🔍 Поиск готовых работ

🔍 Поиск работ

Вольтамперометрическое определение бетулина и его производного диацетата на модифицированных углеродсодержащих электродах в БАДах

Работа №201774

Тип работы

Диссертация

Предмет

химия

Объем работы98
Год сдачи2024
Стоимость700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
13
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Основные свойства пентациклических тритерпеноидов 10
1.2 Методы определения пентациклических тритерпеноидов 18
1.3 Особенности электрохимических методов определения пентациклических
тритерпеноидов 23
1.4 Вольтамперометрическое определение органических соединений на
модифицированных электродах 29
ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 38
2.1 Приборы, электроды, применяемые ячейки 38
2.2 Приготовление исходных субстратов, реагентов 40
2.2.1 Методика извлечения бетулина из коры березы 40
2.2.2 Методики получения диацетата бетулина из бересты (Метод А) и из бетулина
(Метод Б) 40
2.3 Способы очистки бетулина и ДАБ 41
2.3.1 Очистка технического бетулина 41
2.3.2 Очистка технического диацетата бетулина 42
2.4 Методика поверхностной модификации углеродсодержащих электродов для
определения бетулина и диацетата бетулина 43
2.5 Методика приготовления модификатора на основе мезопористого углерода ... 44
2.6 Приготовление растворов, подготовка посуды 44
2.7 Методика вольтамперометрического измерения бетулина и диацетата бетулина45
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 46
3.1 Изучение вольтамперометрического поведения бетулина на золото-графитовом электроде 46
3.2 Выбор рабочих условий определения диацетата бетулина с использованием
золото-графитового электрода и изучение некоторых закономерностей
электродного процесса 51
3.3 Совместное вольтамперометрическое определение бетулина и диацетата
бетулина и изучение их взаимного влияния 52
3.4 Применение мезопористого углерода для модификации поверхности электрода
для вольтамперометрического определения бетулина 57
3.5 Применение АДТ для модификации поверхности электрода для
вольтамперометрического определения бетулина 59
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЕТУЛИНА И ДАБ В БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ДОБАВКЕ 64
4.1 Вольтамперометрическое определение бетулина в биологически активной
добавке 64
4.1.1 Изучение мешающего влияния органических соединений на аналитический
сигнал бетулина и ДАБ 64
4.1.2 Оценка предела обнаружения и нижней границы определяемых содержаний 66 4.2. Методика количественного определения ДАБ в биологической активной
добавке «Кубебон» 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
ВЫВОДЫ 77
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 79
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 80
Приложение Б. ПМР спектр бетулина 93
Приложение В. Масс-спектр бетулина 94
Приложение Г. ИК спектр ДАБ 95
Приложение Д. ПМР-спектр ДАБ 96
Приложение Е. Масс-спектр ДАБ 97
Приложение Ж. Диаграмма Исикава 98


