Электросинтез на основе госсипола, лигохилина и некоторых флавоноидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.05 ВАК РФ

УДК 541.138.2

На правах рукописи

РГБ ОД

; - "'К ' £

Надиров Казим Садыкович

ЭЛЕКТРОСИНТЕЗ НА ОСНОВЕ ГОССИПОЛА, ЛАГОХИЛИНА И НЕКОТОРЫХ ФЛАВОНОИДОВ

(02.00.05 - электрохимия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук

Республика Казахстан г. Алматы 2000 г.

Работа выполнена на кафедре Технологии электрохимических производств и биотехнологии Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауэзова

Научный консультант: академик АН РК, д.х.н.,

профессор М.Ж.Журинов

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор В.А.Захаров

доктор химических наук,

профессор А.Б.Баешов доктор химических наук,

профессор У.Н.Зайнутдинов

Ведущая организация: Институт органического синтеза

и углехимии Министерства образования и науки Республики Казахстан

¿/о'*

Защита диссертации состоится 26.09.2000 г. на заседании Диссертационного Совета Д 53.19.01 по защите диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук при Институте органического катализа и электрохимии им, Д.В.Сокольского Министерства образования и науки Республики Казахстан по адресу: 480100, г.Алматы, ул.Кунаева, 142, Fax: 7(3272)615722,

E-mail:adm@ORGCAT.akadem.alma-ata.SU

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института органического катализа и электрохимии им.Д.В.Сокольского

Автореферат разослан « У- » июня 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного

Совета, доктор химических наук Г.С.Полимбетова

Г2в-Н0О

Л /■ /■ О Гк Гл

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время дальнейшее развитие химии биологически активных веществ идет как по пути модифицирования существующих лекарственных препаратов с целью повышения их терапевтических свойств, так и в направлении разработки новых, более эффективных методов извлечения их из растительного сырья. Ограниченность запасов природных лекарственных веществ создает проблему более экономной переработки и использования сопутствующих и побочных продуктов, получаемых как на пищевых, так и на фармацевтических предприятиях.

В связи с широкими возможностями реализации различных типов модификаций большие перспективы открываются перед электрохимическими методами как при извлечении индивидуальных веществ, так и для синтеза на их основе более эффективных соединений.

Рассматриваемые в данной работе природные соединения - поли-фепол-гсссипол, флавоноиды-апигенин, яютеолин, кемпферол, (+)катехин, кверцетин, мирицетин и рамнетин, а также дитерпеноид- ла-гихилин известны как противовирусные, противоопухолевые и кровоостанавливающие соединения. На основе электрохимических методов, путем введения тех или иных функциональных групп в структуру вышеперечисленных соединений становится возможным получение новых производных, обладающих наряду с усиленной противовирусной и противоопухолевой также и радиопротекторной активностью.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время представители семейства вирусов герпеса человека поражают от 60 до 80% населения как в развитых, так и в развивающихся странах. Проблема получения эффективных противовирусных, противоопухолевых и радиопротекторных препаратов остро стоит в Республике Казахстан, особенно в зонах экологического бедствия.

По данной проблеме в области электрохимии флавоноидов и ди-терпеноидов к началу выполнения работы существовали отдельные публикации, которые носили эпизодический характер и главным образом были посвящены аналитическим целям (полярография, кулонометрия).

Данная диссертационная работа является первой попыткой разработать и обосновать электрохимические методы получения вышеперечисленных изучаемых соединений и электросинтезы на их основе с целью придания исходным природным полифенолам, флавоноидам и дитерпе-ноидам физиологической активности. Основное внимание уделено процессам электрохимического окисления и восстановления полифенола

госсипола, электроокисления одного из дитерпеноидов-лагохилина, а также анодным процессам алкоксилирования и димеризации некоторых природных флавоноидов. Установлено, что, используя различные электродные материалы, электролиты, а также плотности тока и концентрации исходных субстратов, можно получить широкий спектр веществ с заранее заданными фармакологическими свойствами. Показано, что использование электрического поля различной напряженности оказывает значительное влияние на степень извлечения госсипола и лагохилина . при их выделении из растительного сырья. При этом процессы проводятся в водной и водноспиртовой средах, т.е. исключается применение традиционно используемых растворителей (эфир, ацетон, дихлорэтан), а получаемые продукты отличаются высокой чистотой. Основными преимуществами электрохимических методов являются прежде всего высокая селективность и чистота получаемых веществ, что особенно важно для фармацевтической промышленности.

Данная работа была включена в координационные планы АН СССР на 1980-1990 гг по проблеме "Электрохимия органических соединений", регистрационный номер № 01860030203, по разделу "Электрохимический синтез физиологически активных веществ на основе природных соединений", координируемые Научным Советом по электрохимии АН РК (номер госрегистрации 76086796). Часть работы была выполнена по заказу Главного медицинского управления Министерств Обороны РК (1995-2000 гг) по теме: "Электрохимический синтез биологически активных веществ и лекарственных препаратов для предупреждения и лечения последствий радиационного заражения".

Степень разработанности проблемы. Проблемам выделения госсипола и лагохилина посвящен ряд работ, появившихся в разное время (Маркман А.Л., Ржехин В.П. Госсипол и его производные. -М.: Пищ. пром-ть, 1965.-250 е.; Глушенкова А.И., Назарова И.П, Госсипол, его производные и их использование. -Ташкент.: Фан, 1993.-78 е.; Надиров К.С., Сарсенбаева Г.М., Журинов М.Ж. Электрохимическое поведение госсипола в водных средах. Деп. КазНИИНТИ, 1985. N7, с. 165-169.; Абрамов М.М., Япарова С.А. Получение основного действующего начала из лагохилина// Ж. прикл. химии.-1983. -Т.24, №11.-с.25-54.; Максю-тина Н.П., Литвинова В.И. Методы выделения и исследования флавоно-идных соединений// В кн. Фенольные соединения и их биологические функции. -М.: Наука, -1968-с.68-130). Однако имеющиеся литературные источники по получению госсипола и лагохилина посвящены, главным образом, изучению их химических свойств и разработке методов их извлечения из растительного сырья, которые основаны на ис-

т-тгч "г птттттт л*чтт1г'гталт1>тг ГЛО ТТПТГ Оттатигмлдгт»» «гтллтлтгл пплггтт-пп

нили^ишшии 1К/ЛVII) \sl3isriv 1 оа

госсипола были изучены лишь на некоторых электродах, не исследованы процессы его адсорбции. Нет данных относительно процессов электровосстановления госсипола и электроокисления лагохилина. Встречающиеся эпизодически работы по электрохимии флавоноидов посвящены аналитическим целям (кондуктометрия, кулонометрия). Сведения об электрохимических свойствах флавоноидов, а также об адсорбции их на различных электродных материалах в литературе практически отсутствуют.

Цель и задачи работы. Разработка электрохимических методов синтеза фармакологически активных соединений на основе госсипола, лагохилина и некоторых флавоноидов.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- Выяснение механизма электродных процессов на стационарных и вращающихся электродах с участием полифенола госсипола, флавоноидов апигенина , лютеолина, кемпферола, (+)катехина, кверцетина, мирицетина и рамнетина, а также дитерпеноида лагохилина;

- Определение основных закономерностей адсорбции исходных соединений на различных электродных материалах и в различных средах;

- Разработка и оптимизация методов, электрохимического извлечения госсипола и лагохилина из растительного сырья;

- Электросинтез фармакологически активных соединений . на основе госсипола, лагохилина и некоторых флавоноидов;

- Отработка конструкций опытных электролизеров для разработанных методов электроэкстракции, электроочистки и электросинтеза;

- Проведение медико-биологических испытаний полученных соединений;

- Испытание разработанных технологий и внедрение их в производство.

Научная новизна работы

- впервые с использованием систематического исследования емкости двойного электрического слоя на различных электродных материалах, вольтамперометрии на стационарных и вращающихся электродах, полярографии и релаксационных методов выявлены области потенциалов адсорбции и изучено электрохимическое поведение госсипола, лагохилина и некоторых флавоноидов;

- выявлены области потенциалов адсорбции и установлен механизм процессов анодного окисления и катодного восстановления госсипола на различных электродных материалах в водных и спиртовых средах с целью определения условий для проведения препаративного извлечения

его из сырья и электровосстановления;

- определены основные закономерности адсорбции флавоноидов апигенина, лютеолина, кемпферола, (+)катехина, кверцетина, мирицети-на и рамнетина на электродах из платины, стеклоуглерода, оксидно-рутениевотитанового (ОРТА), двуокиси свинца. Показано, что адсорбция флавоноидов зависит от их структуры и порядка расположения функциональных групп;

- установлены механизм и кинетика электродных процессов окисления флавоноидов на стационарных и вращающихся электродах, рассчитаны значения суммарного числа электронов для процессов окисления с целью выявления условий для электросинтеза на их основе новых фармакологически активных производных;

- показано, чгго процессы метоксилирования и димеризации флавоноидов на аноде протекают по смешанному (химическому и электрохимическому) механизму через образование свободных радикалов субстрата, возникающих как за счет непосредственного окисления на аноде, так и за счет взаимодействия флавоноидов с генерируемыми на аноде радикалами брома;

- изучены анодные реакции лагохилина в водноспиртовых и вод-нощелочных средах на электродах из платины и графита с целью выявления условий для проведения электрохимического извлечения из сырья и электроокисления;

- выполнены квантово-химичсские расчеты электронных структур исходных соединений, которые позволили спрогнозировать направление электродных реакций и выявить механизм протекания процессов.

Практическая ценность работы

- Разработаны и оптимизированы электрохимические методы выделения госсипола и лагохилина из растительного сырья. Предложены электролизеры для процессов электроэкстракции, электроочистки и электросинтеза.

- Электросинтезом на основе флавоноидов получены и идентифицированы 10 метоксилроизводных, 4 димера и 3 соединения на основе флавоноидов и алкалоидов. Процессы электросинтеза оптимизированы с использованием электродов из платины, стеклоуглерода, ОРТА и двуокиси свинца.

- Разработаны и оптимизированы процессы электровосстановления госсипола и электроокисления лагохилина на электродах из ртути, графита и платины.

- Проведены медико-биологические испытания полученных соединений.

- Проведены испытания технологии получения лагохилина из рас-

тигельного сырья на опытном участке кафедры технологии электрохимических производств и биотехнологий ЮКГУ.

- Результаты исследований по электровосстановлению госсипола внедрены в учебный процесс в ЮКГУ им.М.Ауэзова.

- Разработаны лабораторно-технологаческие регламенты по получению бикверцетина и кверцетина-5-О-соласодинида, которые внедрены в производство на базе Научно-исследовательского института специального материаловедения, г.Шымкент.

Личный вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, заключается в выборе направления и постановке исследований, теоретическом обосновании задач, непосредственном проведении эксперимента, интерпретации и обобщении результатов.

Научные положения, выносимые на защиту

- Результаты систематических исследований электрохимических свойств полифенола госсипола, флавоноидов, дитерпеноида лагохилина на ряде электродов и их электрохимического модифицирования в различных средах.

- Установленные закономерности процессов адсорбции исследуемых соединений на различных электродных материалах.

- Электрохимические методы извлечения госсипола и лагохилина из растительного сырья.

- Экспериментальные зависимости степени конверсии исходного сырья и выхода целевых продуктов катодного восстановления госсипола, анодного окисления лагохилина и флавоноидов от материала элек-. трода, плотности тока, концентрации исходных реагентов.

- Разработанные технологии электрохимического извлечения природных соединений из сырья, электросинтез на их основе фармакологически активных соединений.

Публикация и апробация работы

По результатам выполненных исследований опубликовано в соавторстве 34 печатные работы, издана 1 монография, получено 1 авторское свидетельство СССР, 4 предпатента РК.

