Антиоксидантные и фотостабилизирующие свойства N-замещенных амидных производных салициловой кислоты тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи 0051Л*------^

Медяник Надежда Петровна

АНТИОКСИДАНТНЫЕ И ФОТОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ГЧ-ЗАМЕЩЕННЫХ АМИДНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

02.00.04 - физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2 6 ДПР Ш

Тюмень - 2012

у

005019303

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Сторожок Надежда Михайловна

Официальные оппоненты: Щипаное Владимир Павлович,

доктор химических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», профессор кафедры химии и технологии нефти и газа

Касаикина Ольга Тарасовна, доктор химических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической физики им. H.H. Семенова Российской академии наук, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля Российской академии наук

Защита состоится 11 мая 2012 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ212.274.11 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тюменский государственный университет» по адресу: 625003, г. Тюмень, ул. Перекопская, 15а, аудитория 410

С диссертацией можно ознакомиться в информационно-библиотечном центре Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный университет»

Автореферат разослан 10 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук

Н.В. Ларина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Известно, что УФ-облучение ускоряет окислительную деструкцию органических материалов: полимеров, каучуков, топлива, пищевых и технических масел [1]. Воздействие УФ-лучей является причиной эритемы и ожогов кожи, может вызывать фрагментацию ДНК, приводить к мела-номе. Для снижения негативного воздействия ультрафиолета традиционно используют вещества, поглощающие в УФ-диапазоне [2], а также антиоксиданты (АО), способные уничтожать свободные радикалы или разлагать пероксиды с образованием молекулярных продуктов [3].

Особенностью строения- ингибиторов окисления последнего поколения является наличие в структуре нескольких функциональных групп, синергиче-ски усиливающих действие друг друга [3-5].

Несомненный интерес представляет химическая модификация нетоксичных АО, применяющихся в медицине, фармации, пищевой технологии, косметологии. Химическое конструирование ингибиторов «гибридной» структуры, фрагменты которой действуют на различные стадии сложного многостадийного процесса окисления, позволяет получить более эффективные АО. В этом отношении перспективны синтетические аналоги салициловой кислоты (СК). Модифицированные структуры могут сохранять способность СК поглощать УФ-лучи в диапазоне 301-305 нм, опасном для развития рака кожи [6], что позволит ограничивать инициирование реакций свободнорадикального окисления субстратов разной природы. Ингибирующее действие могут проявлять производные амидов СК, включающие в качестве заместителей пространственно затрудненные фенолы.

В связи с вышеизложенным изучение кинетики и механизма ингибирую-щего действия ряда амидов салициловой кислоты при окислении классических модельных систем представляет несомненный теоретический и практический интерес.

Целью работы явилось установление закономерностей ингибирующего действия некоторых амидов салициловой кислоты при различных способах инициирования процесса окисления, исследование взаимосвязи между их строением и антиоксидантной активностью.

Задачи исследования: 1. Исследовать кинетику окисления модельного субстрата (метилолеата) в присутствии индивидуальных амидов: М-(4'-гидроксифенил)амида 2-гидроксибензойной кислоты (I, осапмида); Ы-(4/-гидрокси-3/,5'-ди-/п/)ет-бутилфенил)амида 2-гидрокси-3-шре/и-бутил-5-этилбензойной кислоты (II); №[(4/-гидрокси-3/,5/-ди-/и/?ет-бутилфенил)тоиметилено]амида 2-гидрокси-бензойной кислоты (III); N-[(4 -гидрокси-3 ,5'-ди-/яре/я-бутилфенил) триме-тилено]амида 2-гидрокси-3-/я/?е/я-бутил-5-этилбензойной кислоты (IV). Сравнить эффективность амидов (НУ) с реперными антиоксидантами дибу-нолом (V) и а-токоферолом (VI) в условиях фотоинициирования и при

генерировании свободных радикалов в результате термического распада азо-соединений.

2. Изучить характер зависимости брутто-ингибирующего действия от концентрации амидов салициловой кислоты (І-ІУ) при разных способах инициирования процесса окисления субстрата. Установить взаимосвязь химического строения и антиоксидантных свойств исследуемых соединений (І-ІУ).

3. Методом импульсного и стационарного лазерного фотолиза изучить кинетику и механизм фотохимического превращения амидов салициловой кислоты.

4. Хемилюминесценцентным методом изучить антирадикальную активность амидов салициловой кислоты ([-IV), оценить значения констант скорости реакции ингибиторов окисления с пероксильными радикалами.

5. Изучить кинетику накопления пероксидов при окислении модельного ненасыщенного липида в присутствии исследуемых амидов.

Научная новизна:

- Впервые на примере амида (II) ІчЦ^-гидрокси-З'^'-ди-трет-бутилфенил)амида 2-гидрокси-3-тре/л-бутил-5-этилбензойной кислоты изучена кинетика и механизм фотохимической деструкции амидов салициловой кислоты. Установлено, что при фотолизе амида II образуются феноксильные радикалы, погибающие с константой скорости 2,3><108 лхмоль" *с" .

- Впервые установлено, что среди изученных соединений (І-ІУ) наиболее эффективным антиоксидантом при УФ-инициированном окислении является Н-[(4/-гидрокси-3/,5''-ди-7п^е/п-бутилфенил)триметилено]амид 2-гидрокси-З-тиретп-бутил-5-этилбензойной кислоты (IV), превосходящий по своему действию известный реперный антиоксидант - дибунол.

- Показано, что наиболее высоким ингибирующим действием обладают фе-нольные производные амидов салициловой кислоты, особенностью строения которых является наличие мостика из трех метиленовых групп, разделяющего ароматические фрагменты молекулы, а также присутствие трех о-трет-бутильных заместителей, экранирующих фенольные гидроксилы.

- Установлено, что ингибирующее действие амидов салициловой кислоты (I-IV) при УФ-инициировании обусловлено частичным поглощением УФ-лучей, высокой антирадикальной активностью, возможностью разрушения пероксидов, сопровождающихся образованием молекулярных продуктов, за счет действия амидного фрагмента молекул.

Практическая значимость работы. В работе показано, что амиды ((-IV) являются эффективными антиоксидантами, наиболее перспективными для стабилизации УФ-инициированного окисления органических материалов, минеральных масел, полимеров, имеющих промышленное значение.

Установленная в работе взаимосвязь между химическим строением и ингибирующим действием полифункциональных антиоксидантов ряда Ы-замещенных производных салициловой кислоты (І-ІУ) позволяет рекомендовать направленный синтез новых высокоэффективных ингибиторов окисления.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Закономерности процесса окисления модельного субстрата (метилолеата) в присутствии исследуемых соединений при разных способах инициирования. Взаимосвязь строения и ингибирующего действия амидов салициловой кислоты.

2. Результаты исследования механизма антиоксидантного действия амидов салициловой кислоты.

3. Кинетика и механизм стационарного и импульсного фотолиза производных салициловой кислоты.

