Помощь студентам в учебе
НОВЫЙ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ АНТИРАДИКАЛЬНОЙ ЕМКОСТИ
|
Общая характеристика работы
Актуальность темы исследования 2
Положения, выносимые на защиту 6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 8
Заключение 21
Список литературы 22
Актуальность темы исследования 2
Положения, выносимые на защиту 6
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 8
Заключение 21
Список литературы 22
Актуальность темы исследования. Во всех живых организмах постоянно протекают реакции с образованием свободных радикалов, которые в избыточных количествах являются фактором разрушения макромолекул, структур клеток, что может привести к развитию различных заболеваний и патологических состояний. Ингибиторами свободнорадикальных реакций являются вещества - антиоксиданты, способные взаимодействовать с ними с образованием неактивных продуктов. Для исследования антиоксидантных/антирадикальных свойств соединений разработано большое количество способов с использованием модельных окислителей радикальной и нерадикальной природы. Среди них способы, базирующиеся на моделях окислителей радикальной природы, заслуживают большего внимания, поскольку они позволяют интерпретировать результаты анализа по отношению к живому организму.
Существующие способы оценки антирадикальных свойств соединений являются достаточно точными и информативными, однако, имеющиеся недостатки и ограничения, такие как сложность методики и аппаратуры, высокая стоимость приборов препятствуют их широкому использованию. Таким образом, создание более универсального и информативного способа определения антирадикальной емкости (АРЕ) соединений с использованием модели окислителей радикальной природы является актуальной задачей аналитической химии.
Поскольку реакция между радикалами и антиоксидантами сопровождается протонно-электронным переносом, для исследования АРЕ соединений целесообразно использовать электрохимические методы анализа, которые обладают рядом преимуществ: чувствительность, экспрессность, использование простого и недорогого оборудования с возможностью реализации его как в портативном, так и в on-line оформлении, возможность исследования мутных и окрашенных образцов. Перенос электрона с молекулы антиоксиданта на радикал сопровождается изменением электрохимических параметров системы, одним из которых является окислительно-восстановительный потенциал системы, что позволяет использовать потенциометрию в качестве способа регистрации этих процессов.
Степень разработанности темы исследования. Определение АРЕ модельных антиоксидантов и многокомпонентных объектов является актуальной задачей при поддержании оксидант-антиоксидантного баланса в организме и при лечении заболеваний, связанных с окислительным действием свободных радикалов на макромолекулы. Для исследования антирадикальных свойств объектов разработаны оптические, электрохимические методы анализа и метод ЭПР-спектроскопии, использование которых может быть затруднено ввиду некоторых их недостатков: сложность методик, использование дорогостоящего и трудного в рутинном анализе оборудования, невозможность, в ряде случаев, исследования окрашенных проб, использование сильных окислителей, проведение процедуры анализа в кислой или щелочной среде и сложность интерпретации результатов по отношению к живым организмам.
Поскольку процесс взаимодействия антиоксидантов с радикалами сопровождается протонно-электронным переносом, для определения АРЕ можно использовать простые и надежные электрохимические способы, которым в литературе уделяется мало внимания, а электрохимические способы с использованием радикал-генерирующих систем в литературе встречаются крайне редко. Среди электрохимических методов потенциометрия является достаточно простым и экспрессным методом анализа, которая позволяет использовать универсальные и недорогие приборы, исследовать мутные и окрашенные образцы, проводить анализ в разных средах.
Диссертационная работа является частью исследований, проводимых на кафедре аналитической химии УрФУ им. Б.Н. Ельцина в рамках грантов РНФ № 16-13-00008 и № 17-13-01096, гранта молодых ученых У.М.Н.И.К. - 2016.
Цель работы: создание нового потенциометрического способа определения антирадикальной емкости соединений на модели радикал-генерирующих систем.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
1. Исследование и выбор модельной системы, включающей окислитель радикальной природы, позволяющий моделировать радикальные процессы, протекающие в живых организмах, и акцептор этих радикалов; изучение реакций взаимодействия свободных радикалов с акцептором;
2. Разработка нового потенциометрического способа определения скорости и константы скорости генерирования пероксильных радикалов, на примере реакции термического распада 2,2'-азобис(2-амидинопропан) дигидрохлорида (ААРН) с использованием восстановленной формы металла в составе комплексного соединения в качестве акцептора, включающего выбор условий проведения исследований (температура, концентрации);
3. Разработка потенциометрического способа определения АРЕ объектов с использованием ААРН в качестве модели окислителя на основании изученных закономерностей изменения потенциала системы в процессах генерирования свободных радикалов и ингибирования их антиоксидантами;
4. Описание алгоритмов процедуры анализа, выбор оптимальных условий формирования аналитического сигнала (влияние буферной емкости, ионной силы, рН раствора и концентраций соединений на результат анализа);
5. Определение АРЕ модельных антиоксидантов с разным числом и положением функциональных групп в молекуле;
6. Определение АРЕ экстрактов растительного сырья; проведение корреляционных исследований с известными методами анализа (потенциометрическим методом с использованием системы К3|Ее(СК)6]/К4[Ре(СК)6], спектрофотометрическими методами с использованием реактива Folin-Ciocalteu и стабильного хромоген-радикала ПРРН);
7. Оценка аналитических характеристик потенциометрического способа (расчет показателей точности и предела определения АРЕ)...