Актуальность темы исследования. Пентациклические тритерпеноиды содержатся в различных растениях и известны своими противовоспалительными, противомикробными, противовирусными и противоопухолевыми свойствами. Их структура обеспечивает значительную степень функционализации, что приводит к получению широкого спектра производных с различной биологической активностью. Изучение пентациклических тритерпеноидов - это обширная область, объединяющая, среди прочего, аспекты органической химии, фармакологии и медицины. Тритерпеновые кислоты (бетулиновая кислота и урсоловая кислота) проявляют значительную антиканцерогенную и анти-ВИЧ активность, лупеол является конкурентным ингибитором, как трипсина, так и химотрипсина, а противовоспалительная активность бетулина была подтверждена в различных экспериментальных моделях. Доказано, что бетулин и его производные (сложные эфиры и эфиры) оказывают антиноцицептивное действие против висцеральной боли у мышей, вызванной внутрибрюшинной инъекцией уксусной кислоты. При определении этих уникальных соединений в различных объектах и в том числе в фармпрепаратах применяются различные физикохимические способы оценки пентациклических тритерпеноидов. Их идентифицируют спектральными (ИК, ЯМР, масс-спектрометрия), хроматографическими (ВЭЖХ, плоскостная хроматография, ВЭТСХ) и электрохимическими (вольтамперометрия, электрофорез) методами. Вследствие незначительной стоимости и простоты оборудования, в последнее время более привлекательными становятся электрохимические методы анализа, в частности, вольтамперометрические. Применение вольтамперометрии позволило
существенно упростить и ускорить процесс получения информации о количественном содержании бетулина и диацетата бетулина в различных объектах. Насколько нам известно, опубликовано лишь несколько работ, посвященных электроанализу пентациклических тритерпеноидов. Поиск состава современных углеродных материалов для индикаторных электродов и различных органических и металлических модификаторов поверхности, обеспечивающих необходимый уровень чувствительности, точности и прецизионности полученных результатов вызывает повышенный интерес у разработчиков новых методик. Выбор такого материала зависит, главным образом, от природы окислительновосстановительного поведения целевых аналитов.
Среди широкого круга применяемых органических модификаторов перспективными органическими агентами являются тозилатные соли арендиазония, которые в ходе электродного процесса организуют ковалентное связывание функциональных групп арена (Ar) с углеродной поверхностью электрода. Поэтому проведение исследований по разработке органомодифицированного электрода тозилатными солями арендиазония и золота для определения лекарственных веществ вольтамперометрическими методами, весьма актуально и имеет большую практическую значимость. Объектами исследования являются природные соединения - бетулин (3р,28-дигидрокси-20(29)-лупен или луп- 20(29)-ен-3в,28- диол), диацетат бетулина (3в,28-диацетокси-луп -20(29)-ен). Разработка методик определения бетулина и ДАБ необходима для проведения дополнительного контроля содержания данных веществ на всем цикле производства препаратов.
Таким образом, применение вольтамперометрии целесообразно в условиях современной аналитической практики и целью данной работы является выделение бетулина и его производного - диацетата бетулина (ДАБ), очистка и исследование физико-химических закономерностей электро-окисления - восстановления данных аналитов на органо-модифицированном углеродсодержащем электроде с последующей разработкой методик их количественного определения в БАДах.
Для достижения цели решались следующие задачи:
• Выделить природные тритерпеноиды: бетулин и ДАБ из коры березы, разработать способ их очистки методом колоночной хроматографии, идентифицировать структуру методами ИК-спектроскопии, ПМР, масс- спектрометрии для дальнейшего вольтамперометрического определения данных тритерпеноидов
• Установить рабочие условия вольтамперометрического определения бетулина на золото-графитовом электроде и исследовать физико-химические закономерности его электрохимического поведения;
• Разработка нового электрохимического сенсора на основе золото- графитового электрода, модифицированного мезопористым углеродом и арендиазония тозилатами;
• Разработать способы совместного вольтамперометрического определения бетулина и ДАБ на новом органо-модифицированном электроде.
• Разработать вольтамперометрическую методику определения бетулина и ДАБ в БАДах, рассчитать основные метрологические характеристики полученной методики.
Научная новизна
• Предложены оптимальные способы очистки с использованием колоночной хроматографии наиболее важных представителей лупанового ряда (бетулин, ДАБ) для их вольтамперометрического определения.
• Изучены физико-химические закономерности электродного процесса бетулина на золото-графитовом электроде методом циклической вольтамперометрии. Показано, что электрохимический процесс окисления бетулина на золото-графитовом электроде является необратимым и носит адсорбционный характер и это подтверждено с помощью критерия Семерано.
• Впервые получен новый органо-модифицированный электрод на основе графита, модифицированного мезопористым углеродом, золотом и солями арендиазония для вольтамперометрического определения бетулина и ДАБ.
• Впервые установлены основные рабочие параметры совместного вольтамперометрического определения бетулина и ДАБ и разработана вольтамперометрическая методика их определения в БАДах в широком диапазоне определяемых содержаний.
Теоретическая и практическая значимость работы. Работа содержит ключевые аспекты темы. На основании проведенных исследований предложены алгоритмы методик количественного химического анализа биологически активных добавок для определения содержания бетулина и диацетата бетулина. Эксперименты показали перспективность использования новых органомодифицированных электродов для определения аналитов методом вольтамперометрии, что открывает возможности для разработки методов определения других пентациклических тритерпеноидов. Результаты исследований физико-химического поведения бетулина и диацетата бетулина были представлены на различных российских и международных конференциях.
Методология и методы исследования. Для исследования закономерностей электрохимического поведения данных аналитов на органо-модифицированном углеродсодержащем электроде с последующей разработкой методик их количественного определения в БАДах в работе применялись разнообразные методы, такие как вольтамперометрия, колоночная хроматография, а также методы ИК, ПМР и масс-спектрометрия. Полученные данные обрабатывались с применением MS Office. Объекты исследования включали в себя некоторые представители пентациклических тритерпеноидов, а именно бетулин и ДАБ.
Положения, выносимые на защиту.
• Выделение, очистка и идентификация структуры природного тритерпеноида (бетулина и ДАБ) с помощью методов ИК, ПМР, Масс-спектрометрия и сравнением Тпл с лит. данными;
• Результаты изучения закономерности физико-химических процессов электроокисления-восстановления бетулина и ДАБ на углеродсодержащих электродах с учетом влияния различных факторов (материал электрода, рН фонового электролита, и др.);
• Разработка нового органо-модифицированного графитового электрода для вольтамперометрического определения бетулина и ДАБ;
• Вольтамперометрические методики определения бетулина и ДАБ в биологически активных добавках;
Степень достоверности и апробация работы. Результаты исследования были представлены и обсуждены на Всероссийской конференции по методам электрохимического анализа с международным участием и молодежной научной школе "ЭМА-2024" (Екатеринбург, 2024), на Международной научнопрактической конференции "Разработка лекарственных средств - традиции и перспективы" (Томск, 2021, 2023, 2024г), 21-й Международой научнопрактической конференции молодых студентов и ученых "Химия и химические технологии в XXI веке" (Томск, 2021)., Society 2022), Х! Всероссийская научная конференция и школа «Аналитика Сибири и Дальнего Востока», посвященная 100 - летию со дня рождения И.Г. Юделевича (Новосибирск 2021г), на Всероссийской конференции по методам электрохимического анализа с международным участием и молодежной научной школе "ЭМА-2020" (Казань, 2020), Международной научно-практической конференции "Интеграция науки, образования и производства - основы реализации Плана нации" (Сагиновские чтения № 13), (Караганда, 2021), на Межшкольном международном конгрессе (Москва, 2021), 18й Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов" (Москва, 2021), в конкурсе "Молодые ученые" Фонд поддержки молодых ученых имени Геннадия Комиссарова (Москва, 2021). Все конференции являются важной базой для ученых, выпускников и молодых специалистов.
Личный вклад автора. Исследование было проведено автором лично, включая поиск и анализ литературы, эксперименты, обработку данных, их интерпретацию, формулирование выводов, а также активное участие в подготовке публикаций по теме диссертации.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 работ: 4 статьи в журналах, индексируемые базами Scopus, Web of Science, 4 статьи, включенные в РИНЦ, 11-тезисов в материалах научных конференций и съездов. Отправлен 1 патент на изобретение.
Объем и структура работы. Структура диссертации изложена на 98 страницах и включает в себя введение, четыре главы, заключение, выводы, перечень использованной литературы, состоящий из 119 источников и приложения.
Благодарность. Выполнение работы было возможно благодаря финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-33-90293, предоставленного аспирантам и некоторые исследования проводились с использованием средств центра коллективного пользования ТПУ «Физико-химические методы анализа».
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, д.х.н., профессору Инженерной школы природных ресурсов, профессору Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Слепченко Галине Борисовне, за ценные наставления, терпение и поддержку на протяжении всего времени работы над диссертацией., а также д.х.н., профессору Научно - образовательного центра Н.М.Кижнера Филимонову Виктору Дмитриевичу, за предоставленные материалы, без которых исследование не было бы возможным и к.х.н., доценту Инженерной школы природных ресурсов Мамаевой Елене Андреевне, за помощь в выделении и очистке объектов исследования.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


