Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 9
1.1. Природные полисахариды пектины 9
1.1.1. Получение пектинов 9
1.1.2. Структура и состав пектинов 14
1.1.3. Физико-химические свойства пектинов 21
1.1.4. Биологическая активность пектиновых веществ 26
1.1.5. Применение пектинов 31
1.2. Модификация пектинов 34
1.2.1. Комплексообразование пектинов с ионами металлов 34
1.2.2. Взаимодействие пектинов с лекарственными препаратами 37
1.2.3. Окислительная модификация пектинов 40
2. Экспериментальная часть 45
2.1. Исходные реагенты, их получение и очистка 45
2.2. Методы анализа 48
2.2.1. Анализ брутто-кислоты 48
2.2.2. Анализ брутто-пероксидов 49
2.2.3. Деструкция и функционализация пектина в гомогенных условиях 49
2.2.4. Определение кинематической вязкости растворов 50
2.2.5. Определение характеристической вязкости растворов 50
2.2.6. Изучение кинетики накопления диоксида углерода 51
2.2.7. Определение состава и константы устойчивости образующихся комплексов 54
2.2.7.1. Метод изомолярных серий 54
2.2.7.2. Метод молярных отношений 55
2.2.8. Определение содержания С, Н 56
2.2.9. Спектральное определение полученных комплексов 56
2.2. 10. Определение уроновых кислот по реакции Дише 56
2.2.11. Определение молекулярных масс пектина и его окисленных фракций 57
2.2.12. Определение удельного угла вращения 58
3. Кинетика окислительных превращений пектинов в водной среде 59
3.1. Окисление и деструкция цитрусового пектина 59
3.1.1. Кинетика окислительной функционализации 60
3.1.2. Кинетика окислительной деструкции 69
3.1.3. Кинетика накопления диоксида углерода 75
3.1.4. Радикальная природа прогресса 79
3.2. Окислительная деструкция яблочного пектина 82
3.2.1. Кинетика окислительной функционализации 82
3.2.2. Кинетика окислительной деструкции 85
3.2.3. Радикальная природа прогресса 87
3.3. К вопросу о механизме окислительных превращений пектинов 88
4. Комплексообразование пектина него окисленной фракции с некоторыми лекарственными веществами 93
4.1. Взаимодействие цитрусового пектина с 4-, 5-амино-салициловыми кислотами, урацилом и его производными 95
4.1.1. Комплексообразование цитрусового пектина с 4- и 5-аминосалициловыми кислотами 95
4.1.2. Комплексообразование цитрусового пектина с урацилом и его производными 100
4.2. Взаимодействие окисленной фракции пектина с 4-, 5- аминосалициловыми кислотами, урацилом и его производными 105
4.2.1. Комплексообразование окисленной фракции пектина с 4- и 5- аминосалициловыми кислотами 105
4.2.2. Взаимодействие окисленной фракции пектина с урацилом и его производными 107
4.3. Комплексообразование галактуроновой кислоты с 4-, 5- аминосалициловыми кислотами, урацилом и его производными 110
4.3.1. Комплексообразование галактуроновой кислоты с 4-й 5-аминосалициловыми кислотами 111
4.3.2. Комплексообразование галактуроновой кислоты с урацилом и его производными 113
4.4. Исследование биологической активности комплексов на основе 6-метилурацила с цитрусовым пектином и его окисленной фракцией 117
Выводы 120
Список литературы 122
- Взаимодействие пектинов с лекарственными препаратами
- Деструкция и функционализация пектина в гомогенных условиях
- К вопросу о механизме окислительных превращений пектинов
- Комплексообразование галактуроновой кислоты с 4-, 5- аминосалициловыми кислотами, урацилом и его производными
Введение к работе
Актуальность работы.
Исследование природных полисахаридов пектинов представляет большой интерес благодаря их широкой распространённости в природной растительности, биологической активности и низкой токсичности. Одно из уникальных свойств этих соединений, такое как способность к комплексообра-зованию, позволяет широко применять пектины в медицинской практике для выведения вредных соединений металлов из организма человека, что так необходимо в сложившейся экологической ситуации во всём мире. Однако, этим применение пектинов в медицине не ограничивается. В настоящее время изучается возможность использования данных биополимеров в виде подложки лекарственных веществ. При этом достигается снижение токсичности, увеличение длительности действия лекарственных средств, а также обеспечивается более эффективная их доставка к различным органам человека.