Личный вклад автора. Основные эксперименты и анализ результатов выполнены лично автором. Спектральные исследования осуществлялись на базе Тюменского государственного университета совместно с С.А. Крековым. Импульсный и стационарный фотолиз проводился в Институте химической кинетики и горения СО РАН совместно с И.П. Поздняковым. Антирадикальную активность соединений тестировали на базе ИХФ им. H.H. Семенова РАН совместно с И.Ф. Русиной.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждались на 5-й Международной Крымской конференции "Окислительный стресс и свободнорадикальные патологии" (Судак, Украина, 2009); 43-й, 44-й, 45-й Всеросийской научной конференции «Актуальные проблемы теоретической, экспериментальной, клинической медицины и фармации» (Тюмень, 2009, 2010, 2011); 8-й Международной конференции "Биоантиоксидант" (Москва,

2010); Международной научной конференции «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (Гурзуф, Украина,

2011); Всеросийской химической конференции «Бутлеровское наследие-2011» (Казань, 2011).

Публикации. Основные результаты исследований представлены в 9 публикациях, включая 3 статьи в рецензируемых научных журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы. Ее объем -125 страниц, содержит 7 таблиц, 18 рисунков. В списке литературы 219 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и основные задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость работы.

Обзор литературы посвящен рассмотрению механизма свободноради-кального окисления, эффективности природных и синтетических АО, классификации и механизму действия светостабилизаторов.

В первой главе приведены методы исследования, использованные в работе: ИК-, УФ-спектроскопия; импульсный и стационарный лазерный фотолиз; манометрический метод поглощения кислорода; метод термо-хемилюминесценции; иодометрический метод определения количества гидропероксидов.

Во второй главе представлена характеристика объектов исследования и спектральное изучение особенностей строения амидов СК.

В третьей главе приведена кинетика фотопревращений исследуемых амидов в условиях импульсного и стационарного фотолиза.

В четвертой главе в сравнительном аспекте представлены результаты исследования кинетики процесса окисления метилолеата в присутствии амидов СК при разных способах генерирования свободных радикалов (термическом разложении азосоединений и УФ-облучении).

Результаты и их обсуждение Известно, что СК и ее производные способны поглощать УФ-лучи. С целью создания новых перспективных антиоксидантов (АО) и светостабилизатров в Институте органической химии (НИОХ) им. Н.Н. Ворожцова СО РАН была синтезирована группа амидных производных СК ([-IV).

В качестве реперных АО использовали дибунол (V) и а-токоферол (VI)

Схема 1. Формулы исследуемых соединений.

Исследуемые вещества различаются сопряжением электронной плотности и степенью пространственного экранирования фенольных гидроксилов. В соединениях I и II оба бензольных кольца, амидная группа и фенольные гидрок-силы вовлечены в общую систему сопряжения, тогда как у III и IV остаток амида СК и фрагмент пространственно затрудненного фенола разделены между собой тремя метиленовыми группами (схема 1).

В настоящей работе методом ИК-спектроскопии изучены особенности строения амидов СК (табл. 1). Установлено, что в молекулах исследуемых со-

' Синтез, структура и антиоксидантная активность Ы-замещенных амидных производных салициловой кислоты / А.П. Крысин, Н.М. Сторожок, Н.П. Медяник, В.Е. Борисенко, С.А. Креков //ЖОрХ в печати.

единений имеются как свободные фенольные гидроксилы, так и ОН-группы принимающие участие в образовании внутримолекулярной водородной связи (ВВС) с оксо-группой.

Таблица 1

Характеристические колебательные частоты _амидов салициловой кислоты_

Исследуемое соединение V, см"'

О-Н ы-н С-Н С = 0

Амид I 3610 3460 3155 1630

Амид 11 3644 3454 2965 1651

Амид III 3644 3439 2960 1648

Амид IV 3624 3351 2960 1678

Рисунок 1. ИК-спектр амида II (10"2 моль/л ) в СС14 (1-исходное соединение; 2 - частично дейтерированное по группам ОН и ЬГН).

Полоса О-Н- группы в составе Н-связи маскировалась в спектре молекул амидов СК интенсивной полосой (2600-3300 см'1) многочисленных С-Н-групп (рис. 1). В связи с этим были изучены спектры частично дейтерированных молекул.

Полосы V (СЮ)- и у(ЫЭ)-групп воспроизводятся в спектре дейтерированных молекул в области более низких частот (2686 и 2561) см , соответственно (рис. 1). В области (2100-2400) см"1 в спектре дейтерированых молекул появляется новая полоса, которая относится к СЮ-группе в составе водородной связи.

Соотношение между положением полос (ОН) ~ л/2 х Уст] (ОО)) позво-

лило установить, что у(ОН-) в составе Н-связи соответствует = 3100 см"1, находится на плече сложной полосы С-Н- связей (рис. 1).

Установлено, что с ростом температуры и разбавлением растворов интенсивность полос относимых к Н-связям, практически не меняется, что свидетельствует о принадлежности полосы (3100 см'1) к ОН-группе в составе ВВС.

В молекулах исследуемых соединений Н-связь между амидной и карбонильной группой не образуется, поскольку соответствующего сдвига полосы у(ЫН), характерной для комплекса (14 - Н ... О = С) в ИК-спектре не обнаружено (рис. 1), что объясняется более слабыми, чем у фенолов протонодонорными свойствами амидной группы.

Известно, что особенности химического строения оказывают существенное влияние на АО свойства ингибиторов окисления. Установление взаимосвязи структура - ингибирующая активность для группы амидов СК явилось одной из задач настоящего исследования.

В присутствии амидов СК (1-1У) и антиоксидантов сравнения (дибунола, а-токоферола) изучали кинетику инициированного окисления модельного ли-пида метилолеата (МО) в среде растворителя хлорбензола.

Процесс окисления протекал с постоянной контролируемой скоростью за счет использования инициатора (азосоединения - АИБН). Инициатор разлагался при 333 К с образованием алкильных радикалов (г*), которые затем в реакции с субстратом (ЯН) в присутствии кислорода выменивались на пероксильные радикалы (Я02'), ведущие процесс окисления (схема 2).

гч=с

Н3С-

1Ч=С -N=14-

I = 60°

-сн,

N2 +

1Ч=С

Н3С—С

сн.

СН3

азобисизобутиронитрил (АИБН)

02 . ян

г* -- Ю2 -*

СН,

(О

С>2

я —- яо2

Схема 2. Механизм зарождения свободных радикалов при АИБН-инициированном окислении.

На рис. 2 приведены кинетические кривые поглощения кислорода в присутствии амидов СК (1-1У). Из кинетических кривых определяли величину периодов индукции (ти„д ), значение начальной, максимальной скоростей окисления (\*/02). Достоверность результатов определялась с использованием Ь

критерия Стьюдента.

Из табл. 2 видно, что все соединения ингибируют процесс окисления МО. По сравнению с контролем (МО) в их присутствии происходит появление периодов торможения окисления.

Было показано, что с ростом концентрации амидов СК происходит не только увеличение периодов индукции, но и, в отличие от дибунола и а-токоферола, снижение максимальной скорости окисления (табл. 2). Факт снижения скорости окисления в присутствии амидов СК может быть отражением конкурентной реакции исследуемых соединений с гидропероксидами.