Основные положения и отдельные этапы диссертации докладывались на международных, всесоюзных, республиканских конференциях: 1Х-ом совещании по полярографии (Усть-Каменогорск, 1990); 11-ом региональном совещании республик Средней Азии и Казахстана по химическим реактивам (Уфа, 1990); Х11-ом Всесоюзном совещании ЭХОС «Новости ЭХОС» (Москва, Караганда, 1990); Всесоюзной конференции молодых ученых по экстракции (Донецк, 1990); 1-ой Республиканской конференции молодых ученых «Разработка теоретических основ и соз-

дание ресурсосберегающих экологически чистых методов и материалов» (Алматы, 1991); Всесоюзной конференции «Интенсификация и внедрение безотходных технологий и оборудования» (Волгоград, 1991); 1-ой Теоретической и научно-технической учебно-методической конференции «Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования» (КазХТИ, Шымхент, 1993); ХХХУ1-ой научно-технической конференции «Проблемы, перспективы и направления развития науки и техники», (КазХТИ, Шымкент, 1996); Международной конференции '«Перспективные направления развития химии и химических технологий» посвященной 70-летию акад. Б.А.Жубанова, (ЮКГУ, Шымкент, 1999).

Работа доложена и обсуждена в 1998г. на объединенном семинаре кафедры Технологии электрохимических производств и биотехнологии ЮКГУ им.М.Ауэзова с приглашением ведущих ученых Казахстана.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 269 страницах, включает 99 рисунков, список использованных источников.212 ссылок, приложение 79 страниц, 43 таблицы.

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность работы.

Первая глава представляет собой литературную аннотацию современного состояния существующих методов получения госсипола, ла-гохилина, природных флавоноидов. Рассмотрены вопросы физических и химических свойств, а также фармакологической активности исследуемых веществ и сделаны выводы из обзора литературных данных.

Во второй главе приведены методики проведения электрохимических измерений. Обоснован выбор методов исследования,, электролизеры, электроды и методики их подготовки, а также методики качественного и количественного анализа исследуемых соединений.

В третьей главе приведены результаты исследования адсорбции исходных соединений на различных электродных материалах. Показаны области адсорбции госсипола и лагохилина в различных системах. Установлено, что адсорбируемость флавоноидов на различных электродных материалах определяется строением их молекул.

В четвертой главе приведены анодные и катодные процессы, протекающие с участием госсипола, флавоноидов и лагохилина на различных электродных материалах и в различных электролитах. Сделаны выводы о природе электродной поляризации и механизме электродных процессов. Предложены схемы предполагаемых реакций на электроде.

В пятой главе представлены результаты оптимизации процессов

электрохимической экстракции госсипола из семян хлопчатника, элек-тротроочистки технического госсипола в водноэтанольной и водноще-лочной средах. Изложены данные по электроэкстракции лагохилина из растительного сырья в воднощелочной и воднометанольной средах. Показаны зависимости выхода целевых веществ от основных факторов электролиза.

В шестой главе на основании полученных результатов квантовохи-мических расчетов электронных структур молекул исходных веществ, а также результатов поляризационных и адсорбционных измерений спрогнозированы схемы протекания электродных реакций, результаты препаративного электросинтеза на основе флавоноидов: метоксипроиз-водных, димеров, продуктов окислительного сочетания на основе флавоноидов и алкалоидов. Показаны результаты электросинтеза на основе госсипола и лагохилина в различных условиях. Установлены структурные формулы полученных продуктов электросинтеза, на основании УФ-, ИК- и ПМР- спектроскопии приведены их спектральные характеристики.

В заключительной части диссертации приведены краткая аннотация полученных результатов и выводы.

В приложении к диссертации приведены акты внедрения разработанных технологий в производство, акты внедрения в учебный процесс, акты испытания в условиях производства, результаты медико-биологических испытаний, а также лабораторно-технологическне регламенты разработанных технологий.

Содержание работы Выбор методов для проведения исследований

В данной работе для исследования механизма и кинетики окисления и восстановления исследуемых соединений, изучения электрохимических характеристик применяемых систем, а также для разработки оптимальных условий электроэкстракции и электросинтеза применялись следующие методы: полярография, вольтамперометрия на стационарных и вращающихся микроэлектродах в гальваностатическом и по-тенциодинамическом режимах; снятие кривых "ток-время" и "потенциал-время"; измерение емкости двойного электрического слоя (ДЭС). ■

Препаративный электролиз проводился в электролизерах объемом от 20 до 50 дм3, снабженных системами охлаждения! Для проведения процессов электрохимической очистки технического госсипола использовались двух- и трехкамерный электролизеры, снабженные пористыми

мембранами. Электроэкстракция госсипола и лагохилина осуществлялась в прямоугольной ячейке, снабженной электродами. Электродные материалы подбирались индивидуально для каждого случая. Для электросинтеза использовались электроды из платины, стеклоуглерода (СУ-30, СУ-9), ртути, стали (Ст.З), графита (Т-2), двуокиси свинца и ОРТА в растворах метанола, ацетонитрила, нитрометаиа в присутствии электропроводящих добавок Н28 04, ИаСЮл, 1лСЮ4, ЫН4Вг, КОН, НаОН.

Для разделения и анализа веществ применялись методы тонкослойной хроматографии. Качественный и количественный анализ госсипола и продуктов электросинтеза проводился весовым и объемным, а также полярографическим и спектрофотометрическим методами. Лаго-хилин определялся качественно тонкослойной хроматографией, количественно - весовым методом. Флавоноиды определялись спектрофотометрическим и пирометрическим способами. При определении госсипола и флавоноидов использовалась также газожидкостная хроматография.

Для идентификации продуктов электросинтеза, кроме определения физико-химических свойств, использовались методы УФ- ИК- и ПМР-спектроскопии.

Квантово-химические расчеты электронных структур молекул исследуемых соединений проводились методом частичного пренебрежения дифференциальным перекрыванием (МЧДП).

Электрохимические свойства исходных веществ, адсорбция и механизм их превращения

Адсорбция исходных соединений , а также продуктов их превращений на используемых электродных материалах зависит от потенциала электрода и оказывает существенное влияние на кинетику и механизм электродных процессов. При этом необходимо учитывать также возможное взаимодействие фонового электролита с молекулами исходных соединений.

Применение мостовой схемы при измерении дифференциальной емкости двойного электрического слоя позволило определить наиболее важные параметры адсорбции, необходимые для теоретического обоснования и оптимизации процесса препаративного электросинтеза: наличие или отсутствие адсорбции, области потенциалов адсорбции, при необходимости и ее кинетику, связь адсорбции со строением исследуемых соединений. В работе приведены, в основном, данные по тем растворителям, электролитам и электродам, которые выбраны в качестве оптимальных для электросинтеза.

Адсорбция госсипола

И

Изучение адсорбции госсипола проводилось при частоте переменного тока £ = 4000 Гц. Снижение емкости ртутного электрода в присутствии госсипола (рисунок 1) в интервале потенциалов 0-1,5 В свидетельствует об адсорбции госсипола в этих условиях, причем увеличение емкости при потенциалах, более отрицательных, чем Е = -1,5 В, связано, вероятно, с протеканием электрохимической реакции восстановления госсипола, а не с десорбцией его молекул с поверхности, так как не наблюдается четко выраженных пиков десорбции. В области низких концентраций адсорбция подчиняется изотерме Фрумкина с аттракционной постоянной, равной 1,1 (рисунок 2). При более высоких концентрациях опытная изотерма (зависимость степени заполнения 0 от концентрации) располагается ниже теоретической, рассчитанной по уравнению Фрумкина. Таким образом, при потенциалах Е = -1,5 В и, вероятно, более отрицательных, чем Е = -1,5 В госсипол асдорбируется на поверхности ртутного электрода и вступает в реакцию электрохимического восстановления.

Установить факт адсорбции на платиновом электроде таким же методом не представлялось возможным, так как уже при потенциалах Е = -0,1+0,2 В на электроде начинает выделяться водород, что резко повышает емкость электрода и значительно снижает воспроизводимость измерений.

Адсорбция флавоноидов

Исследование адсорбции флавоноидов апигенина, лютеолина, кемпферола, (+)катехина, кверцетина, мирицетина и рамнетина проводилось на анодах из платины, стеклоуглерода, двуокиси свинца и ОРТА в метаноле, ацетонитриле, нитрометане в присутствии НгБО^, ЫаС104, ИКЦВг и КОН в качестве электропроводящих добавок. Исследовалась анодная область потенциалов, так как впоследствии эти фла-воноиды подвергались электрохимическому модифицированию путем анодного окисления.

Для платинового и стеклографитового анода во всех случаях наблюдается заметное снижение емкости от частоты переменного тока (рисунок 3), в связи с чем впоследствии при измерениях использовалась частота Г = 100 кГц , при которой значение емкости остается постоянной.

Снижение емкости электрода при введении кверцетина в концентрациях 10"6 - 10 А М в метанольный раствор 0,1М Нг504 происходит в

области потенциалов Еа = 0,7 -4- 1,4 В и свидетельствует об его адсорбции. Флавоноид кверцетин как бы вклинивается между поверхностью платинового электрода и внешней обкладкой ДЭС, раздвигая последнюю и уменьшая емкость ДЭС. Предполагается, что молекулы кверце-тина, имеющие дипольный момент, ориентированы на поверхности металла отрицательными концами (ОН - группа) наружу.

Было установлено, что адсорбция флавоноидов, независимо от их строения, протекает замедленно во времени и лимитируется стадией хе-мосорбции. С увеличением объемной концентрации флавоноидов скорость адсорбции растет. Зависимость степени заполнения поверхности электрода адсорбированными флавоноидами при всех изученных областях потенциалов и концентрациях имеет линейный характер, что характерно для адсорбции на равномерно-неоднородной поверхности, каковой является поверхность платинового электрода.

Однозначных выводов о составе и строении хемосорбированных частиц сделать нельзя, однако факт, что электроокисление хемосорбированных частиц приводит к полному освобождению поверхности Р1 электрода позволяет предположить, что имеет место глубокое окисление до углекислого газа и воды (общее число электронов на одну молекулу достигает 80-95). Сделано предположение, что кольца молекул располагаются на поверхности электрода плоско.

По полученным результатам сделан вывод о том, что исследуемые флавоноиды адсорбируются на поверхности платинового электрода в области потенциалов 0,4 т 1,2 В, а взаимодействие с электродом происходит тс - электронами бензольных колец флавоноидов. Изменение распределения плотности электронов, вызванное заместителями в молекуле флавоноида, изменяет их адсорбционную способность.

Прослеживаются зависимости: чем больше ОН" групп входит в состав молекулы, тем ниже адсорбируемость, например, адсорбируе-мость располагается в ряд апигенин > кемпферол и лютеолин > кверцетин > мирицетин ; наличие -СН3 группы вместо ОН" группы снижает адсорбируемость, например, адсорбируемость кверцетина больше, чем рамнетина; отсутствие =С=0 группы повышает адсобируемость; независимо от наличия тех или иных заместителей увеличение молекулярной массы вызывает снижение адсорбируемости.

По данным результатов препаративного электросинтеза было установлено, что метоксилирование эффективнее всего проводить в присутствии ионов Вг " в метаноле, димеризацию - с ионами Вг' в метаноле и ионами СЮ/ в нитрометане, шдроксилирование - с ионами Вг" в метаноле для кверцетина и СЮ/ для лютеолина, рамнетина и мирице-тина.

Другие анионы (БО^"; Р "; СИ"; С1"; N03 0 при электросинтезе не обеспечивали высокого выхода целевых веществ. При исследовании совместной адсорбции анионов, метанола и флавоноидов на платиновом электроде было выявлено, что если в фоновый раствор, содержащий 1 М НгБО* и 0,1 М СН3ОН вводить анионы, то заполнение поверхности ими практически не зависит от присутствия метанола и флавоноидов в растворе (рисунок 4а, кривые 1-4) и подчиняется изотерме Темки-на, а величины а и Г (фактор неоднородности поверхности) не меняются в пределах ошибки опыта. При более низких концентрациях анионов (<10"3 Ш) адсорбция органического субстрата уже конкурирует с адсорбцией анионов, но такие значения концентраций не представляют интереса с точки зрения препаративного электросинтеза.

