций препарата хлорофиллина натрия, полученного из хвои // Использование живых элементов дерева, Л., 1969. С. 39-42.
4. Антонов В.И., Ягодин В.И., Выродов В.А. Способ совмещенной водно-бензиновой экстракции биологически активных веществ из древесной зелени и его промышленные испытания // Гидролизная и лесохимическая промыш-леность. 1984. №1. С. 9-11.
5. Дегтяренко А.С., Изотова Л.В., Перцовский А. Л., Антонов В.И., Ягодин В.И. Кислоты хлорофилло-каротиновой и бальзамической паст из хвойной древесной зелени // Химия древесины. 1987. №1. С. 90-93.
6. Гуринович Г.П., Савченко А.Н., Соловьев К.Н. Спектроскопия хлорофилла и родственных соединений. Минск, 1968. 520 с.
Поступило в редакцию 6 декабря 2005 г.
После переработки 29 мая 200б г.