Рисунок 2. Кинетические кривые поглощения кислорода МО в среде хлорбензола: 1 -МО (контроль); 2 - МО+ амид II; 3 - МО+ амид III; 4 - МО+ амид IV; 5 -МО+ амид I (осалмид). С(АО)= 2x10"4 М, С (АИБН) = Зх1(Г3М,Т = 333 К.

Рисунок 3. Зависимость изменения величины периодов индукции от концентрации амидов I, II, III, IV, дибунола (V) и а-токоферола (VI) при АИБН-инициированном процессе окисления. Т=333 К, \ч=1,9х10"7 М/с.

Установлена взаимосвязь между особенностями строения и АО действием амидов СК. Наибольшее ингибирующее действие, сравнимое с дибунолом, характерно для амидов (III, IV), особенностью строения которых является разобщение сопряжения электронной плотности двух бензольных колец.

Степень экранирования фенольных гидроксилов также оказывает влияние на ингибирующую активность соединений. Так, амид II по сравнению с амидом I (осалмидом) при аналогичной степени сопряжения электронной плотности практически вдвое более эффективен, очевидно, за счет наличия экранирующих орто- трет-бутильных заместителей.

В соединениях III и IV количество экранирующих ОН-группы заместителей различно (схема 1), но вещества проявляют сравнимую эффективность в широком диапазоне концентраций. Это объясняется тем, что в амиде III дополнительный /ире/я-бутильный заместитель находится в орто-положении к ОН-группе салициловой кислоты, которая, как было показано выше, участвует в образовании ВВС и в связи с этим практически не участвует в процессе инги-бирования окисления. Для исключения возможностей образования водородной связи целесообразно синтезировать потенциально более эффективные АО на основе пара-гидроксибензойной кислоты.

Установлено, что зависимость эффективности ингибирования в широком диапазоне концентраций (Ю-4 -1СГ3) М прямо пропорциональна количеству

амида СК в системе окисления. Подобная зависимость выполняется для большинства синтетических АО (рис. 3).

Таблица 2

Кинетические параметры инициированного окисления метилолеата в присутствии различных

концентраций исследуемых антиоксидантов

№ п/п СаохЮ'4, моль/л Тдад, МИН и- хЮ'.Мхс"1 огшч IV х10"'.Мхс"'

I 1 50,2±1,3 1,24±0,02 3,10±0,06

2 110,1±1,9 1,06±0,02 2,70±0,06

4 200,3±2,1 0,76±0,01 2,45±0,05

6 300,2±1,5 0,62±0,02 2,32±0,01

8 410,1±ЗД 0,46±0,01 2,14±0,03

10 500,4±2,4 0,37±0,01 2,10±0,02

II 1 150,0±3,7 1,06±0,01 7,14±0,09

2 200,2±2,5 0,62±0,02 4,60±0,05

4 280,1±3,5 0,74±0,01 3,40±0,05

6 420,3±2,9 0,32±0,01 3,39±0,02

8 500,0±3,7 0,29±0,01 3,26±0,05

10 620,0±3,1 0,27±0,01 2,38±0,01

III 1 150,1±3,3 1,06±0,02 7,14±0,04

2 240,2±3,5 0,62±0,01 4,60±0,01

4 370,4±3,2 0,47±0,01 3,4±0,01

6 540,2±3,2 0,32±0,01 3,39±0,03

8 710,5±3,1 0,29±0,01 3,26±0,02

10 890,5±4,5 0,27±0,01 2,38±0,01

IV 1 150,4±3,6 1,76±0,01 3,72±0,01

2 240,2±4,7 0,83±0,02 3,26±0,01

4 380,2±2,4 0,73±0,01 3,12±0,01

6 550,2±4,3 0,61±0,01 2,87±0,01

8 720,2±4,4 0,52±0,02 2,46±0,01

10 900,3±4,2 0,35±0,01 2,11±0,01

V 2 190,1±2,9 0,68±0,01 6,3±0,04

4 380,2±2,8 0,69±0,02 6,2±0,05

6 570,3±4,5 0,67±0,01 6,4±0,04

8 750,1±4,2 0,68±0,01 6,1±0,03

10 950,5±4,5 0,69±0,01 6,3±0,09

VI 2 160,5±1,3 0,78±0,02 6,5±0,08

4 280,4± 1,6 0,76±0,01 6,4±0,06

6 400,5±2,7 0,77±0,01 6,5±0,03

8 500,5±4,8 0,76±0,01 6,3±0,07

10 600,0±3,3 0,76±0,01 6,4±0,09

Примечание: р<0,05

Эффективность амидов СК в элементарной реакции с пероксильными радикалами оценивали хемилюминесцентным методом при инициированном окислении кумола. Значение константы скорости данной реакции (к7) определяет антирадикальную активность (АРА) соединений и является важнейшей характеристикой АО:

Я02' + 1пН-> ЯООН + 1п .

Установлено, что все производные СК проявляют высокую АРА (табл. 3). Экранирование фенольных ОН-групп /м/?е/и-бутильными заместителями приводит к существенному уменьшению АРА. Так, наибольшее значение к7 отмечается у осалмида (I), имеющего в своей структуре два незамещенных фенольных гидроксила (табл. 3). Экранированный аналог (амид II) уступает осал-миду в 4 раза, что связано с пространственным затруднением при взаимодействии молекул АО с пероксильными радикалами.

Сопоставление значений к7 амидов (I, II), имеющих более высокую степень сопряжения, чем у (III, IV), за счет отсутствия мостикового фрагмента из трех метиленовых групп между остатком амида СК и фенола, показало, что увеличение сопряжения электронной плотности в молекулах АО приводит к значительному (в 2 раза) увеличению активности фенолов.

Необходимо отметить, что все амиды СК имеют значения к7 того же порядка, что и известный синтетический АО - дибунол, уступают в активности основному природному ингибитору - а-токоферолу (в 300 - 360 раз) (табл. 3).

Таблица 3

Значения константы к7 в реакции Ы-замещенных амидов СК с пероксильными радикалами (ЯОг') (Т=333 К, \Уг2,Зх10"8, М/с, С=1х10"3 моль/л)

№ п/п Исследуемое соединение Г к7х104, М^хс"1

I (осалмид) Ы-(4'-гидроксифенил)амид 2-гидроксибензойной кислоты 2,4 6,86*0,04

II Ы-(4/-гидрокси-3',5'-ди-т1оет-бутш1фе[пш)амид 2-гидрокси-3-/л/?е/и-бутил-5-этилбензойной кислоты 2,6 1,69±0,03

III Ы-[(4'-гидрокси-3',5'-ди-т/;ет-бутилфенил)триметилено]амид 2-гидроксибензойной кислоты 3,3 0,52±0,02

IV Ы-[(4'-гидрокси-3',5'-ди-т/)ет-бутилфенил)триметилено]амид 2-гидрокси-З-трет-бутил-5-этилбензойной кислоты 3,6 0,85±0,01

V(дибунол) 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфснол 2 1,40±0,04

VI (а-токоферол) 2,5,7,8-тетраметил-2-(4,8,12-триметшггридецил)хроман-6-ол 2 360,0±0,03

Примечание: р<0,05

Значения к7 амидов СК сопоставимы с активностью большинства известных серо- и азотсодержащих бифункциональных ингибиторов окисления, таких как пробукол (к7 = 0,48х104 М^хс"1), тиофан (к7 = 1,3х104 М"'хс"'), производные фенозана (ИХФАНы) (к, = 0,59-1,06 хЮ4 М"'хс"').

