Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Фенольные антиоксиданты и серосодержащие соединения: механизм действия и ингибирующая активность (литературный обзор) 11
1.1. Фенольные антиоксиданты: общие представления и механизм действия... 11
1.2. Взаимосвязь структуры и антиокислительной активности фенольных анти-оксидантов 16
1.3. Синергизм в композициях антиоксидантов. Серосодержащие синергисты . 17
1.4. Серосодержащие производные пространственно-затрудненных фенолов
как полифункциональные антиоксиданты 18
Глава 2. Материалы, объекты и методы исследования 45
2.1. Материалы и оборудование 45
2.2. Объекты исследования 45
2.3. Определение показателей антирадикальной активности серосодержащих алкилфенолов 48
2.4. Окисление серосодержащих алкилфенолов пероксидными соединениями . 51
2.5. Определение брутто-ингибирующей активности серосодержащих алкилфенолов 52
Глава 3. Исследование антирадикальной и противопероксидной активно сти серосодержащих алкилфенолов . 56
3.1. Определение показателей антирадикальной активности серосодержащих алкилфенолов 56
3.1.1. Модель инициированного окисления кумола 59
3.1.2. Модель инициированного окисления метилолеатав хлорбензоле . 64
3.2. Изучение реакционной способности серосодержащих алкилфенолов по отношению к пероксидньш соединениям 71
3.3. Заключение 89
Глава 4. Исследование синергических эффектов у серосодержащих алкил фенолов в сравнении с композициями триалкилфенолов и дидодецил- сульфида 93
4.1. Модель автоокисления вазелинового масла 94
4.2. Модель автоокисления лярда 100
4.3. Заключение 107
Глава 5. Исследование брутто-ингибирующей активности серосодержащих алкилфенолов 109
5.1. Исследование ингибирующей активности серосодержащих алкилфенолов в отношении предельных углеводородных субстратов 111
5.2. Исследование ингибирующей активности серосодержащих алкилфенолов в отношении липидных субстратов 129
5.3. Заключение 139
Выводы 143
Литература
- Синергизм в композициях антиоксидантов. Серосодержащие синергисты .
- Определение показателей антирадикальной активности серосодержащих алкилфенолов
- Изучение реакционной способности серосодержащих алкилфенолов по отношению к пероксидньш соединениям
- Модель автоокисления лярда
Введение к работе
Для предотвращения процессов свободно-радикального окисления различных органических материалов на практике широко используются добавки специальных веществ ингибиторов или антиоксидантов (АО). Интерес современной науки к АО обусловлен, прежде всего, их большим практическим значением: АО находят применение для продления срока службы и улучшения эксплуатационных качеств полимерных и горюче-смазочных материалов, предотвращения окислительной порчи пищевых продуктов, жирорастворимых витаминов, косметических и лекарственных средств. Применение АО в данных областях дает огромный экономический эффект и позволяет сберегать значительные сырьевые ресурсы.
Среди АО, используемых в настоящее время, ведущее место занимают 2,4,6-триалкилированные фенолы, что обусловлено, с одной стороны, - сравнительной простотой их производства, а. с другой, - высокой эффективностью, малой токсичностью, универсальностью действия и возможностью изменять их свойства в широких пределах варьированием заместителей (Горбунов Б.Н. и др. 1981; Ершов В.В. и др., 1972). Алкилзамещенные фенолы в течение многих лет были объектом пристального изучения и к настоящему времени возможности дальнейшего повышения их эффективности путем варьирования заместителей считаются исчерпанными (Рогинекий В.А., 1988). Значительное увеличение ингибирующей активности фенольных антиоксидантов (ФАО) может быть достигнуто посредством создания ингибиторов с полифункциональным механизмом антиокислительного действия. В этой связи в последние годы возрос интерес к полифункциональным ФАО, включающим в свою структуру алкилфенольные фрагменты и серо(фосфор)-содержащие функциональные группы.
