Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Кабиева С.К. 1 Нуркенов О.А. 2 Бакибаев А.А. 3 Газалиев А.М. 1 Такибаева А.Т. 1 Воронова О.А. 3 Плотников Е.В. 3 Исаева А.Ж. 2

---

1 Карагандинский государственный технический университет

2 Институт органического синтеза и углехимии РК

3 Томский политехнический университет

В статье приведены данные по синтезу, строению и изучению влияния О,О-диметил-N-цитизинилфосфата (цитафата) на процесс электровосстановления кислорода (ЭВ О2) в различных концентрациях. В качестве метода оценки применена катодная вольтамперометрия на ртутно-пленочном электроде. В данном подходе определение антиоксидантной активности отражало количество активных форм кислорода, нейтрализованных антиоксидантом за определенное время. Показано, что водный раствор цитафата проявляет антиоксидантную активность.

Статья в формате PDF

2688 KB

О

О-диметил-N-цитизинилфосфат

антиоксидантная активность

вольтамперометрия

электровосстановление кислорода (ЭВ О2)

1. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестн. РАМН. – 1998. – Т. 98, № 7. – С. 43–51.

2. Деев А.И., Добрецов Г.Е., Владимиров Ю.А. Влияние физической структуры фосфолипидных мембран на перекисное окисление, индуцированное ионами Fe2+ // Вопр. мед. химии. – 1977. – Т. 23, № 4. – С. 545–549.

3. Нуркенов О.А., Кулаков И.В., Фазылов С.Д. Синтетические трансформации алкалоида цитизина. – Караганда: Гласир, 2012, – C. 165.

4. Садыков А.С., Асланов Х.А., Кушмурадов Ю.К. Алкалоиды хинолизидинового ряда. – М.: Наука, 1975. – 292 с.

5. Avramchik О.A., Korotkova E.I., Plotnikov E.V., Lukina A.N., Karbainov Y.A. // J. of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. – 2005. – Vol. 37. – Р. 1149.

6. Korotkova E.I., Karbainov Y.A., Avramchik O.A. // J. Anal. Bioanal. Chem. – 2003. – Vоl. 375, № 3. – Р. 465.

Известно, что в результате метаболических превращений веществ в организме человека образуются токсичные свободные радикалы кислорода [1]. Они образуются в реакциях перекисного окисления липидов, при метаболизме различных препаратов, воздействии внешних факторов (действие ультрафиолета, ионизирующее облучение). Образовавшись в организме, они вступают во взаимодействие со структурами клетки, приводя в конечном счете к поражению мембран клеток, сопутствуя, таким образом, развитию патологического процесса при многих заболеваниях. В норме регуляция продукции активированных кислородных метаболитов и свободных радикалов в тканях и органах человека осуществляется многоуровневой физиологической антиоксидантной системой, которая включает в себя соединения различной химической природы: витамины, пигменты, гормоны, ферменты [2]. Несмотря на высокую эффективность антиоксидантной системы, она не всегда способна защитить организм человека от развития оксидантного стресса. В связи с этим одним из приоритетных направлений свободнорадикальной биохимии и медицины является создание препаратов, обладающих антиоксидантными свойствами, с целью применения их для профилактики и лечения заболеваний, сопровождающихся усилением свободнорадикальных реакций. Широкие перспективы для практического использования в качестве лекарственных препаратов антиоксидантного действия представляют биологически активные вещества природного происхождения, например вещества алкалоидов хинолизидинового ряда. Интерес к исследованиям по химической модификации и свойствам алкалоида цитизина обусловлен широким спектром биологической активности производных цитизина [3, 4]. В этой связи получение новых производных алкалоида цитизина, исследование их структуры и фармакологической активности является актуальной задачей современной химии и медицины.

Цель исследования

Осуществить синтез и изучить антиоксидантную активность О,О-диметил-N-цитизинилфосфата (цитафата) в отношении кислородных радикалов методом катодной вольтамперометрии.

Материалы и методы исследования

ИК спектр снимали на спектрометре с Фурье-преобразователем AVATAR-320 Nicolet в таблетках с KBr. Спектр ЯМР¹Н записан на спектрометре Bruker 400 (400 МГц) в растворе ДМСО-d₆ относительно внутреннего стандарта – ТМС. Температуру плавления вещества определили на приборе Boetius.