Необходимо отметить, что амид I (осалмид) имеет наиболее высокое значение константы скорости взаимодействия с пероксильными радикалами (табл. 3), при этом проявляет наименьшее брутго-ингибирующее действие (табл. 2). Этот феномен обусловлен отсутствием в структуре экранирующих трет,-бутильных заместителей. Амид I образует достаточно активные феноксильные радикалы (1п*), способные участвовать в побочных реакциях продолжения цепей с молекулами субстрата (ЯН):

1п' + ЯН-» Я* + 1пН

Известно, что классические АО уничтожают, как правило, 2 свободных радикала (стехиометрический коэффициент ингибирования £ для дибунола и а-ТФ равен 2). Наличие в молекулах Ы-замещенных амидов СК двух фенольных гидроксилов теоретически должно приводить к увеличению значения £ до 4. Однако, фактор ингибирования для амидов СК изменяется в интервале (£=2,4-3,6), что связано с особенностями их строения. Наибольшие значения отмечаются у соединений, в молекулах которых степень сопряжения снижена за счет введения мостикового фрагмента из трех метиленовых групп (амиды III, IV), для которых (£=3,3-3,6). За счет разобщения системы сопряжения фенольные гидроксилы этих АО действуют практически взаимонезависимо. Для амидов СК (I, II) с высокой степенью делокализации электронной плотности, значения £ значительно ниже (£=2,4-2,6).

На основании литературных данных известно, что амины способны разрушать гидропероксиды (ЯООН). Полагали, что амиды кислот также могут взаимодействовать с первичными молекулярными продуктами окисления. В связи с этим, было изучено влияние амидной группы производных СК (Г-1У) на кинетику накопления ЯООН модельных липидов. Исследуемые АО (рис. 4) вводили в частично окисленную линолевую кислоту и тестировали методом обратного иодометрического титрования количество [ЯООН] в контроле и опытах по ходу дальнейшего окисления при 60°С. Установлено, что влияние всех амидов было однотипным: после введения ингибитора в течение первого часа наблюдалось снижение концентрации ЯООН практически до исходного уровня, который в дальнейшем не возрастал в течение всего периода наблюдений (8 часов). В контроле пероксиды продолжали накапливаться. По масштабу разрушения ЯООН исследуемые АО были сравнимы между собой (табл. 4). Можно полагать, что разрушение ЯООН осуществляется не радикальным путем, поскольку не наблюдалось вторичного инициирования процесса.

Таким образом, исследуемые соединения способны тормозить процесс окисления как за счет эффективного уничтожения радикалов Я02', так и разрушения гидропероксидов молекулярным путем. Антирадикальная активность ингибиторов обусловлена присутствием в их химической структуре фенольного

гидроксила, а способность разрушения 1ЮОН связана, очевидно, с наличием амидной группы.

"я4 0,35-

§

§ 0,30-

ч

и 0,25-

о

^ 0,20-

и 0,15-

Ее 0,10-

о

о р£ 0,05-

0,00-

Ввод АО

200

400

600

700 800 I, МИН

Рисунок 4. Кинетика накопления гидропероксидов при аутоокислении линолевой кислоты в присутствии амидов СК. 1-контроль, 2-5 амиды 1,11,III,IV соответственно; С (АО)=2хЮ" моль/л; Т=333 К.

Таблица 4

Кинетика разрушения гидропероксидов при аутоокислении линолевой кислоты

№ п/п Состав \Vrooh х Ю-4, г12/100г лип.х с"1 Процент разрушения ЯООН за 7 часов

1 ЛК (контроль) 5,52±0,01 -

2 ЛК + амид I 3,81±0,01 72,9

3 ЛК + амид II 3,33±0,02 71,7

4 ЛК + амид III 3,42±0,02 71.9

5 ЛК + амид IV 3,48±0,03 72,2

Примечание: р<0,05

Известно, что УФ-лучи способны инициировать процесс свободноради-кального окисления (схема 3).

НУ

02 —о2*

о—о о—он о*

II I I

02+а,-нс=сн-к2-*-кгнс—сн-я2 —«-я.-нс—сн2-я2 я,-с-сн2-я2 + он

(Ю)

гО * + ЯН —я" + юн я* + о2 —ко2*

Схема 3. Механизм зарождения свободных радикалов при инициировании окисления УФ-облучением

В настоящей работе при анализе электронных спектров Ы-замещенных амидных производных СК было установлено наличие интенсивных полос поглощения в области УФ- диапазона (190-350) нм (рис. 5).

Рисунок 5. УФ-спектры амидных производных СК: а - I, II и дубунола (V), б - III, IV в гептане с=5-10"4 моль/л, (1=0,2 см.

В связи с чем предположили, что амиды СК в условиях УФ-инициирования теоретически могут быть более эффективными за счет частичного поглощения УФ-излучения.

Предварительно была изучена фотохимия амидов СК методом импульсного и стационарного фотолиза.

Анализ ИК-спектров амида II при стационарном фотолизе показал уменьшение интенсивности полосы не связанной ОН-группы (3644 см"1) (рис. 6), прямо пропорциональное времени УФ-облучения. Эти данные свидетельствовали о фотоионизации свободных фенольных гидроксилов.

При импульсном возбуждении неодимовым лазером (308 нм) обескислороженных растворов амидов СК обнаружено промежуточное поглощение, состоящее из полос с максимумами на 380 нм и 510 нм (рис. 7 а), которые исчезают с существенно разными скоростями (рис. 7 б), что указывает на формирование после лазерного импульса нескольких промежуточных частиц.

Показано, что время жизни полосы на 510 нм значительно уменьшается в присутствии кислорода, что позволяет отнести ее к поглощению триплетного Т1 состояния (Т1Н) молекул. Основным каналом гибели триплетного состояния является триплет-триплетная (Т-Т) аннигиляция [6]. По литературным данным полоса триплет-триплетного поглощения СК в циклогексане имеет максимум на 440 нм. Батохромный сдвиг на 70 нм, фиксируемый для изучаемого амида II по сравнению с незамещенной СК, связан, по-видимому, с дополнительным сопряжением за счет введения фенольного заместителя у амидной группы СК и другим типом растворителя.

Поглощение в области 380 нм, зафиксированное при импульсном фотолизе амида II, связано с образованием феноксильных радикалов - промежуточных продуктов фотопревращения соединений фенольной природы (рис. 8).

Рисунок 6. ИК-спектры при стационарном фотолизе амида СК II (5><10~3 моль/л) в СС14 (1)

X, нм 1. мкс

Рисунок 7. Спектры промежуточного поглощения (а) при импульсном фотолизе обескислороженного раствора амида II (3,45x10"4 моль/л) в гептане.

1-5 - спектры через 0, 1.6, 4 и 10 и 48 мкс после лазерного импульса (2.2 мДж/импульс), соответственно; (б) - кинетические кривые изменения поглощения при 380 (1) и 510 (2) нм.

