Окиснення госиполу та діаніліногосиполу молекулярним киснем у диметилсульфоксиді

2

ОКИСНЕННЯ ГОСИПОЛУ ТА ДІАНІЛІНОГОСИПОЛУ МОЛЕКУЛЯРНИМ КИСНЕМ У ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДІ

Наталія Ількевич, аспірантка

Максим Касянчук, кандидат хімічних наук,

молодший науковий співробітник

Інституту фізико-орґанічної хімії і вуглехімії

ім. Л.М. Литвиненка

Богуміл Бжезінський,

доктор хімічних наук, професор

Університет ім. А. Міцкевича, Познань, Польша

Ґосипол (1,1ґ,6,6ґ7,7ґ-гексагідрокси-5,5ґ-діізопропіл-3,3ґ-диметил-2,2ґ-бінафтален-8,8ґ-дикарбоксоальдегід) - жовтий піґмент бавовни - має широкий спектр біолоґічної активності [1]. In vitro він пригнічує розмноження вірусів, ракових клітин, малярійного плазмодію, трипаносоми та ін. Ґосипол також має актиоксидантні властивості [1, 2] і може захищати клітинні ліпіди.

Використанню ґосиполу як лікарського засобу перешкоджає його токсичність та численні побічні ефекти. Похідні ґосиполу, отримані заміщенням альдегідних груп, менш токсичні як для тварин, так і для культур клітин, а їх біолоґічна активність часто є більш вираженою. Водночас встановлено, що похідні госиполу є ефективними інгібіторами вільнорадикальних процесів [1].

Ґосипол для досліджень екстраґовано (за методикою, запропонованою Каруфом із модифікаціями Адамса [1]) з розмеленого насіння бавовни сорту Придніпровський української селекції. Чистоту отриманої речовини доведено за допомогою спектрів ЯМР (¹Н) (табл.1). Діаніліноґосипол було синтезовано за методикою [1].

Таблиця 1. Сиґнали протонів ЯМР (¹Н) - спектрів ґосиполу в ДМСО та хлороформі (нумерацію атомів ґосиполу див. на рис.1).

Поряд з утворенням основ Шиффа окиснення ґосиполу є перспективним шляхом його модифікації, що може привести до утворення різноманітних біолоґічно-активних сполук.

Вивчення кінетики поглинання кисню розчинами ґосиполу та діаніліноґосиполу проведено волюмометрично. Попередні експерименти показали, що швидкість окиснення ґосиполу в ДМСО в присутності КОН надзвичайно мала - менш ніж 10^-7 моль/л*с, тому наступні дослідження проводилися в системі ДМСО - радикальний ініціатор азадіізобутиронітрил (АІБН). Вимірювання проведено в діапазоні концентрацій субстрату (0.6-2.4) *10^-3 моль/л, АІБНу 0-0.05 моль/л та парціальному тиску кисню 560-760 мм рт. ст.

На відміну від ґосиполу діаніліноґосипол в ДМСО окиснюється молекулярним киснем значно легше, а швидкість реакції збільшується під час додавання твердого лугу, але зостається незмінною при використанні радикального ініціатора. Це дозволяє зробити припущення, що діаніліноґосипол та ґосипол взаємодіють із киснем за двома принципово різними механізмами.

Кінетичні криві поглинання кисню під час окиснення ґосиполу та діаніліноґосиполу мають період індукції та описуються кінетичним рівнянням першого порядку. Мольне співвідношення максимальної кількості поглиненого кисню та ґосиполу в середньому дорівнює 2: 1; у випадку діаніліноґосиполу це співвідношення є 1:

1.

Використовуючи спектроскопію ЯМР та ІЧ, ми спробували встановити продукти окиснення ґосиполу. Для цього ми записали ряд ЯМР-Н¹ спектрів системи ґосипол/ДМСО/АІБН під час окиснення (рис.2), а також ІЧ-спектри ґосиполу та діангідроґосиполу в ДМСО. Відомо, що в розчинах ґосипол існує в різних тавтомерних формах (рис.1), співвідношення між якими залежить головним чином від властивостей розчинника. В неполярних розчинниках рівновага повністю зміщується в бік альдегідної форми, а зі зростанням полярності середовища збільшується частка лактольної форми.

