Введение к работе
з
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-госсипол, флавоноиды-агшгенин, лютеолин, 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 гт) 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 с; Глушенкова А.И., Назарова И.П, Госсипол, его производные и их использование. -Ташкент.: Фан, 1993.-78 с; 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-C.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-
ТТ1,ЇТ,'ЇЛ.ППТІТТТ S*-r*T^ntVtrrias*TrTr\r »ЧО*-«ГЧ-»»'\*\ТГ'ТЧЛТТПТІГ ТІттаТіЧТЧ-чЛ-»ГТ»Ж «T»I»l»rtTfTIA rtnn"m~-r,n
5 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 (кондуїсгометрия, 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 основегоссипола, 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, лютеолипа, 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, что 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 метоксипроизводных, 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-
7 тигельного сьфья 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-технологические 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, дитерпепоида 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, Шымкент, 1993); XXXVI-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