Область потенциалов адсорбции анионов колеблется в довольно широких пределах (от 0 до 1-1,2 В), при более положительных потенциалах многие из них начинают окисляться. Заполнение поверхности 14 электрода метанолом при Е = 0,5 В (рксунок 46, кривые 1,2) и флаво-ноидами при Е = 1,0 В (рисунок 46, кривые 3,5) зависит от природы аниона: в присутствии ионов брома 8; почти линейно падает с ростом логарифма концентрации анионов и пр^ концентрации последних 10'3 -10"2 М достигает 0 (кривые 1,5). В присутствии С10~4 б также снижается, но гораздо медленнее и его минимальное значение равно 0,48 - для метанола , 0,41- для кверцетина, 0,25-Для апигенина, 0,12- для мирице-тина.

Исследована также адсорбция флавоноидов на стеклоуглероде СУ-30, РЮ2 и ОРТА из растворов вышеописанного состава. Показано, что основные закономерности влияния строения флавоноидов на их адсорбционные параметры, выявленные для Рг электрода, сохраняются и для СУ-30,РЬ02 и ОРТА.

Однако имеются различия, обусловленные материалом электрода. По величине бт« и к т электроды располагаются в ряд: ОРТА>Р1 >СУ-30>РЮ2.

Потенциал максимума адсорбции! смещается от 0,90 0,98В на стеклоуглероде (СУ-30) до 1,03-1,15 Вна ОРТА. Несмотря на хорошую адсорбируемость флавоноидов на ОРТА и СУ-30, выход большинства производных на платине все же выше, что связано, вероятно, с ее высокими электрокаталитическими свойствами,

Для неводных растворителей, используемых для ряда препаративных синтезов, была изучена адсорбция флавоноидов в ацетонитриле и нитрометане при частоте переменного тока 400 Гц. Кривые С-Е значительно отличаются от зависимостей, порученных для водных растворов: емкость ДЭС И электрода мало зависит от потенциала и имеет невысо-

кие значения, что, по-видимому, связано с отсутствием в этих средах адсорбированного водорода и кислорода. Возрастание емкости в присутствии флавоноидов выражено достаточно четко, но практически не зависит от строения флавоноидов, а зависит только от их концентра; ции.Увеличение емкости при Е > 1,4В может быть вызвано окислением молекул флавоноидов.

Адсорбция лагохилина

Исследования проводились в воднощелочной и воднометанольной средах. Лагохилин в растворе 0,1 М ЫаОН приводит к росту емкости ДЭС платинового электрода в области потенциалов Е = 0,4 1,2 В с последующим снижением ее при Е > 1,4 В. Псевдоемкость при этих значениях потенциалов вызвана окислением молекул субстрата с передачей электронов на электроде. В воднометанольных растворах 0,1 М Нг Б04 и 0,1 М ЫаОН лагохилин приводит к снижению емкости ДЭС, что связано с адсорбцией его на платине и при Е = 1,4 В наблюдается рост емкости.

Максимум адсорбции в кислой и щелочной средах находится при потенциалах Е = 0,7-1,3 В, а сама адсорбция удовлетворительно описывается изотермой Темкииа для равномерно неоднородной поверхности.

Анодные процессы Электрохимическое поведение госсипола

Исследование электрохимических свойств госсипола проводилось в воднощелочной и водноэтанольных средах, так как в этих средах госси-пол впоследствии подвергался электролизу. Электроэкстракция и электроочистка госсипола проводились в воднощелочной и водноэтаноль-ном, электровосстановление - в водно-щелочном растворах.

В анодной области потенциалов в растворе 0,25 М ИаОН на графитовом электроде госсипол проявлял активность при Е = 0,6-=-1,2. Зависимость между анодным током окисления и концентрацией госсипола сохраняется в диапазоне 10~3-И0~2 М. Аналогичные зависимости были получены и на платиновом аноде.

В этанольном растворе 0,5 М НС1 была обнаружена волна электроокисления госсипола при потенциалах анода Е = 0,6 -ь 1,5 В. причем с увеличением концентрации деполяризатора от 2-Ю"3 до 5-10"3 М волна окисления фонового электролита смещалась в область менее положительных значений потенциалов на 0,2 В.

Электрохимическое поведение флавонондов 15

При измерениях с участием природных флавоноидов была установлена четкая закономерность: чем положительнее устанавливается потенциал анода при данной плотности тока в соответствующей системе, тем более эффективно протекают все окислительные процессы (гидро-ксилирование, метоксилирование, димеризация). Данные о величине поляризации платинового анода в некоторых системах приведены в таблице 1. После оптимизации были выбраны три основных среды: мета-нол+0,1 М Ш4ВГ, метанол +0,1 М1ЛСЮ4 и нитрометан+0,3 М 1ЛС104, в которых и проведена основная серия поляризационных измерений, впоследствии и электросинтеза.

Флавоноиды в метанольном растворе 0,1 М 1лС104 на стационарном платиновом аноде дают одну неотчетливую, на вращающемся - две достаточно различимые волны окисления.

В шпрометане флавоноиды ведут себя следующим образом: при потенциалах анода выше 0,9 -V 1,0 В наблюдается эффект деполяризации и появляются волны с менее отчетливо выраженной площадкой предельного тока, значения тока мало отличаются от метанольных сред. На вращающемся электроде фиксируется только одна волна, а не две, как в метаноле.

На форму волн в метанольном растворе 0,1 М 1лС1С>4 значительное влияние оказывает рН раствора; с повышением рН раствора Е % для первой волны уменьшается, Е </, второй волны смещается в область более положительных значений и при рН=8 вторая волна сливается с фоновой кривой. Число электронов, рассчитанное для волн окисления всех исходных флавоноидов в кислой, нейтральной и щелочной средах, составляет примерно два: каждой волне соответствует приблизительно один электрон. С увеличением концентрации флавоноидов потенциалы полуволн смещаются в область положительных значений и при С > 10"2 М волны сливаются в одну двухэлектронную. Волны необратимы. Зависимость высот волн окисления флавоноидов при их концентрации ниже Ю-3 М от скорости вращения платинового электрода при малых скоростях вращения (п < 300 об/мин) линейна, форма зависимости при высоких скоростях вращения электрода характерна для смешанного диффузионно-кинетического контроля.

Изменение во времени предельного тока диффузии при окислении флавоноидов в метанольном растворе 0,1 М1лСЮ4 на платиновом аноде заметно происходит в течение 20 минут для первой волны окисления лютеолина, кемпферола, катехина и рамнетина. Деполяризация РГ анода в растворе вышеописанного состава в присутствии флавоноидов проис-

ходит с ростом температуры. Применение температурно-кинетического метода для анализа полученных результатов затруднено вследствие одновременного протекания на Рг аподе при Е = 0,8+1,6 В нескольких параллельных реакций: окисление метанола, флавоноидов, выделение кислорода.

В системе (метанол + бромистый аммоний) основной электродной реакцией на платиновом аноде следует считать окисление ионов брома, которые дают пик окисления при Е = 0,9 В. Параллельно происходит адсорбция и окисление метанола. При этом образование метокси-радикалов происходит как путем непосредственного окисления метанола на аноде, так и при взаимодействии адсорбированных молекул метанола с генерируемыми на аноде бром-радикалами.

Флавоноиды в метанольном растворе при концентрациях Ю^-г-КГ3 М вызывают торможение процесса окисления фонового электролита в диапазоне потенциалов Е = 0,8+1,2. Эти данные свидетельствуют о том, что в метанольном растворе 0,1 М МП(Вг происходит адсорбция флавоноидов при указанных концентрациях, что и вызывает торможение суммарной электродной реакции окисления метанола и брома

Электрохимическое поведение лагохилина, соласодипа и глауцина

Электрохимические свойства лагохилина исследовались в водных растворах ОД М №ОН, а также в метанольном растворе 0,1 М ЫаОН на платиновом и графитовом анодах. При концентрации лагохилина, равной 104 М, анодный ток окисления практически перестает зависеть от числа оборотов графитового электрода и диффузионные ограничения сводятся к минимуму. Число электронов, рассчитанное из уравнения Левича составило для первой волны 1,95, соответственно для второй волны - 2,03.

Ввиду низкой растворимости лагохилина в водно-щелочной среде (<10"3 М) практический интерес представляют поляризационные измерения, проведенные в метанольном растворе ОД М КаОН. При анодной поляризации метанольные растворц логохилина дают две отчетливые волны окисления на И аноде при, Еа = 0,6 + 1,2 В, на графите - одну волну при Еа = 1,0 В и при Еа > 1,4 В наблюдается ингибирование тока окисления.

Соласодин исследовался на платиновом аноде в метанольных растворах Н2804 и МКЦВг. Было установлено, что в 1 М растворе Н2504 введение солассщина в раствор фона вызывает уменьшение анодного тока окисления метанола при Е =1,2 В. Ингибирование процесса связано с

адсорбцией молекул соласодина на поверхности платины. Деполяризация платинового анода при Е > 1,2 В связана с непосредственным окислением соласодина на электроде. Число электронов, найденное в абсолютном ацетонитриле на фоне 0,1 М ЫаСЮ4, равно одному.

Предварительно было установлено положительное влияние ионов брома на выход целевых продуктов, в связи с чем представляло интерес исследование процесса окисления соласодина в метаноле в присутствии КН., В г. В области потенциалов 0,9-1,3 В наблюдается плато постоянного тока, высота которого зависит от концентрации №1}Вг. Восходящая ветвь кривой связана с окислением Вг ' - ионов, адсорбированных на поверхности платинового анода. Наблюдающаяся при более высоких потенциалах задержка тока связана с медленным отводом продуктов реакции с поверхности электрода, образующихся при взаимодействии радикалов брома е соласодином. При более положительных потенциалах начинается окисление соласодина.

Глауцин также исследовался в метанольных растворах Н2804 и КН4Вг. Измерения показали невысокую его электрохимическую активность в области потенциалов до начала выделения кислорода в обоих электролитах. При потенциалах выше 1,4 -1,5 В наблюдается деполяризация платинового анода, вызванная, вероятно, непосредственным окислением глауцина. Кроме того, не исключена возможность его химического окисления адсорбированным кислородом, а также последующая адсорбция продуктов окисления.

Катодные процессы

Катодные процессы были исследованы только для госснпола, так как стояла задача электровосстановления его на катоде.

Было установлено, что в растворе 0,25 М ИаОН госсипол в присутствии гидросульфита натрия дает волну электровосстановления с Е\п — -1,24 В. При концентрациях госсипола до С = 1,6 • 10 "2 М существует прямопропорциональная зависимость предельного тока диффузии от концентрации субстрата. Предполагается, что обнаруженная первая волна отвечает присоединению электронов к каждому непротонирован-ному карбонилу с образованием анион-радикала (найденное число электронов составило 1,95е « 2е). При более отрицательных потенциалах (Е > -1,8 В) происходит дальнейшее двухэлектронное восстановление анион-радикала, однако соответствующая волна электровосстановления перекрывается током разряда фона и поэтому на полярограмме не фиксируется.

При аналогичных условиях такие же свойства проявляет и графито-

вый катод. Госсипол в растворе 0,25 М ЫаОН приводит к поляризации катодов из платины, стали и меди. В связи с этим данные катоды в препаративной части использовались для электроэкстракции и практически на них не наблюдалось электровосстановления исходного вещества.

Выделение госсипола в ходе переработки семян хлопчатника .

Из-за отсутствия совершенной технологии до настоящего времени в Республике при переработке семян хлопчатника госсипол из них не выделялся. Повседневная практика маслоперерабатывающих заводов показывает, что госсипол из семян практически трудноудаляем. В ряде случаев его извлекают действием диэтилового эфира, ацетона, а также ан-траниловой (п-аминобензойной) кислоты. Однако учитывая, что сырье после извлечения госсипола поступает на дальнейшую переработку с целью получения пищевого масла, данные методы довольно трудно реализуемы на практике.

В воднощелочной среде, как это следует из поляризационных измерений, госсипол легко окисляется на используемом при элекгроэкстрак-ции графитовом аноде, поэтому с целью исключения потерь целевого продукта на электроде последний снабжался хлорвиниловой диафрагмой. В качестве катода была выбрана сталь, так как на стальном катоде госсипол практически не восстанавливался. Напряжение на ванне является одним из основных факторов, оказывающих влияние на выход и степень извлечения целевого вещества из обезжиренных и измельченных ядер семян хлопчатника. При этом градиент потенциала на электродах измерялся с помощью платиновых зондов.