Среди серосодержащих фенольных антиоксидантов (СФАО) наиболее подробно изучены и используются на практике главным образом производные 2,6-ди-/м/>ет-бутилфенола, имеющие в «ара-заместителе серосодержащую группу, отделенную от ароматического кольца одним метиленовым звеном, т.е. бензильного типа, а также серосодержащие производные на основе метилового эфира 3-(3,5-ди-/м/?ет-бутил-4-гидроксифенил)пропионовой кислоты (Метилокса). Однако данные АО не обладают полным набором желательных потребительских свойств, в частности имеют недостаточную термическую и гидролитическую устойчивость, изме- няют окраску стабилизируемых материалов в процессе их переработки. Подобные недостатки отсутствуют у СФАО, в молекулах которых серосодержащая функциональная группа отделена от арильного фрагмента на два и более атома углерода. Представителями таких СФАО являются бис-[3-(3,5-ди-/ире»2-бутил-4-гидрокси-фенил)пропил]сульфид (стабилизатор СО-3) и его структурные аналоги - бис-[3-{3,5-ди-т/?ет-бутил-4-гидроксифенил)пропил]дисульфид, 1;2-бис-[3-(3,5-ди-т/зет-бутил-4-гидроксифенил)пропилтио]зтан, три-[3-(3,5-ди~/ирет~бутил-4-гидрокси-фенил)пропилтио] фосфит и ш-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)алкилтио-эфиры, ранее полученные в НГПУ и запатентованные в качестве высокоэффекгив-ных термостабилизаторов различных полимерных материалов (Просенко А.Е. и др., 1982-1988). Полимерные композиции на основе данных соединений оказались более термостабильными, чем композиции на основе предложенных ранее аналогов - бис-(3,5-ди-т>ет-бутил-4-гидроксибензил)сульфида (ТБ-3), диэтил-3,3'-[2,2'-тиобис-(3,5-ди-шрет-бутил-4-гидроксифенил)]дипропионата (Фенозана-30) и 4,4'-тиобис-(3-метил-6-тре/и-бутилфенола) (Сантонокса). Проведенные биологические исследования показали, что сульфид СО-3 также обладает широким спектром биологической активности, в частности, проявляет гепатопротекторные, иммуностимулирующие и противоишемические свойства.
Несмотря на то, что исследования в области синтеза и изучения свойств полифункциональных, главным образом серосодержащих, ФАО ведутся на протяжении нескольких десятилетий, эти работы носят разрозненный, несистематический характер. В отличие от монофункциональных ингибиторов закономерности влияния структуры полифункциональных АО на их антиоксидантную активность (АОА) остаются невыясненными, не сложились также пока представления и об «идеальном» полифункциональном ФАО. Это, в свою очередь, не позволяет «конструировать» новые структуры и вести направленный синтез полифункциональных ФАО, превосходящих по эффективности существующие аналоги.
В НИИ химии антиоксидантов НГПУ за последние годы был получен широкий спектр различных серо(фосфор)содержащих ФАО, образующих структурно-взаимосвязанные ряды, в пределах которых соединения различаются числом фе-нольных и серосодержащих групп, степенью пространственного экранирования фенольной ОН-группы, длиной углеводородной цепи, разделяющей арильный и
6 серосодержащий фрагменты, строением серосодержащего фрагмента. Структурное многообразие полученных производных открыло возможности для изучения на примере данных соединений закономерностей взаимосвязи структуры и противо-окислительной активности СФАО.
В связи с этим, целью настоящей работы явилось исследование ингибирую-щей активности серосодержащих производных со -(4-гидроксиарил)алкильного типа во взаимосвязи со структурой в различных модельных системах.
В процессе выполнения работы предполагалось решить следующие задачи:
Определить у СФАО количественные параметры антирадикальной активности (константу скорости взаимодействия с пероксидными радикалами к7 и сте-хио метри чес кий коэффициент ингибирования /} в модельных реакциях инициированного окисления кумола и метилолеата в хлорбензоле.
Изучить реакционную способность серосодержащих алкилфенолов различного строения по отношению к пероксидным соединениям.
Исследовать межмолекулярные синергические эффекты в композициях алкил-замещенных фенолов и дидодецилсульфида и провести оценку степени выраженности внутримолекулярного синергизма у СФАО при окислении вазелинового масла и лярда. к. Исследовать брутто-ингибирующую активность серосодержащих алкилфе-нолов в отношении окисления предельных углеводородных (вазелинового масла и полиэтилена) и липидных (лярда и метилолеата) субстратов и выявить среди них наиболее эффективные ингибиторы свободно-радикального окисления.