Обнаруживаемый при фотолизе амида II интермедиат является феноксиль-ным радикалом 1Ю", возникающим в одноквантовом и двуквантовом процессах [6]:

Ьу

КОН -> В.О" + е-1у + Н+

Следует отметить, что максимумы полос поглощения ЯО* радикала II (380 нм) (рис. 8) сдвинуты в красную область по сравнению с незамещенным феноксильным радикалом СК (290 нм). Это связано с более высокой степенью сопряжения и наличием иминофенольного заместителя в молекуле амида II.

В работе определен коэффициент поглощения феноксильных радикалов амида СК II (е380 и 2.9><103 смхс ). Показано, что феноксильные радикалы амидов СК нестабильны и «гибнут» в реакциях диспропорционирования по закону второго порядка с константой скорости к » 2.3*108 лхмоль 'хс"1, типичной для бимолекулярной гибели феноксилов 1п" [7].

0.0

300 400 л О 200 400 600

А, НМ

число импульсов

(б)

350 400 450 500

А., нм

О 100 200 300

t, МКС

Рисунок 8. Спектры промежуточного по- Рисунок 9. (а) 1-5 - оптические спектры поглощения (а) при импульсном фотолизе ами- глощения амида I (3,45x10 моль/л) в гептане да II (3,45х104 моль/л) в гептане при концен- после 0, 50, 110, 180 и 250 лазерных импуль-трации кислорода в растворе 3*10'3моль/л. сов, соответственно, (б) - изменение оптиче-1-5 - спектры через 3, 12, 90 и 380 мкс после ской плотности на 255 (1) и 325 (2) нм в ходе лазерного импульса, соответственно, (б) - фотолиза, кинетическая кривая на 380 нм.

Снижение активности феноксильных радикалов In* у N-замещенных амидов СК по сравнению с незамещенной СК (к » 1,4*109 лхмоль'хс"1 ) [6] объясняется наличием орто-тргт-бутильных заместителей, создающих стерические затруднения при диспропорционировании и рекомбинации радикалов.

При стационарном облучении молекул II неодимовым лазером на УФ-спектрах выявлено снижение интенсивности полосы поглощения исходного соединения (325 нм) и появлением новых полос в области более низких длин волн (255 нм), отнесенных к продуктам реакции (рис.9 а). Наличие в УФ спектре изобестических точек, отмеченное при обработке результатов стационарного фотолиза, свидетельствует о низкой фотоактивности конечных продуктов фотолиза (рис. 9 а).

При изучении кинетики изменения оптической плотности на 255 нм и 325 нм от количества лазерных импульсов, поданных на образец, было установлено, что подавляющая часть исходного соединения переходит в продукты фотолиза после 600 импульсов (рис. 9 б).

Наличие пространственно затрудняющих орто-трет-бутильных заместителей в молекулах амида II и появление новых полос при стационарном фотолизе в ИК-спектрах (3424 см'1) (рис. 6), УФ-спектрах (рис. 9 а) (255 нм), характерных для иминохинонов, позволило предположить механизм гибели радикалов амида II в реакции диспропорционирования:

Закономерности окисления МО, ингибированного амидами СК ([-IV) при УФ-инициировании процесса приведены в четвертой главе.

Кинетику ингибированного окисления модельного субстрата при инициировании процесса УФ-лучами изучали в присутствии амидов СК и реперных АО (дибунола и а-токоферола). Облучение проводили ртутной лампой с длиной волны 313-365 нм в присутствии антиоксидантов. Необходимо отметить, что дибунол в указанный области на УФ-спектре не имеет полосы поглощения в отличие от производных СК (рис. 5).

*^ИНД5 МИН

Рисунок 10. Зависимость величины периодов индукции от концентрации амидов I, II, III, IV, дибунола (V) и а-токоферола (VI) при УФ-инициированном окислении МО (w;=0,6-10"8 М/с).

Показано, что при УФ- инициировании амиды (I-IV) также эффективно тормозят процесс окисления модельного субстрата (рис. 10). Установлено, что характер взаимосвязи между антиоксидантной активностью и строением амидов СК воспроизводится при разных способах генерирования свободных радикалов (УФ- облучении и АИБН-инициированном окислении). Эффективность амидов I, II, характеризующихся высокой степенью сопряжения была вдвое ниже, чем у амидов III и IV, в структуре которых ароматические фрагменты разделены тремя метиленовыми группами. Вместе с тем при УФ-облучении обнаружены различия в действии амидов III и IV. При АИБН-инициировании их брутго-ингибирующее действие было одинаковым (рис. 3). При УФ-облучении амид IV был существенно более эффективен, чем амид III и дибунол. Очевидно, это связано с тем, что поглощение амида IV в диапазоне излучения ртутной лампы (313-365 нм) выше, чем у III (рис. 5 б). Дибунол в указанном диапазоне не поглощает, поэтому закономерно снижение его действия по сравнению с IV (рис. 5 б). Таким образом, различия в АО активности указанных соединений, выявленные при УФ-инициировании, обусловлены поглощением УФ-лучей. Указанные данные иллюстрируют преимущества амида IV, проявляющиеся при УФ-облучении.

Результаты настоящего исследования показали, что >1-замещенные амид-ные производные СК ингибируют процесс свободнорадикального окисления по трем независимым механизмам. Фенольные гидроксилы, не участвующие в образовании водородных связей, взаимодействуют с пероксильными радикалами Я02'; амидный фрагмент разрушает пероксиды с образованием молекулярных продуктов; а остаток СК обеспечивает частичное поглощение УФ-лучей, инициирующих процесс окисления.

Таким образом, в работе проведен системный анализ ингибирующих свойств амидных производных СК при разных способах инициирования, установлена взаимосвязь их строения и эффективности.

Путем сравнительного анализа кинетических закономерностей в группе исследуемых веществ выявлены наиболее эффективные АО, перспективные для использования в качестве ингибиторов окисления органических материалов различной природы.

Выводы

1. Изучена кинетика окисления модельного субстрата (метилолеата) в присутствии индивидуальных амидов: N-(4-гидроксифенил)амида 2-гидроксибензойной кислоты (I); И-^'-гидрокси-З,5 -ди-/я/?е/я-бутилфенил) амида 2-гидрокси-3-отретп-бутил-5-этилбензойной кислоты (II); N-[(4-падрокси-3/,5/-ди-отрет-бутилфенил)триметилено]амида 2-гидроксибензойной кислоты (III); К-[(4 -гидрокси-3/,5/-ди-«ре/и-бутилфенил)триметилено] амида2-гидрокси-З-тре/и-бутил-5-этилбензой-ной кислоты (IV) в условиях фотоинициирования и при генерировании свободных радикалов в результате термического распада азосоединения. Показано, что все амиды салициловой кислоты (1-1У) эффективно ингибируют процесс окисления метилолеата независимо от способа инициирования. Установлено, что введение экранирующих орто-отреот-бутильных заместителей и разделение ароматических фрагментов тремя метиленовыми группами приводит к увеличению антиоксидантной активности ингибиторов окисления.

2. Установлена линейная зависимость между ингибирующим действием и концентрацией амидов салициловой кислоты в диапазоне (1-10)х10 моль*л при различных способах инициирования процесса окисления модельного субстрата. Показано, что амид IV при УФ-инициированном окислении в диапазоне концентраций (0,5-2,О^Ю"4 моль*л" превосходит дибунол по величине периодов индукции до 20 %.