Механизм электроэкстракции госсипола заключается в следующем. Гидроксильные группы нафтильного фрагмента, согласно распределению электронной плотности на атомах, являются наиболее реакционноспособными центрами. Смещение электронной плотности наиболее выражено при атомах углерода С7 и С7' нафтильного фрагмента. Вследствие этого ОН" группы при С7 и С7' придают молекуле слабокислые свойства. Если допустить, что молекула госсипола в сырье в целом имеет частичный отрицательный заряд по вышеназванным углеродным атомам, то при наложении электрического поля напряженностью 1,5-2,0 В/см госсипол элекгромигрирует к аноду.

После отделения твердого сырья от раствора по окончании электролиза госсипол из раствора 0,1 М ЫаОН осаждается действием 0,2 М раствора серной кислоты при рН = 4-5. Госсипол после отделения от жирных кислот бензиновой экстракцией сушится и поступает на дальнейшую очистку.

При практической оценке полноты извлечения целевого вещества использовались следующие характеристики: степень извлечения СЕ„ которая представляет собой отношение количества госсипола, перешедшего в раствор, к его количеству в исходном сырье, а также коэффициент разделения Кр, который показывает, во сколько раз отношение концентрации извлекаемых компонентов в экстракте больше такого же отношения в рафинате.

Зависимости Се и Кр от напряженности электрического поля при электроэкстракции госсипола представлены в таблице 2.

Электрохимическая очистка технического госсипола

Технический госсипол, используемый в работе в качестве сырья с целью очистки и получения продукта высокой чистоты для фармацевтических целей, является сложной по составу смесью различных компонентов хлопкового масла. В состав технического госсипола входят жирные кислоты - 15-20%, сложные эфиры жирных кислот (так называемые фосфатиды) -24-12%, продукты частичного гидролиза жирных кислот в виде эфиров глицерина (глицериды) - 4-6%, продукты химического превращения госсипола - соединения, образующиеся конденсацией альдегидной группы госсипола с белками, фосфопротеиды - 4-6%, фосфолипиды и различные полифенолыше соединения.

Электроочистка технического госсипола проводилась в трехкамер-ной электролизной ячейке с использованием электродов из стеклоугле-рода или графита, катодная и средняя камеры отделялись мембранами.

Электролиз проводился в водном 0,2 М растворе NaOH при оптимальной напряженности 3,5+4,0 В/см. При электрохимической очистке технического госсипола в органических средах наиболее эффективным было использование этанольного раствора 0,5 М HCl. Во избежание потерь госсипола при проведении процесса в этанольной среде, последний по окончании электролиза переводится в натриевую соль с последующим его осаждением при pH = 4 + 5. Этанол регенерируется.

При выборе мембран удовлетворительные результаты были достигнуты в случае использования мембран "Владипор", предназначенных для очистки растворов лекарственных препаратов от микроорганизмов и механических примесей, в частности, для стерильной фильтрации лекарственных препаратов в медицинской промышленности, с диаметром пор от 0,95 до 1,2 мкм. Удовлетворительные результаты, были достигнуты при использовании целлофановых мембран, предварительно выдер-

M/OTTTTt-TV о пптта тз TAüAtnift Troi/v тхэг>Луо Ггтаоилв -WAÄnDQxJwo rmorf't.fm'rrro,.

№WkiПХЗх^х иг и 1ц> iwt Itiw (S'-'J '*• A riuwuwv A j/vs/Wi^ui 1U/iu;

мое к мембранам — это избирательная проводимость через них только

сопутствующих примесей технического госсипола.

Эффективность очистки технического госсипола оценивалась величиной степени очистки, которая представляет собой отношение содержания госсипола в очищенном продукте к исходному его содержанию. При электроочистке госсипола с содержанием основного вещества 20%, максимальная степень очистки равна 5.

При электрохимической очистке технического госсипола степень очистки в водноэтанольной среде составляет 3,8, в водной среде она не превышает значения 3,1.

Электрохимическая экстракция лагохилина

Использование силовых полей (ультразвук, электромагнитное, электрическое) в целом повышает степень извлечения целевых веществ при экстракции их из растительного сырья. Поскольку, как было показано выше, лагохилин электрохимически активен в анодной области потенциалов, то при наложении электрического поля степень извлечения его повышалась как в воднощелочной, так и в воднометанольной средах.

Электроэкстракция лагохилина в воднометанольной среде осуществлялась следующим образом. Молотое сырье - растите "лагохи-лус" перемешивалось в метанольном растворе 0,1 М КаОН и загружалось в электролизер с графитовым анодом и никелевым катодом. По окончании электроэкстракции растворитель отгонялся, кристаллы лагохилина идентифицировались с использованием хроматографии в тонком слое, содержащем сорбент марки ЛС-5/40 М, элюент- эфир: метанол -15:1. Продукте Ш" = 0,33 имел температуру плавления 115-117°С . Выход целевого вещества составил 65-67%..

При электроэкстракции лагохилина в водной среде использовался 0,1 М раствор ЫаОН и те же электроды, что и в метанольной среде. Напряженность электрического поля варьировалась в интервале 0,5 - 10,0 В/см. По окончании процесса шрот отделялся, из воднощелочного раствора. Лагохилин отделялся эфирной вытяжкой. Выход лагохилина составил 50 - 55% от содержания его в сырье.

Препаративный электросинтез

При прогнозировании и объяснении механизмов электродных процессов с участием исследуемых исходных соединений были применены полученные результаты квантово-химических расчетов электронных структур их молекул.

Для однозначного толкования процессов электродных реакций с

участием исходных флавоноидов на моделях молекул кверцетина и ми-рицетина были произведены расчеты по методу МЧДП, хорошо зарекомендовавшем себя при расчетах кислородсодержащих природных органических соединений. Были подсчитаны значения распределения зарядов и порядки связей на молекулах.

Исходя из электронного строения молекул кверцетина следует, что наибольшее сосредоточение положительных и отрицательных зарядов приходится на карбонильную и гидроксильные группы, соответственно. Наиболее сильный нуклеофильный центр приходится на атом кислорода карбонильной группы в положении С4. Далее по убыванию нукле-фильности идут атомы кислорода гидроксильных групп в положении С5 и С7 кольца А. Молекула мирицетина более стабильна, чем молекула кверцетина, т.е. мирицетин труднее окисляется, чем кверцетин .

Электрохимическое мегоксплирование флавоноидов

Известно, что алкоксильные группы при введении их в исходную молекулу обычно снижают токсичность и увеличивают время действия лекарств, а также придают молекуле седативную и гипотензивную активность. В данной работе была предпринята попытка разработать эффективные электрохимические способы синтеза метоксипроизводных природных флавоноидов - апигенина, лютеолина, кемпферола, (+)катехина,. кверцетина, мирицетина и рамнетина, а также установить связь их строения с механизмом метокислирования, выходом основных веществ и биологической активностью полученных соединений.

. Сложность процесса получения метоксипроизводных объясняется высокой электрохимической активностью исследуемых соединений и их способностью вступать одновременно в реакции окисления, димери-зации и гидроксилирования, причем в разных положениях, с образованием нескольких продуктов. Провести необходимый синтез с высокой селективностью возможно только при тщательном изучении влияния всех факторов на реакцию электрохимического метоксилирования и используя данные емкостных и вольтамперных измерений.

На выход продуктов метоксилирования значительное влияние оказывает природа аниона. Было исследовано влияние на процесс электрохимического метоксилирования следующих солей: ЫЩ7, МН4Вг, 1лС104, №С104, ИаСЫ, КОН, Ж^СЬ Наибольший выход метоксипроизводных наблюдается при использовании добавок НН4Вг для всех соединений на аноде из гладкой платины (45-96%) и стеклоуглерода С-30 (39-91%)

В литературе практически отсутствуют данные о влиянии темпера-

туры и скорости перемешивания на процесс метоксилирования. В связи со сложностью механизма анодных превращений флавоноидов и необходимостью получения максимально высоких выходов для метокси-производных представляло интерес исследовать влияние и этих факторов. Полученные результаты показали, что изменение температуры в целом незначительно влияет на выход продуктов метоксилирования. При препаративном электросинтезе для всех соединений поддерживалась температура 30°С.

С повышением скорости вращения мешалки (п) от 50-400 об/мин до 800-1000 об/мин выход по веществу (ВВ) метоксипроизводных снижается. Изменение гидродинамических условий при увеличении скорости вращения мешалки приводит к повышению выхода димерных продуктов , а для мирицетина, рамнетина, кверцетина значительно возрастает количество смолообразных продуктов деструктивного окисления, которые в условиях интенсивного перемешивания удаляются с поверхности анода в электролит, повышая вязкость последнего.

При плотностях тока ниже 0,03 А/см2 ВВ всех продуктов электросинтеза снижается, в этих условиях наряду с метоксипроизводными образуются димерные продукты. При плотностях тока 0,06 А/см2 наблюдается увеличение выхода продуктов деструктивного окисления и смолообразных продуктов электролиза (таблица 3).

На выход продуктов и селективность процесса значительное влияние оказывает концентрация исходного вещества (субстрата), при ее увеличении выше 0,005 М наблюдается заметное снижение ВВ метоксипроизводных с одновременным увеличением количества димерных продуктов; количество смолообразных продуктов при этом существенно не меняется. Применение более низких концентраций субстрата нецелесообразно по технологическим и экономическим соображениям.

Такая же экстремальная зависимость наблюдается при изменении концентрации бромистого аммония. При концентрациях ЫЬЦЗг ниже 0,05 М снижается электропроводность раствора, в результате чего идет его разогрев, требуется охлаждение, что усложняет конструкцию электролизера. В качестве побочных продуктов, в основном, образуются смолообразные. При концентрациях №£|Вг выше 0,1 М в продуктах электролиза возрастает количество димерных производных. Оптимальной при электросинтезе является концентрация ЫН+Вг, равная 0,05 М.

Наиболее оптимальным количеством электричества при метоксили-ровании является <3 = 120% от Отгар.

Электрохимическая димеризация флавоноидов ¿3

Основываясь на том, что соединение ароматических колец в полициклическую систему усиливает фармакологическое действие исходных продуктов, а также учитывая данные медико-биологических испытаний, подобраны условия для электросинтеза с максимальной селективностью процесса выхода димерных продуктов вышеперечисленных исходных флавоноидов. При электрохимической димеризации флавоноидов только в случае использования в качестве исходных веществ мирицетина, рамнетина, кверцетина и лютеолина были получены удовлетворительные результаты. Сложность при этом заключается в низкой селективности процесса, так как довольно трудно выделить один продукт с высоким выходом в связи с тем, что образуются димеры разного строения, полимеры, метокси- и гидроксипроизводные. Был исследован широкий спектр растворителей, в которых исходные флавоноиды растворяются в необходимой степени.

Было установлено, что достаточно селективно процесс димеризации протекает только в метаноле и нитрометане, где В В составляет от 28 до 65%. При этом, как и в случае метоксилирования, наиболее высокие выходы получаются на гладкой платине, что может быть связано с ее высокой каталитической активностью. Несколько ниже выходы на стек-лоуглероде (таблица 4).

Как было показано выше, выход димерных продуктов увеличивается с увеличением скорости вращения мешалки более 600 об/мин. Для объяснения этого факта было произведено измерение потенциала анода в ходе электролиза, который практически остается постоянным. Если же п < 500 об/мин, то вязкая пленка покрывает поверхность анода и потенциал его смещается , в сторону более положительных значений на 0,5-0,7 В в зависимости от плотности тока. Таким образом процессы димеризации при низких скоростях перемешивания раствора идут с меньшей эффективностью.