Существующие способы оценки антирадикальных свойств соединений являются достаточно точными и информативными, однако, имеющиеся недостатки и ограничения, такие как сложность методики и аппаратуры, высокая стоимость приборов препятствуют их широкому использованию. Таким образом, создание более универсального и информативного способа определения антирадикальной емкости (АРЕ) соединений с использованием модели окислителей радикальной природы является актуальной задачей аналитической химии.
Поскольку реакция между радикалами и антиоксидантами сопровождается протонно-электронным переносом, для исследования АРЕ соединений целесообразно использовать электрохимические методы анализа, которые обладают рядом преимуществ: чувствительность, экспрессность, использование простого и недорогого оборудования с возможностью реализации его как в портативном, так и в on-line оформлении, возможность исследования мутных и окрашенных образцов. Перенос электрона с молекулы антиоксиданта на радикал сопровождается изменением электрохимических параметров системы, одним из которых является окислительно-восстановительный потенциал системы, что позволяет использовать потенциометрию в качестве способа регистрации этих процессов.
Степень разработанности темы исследования. Определение АРЕ модельных антиоксидантов и многокомпонентных объектов является актуальной задачей при поддержании оксидант-антиоксидантного баланса в организме и при лечении заболеваний, связанных с окислительным действием свободных радикалов на макромолекулы. Для исследования антирадикальных свойств объектов разработаны оптические, электрохимические методы анализа и метод ЭПР-спектроскопии, использование которых может быть затруднено ввиду некоторых их недостатков: сложность методик, использование дорогостоящего и трудного в рутинном анализе оборудования, невозможность, в ряде случаев, исследования окрашенных проб, использование сильных окислителей, проведение процедуры анализа в кислой или щелочной среде и сложность интерпретации результатов по отношению к живым организмам.
Поскольку процесс взаимодействия антиоксидантов с радикалами сопровождается протонно-электронным переносом, для определения АРЕ можно использовать простые и надежные электрохимические способы, которым в литературе уделяется мало внимания, а электрохимические способы с использованием радикал-генерирующих систем в литературе встречаются крайне редко. Среди электрохимических методов потенциометрия является достаточно простым и экспрессным методом анализа, которая позволяет использовать универсальные и недорогие приборы, исследовать мутные и окрашенные образцы, проводить анализ в разных средах.
Диссертационная работа является частью исследований, проводимых на кафедре аналитической химии УрФУ им. Б.Н. Ельцина в рамках грантов РНФ № 16-13-00008 и № 17-13-01096, гранта молодых ученых У.М.Н.И.К. - 2016.
Цель работы: создание нового потенциометрического способа определения антирадикальной емкости соединений на модели радикал-генерирующих систем.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
1. Исследование и выбор модельной системы, включающей окислитель радикальной природы, позволяющий моделировать радикальные процессы, протекающие в живых организмах, и акцептор этих радикалов; изучение реакций взаимодействия свободных радикалов с акцептором;
2. Разработка нового потенциометрического способа определения скорости и константы скорости генерирования пероксильных радикалов, на примере реакции термического распада 2,2'-азобис(2-амидинопропан) дигидрохлорида (ААРН) с использованием восстановленной формы металла в составе комплексного соединения в качестве акцептора, включающего выбор условий проведения исследований (температура, концентрации);
3. Разработка потенциометрического способа определения АРЕ объектов с использованием ААРН в качестве модели окислителя на основании изученных закономерностей изменения потенциала системы в процессах генерирования свободных радикалов и ингибирования их антиоксидантами;
4. Описание алгоритмов процедуры анализа, выбор оптимальных условий формирования аналитического сигнала (влияние буферной емкости, ионной силы, рН раствора и концентраций соединений на результат анализа);
5. Определение АРЕ модельных антиоксидантов с разным числом и положением функциональных групп в молекуле;
6. Определение АРЕ экстрактов растительного сырья; проведение корреляционных исследований с известными методами анализа (потенциометрическим методом с использованием системы К3|Ее(СК)6]/К4[Ре(СК)6], спектрофотометрическими методами с использованием реактива Folin-Ciocalteu и стабильного хромоген-радикала ПРРН);
7. Оценка аналитических характеристик потенциометрического способа (расчет показателей точности и предела определения АРЕ)...