3. Установлено, что при фотолизе молекул амида II образуются феноксиль-ные радикалы. Определено значение константы скорости бимолекулярной гибели для амида II £ « 2.3><108 лхмоль''хс"' и коэффициента поглощения феноксилов амида салициловой кислоты II е380 » 2.9x10 смхс' .

4. Хемилюминесцентным методом определены значения констант скорости реакции амидов (1-ГУ) с пероксильными радикалами (0,52-6,86)х10 М"'хс"'. Показано, что введение экранирующих орто-от/?е/п-бутильных заместителей приводит к уменьшению значения константы скорости указанной реакции в 4 раза, а разделение ароматических фрагментов за счет введения трех метиленовых групп - в 2 раза.

5. При изучении кинетики накопления первичных продуктов окисления ли-нолевой кислоты в присутствии исследуемых амидов (ЫУ) установлена их способность разрушать до 70 % гидропероксидов без образования свободных радикалов.

Цитируемая литература

1. Photo-oxidation and ozonization of poly(3-hexylthiophene) thin films as studied by UV/vis and photoelectron spectroscopy / H. Hintz, H. Peisert, T. Chassé, H.-J. Egelhaaf // Polymer Degradation and Stability. 2010. V. 95. № 5. P. 818 - 825.

2. Diepens M., Gijsman P. Photodegradation of bisphenol a polycarbonate with different types of stabilizers II Polymer Degradation and Stability. 2010. V. 95. № 5. P. 811 - 817.

3. Просенко A.E. Полифункциональные серо-, азот-, фосфорсодержащие антиоксиданты на основе алкилированных фенолов: синтез, свойства, перспективы применения: Авто-реф...д-ра. хим. наук. Новосибирск. 2010. 49 с.

4. Структурные факторы активности макромолекулярных фенольных антиоксидантов / В.Б. Вольева [и др.] // Журнал органической химии. 2011. Т. 47. № 4. С. 484 - 489.

5. Антиоксидантная активность 2-метил-6-гидроксибензоксазола / Е.И. Хижан [и др.] // Журнал общей химии. 2011. Т. 81. №. 1. С. 125 - 130.

6. Photolysis of sulfosalicylic acid in aqueous solutions over a wide pH range /1.P. Pozdnya-kov [and other] Hi. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2006. V. 181. № 1. P. 37 -43.

7. Рогинский B.A. Фенольные антиоксиданты: реакционная способность и эффективность. M.: Наука, 1988. 247 с.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах

1. Сторожок H. М., Поротов Л. Г., Медяник Н. П. Антиоксидантная активность и фотостабилизирующее действие амидных производных салициловой кислоты // Вестник новых медицинских технологий. 2009. Т. 16. № 1.С. 256 -258.

2. Кинетика и механизм фотохимических реакций N-замещенного амида салициловой кислоты / Н. П. Медяник, Н. В. Гуреева, Н.М. Сторожок, И. П. Поздняков // Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 318. №3. С. 116- 120.

3. Надмолекулярная организация N-замещенных амидов салициловой кислоты / H. М. Сторожок, Н. П. Медяник, С. А. Креков, А. П. Крысин // Бутлеровские сообщения. 2011. Т. 24. № 3. С. 10 9- 112.

Тезисы всероссийских и международных конференций

4. Медяник Н. П., Сторожок H. М. Перспективный антиоксидант для защиты кожи от УФ-облучения II Сб. докл. 5-й межд. конф. "Окислительный стресс и свободнорадикальные патологии". Судак, Украина. 2009. С. 43.

5. Медяник Н. П., Поротов Л. Г. Осалмид - антиоксидант нового поколения гибридной структуры // Матер. 43-й Всерос. науч. конф. «Актуальные проблемы теоретической, экспериментальной, клинической медицины и фармации». Тюмень. 2009. С. 162-163.

6. Медяник Н. П., Поротов Л. Г. Стационарный фотолиз амидных производных салициловой кислоты. Материалы 44-й Всероссийской научной конференции // Матер. 44-й Всерос. науч. конф. «Актуальные проблемы теоретической, экспериментальной, клинической медицины и фармации». Тюмень. 2010. С. 144- 145.

7. Медяник Н. П., Сторожок H. М. Фотостабилизирующие и антиоксидант-ные свойства амидных производных салициловой кислоты // Сб. докл. 8-й Межд. конф. "Биоантиоксидант". Москва. 2010. С. 288-290.

8. Медяник Н. П. Сравнительная оценка ингибирующих свойств амидных производных салициловой кислоты при различных условиях инициирования //Матер. 45-й Всерос. науч. конф. «Актуальные проблемы теоретической, экспериментальной, клинической медицины и фармации». Тюмень. 2011.С. 164- 165.

9. Медяник Н. П., Сторожок H. М. N-замещенные амиды салициловой кислоты - перспективные ингибиторы пероксидного окисления // Сб. тр. Межд. науч. конф. «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» Гурзуф, Украина. 2011. С. 210 -211.

Подписано в печать 10.04.2012. Тираж 120 экз. Объем 1,0 уч.-изд. л. Формат 60x84/16. Заказ 1431.

Издательско-полиграфический комплекс Тюменской государственной сельскохозяйственной академии 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7

61 12-2/585

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ» МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ

На правах рукописи МЕДЯНИК НАДЕЖДА ПЕТРОВНА //

АНТИОКСИДАНТНЫЕ И ФОТОСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА 1Ч-ЗАМЕЩЕННЫХ АМИДНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

02.00.04 - физическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Н.М.Сторожок

Тюмень - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ........................................................5

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................9

1.1. Действие ультрафиолетового излучения.......................................................9

1.2. Классификация и механизм действия светостабилизаторов.....................11

1.3. Биологическая роль и области применения салициловой кислоты.......... 15

1.4. Современные представления о механизме свободнорадикального окисления липидов................................................................................................17

1.5. Взаимосвязь между структурой и антиоксидантным

действием фенолов................................................................................................23

1.6. Характеристика основных классов синтетических фенольных антиоксидантов......................................................................................................25

1.6.1. Производные 2,6-ди-трет-бутилфенола..................................................26

1.6.2. Серо- и азотсодержащие фенольные АО..................................................27

1.7. Особенности действия природных антиоксидантов..................................30

ЧАСТЬ ВТОРАЯ. СОБСТВЕННЫЕ ИСЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 1

2.1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................35

2.1.1. Импульсный и стационарный фотолиз.....................................................35

2.1.2. Хемилюминесцентный метод определения ингибирующей активности фенольных антиоксидантов.................................................................................36

2.1.3. Манометрический метод............................................................................38

2.1.4. Йодометрический метод.............................................................................39

2.1.5. ИК - спектроскопия....................................................................................40

2.1.6. Реактивы и их очистка................................................................................41

2.1.7. Статистическая обработка экспериментальных данных........................42

ГЛАВА 2

2.2. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ АМИДОВ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ...........................................................................................................44

2.2.1. Характеристика объектов исследования..................................................45

2.2.2. Изучение особенностей строения Ы-замещенных производных СК

методом ИК-спектроскопии.................................................................................48