При электросинтезе димеров были использованы более низкие плотности тока, чем при метоксилировании. С увеличением плотности тока выход димерных продуктов проходит через максимум для мирицетина, лютеолина и кверцетина в метаноле и для кверцетина, рамнетина и лютеолина в нитрометане, а для рамнетина в метаноле и мирицетина в нитрометане монотонно снижается; при этом в метаноле с ростом анодной плотности тока количество метоксилированных димеров незначительно увеличивается (с 8-12 до 14-18%). Судя по полученным результатам, достичь более высокой селективности процесса получения диме-ра одного строения удается в нитрометане, так как в этом случае не идет

одновременно процесс метоксилирования (рисунок 5).

На основании экспериментальных данных, а также анализа конечных продуктов предложен следующий механизм (рисунок 6) анодных реакций метоксилирования и димеризации (на примере кемпферола).

Первоначально в метанольном растворе 1лС1С>4 при переносе одного электрона с адсорбированной молекулы флавоноида образуется кати: он-радикал при Е=1,0 +1,2 В (стадия Е, I). Образовавшийся катион-радикал обладает высокой химической активностью и вступает в быструю реакцию с ОН" ионами электролита. При этом отщепляется молекула воды и образуется свободный радикал (стадия С, II).

Дальнейшее превращение радикала зависит от условий электролиза: концентрации субстрата, состава электролита, плотности тока. При высоких плотностях тока, потенциалах анода (Е = 1,2 -5- 1,5 В) и низких концентрациях флавоноида наиболее вероятным является дальнейшее окисление радикала до катиона (вторая стадия Е, III), который присоединяет ОН" анион с образованием гидроксипроизводного (IV).

При высокой концентрации исходного вещества, а также низкой плотности тока, когда потенциал анода недостаточен для второй электрохимической стадии, становится возможным взаимодействие свободных радикалов с образованием димерных продуктов (V).

В присутствии метанола, который окисляется при Е = 0,8 +1,0 В, т.е. до начала второй электрохимической стадии, по прямому механизму с образованием СН30* или через Вг^ образуется метоксипроизводное. На фоне 0,1 М ЫН^Вг в метаноле основной электродной реакцией следует считать окисление Вг * ионов до Вг№, которые реагируют с молекулой СН3ОН с образованием радикала СН30":

Вг" -ё -»Вг'адс Вг адс + СН3ОН -> СН30*+НВг

Если потенциал анода достаточен для первой электрохимической стадии окисления флавоноида до радикала (Е* = 1,0 * 1,2 В), идет радикальное присоединение с образованием метоксипроизводного (VI). В противном случае, т.е. при Еа < 1,0 + 1,2 В радикал СН30' взаимодействует с исходной молекулой флавоноида с образованием продукта II.

Далее образование метоксипроизводных идет по вышеприведенной схеме.

Структурные формулы продуктов электрохимического метоксилирования и димеризации флавоноидов представлены на рисунках 7 и 8. Спектральные данные и физико-химические характеристики продуктов электролиза на основе флавоноидов представлены в таблицах 5, 6 и 7.

Электросинтез на основе флавоноидов и алкалоидов соласодина и глауцина

При электролизе был использован бездиафрагменный электролизер, снабженный текстолитовой крышкой, в которой предусмотрены отверстия для крепления электродов, мешалки и вывода газов.

Электросинтез сополимера кверцетин-5-0-соласодинид осуществлялся в воднометанольном растворе 0,05 М NH(Br , при условиях: i= 0,006 А/см2,

Q = 120% от Q теор. с использованием анода СУ-30 и медного катода.

Помимо всех прочих факторов выход целевого вещества в значительной степени зависит от соотношения концентраций исходных субстратов (таблица 8). Наибольший выход сополимера наблюдается при соотношении концентрации кверцитин: соласодин -1:1.

Электросинтез на основе флавоноидов и глауцина проводился в аналогичных условиях. В случае использования флавоноидов апигенина и кверцетина были получены высокие выходы целевых веществ, в связи с чем оптимизация процесса проводилась только для них. Для апигенина при плотности тока i = 10"3 и З-Ю"3 А/см2 ВВ для вещества апегинин-5-0-глауцинид составил 49 н- 75%.

При использовании кверцетина ВВ для вещества кверцетин-5-0-глауцинид составил 52*72% . Структурные формулы продуктов электросинтеза представлены на рисунке 9.

На ИК-спектрах полученных соединений обнаружены полосы поглощения в области 3650-3200 см"1, что соответствует валентным колебаниям гидроксильной группы. Полосы при частотах 1610-1620 см"1 дают характерное колебание двойной связи. Сохраняются полосы, расположенные в области частот 2850-2900 см "', которые принадлежат ме-токсигруппе, связанной с ароматическим ядром молекулы глауцина. Валентные колебания при частотах 1000-790 см."1 связаны с наличием = с - N= группы, которая также сохраняется в глауцине. Фенольные гидро-ксильные группы (флавоноидная часть) проявляются при частотах 3985-3650 см.

ПМР - спектр характеризуется наличием сдвигов, образуемых протонами групп -ОСНз (от 3,7 до 3,9 м.д.), группы Ar N - СН3 (2,8 - 3,3 м.д.), которые принадлежат молекуле глауцина. Все протоны при углеродных атомах флавоноидной части сохраняются.

Как следует из результатов исследований совместной адсорбции флавоноидов и алкалоидов, на платиновом аноде в области потенциалов 0,8-1,0 В адсорбируются преимущественно последние. Поэтому, несмотря на то, что при анодной поляризации достигаемая область потен-

циалов соответствует области электроокисления флавоноида, последний в электрохимическую реакцию не вступает, а прямому электроокислению подвергаются молекулы спирта и алкалоида. В то же время возможно образование и последующее превращение радикала флавоноида при атаке его радикалом СН30*.

На основании анализа результатов емкостных и вольтамперных измерений, а также данных по идентификации конечных продуктов электросинтеза общее направление анодного превращения исходных веществ можно представить следующим образом.

При потенциалах 0,8 - 1,0 В идет генерирование метоксирадикалов как непосредственным окислением метанола, так. и через радикалы брома, как было показано выше.

При потенциалах выше 1,2 В происходит непосредственное окисление адсорбированной молекулы соласодина с образованием радикала, в случае глауцина окисление происходит при потенциалах выше 1,4 В:

Соласодин

ССН}

Глауцин

Конечными продуктами в зависимости от условий проведения про-

цесса являются либо метоксипроизводные, образующиеся как через бромпроизводные, так и при взаимодействии с СНзО'^с, либо димеры алкалоида, либо сополимер на основе алкалоида и флавоноида.

Электровосстановление госсипола

С целью снижения токсичности и одновременного увеличения растворимости исходного госсипола последний подвергался электровосстановлению на графитовом и ртутном катодах, в результате чего был получен госсиполовый спирт (рисунок 10 с выходом по веществу 78-80% на графите и 86-88% на ртути.

При электролизе графитовый катод и анод из стеклоуглерода разделялись полихлорвиниловой диафрагмой. Раствор ОД М МаОН, предварительно освобожденный от кислорода добавлением гидросульфита натрия, одновременно являлся электропроводящей добавкой. Госсипол вводился в катодную камеру ячейки.

На ТСХ (8Лг1Й>1) в системе бензол-метанол проявляются пятна с Ш-= 0,46(продукт реакции) и 0,55(исходный госсипол).

В ИК-спектре полученного продукта сохраняются полосы (валентные колебания) при частотах 3300-3400 см которые указывают на наличие -СН2ОН группы в молекуле. Полосы при 3600-3650 см и 12001000 см обусловлены колебаниями соответственно гидроксильных и карбонильных групп.

Данные спектра ЯМР1 Н в хлороформе характеризуются следующими резонансными линиями: синглет при 11,2 м.д., принадлежащий карбонилу при С|2, практически отсутствует. Сигналы химических сдвигов при 0,8 и 1,2 м.д. принадлежат гидроксилу спиртовой группы при С]2 , а сигналы при 6,3 и 7,2 приписываются метальным группам при Сз и Си.

Полярографическим методом было найдено, что в продукте электровосстановления нативного госсипола остается не более 3-5%.

При использовании ртутного катода выход по веществу несколько выше (на 8-10%), чем на графите, однако в силу ряда соображений предпочтение все же отдается графитовому катоду.

Электросинтез на основе лагохилина

Известно, что введение карбоксильной группы в исходную молекулу усиливает биологическую активность и снижает токсичность. С целью повышения биологической активности лагохилина было осуществлено селективное электроокисление его спиртовых групп до карбок-

28

сильных.

Электросинтез дикарбоновой кислоты лагохилина проводился с использованием анода из платиновой сетки и катода из никелевой фольги в метанольном растворе 0,6 М гидроксида натрия. Целевой продукт после нейтрализации серной кислотой экстрагировался хлороформом. Полученная кислота на ТСХ в системе этилацетат : метанол (4:1) давала два характерных пятна с ИГ = 0,33 (лагохилин) и КГ = 0,25 (продукт). Для разделения продуктов электролиза использовалась нисходящая колоночная хроматография.

В ИК-спектре полученной кислоты сохраняются полосы поглощения при 3650-2800 см *' , что соответствует валентным колебаниям атомов водорода, присоединенным к атомам кислорода и углерода, т.е. Н -О и Н - С. Полосы при частотах 2890-2940 смсответствуют колебаниям групп СНг-С. Обнаружены также полосы поглощения, которые не присутствуют в спектре молекулы исходного лагохилина (1700-1750см" '). Указанные полосы соответствуют колебаниям карбонильной группы > С = О, по месту первоначальных спиртовых групп.

В ЯМР- спектре (\VM-400, Вгикег) обнаружен синглет протонов карбонильной группы, дающих химический сдвиг от 10,6 до 11,8 м.д. (ТМС).

Использование высоких плотностей тока (1 =1,0 - 8,0 А/дм2; Е = 1,2 В) позволяет проводить одновременно элекгроокисление двух спиртовых групп в положениях Си и С[6, которые наиболее реакционноспо-собны. Предполагается, что механизм реакции включает образование катион-радикала (рисунок 11), который, теряя протоны и электроны, образует карбениевый ион (I). Дикарбоновая кислота (III) образуется при действии воды на ион (I) и при последующем окислении образующегося диола (II).

Электросинтезом на основе флавоноидов получено 10 метокси-производных, 4 димерных продукта и 3 соединения на основе флавоноидов и алкалоидов, а также 2 продукта электросинтеза на основе лагохилина и госсипола. Продукты электросинтеза, полученные на основе госсипола, лагохилина и флавоноидов представлены в таблице 9.

После математической оптимизации по итерационному методу Ро-зенброка выходы по току и по веществу для метокси- и димерных производных флавоноидов были оптимизированы и доведены до максимально возможных значений.

Часть полученных соединений прошла медико-биологические испытания на белых беспородных мышах массой 18-24 г и крысах массой 100-140 г. Исследовалась противоопухолевая и радиопротекторная активность. Противоопухолевая активность была выявлена у сополимера

кверцетин-5-О-соласодинид и бифлавоноида на животных с саркомой 180, лимфосаркомой Плисса и карциносаркомой Уокера. Испытание радиопротекторного действия бифлавоноида и метоксикверцетина показало, что бифлавоноид обладает радиозащитным эффектом с коэффициентом модификации 1,4. Метоксикверцетин в указанных условиях показал радиосенсибилизирующую эффективность ( приложение к диссертации).

Электрохимические методы извлечения госсипола и лагохилина из растительного сырья были апробированы на Шымкентском масложир-комбинате и на опытном участке ЮКГУ им. М.Ауэзова (г.Шымкент).

На вещества бифлавоноид и кверцетин-5-О-соласодинид разработаны лабораторно-технологические регламенты, которые утверждены Военно-медицинским управлением Министерства Обороны РК и Научно-исследовательским институтом специального материаловедения (НИ-ИСМ). Данные разработки внедрены в производство на опытно-промышленном участке НИИСМ (приложение к диссертации).

Соединения, перечисленные в таблице 9, получены впервые путем электросинтеза и представляют большой интерес для теории и практики электрохимии органических соединений. Электрохимические свойства исследованных в данной работе исходных природных флавоноидов, госсипола и лагохилина до настоящего времени практически не были исследованы. ;

В работе показано, что электрохимические методы в ряде случаев являются уникальными при малотоннажном производстве, каким в частности, является фармацевтическая промышленность. Определяющим при этом является селективность процесса, высокая степень конверсии исходного сырья, чистота и связанная с ней стабильность синтезированных соединений.