При реализации поставленных задач в настоящей работе впервые проведено обширное систематическое исследование зависимости антирадикальной, противо-пероксидной и брутто-ингибирующей активности СФАО (более 70 соединений) в зависимости от их строения с привлечением манометрического и титриметриче-ского методов в 7 модельных системах.
Показано, что в модельных реакциях инициированного окисления кумола и метилолеата в хлорбензоле исследованные серосодержащие алкилфенолы обладают высокой реакционной способностью по отношению к пероксидным радикалам. Значения константы скорости к7 и стехиометрического коэффициента ингибирования / в рядах исследованных СФАО не зависят от строения их серосодержащего
7 фрагмента, а изменяются также, как и в случае ал кил замещенных фенолов, в зависимости от числа и строения opmo-алкильных заместителей в фенольном фрагменте. Выявленная взаимосвязь между антирадикальной активностью, строением молекулы ингибитора и свойствами субстрата окисления в рядах СФАО и алкилза-мещенных фенолов носит сходный характер.
Показано, что соединения с диметильным, метил-трет-бутильным и дицик-логексильным opmo-замещением как при окислении кумола, так и при окислении метилолеата обладают более высокой антирадикальной активностью, чем их ди-/ярет-бутилзамещенные аналоги, а моно-ирет-бутил- и 2,5-дициклогексил-замешенные производные превосходят последние при окислении кумола. В обеих модельных системах ди-итрет-бутилзамещенные производные характеризуются практически одинаковыми значениями константы скорости к7, для их менее экранированных аналогов наблюдается снижение величины константы скорости к7 при переходе от окисления кумола к окислению метилолеата. Стехиометрический коэффициент ингибирования/у всех ди-орто-замещенных соединений приближается к значению, равному 2, а у моно-треот-бутил- и 2,5-ди цикл ore ксил замещенных производных может достигать более высокого значения - 3.
Исследованные СФАО в среде уксусной кислоты при 40С и 60С являются эффективными разрушителями пероксидных соединений, при этом противоперок-сидная активность тиоал кил фенолов зависит как от строения их серосодержащего фрагмента, так и условий проведения реакции окисления. Установлено, что при 40С и использовании эквимолярных соотношений тиоал кил фенолов и гидропе-роксида кумола наибольшую реакционную способность по отношению к гидропе-роксиду среди исследованных соединений проявляет 3-(3,5-ди-отрега-бутил-4-гидроксифенил)пропантиол-1. Стехиометрический коэффициент у , равный числу молекул гидропероксида кумола, прореагировавших с одной молекулой тиоал кил-фенола, при повышении температуры от 40С до 60С возрастает: для алкил-[3-(3,5-ди-т/?е/м-бутил-4-гидроксифенил)пропил]сульфидов и СО-3 - от 1 до 2, 1,2-бис-[3-(3,5-ди-/и/7ет-бутил-4-гидроксифенил)пропилтио]этана - от 2 до 4, ТБ-3 и 3-(3,5-ди-тргт-бутил-4-гидроксифенил)пропантиола-1 от 1 и 0.5, соответственно, до более 100, в случае бис-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропил]дисульфида и 8-[3-(3,5-ди-/ирега-бутил-4-гидроксифенил)пропил]бутантиоата стехиометриче-
8 ский коэффициент при 60С также принимает значение более 100. Таким образом, реакция взаимодействия ТБ-3, дисульфида, тиола и тиоэфира с гидропероксидом кумола при 6(УС носит автокаталитический характер.
Установлено, что композиции алкилзамещенных фенолов с дидодецилсуль-фидом (молярное соотношение 1:0.5 и 1:1, соответственно) при окислении вазелинового масла проявляют выраженный синергический эффект, величина которого имеет наибольшее значение в композициях с равным молярным соотношением фенолов и дидодецилсульфида, а также при использовании в качестве фенольной компоненты 3-(3-И7рет-бутил-5-метил-4-гидроксифенил)пропанола-1 и 2,4,6-три-метилфенола. В случае окисления лярда синергический эффект наблюдается только при использовании 5- и 10-кратного избытка дидодецилсульфида по отношению к фенолу.