В настоящей работе реализован эффективный метод улучшения свойств природных биополимеров (как матрицы лекарственных препаратов нового поколения) путем их дополнительной функционализации. Удобным способом модифицирования пектинов является окисление биополимеров в водной среде с целью получения дополнительных функциональных групп. Полученные таким образом продукты окисления, особенно низкомолекулярные полимеры, могут выполнять функции «проводника» лекарственных препаратов (в виде комплексов с полисахаридами) через мембранные барьеры живого организма. Модифицированные биополимеры также обладают высокой сорбционной и комплексообразующей способностью и поэтому могут служить не только подложкой для лекарственных веществ, но также сорбировать и прочно удерживать различные виды микроорганизмов, выделяемые ими токсины и биологически вредные вещества, способные накапливаться в организме.
В связи с этим, задача получения окисленных фракций пектинов с помощью экологически удобных окислителей (пероксида водорода и озон-
кислородной смеси), использование которых не требует дополнительной очистки целевых продуктов реакции, является актуальной.
Научно-обоснованный выбор оптимальных условий получения продуктов с заданными свойствами предполагает исследование кинетических закономерностей окисления пектинов в водной среде, что является составной частью настоящей работы. Взаимодействие пектинов и его окисленных фракций с лекарственными веществами позволит выявить основные закономерности и специфические особенности данного взаимодействия и изучить биологическую активность полученных соединений.
Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ Башкирского государственного университета по теме «Окислительные процессы в решении химико-экологических задач» (номер государственной регистрации 01.99.0003103). Научные исследования проводились при частичной финансовой поддержке аналитической ведомственной целевой программы Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы» на 2006-2008 годы (код проекта РНП.2.2.1.1.6332); государственной научно-технической программы Академии наук Республики Башкортостан «Новые материалы, химические технологии для промышленности, медицины и сельского хозяйства на базе нефтехимического, минерального и возобновляемого сырья Республики Башкортостан» на 2007 год (госконтракт № 4/20-Х); государственной научно-технической программы Республики Башкортостан «Химические технологии и новые материалы для инновационного развития экономики Республики Башкортостан» на 2008 год (госконтракты № 4/6-Х и 4/10-Х).
Цель работы.
Исследование кинетики окислительных превращений пектинов для получения подложек лекарственных препаратов.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: 1. Изучение влияния условий проведения процесса на кинетику окислительной деструкции и функционализации пектинов.
Выяснение природы окислительных превращений полисахаридов.
Изучение взаимодействия пектина и его окисленной фракции с некоторыми азотсодержащими лекарственными веществами.
Научная новизна и практическая значимость.
Установлено, что окисление цитрусового и яблочного пектинов под действием пероксида водорода и озон-кислородной смеси в водных растворах сопровождается деструкцией и функционализацией их макромолекул, приводя к образованию низкомолекулярных полимерных продуктов с дополнительным количеством карбоксильных групп. Показано, что степень деструкции природных пектинов, а также степень функционализации образующихся продуктов можно регулировать путем изменения условий проведения процесса (времени окисления, температуры, концентрации используемого окислителя). Установлено, что характер наблюдаемых закономерностей не зависит от источников сырья (кожуры цитрусовых плодов или яблочных выжимок), из которых пектин выделен. Данный факт свидетельствует о возможности использования в медицинских целях не только цитрусового, но и яблочного пектина, источник которого широко представлен на всей территории Российской Федерации.
Впервые детально исследовано взаимодействие некоторых азотсодержащих лекарственных веществ (4-, 5-аминосалициловых кислот, урацила и его производных) с цитрусовым пектином и его окисленной фракцией, а также со структурной единицей биополимера - галактуроновой кислотой. Определены состав и константы устойчивости образующихся комплексных соединений. Показано, что устойчивость комплексов определяется основностью лекарственных веществ и природой изучаемого субстрата (галактуроновой кислоты, окисленной фракции пектина или исходного полисахарида).
Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использования окисленных фракций природных пектинов в качестве носителей лекарственных веществ.
Апробация работы.
Материалы диссертации были представлены на VI Региональной школе конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии (Уфа, 2006 г.); V Всероссийской научной INTERNET-конференции «Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и биотехнологии» (Уфа, 2006); Всероссийской школе конференции «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2007 г.); XXV Всероссийском симпозиуме молодых ученых по химической кинетике (Москва, 2007 г.); XVII Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2007 г.); XIII Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новосибирск, 2008 г.); Всероссийской научной конференции «Высокомолекулярные соединения. Наука и практика» (Уфа, 2008); V Международной научно-технической конференции «Инновации и перспективы сервиса» (Уфа, 2008 г.); XIV и XV Международных научных конференциях для студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ло-моносов-2007» (Москва, 2007 г.), «Ломоносов-2008» (Москва, 2008 г.).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ: 4 статьи в журналах, вошедших в перечень, рекомендованных ВАК для защиты кандидатских диссертаций, 6 статей - в сборниках докладов конференций и тезисы 10 докладов.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, двух глав с изложением результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы (222 ссылки). Работа изложена на 145 страницах, содержит 24 таблицы и 34 рисунка.
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Взаимодействие пектинов с лекарственными препаратами
На сегодняшний день технологии производства пектинов претерпевают существенные изменения, и ученые предлагают все более безопасные способы их получения. Успешное решение проблемы производства высококачественного пектина в значительной степени зависит от совершенства технологии и от отказа использования вредных растворителей.
Большие перспективы при получении пектиновых веществ имеет сверхкритическая флюидная технология, основанная на уникальных свойствах ряда соединений растворять целевые компоненты при определенных термодинамических параметрах (температуре и сверхкритическом давлении) [17]. В основе технологии лежит явление аномально высокой растворяющей способности растворителя при сверхкритических параметрах. По сравнению с другими растворителями, традиционно используемыми в процессах извлечения и разделения, сверхкритические флюиды имеют более высокий коэффициент диффузии, низкие значения коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения. Из сжиженных газов, широко применяемых на практике (аммиак, бутан, диоксид углерода, пропан, хладоны), наибольшее распространение в пищевой промышленности получил диоксид углерода. В виде жидкости он находится при давлении от 73.8-10" Па (критическое давление) до 5.18-Ю5 Па и температуре от +31 до -58С. При использовании этого растворителя достигается более полное извлечение растворимых веществ из различных видов растительного сырья.
Преимущества метода сверхкритической флюидной экстракции перед традиционными способами заключаются в высоком качестве целевого продукта, экологичности и экономичности технологического процесса. Недостаток диоксида углерода как растворителя — сравнительно высокая упругость насыщенных паров, что требует применения специальной аппаратуры [17].
Для интенсификации производства пектина и снижения энергозатрат возможно применение УЗ-колебаний [18], которые создают введением диспергированного жидкостного потока в другую жидкость. Используют жидкости, смешивание которых происходит с выделением теплоты, например, воду и спирт. В процессе смешивания давление поддерживают ниже давления насыщенных паров жидкости с меньшей температурой кипения при температуре смеси. В способе производства пектина, включающем экстрагирование пектинсодержащего сырья гидрофобным экстрагентом, гидролиз-экстрагирование водным раствором кислоты, отделение экстракта, УЗ-колебапия создают на стадии гидролиза-экстрагирования. Воду и кислоту вводят в экстракционный объём раздельно. Диспергированию подвергают поток жидкости с меньшей температурой кипения.
В работе [2] описан способ получения пектина, включающий операции набухания растительного сырья, гидролиза и экстракции с применением полигармонического вибрационного воздействия с частотой 15-50 Гц. Процессы набухания и гидролиза проводят в одну стадию раствором соляной кислоты с последующим разделением твёрдой и жидкой фазы и возвратом последней для повторного проведения процессов набухания и гидролиза растительного сырья, а отделённую твёрдую фазу разбавляют водой и используют для экстракции пектиновых веществ при вибрационном воздействии. Полученный экстракт концентрируют и очищают на ультрафильтрационной установке до получения пектинового концентрата, который высушивают на вакуумной сушилке. Данный способ позволяет уменьшить затраты времени на проведение процесса получения пектина и уменьшить расход реагентов.