1. Обоснован выбор модельной системы, включающей источник радикалов ААРН и акцептор радикалов К4[Ре(СН)б] для изучения кинетики генерирования свободных радикалов;
2. Разработан потенциометрический способ исследования кинетики генерирования радикалов с использованием выбранной модели. Определен диапазон рабочих концентраций акцептора при разных концентрациях инициатора: (0.01 - 0.2) мМ для 0.05 М ААРН и (0.04 - 0.5) мМ для 0.1 М ААРН. Значение скорости и константы скорости генерирования пероксильных радикалов при концентрациях ААРН СААРН = (0.05 - 0.3) М составили Wi = (1.05 - 5.39) • 10 7 М-с-1, к1Ср = (1.00 ± 0.02) • 10 6 с-1;
3. Разработан потенциометрический способ определения антирадикальной емкости соединений разной химической природы с использованием радикал-генерирующих систем в качестве модели окислителя на примере ААРН;
4. Выбраны оптимальные условия проведения эксперимента (рН 7.4, суммарная концентрацией солей аН2РО4 / К2НРО4 0.067 М, ионная сила 0.120, буферная емкость 0.031 М, температура 370С);
5. Определена АРЕ модельных растворов антиоксидантов, полученные коэффициенты ингибирования согласуются с литературными данными;
6. Определена АРЕ настоев чая, водных и этанольных экстрактов лекарственного растительного сырья. Степень корреляции результатов с потенциометрическим способом исследования АОЕ на модели 1<3|Гс(С)6| / К4|1;с(С)6| составила 0.85, с известным спектрофотометрическим методом определения общего содержания полифенолов - 0.99, с методом определения ПРА с использованеим ПРРИ - 0.97;
7. Найден предел определения АРЕ потенциометрическим способом (6.20-10-6 М - экв, п = 5, Р = 0.95). Оценены показатели точности нового потенциометрического способа: значения относительной погрешности не превышают 8%, показатели повторяемости и воспроизводимости исследованных экстрактов в относительных единицах составили не более 4%, что позволяет использовать данный способ для исследования антирадикальной емкости широкого круга объектов со сложной матрицей.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю к.х.н., доц. Ивановой А.В., а также к.х.н., доц. Герасимовой Е. Л. (УрФУ им. Б. Н. Ельцина, кафедра Аналитической химии) за помощь в работе; д.х.н., проф. Касаикиной О. Т. (Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, РФ) за помощь в постановке некоторых задач исследования и интерпретации результатов и всему научному коллективу кафедры аналитической химии ХТИ УрФУ им. Б.Н. Ельцина.
2. Разработан потенциометрический способ исследования кинетики генерирования радикалов с использованием выбранной модели. Определен диапазон рабочих концентраций акцептора при разных концентрациях инициатора: (0.01 - 0.2) мМ для 0.05 М ААРН и (0.04 - 0.5) мМ для 0.1 М ААРН. Значение скорости и константы скорости генерирования пероксильных радикалов при концентрациях ААРН СААРН = (0.05 - 0.3) М составили Wi = (1.05 - 5.39) • 10 7 М-с-1, к1Ср = (1.00 ± 0.02) • 10 6 с-1;
3. Разработан потенциометрический способ определения антирадикальной емкости соединений разной химической природы с использованием радикал-генерирующих систем в качестве модели окислителя на примере ААРН;
4. Выбраны оптимальные условия проведения эксперимента (рН 7.4, суммарная концентрацией солей аН2РО4 / К2НРО4 0.067 М, ионная сила 0.120, буферная емкость 0.031 М, температура 370С);
5. Определена АРЕ модельных растворов антиоксидантов, полученные коэффициенты ингибирования согласуются с литературными данными;
6. Определена АРЕ настоев чая, водных и этанольных экстрактов лекарственного растительного сырья. Степень корреляции результатов с потенциометрическим способом исследования АОЕ на модели 1<3|Гс(С)6| / К4|1;с(С)6| составила 0.85, с известным спектрофотометрическим методом определения общего содержания полифенолов - 0.99, с методом определения ПРА с использованеим ПРРИ - 0.97;
7. Найден предел определения АРЕ потенциометрическим способом (6.20-10-6 М - экв, п = 5, Р = 0.95). Оценены показатели точности нового потенциометрического способа: значения относительной погрешности не превышают 8%, показатели повторяемости и воспроизводимости исследованных экстрактов в относительных единицах составили не более 4%, что позволяет использовать данный способ для исследования антирадикальной емкости широкого круга объектов со сложной матрицей.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю к.х.н., доц. Ивановой А.В., а также к.х.н., доц. Герасимовой Е. Л. (УрФУ им. Б. Н. Ельцина, кафедра Аналитической химии) за помощь в работе; д.х.н., проф. Касаикиной О. Т. (Институт химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, РФ) за помощь в постановке некоторых задач исследования и интерпретации результатов и всему научному коллективу кафедры аналитической химии ХТИ УрФУ им. Б.Н. Ельцина.