Показано, что при окислении вазелинового масла и лярда исследованные СФАО превосходят по ингибирующей активности соответствующие композиции алкилзамещенных фенолов и дидодецилсульфида, что свидетельствует о наличии у данных соединений эффекта внутримолекулярного синергизма. Степень проявления последнего зависит от строения молекулы ингибитора (характера орто-алкильного замещения, числа фенольных и серосодержащих фрагментов), а также от свойств субстрата окисления.
Впервые проведено сравнительное исследование брутто-ингибирующей активности серосодержащих ал кил фенолов в модельных реакциях термического автоокисления вазелинового масла, полиэтилена, лярда и метилолеата. Установлено, что во всех использованных модельных системах исследованные тиоалкилфенолы, вследствие бифункционального механизма антиокислительного действия и выраженного эффекта внутримолекулярного синергизма, проявляют высокую АО А, а лучшие из них на ряде субстратов существенно превосходят по эффективности известные реперные АО - ионол, а-токоферол, N-фенил-а-нафтиламин, стабилизатор 2246, ТБ-3 и пробукол. Это позволяет рекомендовать данные соединения для дальнейших исследований в качестве ингибиторов полимерных материалов, смазочных масел и жиросодержащих продуктов.
Впервые выявлены определенные закономерности изменения АОА исследованных серосодержащих производных со -(4-гидроксиарил)алкильного типа в зави-
9 в зависимости от их структуры (числа фенольных и серосодержащих групп, степени пространственного экранирования фенольной ОН-группы, длины углеводородной цепи, разделяющей арильный и серосодержащий фрагменты, строения серосодержащего фрагмента) и свойств субстрата окисления, определены также наиболее эффективные ингибиторы при окислении различных субстратов.
Показано, что при окислении предельных углеводородных субстратов наи более эффективная стабилизация достигается при использовании соединений с эк- вимолярным соотношением сульфидных групп и фенольных фрагментов с диме- тильным, метил-трйт-бутильным, дициклогекс ильным и моно-т/?ет-бутильным opmo-замещением, а в случае липидных субстратов преимущество имеют сульфи ды с ди-трет-бутнльньти opwo-заместителями независимо от относительного со держания серы в молекуле ингибитора. Среди исследованных бис-[й)-(3,5-ди- /м/7/и-бутил-4-гидроксифенил)алкил]сульфидов, бутил- [ 0) -(4-гидроксиарил)- алкил]сульфидоь и 5-[сй-(3,5-ди-т/7йт-бутил-4-гидроксифенил)алкил]алкантио-атов максимальный ингибирующий эффект при окислении лярда проявляется у ти-опроизводных, в молекуле которых серосодержащий фрагмент отделен от ароматического ядра 4 метиленовыми звеньями, а при окислении вазелинового масла удаление сульфидного фрагмента от ароматического ядра наиболее выгодно у симметричных сульфидов на 2 атома углерода, у несимметричных сульфидов - на 4 атома углерода в случае ди-трет-бутилзамещенных производных и в случае мо-но-трет- бутил замещенных соединений - на 2 и 6 атомов углерода.
Данные, полученные в результате проведенного системного исследования АОА серосодержащих производных о>-(4-гидроксиарил)алкильного типа во взаимосвязи со строением в различных модельных реакциях, могут быть использованы при создании новых структур высокоэффективных полифункциональных ФАО.
По результатам исследований, проведенных в НИИ клинической иммунологии СО РАМН г. Новосибирска и НИИ фармакологии ТНЦ СО РАМН г. Томска, ряд серосодержащих производных проявляют антиатеро генные, гепато- и гемо протекторные, а также противоопухолевые свойства и при этом обладают низкой токсичностью. В связи с этим, данные соединения являются перспективными для дальнейших исследований фармакологической активности.
Представленная диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка цитируемой литературы и приложений. Глава I посвящена обзору литературных данных по направлениям диссертационного исследования, в главе 2 представлены материалы, объекты и методы исследования, а в главах 3-5 обобщены результаты собственных исследований в области изучения антиокислительных свойств серосодержащих алкилфенолов различного строения. Общий объем диссертации (без приложений) - 163 машинописных листа, работа содержит 31 таблицу и 37 рисунков. Список цитируемой литературы состоит из 192 наименований, включая 25 собственных публикаций автора по теме диссертационной работы.