Рис.1 Тавтомерія та нумерація атомів у молекулі ґосиполу.

Аналіз першого спектра (рис.2-1) (ґосипол в ДМСО з ініціатором до початку окиснення) підтвердив, що в ДМСО ґосипол існує у вигляді двох тавтомерних форм: альдегідної та лактольної, співвідношення між якими дорівнює приблизно 1: 4 [1]. В умовах експерименту кетол-кетольну форму не виявлено.

Рис.2 Спектри ЯМР (¹Н), записані в ході радикально-ланцюгового окиснення ґосиполу в ДМСО.

У спектрі (рис.2-2) ґосиполу в ДМСО з ініціатором (ампулу витримано тиждень без нагрівання) спостерігається поява кількох нових сигналів (9.1, 9.2 та 7.8 м. д), які ми приписуємо відповідно О₆Н, С₁₁Н та Н₄ протонам діангідроґосиполу (рис.3), адже з даних літератури [1] відомо, що госипол в розчинах під час контакту з повітрям окиснюється з утворенням діангідроґосиполу.

У спектрі (рис.2-3) (цю ж ампулу витримано 50 хв при 80 єС на повітрі) спостерігається значне зменшення інтенсивності сиґналів протонів альдегідної та О₁Н-ґруп саме ґосиполу і спостерігається дальше зростання інтенсивності характерних для діангідроґосиполу сиґналів при 9.1, 9.2 та 7.8 м. д.

Після витримування ампули з розчином ще 50 хвилин при 80 єС (рис.2-4) практично повністю зникають сиґнали альдегідної, усіх ОН-ґруп, а також сиґнали діангідроґосиполу (9.1, 9.2 та 7.8 м. д).

Рис.3 Структура та нумерація атомів молекули діангідроґосиполу.

Рис.4 ІЧ-спектр ґосиполу (1) та продуктів його окиснення (2) в ДМСО.

На рис.4 наведено найбільш цікаві фраґменти ІЧ-спектрів ґосиполу та продуктів його окиснення в ДМСО. У спектрі ґосиполу смуга поглинання С=О ґрупи та смуга деформаційних коливаннь С=С нафталенового циклу (1618 см^-1) накладаються. В спектрі окисненого ґосиполу смуга н (С=С) зсувається до 1628 см^-1, що вказує на значні зміни в р-системі нафталенового циклу. Це підтверджується також появою двох нових смуг при 1562.8 см^-1 та при 1525.6 см^-1. Смуга н (С₁₁=О) зникає, натомість зґявляються три нових смуги н (С=О): 1772 см^-1, 1734.6 см^-1 та 1671.2 см^-1. Аналіз ІЧ-спектра діангідроґосиполу дозволяє приписати смугу при 1734.6 см^-1 н (С₇=О). Тоді, згідно зі спектрами дикетонів з 6-членним кільцем в цис-формі [1], смуга при 1772 см^-1 відповідає н (С₆=О). Відповідно смуга 1671.2 см^-1 є н (С₄=О).

Аналіз ЯМР (¹Н) та ІЧ-спектрів дозволяє запропонувати наступну схему окиснення ґосиполу (в результаті окиснення утворюються стабільні бірадикали, наявність яких встановлено ЕПР-спектроскопією [8]):

Таким чином, у пропонованій роботі ми вперше експериментально підтвердили схему взаємодії ґосиполу з киснем. Прямими ґазоволюмометричними вимірюваннями показано, що кінетична крива описується рівнянням першого порядку, а швидкість цієї реакції є порівняно невеликою (k_ef ? 0,001 моль/л. с).

Автори статті висловлюють щиру подяку д. х. н., професорам В.І. Рибаченкові та Й.О. Опейді за цінні поради і зауваження, к. х. н.К.Ю. Чотію за консультативну допомогу в інтерпретації спектроскопічних даних, а також О.О. Величко за технічну допомогу.

Література