ВЫВОДЫ

1. Впервые установлены закономерности адсорбции (влияние природы электрода и электролита, области потенциалов, влияние функциональных групп в молекуле исходного вещества) и изучены электрохимические свойства полифенола госсипола, некоторых флавоноидов и дитерпеноида лагохилина. Разработаны и оптимизированы электрохимические методы извлечения их из растительного сырья. Осуществлена электрохимическая модификация исходных соединений с целью придания им биологической активности, предложены схемы реакции электродных процессов, показана перспективность методов.

2. На основе обширных электрохимических исследований с применеки-

ем методов вольтамперометрии на стационарных и вращающихся электродах, полярографии, измерения дифференциальной емкости, сложных потенциодинамических импульсов определены основные электродные процессы, протекающие с участием полифенола госсипола, дитерпеноида лагохилина, флавоноидов апигенина, лютеолина, кемпферола, (+)катехина, кверцетина, мирицетина и рамнетина на электродах из платины, стеклоуглерода, ОРТА, двуокиси свинца, графита, стали, меди.

3. Установлены закономерности адсорбции исходных флавоноидов на электродах из платины, стеклоуглерода, диоксида свинца и ОРТА в метаноле, нитрометане, ацетонитриле. Показано, что адсорбируе-мость флавоноидов зависит от наличия функциональных групп в молекуле и молекулярной массы. Выявлены области потенциалов адсорбции госсипола и лагохилина на ртутном и платиновом электродах.

4. Установлены механизм и кинетика электроокисления госсипола, лагохилина, некоторых флавоноидов, а также электровосстановления госсипола в водных и водноорганических~средах. На основе выполненных квантово-химических расчетов электронных структур молекул обоснованы схемы электродных реакций, превращений исходных соединений в зависимости от условий протекания процесса. Показано, что электродный процесс алкоксилирования и димеризации флавоноидов протекает через образование свободных радикалов по смешанному (химическому и электрохимическому) механизму.

5. Разработаны и оптимизированы методы электрохимической экстракции госсипола из ядер хлопковых семян, лагохилина из растения ла-гохилус. Выявлены зависимости степени извлечения и выхода целевых веществ от основных факторов при электролизе. Предложенные технологии прошли испытания в условиях производства и используются в учебном процессе.

6. Разработан и оптимизирован электрохимический метод очистки технического госсипола в спиртовой и водной средах. Предложена электролизная ячейка для электрохимического получения госсипола высокой чистоты.

7. Электросинтезом на основе флавоноидов получено 10 метоксипроиз-водных, из которых метоксикверцетин проявил радиопротекгорную и противоопухолевую активность. Получено 4 димерных продукта, синтезированы сополимеры кверцетин-5-О-соласодинид, кверцетин-5-0-глауцинид и апигенин-5-О-глауцинид. Бикверцетин показал радиозащитную активность, кверцетин-5-О-соласодинид вызывает лизис опухолевых клеток лимфосаркомы Плисса. Показана зависимость

выхода целевых веществ от основных факторов при электролизе: плотности тока, материала электрода, состава электролита и концентрации исходных соединений. Осуществлена оптимизация процессов электросинтеза.

8. Разработаны лабораторно-технологические регламенты по производству биологически активных соединений кверцетин-5-О-соласодинид и бикверцетин, которые утверждены Военно-медицинским управлением Министерства Обороны РК и внедрены в производство на базе Научно-исследовательского института специального материаловедения.

9. Оптимизированы процессы получения дикарбоновой кислоты лаго-хилина на платиновом аноде в воднометанольной среде, электровосстановления госсипола на катодах из ртути и графита в воднощелоч-ной среде.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Надиров К.С. Выделение и исследование госсипола в ходе комплексной переработки семян хлопчатника. - Алматы: Гылым. -1999. -105с.

2. Журинов М.Ж., Надиров К.С. Исследование процесса анодного окисления флавоноидов на платине // Вестник АН МОиН РК. -2000. -№2. -С.82-85.

3. Журинов М.Ж., Надиров К.С., Приходько И.А., Аманбаева К.Б. Электровосстановление госсипола в воднощелочных средах// |Вестник МН-АНРК.-1998. №4 .-С.27-31.

4. Надиров К.С., Чечина О.Н., Приходько Н.А., Аманбаева К.Б. Исследование влияния напряженности электрического поля на процесс выделения госсипола из ядер хлопковых семян// Журнал прикладной химии. -2000.-Т.73. Вып. 3. -C.517-5I9. .

5. Надиров К.С., Шапошникова М.М., Исламов Р. Способы выделения лагохилина//Химия и фармация. -2000. №1. -С.85-89.

6. Надиров К.С. Исследование адсорбции флавоноидов на платиновом электроде//Хим. природ, соедин. -2000. №2.-С.283-284.

7. Надиров К.С., Белкина А.И., Приходько Н.А., Шапошникова М.М., Нарымбаева З.К. Электрохимический синтез мирицетина// Наука и образование ЮК. -1996. №3. -С.67-68.

8. Журинов М.Ж., Надиров К.С., Приходько Н.А., Аманбаева К.Б. Электровосстановление госсипола в воднощелочных средах// Наука и образование ЮК. -1998. №3. -С.23-25.

9. Надиров К.С., Нарымбаева З.К., Приходько Н.А., Шапошникова

М.М. Исследование процесса адсорбции кверцетина// Наука и образование ЮК. -1998. №3. -С.35-38.

10.Надиров К.С., Приходько H.A., Нарымбаева З.К., Надиров РJEC. Электрохимическая димеризация флавоноида// Наука и образование ЮК. -1997. №7. -С.21-23. •

11.Надиров К.С., Аманбаева К.Б., Есимова A.M. К вопросу о комплексной переработке семя хлопчатника// Наука и образование ЮК. -1999. №6. -С.107-108.

12.Надиров К.С., Джапнаизова В.М., Аманбаева К.Б. Электросинтез лекарственных веществ на основе тебаина и госсипола// Наука и образование ЮК. -1999. №8. -С.52-55.

13.Надиров К.С. Получение госсипола при переработке семян хлопчатника// Поиск. -1997. №6. -С.63-65.

14.Надиров К.С. Новые технологии получения госсипола. Деп. в КазГосИНТИ. -1997, №7719. -С.65.

15.Надиров К.С., Нарымбаева З.К., Надиров Р.К., Приходько H.A., Квантово-химическое исследование электронной структуры молекулы кверцетина// Поиск. -1999, №2. -С. 5-7.

16.Надиров К.С., Сарсенбаева Г.М., Приходько H.A. Электрохимическая экстракция госсипола// Тезисы докладов "Всесоюзная конференция молодых ученых по экстракции". -Донецк, 1990. -СЛ 0.

17.Надиров К.С., Приходько H.A., Журинов М.Ж. Исследование влияния некоторых характеристик переменного тока на процесс экстракции// Тезисы докладов "Всесоюзная конференция молодых ученых по экстракции". -Донецк, 1990. -С.22.

18.Надиров К.С., Сарсенбаева Г.М., Иманусенова Г.А.Эдектрохимическое получение госсипола// Тезисы докладов "II-региональное совещание республик Средней Азии и Казахстана по химическим реактивам". -Уфа, 1990.-С. 92.

19.Надиров К.С., Сарсенбаева Г.М. Электровосстановление госсипола в водных средах// Тезисы докладов "XII-всесоюзное совещание ЭХОС, Новости ЭХОС".-Москва, Караганда, 1990. -С. 125.

20.Надиров К.С., Приходько H.A., Бейдина И.М. Влияние переменного тока на процесс экстракции// Тезисы докладов "1-республиканская конференция Разработка теоретических основ и создания ресурсосберегающих экологически чистых методов и материалов". -Алам-Ата, 1991. -С.80.

21.Надиров К.С., Сарсенбаева Г.М., Еримбетов А.К., Гостев С.А. Электровыделение госсипола в ходе переработки хлопкового масла// Тезисы докладов "Интенсификация и внедрение безотходной технологии и оборудования". -Волгоград, 1991. -С.92.

22.Надиров К.С., Нарымбаева З.К., Аманбаева К.Е., Ибрагимова Г.А., Надиров Р.К.Электросинтезы на основе природных полифенолов и флавоноидов// Труды Междунар. научно-теор.конференции "Наука и образование эффективные рычаги реализации стратегии Казахстан-2030". -Шымкент. -1998. -С.178.

23.Надиров К.С., Аманбаева К.Б., Приходько Н.А. Комплексная переработка семян хлопчатника// Труды Междунар. н.п. конф. "Перспективные направления развития химии и химической технологии", посвящ. 70-летию акад. Б.А.Жубанова. -Шымкент, 1999. -С.144-145.

24.Надиров К.С., Нарымбаева З.К., Есимова A.M., Надиров Р.К. Электрохимическое исследование и извлечение флавоноидов// Труды Междунар. н.п. конф. "Перспективные направления развития химии и химической технологии", посвящ. 70-летию акад. Б.А.Жубанова. -Шымкент, 1999. -С.141-143.

25.Надиров К.С., Джанпаизова В.М., Шапошникова М.М. Исследование электрохимического поведения кверцетина// Труды Междунар. н.п. конф. "Перспективные направления развития химии и химической технологии", посвящ. 70-летию акад. Б.А.Жубанова. -Шымкент, 1999. -С.76-77.

26.Надиров К.С., Белкина А.И., Приходько Н.А., Шапошникова М.М., Батыршаева Г.С. Электрохимический синтез мирицетина// Труды XXXVI-научно-технической конф. "Проблемы, перспективы и направления развития науки и техники". -Шымкент, 1996. -С.67-68.

27.Надиров К.С., Приходько Н.А., Надиров Р.К. Электрохимическое ал-коксилирование флавоноидов// Труды I-региональной конференции посвящ. 100-летию акад. К.И.Сатпаева. -Шымкент, -С.65-67.

28.А.С. № 176998. СССР. Способ получения концентрата токоферолов. //Надиров К.С., Нурманов Д.Н., Надиров .С., Сарсенбаева Г.М., Се-рикбаев Б .А. Опубл. Б.И.№72, 15.06.92.

29.Предпатент № 20701. РК. Способ получения госсипояа// Надиров К.С., Приходько Н.А., Нарымбаева З.К., Аманбаева К.Б. Опубл. 25.02.99.

30.Предпатент N° 7147. РК. Способ получения сополимера кверцетин-5-0-глауцинид// Надиров К.С., Белкина А.И., Шапошникова М.М. Опубл. 13.02.97.

ЗЬПредпатент № 9811741. РК. Способ получения сополимера кверце-тин-5-0-соласодинида// Шапошникова М.М., Джанпаизова В.М., Надиров К.С., Кистанова И.В. Опубл. 14.12.98.

3 2.Предгтатект № 984741. РК. Способ электрохимического получения этоксикверцетина// Шапошникова М.М., Джанпаизова В.М., Надиров

К.С., Батыршаева Г.С., Надиров Р.К. Опубл. 14.12.98.

33.Журинов М.Ж., Надиров К.С., Есимова А.И. Электрохимическое исследование растительных флавоноидов.// Вестник МКТУ им. Х.А.Яссави. -2000. №2. - С.3-6.

34.Надиров К.С. Влияние напряженности электрохимического поля на процесс извлечения госсипола из ядра хлопкового семени. // Вестник МКТУ им.Х.АЛссави. - 2000, №2 - С.9-13.

Кривые дифференциальной емкости ртутного электрода в 0,25 М растворе ШОН

Обозначения кривых: концентрация госсипола, М,

ьо.г^-юЛз-шЛ^-ю-2.

Частота переменного тока - 4000 гц.

Рисунок 1

Изотерма адсорбции госсипола на ртутном электроде в растворе 0,25 М ЫаОН

Обозначения кривых: 1 - Е = - 0,5 В; 2 - Е - - 0,25 В.

Рисунок 2

Зависимость дифференциальной емкости платинового и стеклоуглеродного анодов от частоты переменного тока

Обозначения кривых: 1,2 - платиновый анод;

3,4 - стеклоуглеродный анод.