Синтез О,О-диметил-N-цитизинилфосфата. К смеси 2,86 г диметилфосфита и 24,6 г четыреххлористого углерода в 100 мл абсолютного бензола прикапывали при температуре 0–10 °С смесь 5 г цитизина и 2,63 г триэтиламина в 100 мл абсолютного бензола. Затем смесь перемешивали в течение 5 ч при комнатной температуре. Отфильтровывали и промывали гидрохлорид триэтиламина, отгоняли растворитель. Получили 5,6 г (72,1 %) продукта (перекристаллизация из бензола) с т.пл. 156 °С.

Исходные растворы исследуемых веществ с концентрацией 0,1 г/мл готовили следующим образом: на аналитических весах взвешивали 0,5 г образца и растворяли в 5 мл. Далее растворы с концентрацией 0,01 г/мл и 0,001 г/мл готовили последующим разбавлением дистиллированной водой в пенициллиновых флаконах объемом 10 мл.

Для исследований брали объем аликвоты 0,1 мл, соответственно концентрация исследуемых растворов представлена в таблице.

Методика эксперимента заключалась в съемке вольтамперограмм катодного ЭВ О₂ с помощью вольтамперометрического анализатора, подключенного совместно с ПК [5]. Использовался постоянно-токовый режим катодной вольтамперометрии, скорость развертки потенциала W = 30 мВ/с, рабочий диапазон потенциалов от 0,0 до – 0,7 В, время перемешивания раствора 20 сек, время успокоения 10 сек. Электрохимическая ячейка представляла собой стеклянный стаканчик с раствором фонового электролита и опущенными в него индикаторным ртутно-пленочным электродом, хлорид-серебряным электродом сравнения и хлорид-серебряным вспомогательным электродом. В качестве фонового раствора выбран фосфатный буфер с рН 6,86, близким к физиологическому значению, объемом 10 мл.

Результаты исследования и их обсуждение

С целью поиска и изучения свойств новых биоактивных веществ на основе алкалоида цитизина нами осуществлен синтез О,О-диметил-N-цитизинилфосфата (цитафата) в условиях реакции Тодда-Атертона. Синтез O,O-диметил-N-цитизинилфосфата осуществляли взаимодействием О,О-диметилфосфита с цитизином в среде абсолютного бензола в присутствии четыреххлористого углерода и триэтиламина по следующей схеме:

Синтезированный целевой продукт представляет собой белое кристаллическое вещество, легко растворим в воде, спирте, ацетоне и хлороформе, практически не растворим в эфире.

В ИК спектре данного соединения присутствуют интенсивные полосы поглощения, характерные для фосфорильной группы (Р=О) при 1265–1270 см^-1, а в области 1025–1050 см^-1 – для Р-О-С-группы.

При анализе ЯМР¹Н спектра цитафата три группы сигналов низкого поля соответствуют протонам α-пиридинового ядра. Сигналы при 7,30 м.д. соответствуют β-протону. Расщепленный дублет при 6,09 м.д. соответствует γ-протону, а расщепленный дублет при 6,36 м.д. – α-протону. Следующая группа линий, представляющая собой сложный сигнал в области 3,81–4,12 м.д., соответствует аксиальному и экваториальному протонам в положении С₁₀. Эта группа сигналов является АВ-частью системы АВХ, где Х – протон в положении С₉. Экваториальный протон при С₁₀ смещен в более слабое поле по сравнению с аксиальным. Группа линий в области 3,52–3,60 м.д. представляет собой сигналы пяти протонов, находящихся при С₁₁, С₁₃, и третичного протона С₇. Протоны метокси-группы у атома фосфора неэквивалентны, и они проявляются в области 3,30 и 3,44 м.д. в виде двух расщепленных дублетов. Два третичных протона в положениях С₇ и С₉ у метиленового мостика не эквивалентны, так как протон при С₇ находится в α-положении к двойной связи и подвержен влиянию анизотропии к ней, вследствие чего смещен в более слабое поле (δ 3,03–3,10 м.д.) относительно протона С₉. А широкий сигналет в области 2,43 м.д. принадлежит протону С₉. Группа линий в области 1,91–2,03 м.д. относится к протонам при С₁₁ и С₁₃.