Проведенная работа позволяет расширить методологию определения органических веществ, в том числе и биологически активных добавок, с использованием методов вольтамперометрии.
В ходе выполнения работы выполнены:
1) Выделены и синтезированы некоторые представители пентацикических тритерпеноидов (бетулин и ДАБ) из бересты и идентифицированы с помощью физико-химических методов анализа (ИК, ПМР, Масс-спектрометрии);
2) Разработан способ очистки бетулина и диацетата бетулина колоночной хроматографией. Содержание бетулина после очистки составило 98%, содержание ДАБ после очистки составила 94%;
3) Установлены рабочие условия количественного определения бетулина и диацетата бетулина методом вольтамперометрии с использованием модифицированных углеродсодержащего электродов. Показано, что отклонение высоты аналитического сигнала бетулина в присутствии ДАБ в широком диапазоне его концентрации составляет не более 10-15% при их соотношении до 1:50.
4) Методом циклической вольтамперометрии показано, что процесс электроокисления бетулина на золото-графитовом электроде является адсорбционным. Данный факт доказан с помощью критерия Семерано: рассчитан коэффициент равный 1.6 и его величина указывает на отсутствие вклада диффузионной составляющей тока.
5) Впервые разработаны вольтамперометрические условия совместного определения бетулина и диацетата бетулина на модифицированных углеродсодержащих электродах на фоне 0.1н NaOH.
6) Впервые предложен способ модифицирования золото-графитовых электродов мезопористым углеродом и тозилатами арендиазония. Показано увеличение чувствительности аналитического сигнала бетулина на органомодифицированном электроде в 2-3 раза по сравнению с золото-графитовым.
7) Дана оценка мешающего влияния сопутствующих органических веществ при анализе БАД на величину аналитического сигнала бетулина. Показано, что наличие сопутствующих компонентов в соотношении 100:1 не оказывают значительного влияния на аналитический сигнал бетулина.
Разработана вольтамперометрическая методика количественного определения бетулина и диацетата бетулина в БАДах. Проведены расчеты основных метрологических параметров. Погрешность определения не превышает 18%.