Авторами [19] разработана технология процесса гидролиза, которая позволяет отказаться от использования концентрированных минеральных кислот. Новый гидролизующий агент получают путем обработки умягченной питьевой воды в электродиализных установках с биполярными мембранами. Таким образом, использование экстрагента, прошедшего электромембранную обработку приводит к повышению студпеобразующей способности пектина и снижению зольности целевого продукта, что расширяет область его применения. Предложен бескислотный и бесспиртовой способ получения пектина [20]. Он основан на использовании электромеханического активатора (взамен кислотного гидролиза) и нанофильтрационного концентрирования пектина (взамен спиртового осаждения). При этом предусматривается гидролиз-экстрагирование пектиносодержащего сырья аналитом, разделение фаз и выделение целевого продукта из жидкой фазы. В процессе гидролиза-экстрагирования осуществляют вакуумирование реакционной смеси при скачкообразном снижении давления со скоростью, обеспечивающей вскипание аналита. Способ позволяет сократить продолжительность технологического процесса и увеличить выход пектиновых веществ.
Концентрирование пектиновых экстрактов является одной из основных технологических стадий производства пектиновых веществ [21]. Учитывая, что пектиновые вещества — термолабильные продукты, и в результате термообработки происходит термическая деструкция пектиновых макромолекул, процесс концентрирования желательно проводить в условиях, позволяющих в значительной мере исключить разрушение пектиновых веществ за счет снижения температуры и времени их обработки. Этим требованиям отвечают лопастные роторно-пленочные аппараты (РПА). Деструкция пектинов на РПА значительно меньше по сравнению с традиционными методами. Получаемые в процессе концентрирования пектины имеют достаточно высокую студнеобразующую способность.
При концентрировании пектина смесь обогащается рядом балластных компонентов, весьма нежелательных в пектиновом производстве (минеральные кислоты, сахара, красящие вещества и другие), снижающих чистоту получаемых препаратов. Решению этих проблем может способствовать внедрение на производстве мембранной технологии очистки и фракционирования пектиновых веществ [22]. Искусственное уменьшение "балласта" путем ба-ромембранной очистки пектинового препарата улучшает его терапевтические свойства и способствует повышению студнеобразующей способности. Тща тельным подбором мембран можно добиться выхода пектина одной молекулярной массы.
Осаждение пектина из экстракта в современной технологии его производства сопровождается большим расходом спирта и затратой электрической энергии при его ректификации. В связи с этим авторами [23] предложен способ осаждения пектина из экстракта методом импульсного вращающегося электрического поля. Аналитические характеристики исходного (осажденный спиртом пектин) и осажденного пектина, электрическим полем при различных условиях проведения эксперимента показывают существенные отличия: значительно возросли степень этерификации и чистота, уменьшилось количество балластных веществ [24-26].
Деструкция и функционализация пектина в гомогенных условиях
Физико-химические свойства пектиновых веществ определяются их принадлежностью к классу полисахаридов. Специфические особенности пектина обусловлены высоким содержанием остатков галактуроновой кислоты [б].
Галактуроновая кислота — элементарная структурная единица пектиновых веществ. Полигалактуроновые кислоты, образующие основной скелет пектиновых веществ, состоят из остатков ангидрогалактуроновой кислоты. Как следствие, свойства этого класса соединений во многом определяется поведением галактуроновой кислоты [66].
Галактуроновая кислота встречается в пектиновых веществах только в пиранозной форме [66]. Пиранозное кольцо D-галактуроновой кислоты существует, главным образом, в виде С1, соответствующей наиболее стабильной конформации D-галактозы. Гидроксильные группы при углеродных атомах 1 и 4 находятся в транс-диаксальном положении, следовательно, свободное вращение гликозидных связей затруднено и пектиновую макромолекулу можно считать цепью с ограниченной гибкостью. Вследствие того, что вторичные гидроксильные группы при 2-м и 3-м углеродных атомах и карбоксильная группа при 6-м углеродном атоме находятся в экваториальном положении, они являются легко доступными.