Продолжая исследования фармакологической активности О,О-диметил-N-цитизинилфосфата, изучили его антиоксидантную активность с применением вольтамперограмм катодного ЭВ О₂ с помощью вольтамперометрического анализатора при различных концентрациях.

Активность образцов определяли, используя метод катодной вольтамперометрии, в частности процесс электровосстановления кислорода (ЭВ О₂). Модельная реакция ЭВ О₂ протекает на электроде по механизму, аналогичному восстановлению кислорода в тканях и клетках организма:

О2 + е– О2˙- (1)

О2˙- + Н+ HO2˙ (2)

HO₂˙ + Н⁺ + е^- Н₂О₂ (3)

Н₂О₂+ 2Н⁺ + 2е^- 2Н₂О (4)

В данном случае рассматривается первая волна ЭВ О₂ (восстановление кислорода до пероксида водорода) с образованием активных кислородных радикалов: О₂^-, НО₂^-× (выражения 1–3). Предполагается, что вещества реагируют с кислородом и его активными радикалами на поверхности индикаторного электрода, что отражается в изменении катодного тока ЭВ О₂ [6].

Активность исследуемого вещества по отношению к ЭВ О₂ определялась по следующей методике: снимались вольтамперограммы тока ЭВ О₂ в отсутствии исследуемого вещества (фоновая кривая) по описанному выше способу. При отсутствии посторонних пиков фоновый раствор считался чистым. Затем в ячейку добавлялось исследуемое вещество с известной концентрацией (брали объем аликвоты 0,1 мл на 10 мл объема фонового электролита) и снималась катодная вольтамперограмма ЭВ О₂ при тех же условиях. Измерения повторялись не менее 3 раз через определенный промежуток времени (180 с) и каждый раз оценивалось значение предельного тока ЭВ О₂.

Изменение тока ЭВ О2 по своему абсолютному значению свидетельствует о том, что исследуемые образцы реагируют с кислородом и его активными радикалами в исследуемом растворе. Степень изменения тока ЭВ О₂ являлась показателем активности исследуемого образца.

По полученным данным строилась зависимость относительного изменения тока ЭВ О₂ от времени протекания процесса в присутствии одной концентрации исследуемого образца.

По линейной части графика и по тангенсу угла наклона касательной к данному участку кривой рассчитывался коэффициент активности образцов – K, мкмоль/(л×мин) по формуле:

, (5)

где Со₂ – концентрация кислорода в исходном растворе без вещества, мкмоль/л;

Ii – текущее значение предельного тока ЭВ О₂, мкА;

Iо – значение предельного тока ЭВ О₂ в отсутствии вещества в растворе, мкА;

t – время протекания процесса, мин.

Для исследуемого вещества получена однотипная вольтамперограмма, наблюдалось уменьшение катодного тока ЭВ О₂, что свидетельствует о проявлении ими антиоксидантной активности по отношению к данному процессу. Кроме того, наблюдался сдвиг потенциала катодного тока ЭВ О₂ в положительную область потенциалов. Все вышесказанное предполагает наличие механизма ЕС (электрохимическая – химическая стадии), который включает последующую химическую реакцию взаимодействия антиоксидантов с активными кислородными радикалами.

При этом общая схема электродного процесса с последующими химическими реакциями взаимодействия антиоксидантов с активными кислородными радикалами будет выглядеть следующим образом:

Антиоксидантная активность О,О-диметил-N-цитизинилфосфата по отношению к ЭВ О, с различной концентрацией (n = 5, p = 0,95)

Антиоксидантную активность определяли, используя выражение (5) (см. таблицу).

Выводы

Осуществлен синтез и изучено влияние О,О-диметил-N-цитизинилфосфата на процесс электровосстановления кислорода в различных концентрациях. В качестве метода оценки применена катодная вольтамперометрия на ртутно-пленочном электроде. В данном подходе определение антиоксидантной активности отражало количество активных форм кислорода, нейтрализованных антиоксидантом за определенное время. Показано, что водный раствор цитафата проявляет антиоксидантную активность.

Эксперименты выполнены при поддержке гранта РФФИ, проект № 15-04-01110.

Библиографическая ссылка