ГЛАВА3

2.3. ФОТОХИМИЯ ^ЗАМЕЩЕННЫХ АМИДОВ

САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ......................................................................... 54

2.3.1. Кинетика и механизм импульсного фотолиза

^замещенных амидов СК...................................................................................54

2.3.2. Анализ электронных и колебательных спектров при стационарном

фотолизе амида II..................................................................................................61

ГЛАВА 4

2.4. КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ МЕТИЛОЛЕАТА, ИНГИБИРОВАННОГО ]Ч-ЗАМЕЩЕННЫМИ АМИДАМИ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ.........66

2.4.1. Исследование антирадикальной активности

амидов салициловой кислоты..............................................................................67

2.4.2. Антиоксидантная активность 1Ч-замещенных амидов салициловой кислоты при АИБН-инициированном окислении.............................................72

2.4.3. Кинетика разрушения гидропероксидов под действием ]М-замещенных амидных производных салициловой кислоты...................................................79

2.4.4. Сравнительное изучение кинетики окисления МО, ингибированного ]М-замещенными амидами СК и реперными АО, при УФ-инициированном

окислении...............................................................................................................81

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ....................................................................88

ВЫВОДЫ............................................................................................................101

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................103

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АИБН - азобисизобутиронитрил

АО - антиоксидант, антиоксидантный

АОА - антиоксидантная активность

АРА - антирадикальная активность

ВВС - внутримолекулярная водородная связь

МВС - межмолекулярная водородная связь

МО - метилолеат

а-ТФ - а-токоферол

ПОЛ - пероксидное окисление липидов

СК - салициловая кислота

УФ - ультрафиолет

ХЛ - хемилюминесценция

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Известно, что УФ-облучение ускоряет окислительную деструкцию органических материалов: полимеров, каучуков, топлива, пищевых и технических масел [1-4]. Воздействие УФ-лучей является причиной эритемы и ожогов кожи, может вызывать фрагментацию ДНК, приводить к меланоме. Для снижения негативного воздействия ультрафиолета традиционно используют вещества, поглощающие в УФ-диапазоне [5, 6], а также антиоксиданты (АО), способные уничтожать свободные радикалы или разлагать пероксиды с образованием молекулярных продуктов [7-12].

Особенностью строения ингибиторов окисления последнего поколения является наличие в структуре нескольких функциональных групп, синергически усиливающих действие друг друга [13-22].

Несомненный интерес представляет химическая модификация нетоксичных АО, применяющихся в медицине, фармации, пищевой технологии, косметологии. Химическое конструирование ингибиторов «гибридной» структуры, фрагменты которой действуют на различные стадии сложного многостадийного процесса окисления, позволяет получить более эффективные АО. В этом отношении перспективны синтетические аналоги салициловой кислоты (СК). Модифицированные структуры могут сохранять способность СК поглощать УФ-лучи в диапазоне 301-305 нм, опасном для развития рака кожи [23, 24] и позволит ограничивать инициирование реакций свободнорадикального окисления субстратов разной природы [25]. Ингибирующее действие могут проявлять производные амидов СК, включающие в качестве заместителей пространственно затрудненные фенолы.

В связи с вышеизложенным, изучение кинетики и механизма ингибирующего действия ряда амидов салициловой кислоты при окислении классических модельных систем представляет несомненный теоретический и практический интерес.

Целью работы явилось установление закономерностей ингибирующего действия некоторых амидов салициловой кислоты при различных способах инициирования процесса окисления, исследование взаимосвязи между их строением и антиоксидантной активностью. Задачи исследования:

1. Исследовать кинетику окисления модельного субстрата (метилолеата) в присутствии индивидуальных амидов: М-(4/-гидроксифенил)амида 2-гидроксибензойной кислоты (I, осалмида); М-(4/-гидрокси-3/,5/-ди-ш/?ет-бутилфенил)амида 2-гидрокси-3-трет-бутил-5-этилбензойной кислоты (II); ^-[(4/-гидрокси-3/,5/-ди-^ре/и-бутилфенил)триметилено]амида 2-гидрокси-бензойной кислоты (III); К-[(4/-гидрокси-3/,5/-ди-трет-бутилфенил) триметилено] амида 2-гидрокси-З -/ирет-бутил-5-этилбензойной кислоты (IV). Сравнить эффективность амидов (1-1У) с реперными антиоксидантами дибунолом (V) и а-токоферолом (VI) в условиях фотоинициирования и при генерировании свободных радикалов в результате термического распада азосоединений.

2. Изучить характер зависимости брутто-ингибирующего действия от концентрации амидов салициловой кислоты (1-ГУ) при разных способах инициирования процесса окисления субстрата. Установить взаимосвязь химического строения и антиоксидантных свойств исследуемых соединений

(ИП

3. Методом импульсного и стационарного лазерного фотолиза изучить кинетику и механизм фотохимического превращения амидов салициловой кислоты.

4. Хемилюминесценцентным методом изучить антирадикальную активность амидов салициловой кислоты (1-ГУ), оценить значения констант скорости реакции ингибиторов окисления с пероксильными радикалами.

5. Изучить кинетику накопления пероксидов при окислении модельного ненасыщенного липида в присутствии исследуемых амидов.

Научная новизна:

- Впервые на примере амида (II) К-^-гидрокси-З^-ди-трет-бутилфенил)амида 2-гидрокси-3-т/?ет-бутил-5-этилбензойной кислоты изучена кинетика и механизм фотохимической деструкции амидов

салициловой кислоты. Установлено, что при фотолизе амида II образуются

£

феноксильные радикалы, погибающие с константой скорости 2,3x10

лхмоль^хс"1.

~ Впервые установлено, что среди изученных соединений (1-1У) наиболее эффективным антиоксидантом при УФ-инициированном окислении является ^-[(4/-гидрокси-3/,5/-ди-т/?е/и-бутилфенил)триметилено]амид 2-гидрокси-З-трет-бутил-5-этилбензойной кислоты (IV), превосходящий по своему действию известный реперный антиоксидант - дибунол.

- Показано, что наиболее высоким ингибирующим действием обладают фенольные производные амидов салициловой кислоты, особенностью строения которых является наличие мостика из трех метиленовых групп, разделяющего ароматические фрагменты молекулы, а также присутствие трех о-трет-бутильных заместителей, экранирующих фенольные гидроксилы.

- Установлено, что ингибирующее действие амидов салициловой кислоты (I-IV) при УФ-инициировании обусловлено частичным поглощением УФ-лучей, высокой антирадикальной активностью, возможностью разрушения пероксидов, сопровождающихся образованием молекулярных продуктов, за счет действия амидного фрагмента молекул.

Практическая значимость работы. В работе показано, что амиды (1-1У) являются эффективными антиоксидантами, наиболее перспективными для стабилизации УФ-инициированного окисления органических материалов, минеральных масел, полимеров, имеющих промышленное значение.

