До питання про роль аскорбінової кислоти у процесах радикального окиснення

ДО ПИТАННЯ ПРО РОЛЬ АСКОРБІНОВОЇ КИСЛОТИ У ПРОЦЕСАХ РАДИКАЛЬНОГО ОКИСНЕННЯ

Ірина ЄФІМОВА,

кандидат хімічних наук,

Ольга СМИРНОВА,

інженер, Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії

НАН України

Кисень відіграє ключову роль в багатьох біохімічних процесах, але якщо він у надлишку, в неналежній формі чи у непотрібному місці, то він стає потенційною отрутою. Особливо небезпечні його реактивні форми та оксигенцентровані радикали, наприклад, супероксид-аніон та гідроксильний радикал. Ці активні форми можуть викликати необоротні пошкодження ліпідних компонентів клітинних мембран внаслідок окиснення. Антиоксидантну роль в таких процесах відіграє вітамін С на поверхні мембран, де, знаходячись у водному середовищі, аскорбінова кислота сприяє захопленню потенційно небезпечних окисників [4]. Разом з тим відомо [1], що при окисненні аскорбінової кислоти киснем у присутності каталізаторів яко проміжний продукт утворюється супероксид-аніон, який в свою чергу також може окиснювати аскорбінову кислоту до дегідроаскорбінової кислоти. Дослідження окремих аспектів цього процесу є метою цієї роботи.

Загалом механізм окиснення аскорбіновой кислоти, медійованого супероксидом в апротонному середовищі, можна представити схемою:

Встановлено [2], що аскорбінова кислота є сильним відновником у водному розчині, але як вона поводиться в органічному середовищі, не відомо. Перша стадія окиснення є зворотною та приводить до утворення дегідроаскорбінової кислоти. Але вважається [4], що радикал , що утворюється в реакції, потім перетворюється в аскорбат та дегідроаскорбінову кислоту за схемою:

2

Нами досліджено процес окиснення молекулярним киснем аскорбінової кислоти в середовищі диметилсульфоксиду при температурі 25 ?С та сталому тиску 1 атм. За зміною концентрацій з часом тих форм аскорбінової кислоти, що утворювалися у досліджуваному розчині, слідкували спектрофотохімічним методом. На рис.1 представлено спектр поглинання розчином аскорбінової кислоти у середовищі диметилсульфоксиду в різні моменти часу. Спостерігалося, що пік в області 253 - 255 нм, характерний для аскорбінової кислоти, зменшується приблизно протягом 8 - 10 годин. Також ми спостерігали зростання трьох піків з часом: перший пік в області 289 - 291 нм відповідає аскорбат-іона, другий пік в області 384 - 387 нм відповідає дегідроаскорбат-іон, третій пік в області 516 - 525 нм відповідає озазону - це похідне 2,3-дикетогулонової кислоти, що утворюєтся в результаті подальшого окиснення дегідроаскорбінової кислоти.

Рис.1 Спектр поглинання розчином аскорбіновой кислоти (1,4·10^-3 М) в диметилсульфоксиді в різні моменти часу.

1а - для кювети з шаром 1 мм: 1 - 0 год, 2 - 2 год, 3 - 4 год, 4 - 8 год, 5 - 50 год; 1б - для кювети з шаром 1 см: 1^* - 11 год, 2^* - 25 год, 3^* - 50 год.

Прийнято вважати [4], що свою антиоксиданту дію цей вітамін виконує у водній фазі на поверхні мембран на відміну від ліпідорозчинних сполук, таких як б-токоферол або вітамін Е. Для дослідження поведінки аскорбінової кислоти не тільки у водному середовищі, але й в середовищі ацетонітрилу нами було проведено серію експериментів, за допомогою яких стало можливим з'ясувати здатність вітаміну С до інгібування радикально-ланцюгових процесів окиснення у ліпофільному оточенні.

Модельною системою ми обрали ініційоване азодіізобутиронітрилом рідиннофазное окиснення кумолу - процес, всі елементарні стадії вже вивчені. Вимірювання кількості поглиненого кисню здійснювали газоволюмометричним методом [1]. Результати дослідження ініційованого окиснення кумолу киснем при температурі 75 ?С та сталому тиску 1 атм в присутності аскорбінової кислоти представлено на рис.2. Кінетичні криві окиснення кумолу в присутності аскорбінової кислоти та без неї в різних середовищах різні. Заміна води на суміш ацетонітрилу з водою, а також на чистий ацетонітрил, практично не вплинула на швидкість процеса окиснення кумолу. Спостерігається наявність інгібівного ефекту як в тому, так і в другому випадку, заміна води на органічний розчинник принципово не вплинула на величину періода індукції.

Рис.2 Ініційоване АІБНом (4•10^-2 М) окиснення кумолу при 75 ?С:

2а - в присутності аскорбіновой кислоти (5•10^-3 М) в різних середовищах: 1 - ацетонітрил - вода [1:1], 2 - вода; 2б - без аскорбінової кислоти в різних середовищах: 1 - ацетонітрил - вода [1:1], 2 - ацетонітрил, 3 - вода.

Результати експерименту показують, що аскорбінова кислота виявляє інгібівну дію в процесах окиснення не тільки у водному середовищі, але й в органічному. На рис.3 приведено типові кінетичні криві, що характеризують процес окиснення в присутності вітаміну С, їх вигляд свідчить про наявність певного інгібівного ефекту в реакціях, який зростає зі збільшенням концентрації аскорбінової кислоти в системі.

Рис.3 Ініційоване АІБНом (2•10^-2 М) окиснення кумолу в середовищі ацетонітрилу в присутності аскорбінової кислоти при варіюванні її концентрації при постійній температурі 75 ?С:

1 - без, 2 - 1,40·10^-3 M, 3 - 4,00·10^-3 M, 4 - 5,71·10^-3 M, 5 - 8,40·10^-3 M

Таким чином, спостережено явище автоокиснення аскорбінової кислоти в середовищі диметилсульфоксиду та спектрально доведено існування різних форм аскорбінової кислоти у розчині, що може свідчити про наявність супероксид-аніона яко медіатора окиснення аскорбінової кислоти до дегідроаскорбінової кислоти в апротонному середовищі.

Також можна зробити висновок, що аскорбінова кислота може діяти як водорозчинний, так і ліпофільний антиоксидант. Це доведено дослідженням ініційованого азодіізобутиронітрилом окиснення кумолу в гетерофазних умовах в присутності аскорбінової кислоти в апротонному та протонному середовищах при варіюванні концентрації аскорбінової кислоти. Цей факт дає можливість використовувати досліджену систему у подальших студіях дії аскорбінової кислоти у процесах радикального окиснення.

ЛІТЕРАТУРА

Афанасьєв И.Б. // Успехи химии, 1986, 48(6), 977.

Афанасьев И.Б., Куприянова H.С., Грабовецкий В.В. // Журн. о. хим., 1986, 56(6), 1326.

Frimer A.A., Strul G., Gottlieb H.E. // J. Org. Chem., 1995, 60, 4521.

Девис М., Остин Дж., Патридж Д. Витамин С: Химия и биохимия. - М., 1999. - 176 с.