Форма галактуроновой кислоты обычно кристаллизуется из водного раствора в виде моногидрата СбНі0Об-Н2О (trul = 156-159С). Р-Форма кристаллизуется из растворов, содержащих высокие концентрации этанола. Установлено, что в водном растворе галактуроновой кислоты около 5-6% карбоксильных групп находятся в форме лактона форме [66].
Галактуроновая кислота дает все реакции, типичные для Сахаров: флю-роглюциновую, орсиновую, резорциновую, нафторезорциновую, карбазоловую, взаимодействует с фенил гидразином и нингидрином [67]. Гидроксиль-ные группы галактуроновой кислоты могут быть метилированы или замещены каким-либо другим образом. Помимо функций элементарной структурной единицы пектиновых веществ, D-галактуроновая кислота представляет самостоятельный интерес. В настоящее время она находит практическое применение в качестве антидота. Для этой цели используются некоторые ее производные и соли, например, атропиновая и анилиновая. Глюкогептагалактуро-нат кальция применяют при острой недостаточности кальция, остеопорозах различной этиологии, заболеваниях костной системы, соли галактуроновой кислоты - для лечения диареи и дерматологических заболеваний. Галактуро-нат магния используется в виде терапевтического препарата для понижения уровня индола в моче, холигалактуронат - в качестве соединения, имеющего дезинтоксикационную и липотропную активности [66].
Пектиновые вещества, полученные из различных растительных источников разнообразными методами, представляют собой порошки серого, бежевого или светло-коричневого цвета, без запаха, слизистые и кисловатые на вкус [54] и имеют некристаллическую структуру [68].
При гидролизе пектина образуется галактуроновая кислота, галактоза, арабиноза, ксилоза, метанол и уксусная кислота [69].
Растворимость. Во влажной атмосфере пектиновые вещества сорбируют воду [70, 71]. Присоединение воды происходит 3 путями: в полостях между пиранозными кольцами (ИК-поглощение при 2190±20 см"1), неиони-зированными карбоксильными группами (ИК-поглощение при 2650 см"1) и гидроксильными группами (3440 см" ). При этом связывается около 10 молекул воды на каждое звено цепи [70, 71].
Хорошими растворителями пектиновых веществ являются, помимо воды, жидкий аммиак и 84%-ная фосфорная кислота. В глицерине и формамиде пектиновые вещества лишь набухают, а в остальных органических и неорганических растворителях они практически нерастворимы [72].
Гидрофильные вещества (сахар, глицерин) способствуют растворению пектина в воде [73], спиртовые группы этих веществ связываются водородными связями с карбоксильными группами пектина, придавая гелю эластические свойства.
Нерастворимые пектины, сшитый пектин и протопектин имеют ограниченную набухаемость в воде [74]. Пектаты щелочных металлов, аммония и органических оснований (пиридина, никотина, морфина) хорошо растворимы в воде. Соли поливалентных и тяжелых металлов - нерастворимы [74].
Пектин может быть осаждён из водных растворов добавлением смешивающихся с водой растворителей — метанолом, этанолом, изопропанолом, ацетоном [75]. При этом ацетон дает более плотный нитевидный коагулянт. Четвертичные аммониевые соединения и протеины также могут быть использованы для осаждения пектиновых веществ [76].
Растворимость пектиновых веществ в значительной мере определяет их способность к экстрагированию из растительного сырья. Молекулярная масса пектина, метоксильная составляющая, а также наличие других функциональных групп в значительной мере определяют характер связи пектина с другими компонентами клеточной стенки и, как следствие, легкость или трудность извлечения пектина из сырья.
Желирующая способность. Желирующая способность пектинов является одним из наиболее важных свойств, она обусловлена особым химическим строением молекулы пектинов, рН среды, а также наличием сухих растворимых веществ или кальция.
Существует зависимость между значением средней молекулярной массы пектина и его желирующей способностью: желирующая способность пектиновых веществ пропорциональна их молекулярной массе (другими словами, длине цепи пектиновой молекулы), достигающей 200000 при линейных размерах около 1600 А. Для протекания процесса желирования молекулярная масса пектина должна быть не менее 20000 [77]. Гель формируется в результате образования непрерывной трехмерной сети полимерных молекул, поперечно связанных друг с другом в жидкой среде [45]. Следует отметить, что из всех гидроколлоидов, обладающих различными сгущающими и желирующими свойствами, лишь пектин обладает высокой стабильностью в кислотном спектре рН и отличной устойчивостью к поперечным нагрузкам [54].