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь, оказанную при проведение данной работы, своим коллегам Маркову А.Ф., Кандалинцевой Н.В., Пин-ко П.И., Илюсизову В.А., Дюбченко О.И., Панферову М.А., Зайцевой О.В., Никулиной В.В.. Гороху Е.А., Барышниковой О.Л., Скоробогатову А.А., Хомченко А.С, Бойко М.А., а также Душкину М.И. (НИИ клинической иммунологии СО РАМН), Плотникову М.Б. и Зуевой Е.П. (НИИ фармакологии ТНЦ СО РАМН).
Синергизм в композициях антиоксидантов. Серосодержащие синергисты .
В литературе накоплен большой экспериментальный материал об АО А фенолов различного строения, мы ограничимся кратким обзором данных об ингиби-рующей эффективности алкилированных моноядерных фенолов во взаимосвязи «АО-окисляемый субстрат», поскольку такая эффективность определяется не только строением молекулы ФАО и свойствами образующихся из неё феноксиль-ных радикалов, но и природой окисляющегося субстрата и условиями окисления.
К настоящему времени наиболее полно охарактеризованы закономерности изменения АО А 2,4,6-замещенных фенолов в зависимости от природы заместителей при ингибированном окислении полимеров и низкомолекулярных углеводородов. В таких субстратах ингибирующая активность моноядерных фенолов возрастает с увеличением числа н-алкильных заместителей [2, 11], замена одной н- (или втор-) алкильной группы на mpem-алкильную в opmo-положении приводит к дополнительному росту АОА, дальнейшее увеличение числа трет-алкшышх групп вызывает снижение АОА (табл. 1).
При анализе данных, приведенных в табл. 1, обращает на себя внимание крайне низкая АОА 2,4,6-три-/герет-бутилфенола (стабилизатора П-23). По всей видимости, это связано с низкой активностью его феноксилов в реакциях (8), (9), тем более, что по данным [19] П-23 и ионол в реакциях с кумштероксидньши радикалами характеризуются одинаковыми величинами к?. Интересно сопоставить химическую активность фенолов в реакции (7) с прочностью атакуемой при этом связи ArO-Н (приведены значения для фенолов без заместителя в ял/?о-положении) [11]: ор/яо-алкильные заместители Н; Н Me; Me w-алкил; t-Bu t-Вщ t-Bu D0H, ккал/моль 88.3 85.1 83-84 82.1 k-j (60C), OTH. ед. ] 5"10 5"15 -1
Очевидно, что величина DOH непрерывно снижается по мере увеличения эффективного объема ортноалкильных заместителей, а активность фенолов в реакции (7) достигает максимума при промежуточном opmo-алкильном замещении. Данное явление может быть объяснено стерическими препятствиями для реакции с RO2 , создаваемыми шреж-алкильным замещением в молекуле АгОН, при условии, что два основных фактора, влияющих на к-] - распределение электронной плотности в молекуле АгОН и стерический фактор, - действуют независимо.
Согласно [20] фенолы с opmo-фенильными заместителями менее эффективны, чем их алкилированные аналоги, особенно при высоких температурах. Однако, при окислении кумола (60С) константы скорости ингибирования (к7) совпадают для 2,6-ди-фенил- и 2,6-ди-трет-бутил-4-метоксифенолов [21].
Строение «а/?а-алкильного заместителя слабо влияет на величину константы скорости k?t поэтому все ПЗФ характеризуются близкими значениями к? -(3+1)-104 М «с (табл. 2). Энергия активации при взаимодействии феноксилов с пероксид-ными радикалами модельных алкилароматических углеводородов (реакция (8)), как правило, близка к нулю. В этой связи константы к8 для ПЗФ также изменяются в весьма узких пределах, они слабо зависят от природы АгО и активного радикала R02#, и принимают обычно значения 3-10sM -с"1 [11].