Установленная в работе взаимосвязь между химическим строением и ингибирующим действием полифункциональных антиоксидантов ряда 14-замещенных производных салициловой кислоты (1-1У) позволяет рекомендовать направленный синтез новых высокоэффективных ингибиторов окисления.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Действие ультрафиолетового излучения

Известно, что солнечное излучение состоит на 50% из видимой части спектра (400 -780) нм, около 44% - инфракрасной (106-780) нм и около 6% -ультрафиолетовой (УФ) (10-400) нм. УФ лучи условно подразделяются на три типа [26]: УФ-А (320-^00 нм, длинноволновые), УФ-В (290—320 нм), УФ-С (менее 290 нм).

Практически весь УФ-С и приблизительно 90% УФ-В-лучей поглощаются озоном, парами воды, кислородом, углекислым газом при прохождении солнечного света через атмосферу. УФ-лучи, достигающие поверхности Земли, в значительной степени представляют ближний УФ-А и в небольшой доле - УФ-В [27].

Многочисленными исследованиями во всем мире показано повреждающее действие УФ лучей на живой организм [28-31]. Механизм возникновения различных патологий при облучении УФ светом живых тканей как in vitro, так и in vivo связывают с активацией процессов свободнорадикального окисления липидов [32-40]. В связи с этим АО, ингибирующие процессы окисления, защищают от действия УФ-лучей. Показано, что нанесение на кожу, облученную УФ светом, экзогенного а-токоферола (витамина Е) или других АО существенно снижает степень покраснения кожи [32-34, 41, 42].

УФ-В лучи разрушительно действуют на структуры ДНК, РНК, приводя к их фрагментации, что определяет мутагенное и канцерогенное действие ультрафиолета. Воздействие УФ-лучей на третичную структуру белка приводит к различным иммунным нарушениям, гибели клеток [43-46].

Под действием УФ лучей-В образуется синглентный кислород, который приводит к гиперемии кожи, солнечным ожогам. Отдаленные последствия опосредованного воздействия УФ-лучей - фотостарение, гиперпигментация, кератоз [35].

УФ облучение способствует развитию конъюктивитов, катаракты и других офтальмологических патологий [47,48].

Положительное действие УФ излучения в области спектра (290—400) нм связано с усилением неспецифического иммунитета, увеличением секреции гормона - антидепрессанта (серотонина), а также в синтезе витаминов группы О, участвующих в формировании костной ткани, синтезе белков, регулировании давления [35, 44].

Под действием УФ-лучей происходит образование пигмента меланина за счет активации фермента тирозиназы [35]. Меланин выполняет защитную роль, поглощая ультрафиолет. Косметические эффекты загара привели к высокой популярности использования соляриев.

УФ лучи-А глубже проникают в кожу, чем УФ-В, при этом они в 1000 раз менее опасны как в отношении развития эритемы, так и дегенеративных изменений структуры белков и нуклеиновых кислот. Излучение УФ-А становится высоко повреждающим фактором и вызывает фотосенсибилизацию кожи в очень малых дозах при экзогенном введении порфиринов и некоторых видах порфирий [41, 49]. На этом основана фотодинамическая терапия опухолей. Механизм действия основан на переходе порфиринов при облучении в возбужденное триплетное состояние. Энергия возбуждения при этом переходит молекулярному кислороду, трансформирующемуся в синглентное состояние 0*2. Синглентный кислород 0*2 окисляет компоненты клеточных мембран и запускает каскад процессов, приводящих к гибели опухолевой клетки [44, 50-53].

В малых дозах УФ-облучение показано при лечении атопического дерматита у детей [54]. Бактерицидные свойства УФ лучей применяются при

водоочистке, обработке операционных, подготовке посуды, предназначенной для консервирования [55, 56]. УФ-лучи используют для ускорения полимеризации пластмасс, пломбировочных материалов в процессе реконструкции зубов.

Таким образом, УФ-излучение, несмотря на широкое применение в различных отраслях медицины и промышленности является одним из важнейших экзогенных факторов негативного воздействия на материалы органической природы. Уменьшить окислительную деструкцию и повысить эксплутационные характеристики изделий позволяет разработка и использование эффективных светостабилизаторов в производстве полимеров, минеральных масел, липидсодержащих продуктов и др.

1.2. Классификация и механизм действия светостабилизаторов

В последние годы расширяется применение полимерных материалов. Фотодеструкция существенно ограничивает сроки их эксплуатации. Практическая важность проблемы повышения устойчивости полимеров к действию света потребовала детального исследования механизмов фотоокисления и действия светостабилизаторов [12, 57-61].

Известно, что генерирование свободных радикалов при УФ-облучении связано с переносом энергии кванта на молекулу 02, находящуюся в основном триплетном состоянии, с образованием активного синглентного кислорода 02*, у которого электроны имеют противоположные спины и находятся на одной (1Д§) или на разных (1Ag+) 2р- тг*-орбиталях [62]. 02* присоединяется по двойной связи ненасыщенных липидов с образованием производных диоксиэтана, которые далее изомеризуются в гидропероксиды (схема 1).

Последние разлагаются фотохимическим путем с образованием гидроксильного и алкоксильного радикалов, которые вымениваются в реакции с субстратом в атмосфере кислорода на пероксильные радикалы (1Ю2*) [25].

Механизм последующих свободнорадикальных реакций в субстрате описывается схемой жидкофазного окисления углеводородов или липидов [63-65].

о-о о-он

0=0+ к-нс=сн-я2 — я-нс—сн-я2 —► Я-НС—сн2-к2

Схема 1.

Вещества, способные защищать различные материалы от действия УФ-лучей, называются светостабилизаторами. К УФ-стабилизаторам относят УФ-абсорберы, обеспечивающие поглощение УФ-лучей, и АО, подавляющие процессы свободнорадикального окисления, инициированные ультрафиолетовым облучением.

Классификации светостабилизаторов основаны на химическом строении и механизме их действия.

Ниже приведены структуры наиболее известных фотостабилизаторов [70].

но

М /

2-(2 -Гидроксифенил) бензотриазолы

ОН

II

О

2-Гидроксибензофеноны

Арилбензоаты

он

^^"Л /

о

^—ш—с—с—ш

II II

о о он

я

ч /

Арилсалицилаты

Анилиды щавелевой кислоты (оксанилиды)

Пространственно затрудненные фенолы

Я

N

Я

к - а

Пространственно затрудненные амины

В различных материалах под действием света протекают первичные фотохимические и вторичные термохимические процессы.

В качестве светостабилизаторов обычно используют вещества, способные снизить скорость одной или нескольких стадий процесса.

Ряд светостабилизаторов поглощают лучи УФ-диапазона (УФ абсорберы). При этом физический процесс поглощения света приводит к химическим превращениям соединения. Так, защитное действие о-гидроксибензофенонов и огидроксибензтриазолов связано с передачей энергии при обратимой кето-енольной таутомерии:

ОН О О ОН

Известные светостабилизаторы - о-гидроксифенилсульфоксиды трансформируют световую энергию за счет обратимого тион-тиольного превращения [70]:

СН,

сн,

СН,

СН,

В некоторых случаях фотостабилизация может осуществляться за счет фотохимической реакции в полимерной матрице. Например, ряд алкилароматических эфиров под действием света распадаются с образованием гидроксифенилкетонов [70]:

9 со с2н5 он

'СО-С2Н5

к

я

К средствам защиты от УФ-облучения относят экранирующие до