Е = 0,4 В (1,3) и 1,2 В (2,4)

Фон - 0,1 М раствор гидроксида кали::.

Рисунок 3

Изменение заполнения поверхности платинового электрода анионами (а) метанолом и флавоноидами (б)

Обозначения кривых: (а): 1 - Вг2 - С104 *, 3 - СГ, 4 - СЫ

(б): 1 - СНзОН + Вг2 - СН3ОН + СЮ4",

3 - мирицетин + С104",

4 - апигенин + СЮ4",

5 — кверцетин + Вг

6 — квепцетин + СЮ4 ~

Рисунок 4

Влияние плотности тока на ВВ продуктов димеризации флавоноидов

Условия: а - метанол + О, IМ ЫН^Вг, 0-120% от 0теор; Сф - 0,005М; б - питрометан+ПС104(0,ЗМ), 0-140% от 0«ор; Ссу6 - 0,008М; Обозначения кривых: а: 1 - кверцетин, 2 - лютеолин, 3 - мирицетин, 4 - рамнетин. б: 1 - лютеолин, 2 - рамнетин, 3 - кверцетин, 4 -мирецетин. Температура - 30°С, скорость вращения мешалки , п = 1000об/мин.

Рисунок 5

димеризации флавоноидов

Рисунок .6,

Метоксипроизводные флавоноидов

3. 3,5,7,4 -тетраокси 5'-мето-ксифлавонол

ОСКз

но

он

,ак

-

он

„„ и

Ой о

5. 3,5,7,3',41,5'-гексаокси-8-метоксифлаванол

б

ОН

йИ ОСНз

ВН

9. 5,7.,41-триокси-51-метокси-фпавон

1. 3,5,7,3',4' - пентаокси - 51 - мето-ксифлаванол

2. Изорамнетин (3,5,7,4* -тетраокси, -З'-метоксифлаванол)

НО

он

он

7. 5,7,31,41-тетраокси-5,-метокси-флавон

ОН

ОН

4. З^^.З1^1^1 -гексаокси-6-метоксифлаванол

._/Он

/~\ви

0СН5

6. 3,5,3',4!-тетраокси,7,5'-диметоксифлаванол

НО

О сн> он

он а

8. Хризоэриол (5,7,4 -триокси-3 '-метоксифлавон)

10.3,5,7,3',4'-пентаокси-

-5 '-метоксикатехин

Рисунок.7;

Продукты электродимеризации флавоноидов

Рисунок 8.

и о 33

5-

s

Рч

Схема реакции электровосстановления госсипола

Схема анодной реакции электросинтеза дикарбоновой кислоты лагохилина

Рисунок И

Влияние плотности тока на потенциал Р1 анода в присутствии 10"3 флавоноидов в различных системах

Растворитель, и Потенциал анода, В

электролит А/см2 Апи- Лю- Кемп- Кате- Квер- Ми- Рам-

ге- тео- фе- -хин це- ри- не-

нин лин рол тин це- тин

тин

Метанол + 0,1 М 5 1,02 1,01 1,04 1,07 1,05 1,12 1,17

1ЛС104 25 1,30 1,34 1,28 1,41 1,45 1,40 1,42

150 1,47 1,52 1,48 1,55 1,57 1,48 1,45 .

Метанол + 0,1 М 5 0,98 . 0,96 0,95 0,93 0,99 1,03 1,05

Ш+Вг 25 1,28 1,24 1,22 1,27 1,28 1,31 1,42

150 1,33 1,30 1,29 1,32 1,35 1,40 1,45

Метанол + 0,1 М 5 1,12 1,18 1,15 1Д9 1,21 1,28 1,3

КОН 25 1,38 1,39 1,41 1,48 1,50 1,48 1,49

150 1,48 1,55 1,61 1,61 1,65 1,69 1,63

Ацетонитрил:вода 5 1,31 1,35 1,34 1,33 1,38 1,42 1,43

+0,1 М 25 1,35 1,39 1,42 1,54 1,63 1,60 1,62

Бромидтетрабутил 150 1,49 1,54 1,65 1,63 1,70 1,73 1,71

Аммония

Нитрометан:вода 5 1,32 1,31 1,30 1,29 1,34 1,37 1,32

(5%)+ 0,1 М 25 1,65 1,63 1,62 1,60 1,64 1,68 1,69

1лСЮ4 150 1,70 1,69 1,70 1,70 1,71 1,72 1,73

Метанол:вода (5%) 5 0,93 0,92 0,91 0,90 0,91 0,99 1,01

+ 0,1 М МВДЗг 25 1,23 1,24 1,20 1,25 1,21 1,33 1,44

150 1,30 1,28 1,25 1,33 1,36 1,41 1,44

Нитрометан +0,1 М 5 1,36 1,36 1,33 1,39 1,43 1,42 1,40

1лС104 25 1,71 1,72 1,73 1,78 1,79 1,70 1,69

150 1,74 1,75 1,74 1,79 1,80 1,71 1,70

Диметилформамид 5 1,43 1,44 1,43 1,44 1,45 1,49 1,53

+ одм тсю4 25 1,52 1,52 1,54 1,58 1,62 1,67 1,71

150 1,78 1,74 1,79 1,79 1,83 1,74 1,85

Зависимость Св и КР от напряженности электрического поля при электроэкстракции госсипола из ядер хлопковых семян

№ 11, В/см СЕ КР Выход,%

1 0 20,5 0,25 -

2 0,5 82,5 1,06 79,4

3 1,0 96,2 1,25 88,4

4 1,5 97,8 1,27 90,1

5 2,0 98,1 1,28 86,1

6 3,0 99,7 1,29 81,4

Таблица 3

Влияние плотности тока на состав и ВВ продуктов метоксилирования флавоноидов

Плот- Флавоноиды

Продукт ность Апи- Кемп- Кате- Лю- Квер- Рам- Мири-

тока, ге- фе- хин тео- це- не- -це-

А/см2 нин рол лин тин тин тин

1. Сумма 0,02 91,3 88,9 87,2 84,1 77,1 68,5 37,7

метокснпроиз- 0,05 98,4 94,8 93,5 93,1 84,4 66,6 49,3

водных 0,09 92,5 90,8 53,1 88,9 73,3 59,9 39,5

2. Димерные 0,02 7Д 10,2 11,3 14,0 20,8 30,5 58,5

продукты 0,05 - 3,0 4,1 ■4,5 12,7 30,1 40,2

0,09 - 3,0 40,2 4,1 19,0 30,2 47,2

3. Смолообраз- 0,02 1,3 1,8 2Д 1,9 2,5 3,2 4,8

ные неиденти- 0,05 1,2 1,5 1,8 2,3 3,2 4,7 8,1

фицированные 0,09 7,3 5,2 4,8 8,5 8,1 9,8 12,1

продукты .

Условия: электролит - ОД М КН+Вг в метаноле; г = 30°С; <3 - 120% от Отбор", анод - гладкая платина

Влияние материала анода на ВВ димерных продуктов электролиза флавоноидов

Материал Электролит Плот- ВВ, %

анода ность Лютео- Кверце- Рамне- Мири-

тока, лин тин тин цетин

А/см2

Гладкая Метанол, 0,005 35,8 48,3 43,2 65,8

платина NHL,Br 0,008 48,3 59,1 48,4 73,2

Нитрометан, 0,005 28,3 39,4 48,3 58,3

1ЛСЮ4 0,008 39,1 48,4 57,2 65,1

ОРТА Метанол, 0,005 24,1 21,0 25,4 43,1

NHjBr 0,008 27,1 23,2 28,3 18,3

Нитрометан, 0,005 18,4 25,0 24,3 23,1

LiC104 0,008 17,3 27,3 18,2 18,1

СУ-9 Метанол, 0,005 32,3 41,4 39,1 58,3

NH+Br 0,008 41,2 53,2 40,2 61,2

Нитрометан, 0,005 20,3 30,3 41,8 61,0

LiC104 0,008 38,1 41,5 50,4 50,4

СУ-30 Метанол, 0,005 30,2 42,4 38,2 50,3

NHjBr. 0,008 34,3 51,3 40,2 60,0

Нитрометан, 0,005 20,8 27,3 40,5 62,0

ЫСЮ4 0,008 25,1 41,4 51,4 51,9

Диоксид Метанол, 0,005 18,3 17,8 21,4 40,3

свинца NH4Br 0,008 17,2 19,3 22,5 30,4

Нитрометан, 0,005 7,4 6,8 8,4 12,5

LiC104 0,008 8,9 10,5 7,3 11,4

Условия: t = 30°С; Q = 120% от Q,

Физико-химические характеристики продуктов электрохимического метоксилирования флавоноидов

Исходный Обоз- Т 1 ил» Мол. Вычисле- Найдено Меток- ЯГ

флавоноид наче- °С мас- но % % силь- (1,2,3)

ние са С Н С Н ное число, %

Кверцетин 1 261267 332 57,8 3,9 56,4 4,3 9,3 0,76

2 303309 316 60,8 3,8 61,4 3,9 9,8 0,80

Кемпферол 3 304309 316 60,8 3,8 61,0 3,8 9,8 0,85/0,09 (2) (3)

Мирицетин 4 320324 348 55,2 3,4 56,8 3,5 8,9 0,64/0,71 (1) (2)

5 320326 348 55,2 3,4 55,9 3,4 8,9 0,63/0,69 (1) (2)

Рамнетин б 250254 346 59,0 4,0 60,1 3,8 17,9 0,08/0,07 0) (3)

Лютеолин 7 322327 316 60,8 3,8 60,2 4,1 9,8 0,80/0,83 (1) (2)

Апигенин 8 324331 300 64,0 4,0 65,1 4,0 10,3 0,89/0,13 0) (3)

9 323329 300 64,0 4,0 64,7 3,9 10,3 0,87/0,13 (2) (3)

(+)Катехин 10 170172 320 60,0 5,0 61,7 4,8 9,7 0,11(3)

Системы: 1. бутанол: уксусная кислота: вода (4:1:5)

2. этилацетат, насыщенный водой

3. уксусная кислота: вода (15:85)

Таблица 6

Спектральные характеристики основных продуктов метоксилирования ___флавоноидов_

Вещество СН3ОН УФ - спектры, нм ПМР - спектры (б,м.д.)

1 251,270,306,373; 240,256,274,341,396 (+СН3СО<Жа); 274,312,367,470 (+А1С13) 7,74(дд,1Н,С2,-Н);7,67(д,1Н)С6|-Н}; 6>43(С,1Н,СгН);3,97(С,ЗН,С5-0СНз); 6,32(С,Ш,С6-Н)

2 253,256,306,327,371; 260,273,320,393 +СН3СООЫа) 265,304,360,431 (А1С13); 3,87(С,2Н,Сз1-ОСНз);7,74(дд,1Н,С21-Н);7,68(д,1Н,Св1-Н);6,45(СЛН.Ся-Н); 6,30(С,1Н,С«-Н)

3 255,266,306,328,370; 258,274,322,390(+СНзСОО№); 256,309,362,429(+А1С1з) 7,72(ДД,1Н,С21-Н);3,97(С,ЗН,С5,-ОСН3); 6^0(С,1Н,С6-Н);7,66(ДЛНА-Н); 6,43(С,1Н,СгН); 7,05(Д,1НА-Н)

4 257,275,293,375; 257,277,324,398(+СН3СОСЖа); 240,281,310,452(+А1С1з) 3,87(С,ЗН,С6-ОСН3); 6,45(С,Ш,С8-Н);7,74(Д, 1 Н,С2'-Н);7,64{ДЦ, 1 Н,С41-Н);

5 258,275,290,374; 258,328,401 (+СНзСООЫа); 238,282,310,452(+А1С1з) 6Д0(С,ЗН,С7-Н); 3,89(С,ЗН,СГИ); 7,74(Д,1Н,С2-Н); 7,65(ДД,Ш,Сб'-Н);

6 256,27 1,307,374; 260,265,392,425(+СН3СО(Жа); 268,339,372,438(+А1СЬ) 3,99(С,ЗН>С7-ОСНз);3,96(СДН>С5|-ОСНз);б,47(С,Ш,С8-Н);6,32(с,ШзСб-Н); 7,71(дд,1Н,С21-Н); 7,56(д,1Н,Сб'-Н);