К вопросу о механизме окислительных превращений пектинов
Пектиновые полисахариды являются биополимерами полиуронидной природы, содержащими наряду с гидроксильными группами карбоксильные функциональные группы в мономерных фрагментах основной цепи полимера. С наличием этих реакционноспособных функциональных заместителей связана перспективность использования пектинов для синтеза различных практически ценных соединений на их основе, в том числе координационных соединений с металлами [151].
Медико-биологические исследования подтвердили способность пектинов снижать содержание в организме радионуклидов, декарпорировать тяжелые металлы. Особый интерес представляют пектины с низким содержанием метоксильных групп, обладающие высокой комплексообразующей способностью, что позволяет использовать их для профилактического и лечебного питания в условиях экологического загрязнения [99]. Строение пектиновых молекул таково, что с поливалентными металлами они могут образовывать различные виды химических связей: ионные - между свободными карбоксильными группами мономеров галактуроновой кислоты и двухвалентными атомами металла; донорно-акцепторные - между многочисленными электронодо-норами, имеющимися в пектиновой макромолекуле, и ионами d-элементов поливалентных металлов, предоставляющих для образования координационных связей свободные d-орбитали. Установлено, что удельная масса и степень этерификации пектинов регулируют их чувствительность и активность в комплексообразовании. Пектин адсорбирует уксуснокислый свинец сильнее активированного угля [152]. Он обладает активной комплексообразующей способностью по отношению к радиоактивному кобальту, стронцию, цезию, цирконию, рутению, иттрию и другим металлам, образуя соли пектовой кислот [99, 153]. Наиболее благоприятные условия для комплексообразования пектина с металлами создаются в кишечнике при рЫ от 7.1 до 7.6. Объясняется это тем, что при увеличении рН пектины деэтерифицируются и происходит более интенсивное взаимодействие между кислотными остатками пектиновой молекулы и ионами металлов. Кислая среда (рН 1.8-2.0) желудочного содержимого снижает способность высокометоксилировапного пектина связывать радионуклиды. В этих условиях более активным оказался низкометоксилированный пектин [154]. Стронций, находящийся в растительной, пище, отличается высокой подвижностью и может вытесняться под действием соляной- кислоты желудочного сока и переходить в ионное, легкоадсорбируемое состояние и поглощаться пектинами. В этом случае низкометоксилированный пектин деградирует в желудочно-кишечном канале в значительно меньшей степени, чем высокометоксилированныи. Активность его начинает проявляться уже в желудке, что означает более ранний и продолжительный контакт с радионуклидами. Продолжительность комплексообразования пектинов с радионуклидами происходит в течение 1-2 часов, реже 3-4 часа [155]. ГЯомимо вышеописанного, известен и другой механизм [154] выведения некоторых радиоактивных веществ из организма, он возможен благодаря способности низкомолекулярной фракции пектина проникать в кровь, образовывать связанные комплексы с последующим удалением с мочой. G другой стороны, активно развивающейся областью исследований в последним десятилетии является получение металлокомплексов пектиновых веществ с биогенными металлами-микроэлементами - Со% Сіґ , Fez , МіГ", т У-і- 0-4 Ni , Zn" . Эти металлы, играют важную роль в балансе важнейших процессов в живых организмах, протекающих с участием белковых молекул и нуклеиновых кислот [156]. Интерес к комплексам металлов с природными углево дами в значительной степени связан с возможностью получения нового типа биологически активных веществ различного назначения. Установлено, что комплексообразование повышает терапевтическую активность лигандов, снижает их токсичность, придает специфическое терапевтическое действие и иммунологическую активность [157]. Важное значение при этом имеет растворимость металлокомплексов в воде, способствующая повышению биоусвояемости препаратов и возможности их более широкого практического использования [158]. Из d-металлов наиболее изучено комплексообразование пектинов с ка-тионами Си" . Показано, что лигандпый узел в медных комплексах имеет псевдооктаэдрическую конфигурацию, когда в экваториальной плоскости ка Пі тион Си координирован четырьмя атомами кислорода [158]. Наиболее низкую селективность пектины проявляют при взаимодействии с ионами цинка и кадмия. Умеренная степень связывания обнаруживается при взаимодействии с кобальтом, никелем и медью. Максимальной связывающей способностью пектины обладают в отношении ионов свинца [159]. Это значит, что свинец будет в максимальном количестве поглощаться пектином и при наличии ионов других металлов будет замещать их в элементарных ячейках контактных зон.