1. Muffler, K.; Leipold, D.; Scheller, M.C.; Haas, C.; Steingroewer, J.; Bley, T.; Neuhaus, H.E.; Mirata, M.A.; Schrader, J.; Ulber, R. Biotransformation of triterpenes// Process Biochem. - 2011. - 46-P. 1-15.
2. Sheng, H.; Sun, H. Synthesis, biology and clinical significance of pentacyclic triterpenes: A multi-target approach to prevention and treatment of metabolic and vascular diseases// Nat. Prod. Rep.-2011.- 28.- P.543-593.
3. Siddique, H.R.; Saleem, M. Beneficial health effects of lupeol triterpene: A review of preclinical studies// Life Sci.- 2011.- V.88. - P. 285-293.
4. Moreau, R.A.; Whitaker, B.D.; Hicks, K.B. Phytosterols, phytostanols, and their conjugates in foods: Structural diversity, quantitative analysis, and health-promoting uses// Prog. Lipid Res. - 2002. - V.41. - P. 457-500.
5. Spindler, K. The Man in the Ice / K. Spindler// N.Y.: Harmony Books.-1994. - P. 305.
6. Gouldson, J. E. The Birch Tree / J. E. Gouldson (self-published), Bovey Tracey, Devon. - 1992. - P.106.
7. Peyton, J. The Birch: Bright Tree of Life and Legend / J. Peyton // Granville, OH, USA: McDonald &Woodward.- 1994. - P.73.
8. Ruzicka, L. Perspektiven der Biogenese und der Chemie der Terpene / L. Ruzicka // Pure Appl. Chem. - 1963. - Vol. 6. - No. 4. - P. 493-524.
9. Ukkonen, K. Birch bark extractives / K. Ukkonen, V. Era // Kemia-Kemi. - 1979.
- V. 6. - № 5. - Р. 217-220.
10. Hayek, E.W.H. A bicentennial of betulin / E.W.H. Hayek, U. Jordis, W. Moche, Sauter F. // Phytochemistry. - 1989. - Vol. 28. - P. 2229-2242.
11. Кислицын, А.Н. Экстрактивные вещества бересты: выделение, состав, свойства, применение / А.Н. Кислицын // Химия древесины.- 1994.- №3.- С.3-28.
12. Eckerman C., Ekman R. Comparison of solvents for extraction and crystallisation of betulinol from birch bark waste // Paperi ja Puu. - 1985.- №3. -P. 100-106.
13. Похило, Н.Д. Тритерпеноиды даммаранового ряда различных видов рода Betula / Н.Д. Похило, Н.И. Уварова //Химия в интересах устойчивого развития. - 1998. - №6. - С.461-467.
14. Ohara, S. Utilization of bark extractives / S.Ohara, Y.Hayashi, M.Yatagai. //Henkan Keikaku Kenkyu Hokoku. - 1990. - V.24. - P.12-35.
15. Ekman, R. The suberin monomers and triterpenoids from the Outer Bark of Betula verrucosa Ehrh / R. Ekman // Holzforschung. - 1983. - Vol.57. - P. 205-211.
...119


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