7 255,263,278,332; 279,328,409(+СНзССЮЫа); 260,275,347,460(+А1С1з) 6,6(С,1Н,Сз-Н); 6,63(С,1Н,Сб-Н); 6,50(С,Ш,СгН);7,71(дд,СДН,С2,-Н); 7,66(д,СЛН,Сб,-Н);

8 241,250,269,347; 271,320,397(+СНэС001Ма); 262,274,297,364,3 88(+А1С13) 3,48{С,ЗН,Сз,-ОСНз);6.6(С.1Н.С1-Н):6.30(С. 1Н,С6'-Н); 6,45(С,1Н,С8-Н); 7,70(дд,С, )Н,С2-Н);7,64(дц,С,1Н,Сб-Н);7,01(д,СЛН,С5-Н);

9 299,253,270,347; 272,320,398(+СНзСО(Жа); 263,272,302,365,365,387(+А1СЬ) 6,30(С,1Н,С6-Н); 6,50(СЛН,С8-Н);6,70(СЛН, Сз-Н);3,97(С,ЗН,Сб-ОСНз);7,68(дд,СЛН,С2-Н); 7,64(д,С,1Н,С6-Н); 7,0(д,С,Ш,Сз1-Н);

10 271,282; 3,97(С>ЗН,С51-ОСНз);6,33(СЛН,Сб-Н); 6.50(С, Ш^гН^ДОСддАША'-Н^^&С.Н.С'-Н); 4,33(С,2Н,С4-Н2);

Таблица 7

Физико-химические характеристики продуктов электрохимической __демеризации флавоноидов______

Исходный флавоноид Обозначение продукта Тпл ,°с Мол. масса Вычисле-но,% Найдено; % ЯГ (этила-цетат: мета-нол:вода, 10:1:1)

С Н С Н

Кверцетин 11 242 248 602 59,8 3,0 58,7 3,2 0,42

Мирицетин 12 350 361 634 56,8 2,8 57,1 2,9 0,39

Рамнетин 13 230 233 630 61,0 3,5 62Д 3,7 0,43

Лютеолин 14 232 237 570 63,2 3,2 63,0 3,1 0,45

Таблица 8

Влияние соотношения концентрации исходных кверцетина _и соласодина на выход продуктов электролиза_

Соотношение Выход по веществу, %

концентрации Сополи- Димер Димер Мето- Мето- Неиден-

исходных мер кверце- соласо- ксикве- кси- тифиц-е

веществ, М тина дина рцетин сало- пр.

(кверцетин: садин

соласодин)

10"4:10"2 46 8 28 . 4 6 8

10"3:10-2 60 5 24 4 3 4

10"2:10"2 30 28 24 8 7 3

10"4: 10"3 76 7 7 4 4 3

10'3: 103 82 7 3 2 2 4

10'2: 10"3 61 27 4 3 3 2

Ю-4: КГ4 81 8 4 2 2 3

10"3: Ю-4 78 9 3 4 3 3

Ю-2: Ю-4 48 25 5 10 5 7

Условия: электролит - 0,05 ЫН4ВГ; 1 — 0,006 а/см2;

0 = 120% от О тсор; анод - стеклоуглерод (СУ-30)

Продукты электросинтеза, полученные на основе госсипола, лагохилина

и флавоноидов

№ Исходное вещество Продукт электросинтеза Среда Плотность тока, ¡А/смг Электроды Выход по веществу, % Прогнозируемая биологическая активность Практические результаты

Алод ■ Катод

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 Госсипол Госсиполовый спирт 0,1 М КаОН 2,5-3,5-Ю"2 Графит Графит, не 80-82% Противовирусная, контрацептивная Акты испытания на исходное вещество

2 Лагохилин Дикарбоновая кислота лагохилина 0,6 М МаОН 6-5 А/дм5 Платина и; 52-54% Кровоостанавливающая Акты испытания на исходное вещество

Метоксипроиз-водные флавоноидов

3 Апигенин З'-метоксиапи-генин 0,1 м мивг + СНзОН 0,03-0,05 Pt СУ-30 95-98 (суммарный) Противоопухолевая

4 Апигенин 5'-метоксиапи-генин 0,1МЩВг + СНзОН 0,03-0,05 • Рх СУ-30 Противоопухолевая

5 Кемпферол 5'- метоксикемпфе-рол 0,1 МШ«Вг + СНзОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 92-94 (суммарный) Противоопухолевая, радиопротекторная

6 Кемпферол 3'- метоксикемпфе-рол 0,1 МШ4Вг + СНзОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 Противоопу->;олевая, радиопротекторная

1 2 ' 3 4 5 6 7 8 9 10

7 (+) катехип 5'- метоксикатехин 0,1 М ЫН4Вг + СНзОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 90-93 Противоопухолевая, радиопротек-торяая

8 Лютеолин 5'- метоксилютео-лин 0,1 МКШВг + СН3ОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 90-93 Противоопухолевая

9 Кверцетин 5'- метоксикверце-тин 0„1 МШ4Вг + СНзОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 82-84 Радиопротекторная Акты испытаний

10 Рамнетин 5'- метокскрамне-тин 0,1 МЫНчВг + СНзОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 64-66 Противоопухолевая, ра-диопротск-торная

11 Мирицетин 6- метоксимирице-•ган 0,1 М ИНцВг + СНзОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 47-49 (суммарный) Радиопротекторная

12 Мирицетин 8- метоксимирице-тин 0,1 МШ4Вг + СНзОН 0,03-0,05 Р1 СУ-30 Радиопротекторная

Лимеры флаво-ноидов

13 | Мирицетин 1 5\5'- бимирицетин 0,1 МШ4Вг + СНзОН Нитрометан + 0,3 М УСЮ4 0,008 0,004 Р1 Р1 СУ-30 СУ-30 81-83 84-86 Радиопротекторная

14 ' Рамнетин ! 5',5'-би рамнетин 0.1 М МН4Вг + СНзОН Нитрометан + 0,3 М 1ЛС104 0,008 0,004 Р1 Р1 СУ-30 СУ-30 74-76 73-75 Противоопухолевая, радиопротекторная

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

15 Кверцетин 5',5'-бикверцетин 0,1 МЫН«Вг + СНзОН Нитрометан + о,зм1лсю4 0,008 0,012 Р1 Р1 СУ-30 СУ-30 57-59 68-70 Радиопротекторная, противоопухолевая Технологический регламент. Вне-■ дрен в производство (НИИСМ)

16 Лютеолин бшпотеолин 0,1 + СН,ОН Нитрометан + 0,ЗМ1лСЮ4 0,008 0,008 Р1 Р1 СУ-30 СУ-30 52-54 54-56 Противоопухолевая

Сополимеры

17 Кверцетин + соласодин Кверцетин-5-0-соласоданид 0,05 М Ш,Вг + СНзОН 0,005-0,006 СУ-30 СУ-30 80-82 Радиопро-текториая, противоопухолевая Акты испытаний. Технологический регламент.

18 Апигенин + глау-цян Апигенин-5-0-глауцииид 0,15МЫН4Вг + СНзОН 0,002-0,003 СУ-30 Си 77-79 Противоопухолевая

19 Квердетии + глауцин Кверцетин-5-0-глауцинид 0,15 М >Ш4Вг + СНзОН 0,002-0,003 СУ-30 Си 84-86 Противоопухолевая

Nadirov Kazim Sadykovich Electrosynthesis on base of gossipol, lagokhiline and some phlavonoids

SUMMARY 02.00.05 - electrochemistry

Electrochemical investigations of some natural compounds : gossipol, apigenin, luteoline, kempherol (+), katechin, quercetine, miricetine and ramnetine in different systems and on different electrode materials were presented. The principal features of adsorption of above-mentioned compounds were shown. It was determined that the phlavonoids adsorption on platinum, glass-carbon, OPTA, plumbous dioxide electrodes depended on functional groups position in a molecule. The reaction schemes of electrode processes were listed and in their it was shown that the phlavonoids oxidation on anode proceeded by mixed-chemical and electrochemical (ECE) mechanism through formation of free radicals of substratum, which were forming as at the expense of immediate oxidation on electrode as by means of interaction with bromine radicals were generating on anode. The electtrode processes mechanism on stationary and rotary electrodes have been proposed, the value of the quantity of electrons for the electrooxidation processes have been calculated, the conditions for electrosynthesis carrying out with the purpose of pharmacologically active compounds production have been revealed.

The electrochemical method of gossipol and lagokhiline extraction from vegetable raw materials has been elaborated. The methods of pharmacologically active compounds electrosynthesis on base of above-mentioned compounds have been optimized. It was shown that the electrosynthesis processes proceeded with high yields on platinum electrode. It was recommended to carry out the processes of methoxylation on base phlavonoids in methanol solutions , and the processes of dimerization - in methanol and nitromethane. The base factors influence on purpose products yield in the time of electrosynthesis has been studied.

By means of electrosynthesis on base of phlavonoids 10 methoxyderivatives, 4 dimeric produts were produced, 3 compounds on base phlavonoids and alkaloids and 2 products of electrosynthesis on base gossipol and lagokhiline were synthesized.

It was shown the anti-cancerous tumours and radioprotective activity of obtained products.

The practical and theoretical significance of reseiving features for organic compounds electrochemistry has been shown.

Надиров К,азим Садыкулы

"Госсипол, лагохилин жэне бфнеше флавоноидгардын, непзшдеп элекзросинтездер" 02.00.05 — электрохимия мамандыш бойынша химия гылымдарыныц докгоры дэрежесш алу ушш к,оргалатын диссертацияньщ

РЕЗЮМЕС1

Бгрнеще табиги косылыстардыц: госсииод, лагохилин, апигенин, лютеолин, кемферол (+) катехин, квердетин, мирицетин жэне рамнетити эртурл1 системада жене орггурл1 электрод материалдарында электрохимиялык зертгеу журпзшдь Жогарыда келпр!лген косылыстардыц адсорбциясынын непзп зандылыктары келлршпен. Платиналы, шыны ком!ртеки, ОРТА, кос тотыкгы коргасын электродтарындагы флавоноидтардьщ адсорбциясы, функциональды топтардыд молекулада орналасуына твуелдд болатыны аныкталды. Электродты продесстердщ реавдиялар схемасында анодгага флавоноидгардыд тотыгуы, элекгродаагы узджсЬ тотыгу есебшен, сондай-ак анодта тузшген бром радюсалымен взара врекехтесу жольмен пайда болтан субстраггыц бос радихалыньщ тузшза аркылы аралас-химиялык жэне электрохимиялык (ЕСЕ) механизмшщ журетцц келтршген. Фармакологиялык акгив-п затгарды алу максатымен, электросинтез журпзудщ шарттары усынылган, элекгрототыгу процесстер) унйн элекгрондардьщ жалпы саныныц мэш есегггелген, айнымалы жоне стационарлы элскгродгарды электрод процесстер механизм! усынылган.

Лагохилинд1 жэне госсилодцы еамдок шиюзатынан бвлш алу электрохимиялык, эдас! зерттелд!, Госсипол жене лагохилин нейзшдеп фармакологиялык; актшш косылыстардыц электролиз едга оптимизацияланды. Электросинтез процессшщ платиналы электродта улкен шыгыммен журетои керсепщц. Флавоноидтар непзшде метаоксирлеу процессш метанооды ертндшерде журпзу, метанодца жэне нитрометанда димергаациялау усытишды. Максатга затгарды алута электросинтез кезшдеп факторлардьщ эсер! бслгш боады.

Флавоноид негащде элсктросинтезбен 10 метокси туындылар, 4 димерлх енш алынды, флавоноид жене алкаловд непзщнде 3 косылыс синтезделдо, электросингездш, 2 вн1м1 госсипол мен лагохилин негшнде. Алынган заггардьщ юшдшкке керек жене радиопротекторлык активтшп керсетшген.

Органикалык косылыстардыц элекхрохимиясы ушш алынган зацдылыктардыц жэне практикалык мэш керсетшген.