Дальнейшие исследования в этой области позволили получить новые водорастворимые формы поли металлокомплексов пектиновых полисахаридов с катионами d-металлов — Со"+, Cu"+, Fe2+, содержащих два или три d-металла в молекуле одновременно [160]. Результаты биологических экспериментов показывают, что сочетание ионов биогенных d-металлов - кобальта, меди и железа в пределах одной молекулы пектинового биополимера приводит к более выраженному эффекту улучшения кроветворения у лабораторных животных по сравнению с комплексами пектина, полученными на основе металла одного вида [160].
Наибольшее внимание в литературе уделено комплексообразованию пектинов с s-металлами - Са"+ и Mg"+ [151]. В растворе длинные извитые мо лекулы пектина образуют клубок нитей (цепей). Эти нити могут располагаться друг от друга на разных расстояниях. Время от времени участки цепочки одной и той же или разных молекул очень близко подходят друг к другу и образуют зоны контакта. Элементарную ячейку зоны контакта в низкоэтери-фицированных пектинах, образуют четыре остатка галактуроновой кислоты, по два из двух цепочек, и один атом металла (например, кальция). Между атомом металла и кислородными атомами пиранозных циклов образуются водородные связи, а между атомом металла и карбоксильными группами — ионные связи [161].
Комплексообразование галактуроновой кислоты с 4-, 5- аминосалициловыми кислотами, урацилом и его производными
Макромолекулы природных полисахаридов неустойчивы, особенно в растворе, а при воздействии на них реагентов, даже в мягких условиях, они распадаются на молекулы меньшей величины. Выяснение происходящих при этом процессов представляет несомненный научный интерес [168].
Известно, что в гомогенной среде пектиновые вещества могут распадаться под действием некоторых окислителей (хлор, бром, йодная кислота, пероксид водорода, перманганат калия, бихромат калия) на молекулы с меньшим молекулярным весом [76, 169-170].
Систематически этот вопрос исследовался коллективом авторов (Голова О.П., Маят Н.С., Иванов В.И.) [168, 171, 172]. В качестве объекта исследования была выбрана полигалактуроновая кислота, полученная щелочным омылением цитрусового пектина, которая была очищена от сопутствующих ей веществ (гексозанов, пентозанов и альдегидсодержащих углеводов). Так как высокомолекулярная полигалактуроновая кислота плохо растворяется в воде, то для исследования в гомогенной среде (в водном растворе) применялась ее растворимая натриевая соль [169].
Было показано [173], что при действии молекулярного кислорода, ме-тапериодата натрия и пероксида водорода натриевая соль полигалактуроно-вой кислоты может подвергаться окислительному распаду, скорость которого зависит как от характера окислителя, так и от условий окисления (температуры, концентрации окислителя, присутствия катализатора). Причиной распада натриевой соли полигалактуроновой кислоты является образование новых функциональных групп, вызывающих разрыв гликозидной связи в щелочной среде. Необходимым, по мнению авторов [173], условием распада является применение таких окисляющих агентов, действие которых преимущественно направлено на гидроксилы, стоящие у второго и третьего атомов углерода пиранового цикла.
Изучение распада полигалактуроновой кислоты [173] под влиянием молекулярного кислорода при различных температурных условиях (20, 90 и 135С) позволило установить, что окисление молекулярным кислородом в указанных условиях вызывает распад макромолекулы полигалактуроновой кислоты, причем скорость распада резко увеличивается с температурой. Таким образом, на основании полученных экспериментальных данных авторы делают вывод, что макромолекула полигалактуроновой кислоты является при комнатной температуре практически устойчивой в щелочной среде даже в присутствии окислителей — молекулярного кислорода и перекиси водорода.
Окисление гидроксилов при втором и третьем атомах углерода может быть достигнуто не только действием специфического окислителя (метапе-риодата натрия), но также молекулярного кислорода и пероксида водорода при температурах, близких к 100С, а также пероксидом водорода в присутствии катализатора при комнатных температурах [173].
Окислительный распад натриевой соли полигалактуроновой кислоты при действии молекулярного кислорода при 20С показало, что в промежутке времени 2 часа распад практически не протекает, что характеризуется нулевым значением константы скорости реакции распада. Также не наблюдается и изменения содержания функциональных (карбоксильных) групп. Однако, при температурах, близких к 100С, распад может вызываться уже незначительными количествами молекулярного кислорода. В результате при увеличении температуры скорость распада возрастает с одновременным образованием новых функциональных (альдегидных и карбоксильных) групп. Полученные данные были использованы для выяснения механизма окислительного распада. Авторы [173] предположили, что причиной распада натриевой соли полигалактуроновой кислоты в щелочной среде при температурах, близких к 100С, является не гидролиз гликозидной связи под влиянием карбоксильной группы, стоящей у шестого углеродного атома, а превращение гидроксилов, стоящих у первого, второго или третьего атомов углерода, в другие функциональные группы, вызывающие ослабление гликозидной связи, которое и приводит к ее гидролизу в щелочной среде. Известно, что такими группами могут быть альдегидные и кетонные группы, а также группировки эфиров угольной кислоты [171, 172].
Направленное окисление специфическим окислителем, метапериода-том натрия, приводит к окислению вторичных гидроксильных групп, стоящих при 2-м и 3-м углеродных атомах, вследствие чего происходит распад макромолекулы полигалактуроновой кислоты в щелочной среде [174].
Периодатное окисление пектиновых веществ [66, 76] протекает обычным образом: расщепляются а-гликольные группировки с образованием при С2 и СЗ альдегидных групп и превращением макромолекулы в высокомолекулярный альдегид. Так как основой пектинового вещества является D-галактуроновая кислота, связанная в положении а-1,4, действие на нее периодата-иона, в отсутствие разветвлений, приводит к поглощению 1 моля окислителя на моль полиуронида. Расход менее чем 1 моля окислителя на одно аигидрозвено свидетельствует о наличии заместителей, присоединенных ко 2 или 3 углеродному атому [66, 76].
Получены производные пектинов и изучены их физико-химические характеристики при окислении пектинов дикого абрикоса и облепихи йодной кислотой [175]. В полученных пектиновых веществах дикого абрикоса альдегидная группа составляет 3.94%. После окисления их количество увеличивается на 14.57%, что указывает на разрыв между атомами С2 и СЗ пектиновых веществ. При окислении диальдегида пектиновой кислоты бромом содержание карбоксильной группы увеличивается до 23.02%, что доказывает образование дикарбоксипектиновой кислоты.
Аскорбиновая кислота окисляет пектин в водном растворе [176, 177], в результате чего вязкость раствора понижается. Одновременное внесение пе-роксида водорода и аскорбиновой кислоты в раствор пектина вызывает быстрое исчезновение кислоты и сильное снижение вязкости раствора. Внесение одной Н202 вызывает только незначительное уменьшение вязкости. Высказано предположение [176, 177], что в присутствии пектина оба вещества образуют весьма активный пероксид аскорбиновой кислоты. Действие аскорбиновой кислоты и пероксида водорода па пектин чувствительно к цианиду калия, из чего можно заключить, что следы Си + и Fe3+ участвуют в окислении пектина, как катализаторы. В отсутствие пектина ІтЬСЬ окисляет аскорбиновую кислоту до дегидроаскорбиновой кислоты. При рН 4.0 такое же действие оказывает 2,4-дихлорфенолиндоденол, иод, хинон, KJ04 и Н2С 2 + следы йода. Дегидроаскорбиновая кислота почти не влияет на вязкость раствора пектина. В присутствии пектина триозоредуктон окисляется перокси-дом водорода быстрее, чем без пектина. Вязкость водного раствора пектина особенно сильно снижается при действии 3,4-диокси-5-метилтетрона [176, 178].