Таким образом, решающее значение для проявления различий в АОА 2,6-ди-трет-бутил-4-алкилфенолов имеет активность образуемых ими радикалов в реакции (9), которую принято считать основным путем гибели феноксильных радикалов в условиях свободно-радикального окисления низкой интенсивности (например, в отсутствие эффективного инициатора):
Увеличение объема иоря-заместителя и уменьшение числа а-атомов водорода снижает вероятность протекания подобного рода взаимодействий, и это приводит к уменьшению величины константы скорости кц. Так, при переходе от 2,6-ди-т/?е/я-бутил-4- метил фенол а к 2,4,6-три-»іре/и-бутилфенолу величина kq уменьшается в
Влияние гетерозаместителей на АО А фенольных соединений исследовано в меньшей степени. Известно [11], что электронно-акцепторные заместители, связанные непосредственно с фенольным кольцом, однозначно снижают АОА, поэтому такие фенолы практически не используются как АО. Наличие гетерозаместите-ля, отделенного от ароматического ядра одной или несколькими метиленовими группами, слабо влияет на АОА. Так, например, по данным Ершова В.В. с соавт. [23], пара-алкоксидированные 2,6-ди-трет-бутилфенолы в полипропилене при 120-140С незначительно уступают по эффективности ионолу (табл. 3).
Полиядерные фенолы, как правило, проявляют более высокую АОА, чем их моноядерные аналоги, особенно при стабилизации полимеров, каучуков и жидкого топлива при высоких температурах. Главная причина этого - большая молекулярная масса и, как следствие, более низкая летучесть. При высоких температурах это обстоятельство часто является решающим.
В то же время константы скорости ингибирования к7 для полиядерных фенолов мало отличаются от соответствующих величин для их моноядерных аналогов {табл. 4). Исключением из этого правила являются бис-фенолы, гидроксильные группы которых участвуют в образовании внутримолекулярной водородной связи. Антиокислительная активность таких фенолов снижается, если образуется водородная связь с участием протона атакуемой ОН-группы, и возрастает, если водородная связь образуется при участии атома кислорода гидроксильной группы.
Определение показателей антирадикальной активности серосодержащих алкилфенолов
Метилокса обладают довольно высокой стабилизирующей эффективностью, которую связывают с бифункциональным механизмом их антиоксидантного действия [64] и возможностью окисления С-Н-связи при Р-атоме углерода пара-заместителя [111]. Так, Титовой Т.Ф. было показано [111]. что окисление Фенозана-30 гексацианоферратом (III) калия в присутствии щелочи в среде бензол-вода протекает с образованием димерных, а затем и олигомерных продуктов:
Конечный продукт окисления - олигомер с молекулярной массой 4100-4400, что соответствует сшивке шести-семи молекул исходного эфира. За счет указанной последовательности реакций каждый фенольный фрагмент в Фенозанах может обрывать до 4-х цепей окисления в отличие от других 4-замещенных 2,6-т-трет-бутилфенолов, обрывающих не более 2-х цепей.
Серосодержащие производные на основе Метилокса рекомендуются для стабилизации различных полиолефинов [112], и в частности поли-(3-метил-1-пентена) [113], полиэтилена [114], сополимеров бутена-1 и этилена [115], ударопрочного полистирола [116], АБС-сополимеров [77, 117], композиций на основе поливинилфторида [118], хлорированного и хлорсульфидированного полиэтилена для электроизоляционных материалов [119, 120], изобутиленбутадиенового каучука [121], полиэфирных композиций [122-124], волокон [125], пленок [126], пленок поли-и-ксилилена и его хлорпроизводных [127], полиуретановых пен [128], смазочных масел [129], реактивных топлив [130]. 5523g5»
Тиодгофиры (XVI), (XVII) патентуются как стабшпїзаТорьйюлимеров, масел и органических соединений и в частности композиций на основе поливинилхлори-да [131], стирол-акрил онитрильных сополимеров [132], полиэфирных эластомеров [133, 134]:
Меркаптоэфиры (XVIII) рекомендуются для стабилизации бутадиенстироль-ных каучуков [135] и полиолефинов [136, 137]: предлагается использовать в качестве стабилизаторов полиэтилена высокого и низкого давления [138] и полимерных композиций на основе сополимера стирола с полибутадиеном или сополимера стирола с акрилонитрилом и полибутадиеном [139]. Данные соединения хорошо совмещаются с полимерной основой, не ухудшают окраски и физико-химических свойств полимеров. Композиции на основе гиоэфиров (XIX) обладают большей термостабильностью по сравнению с композициями, содержащими Фенозан-30.
Серосодержащие ФАО представляют также интерес и в качестве ингибиторов, обладающих широким спектром биологического действия. Так, например, исследования противоокислительной активности пробукола [140-142] и полидисульфида галловой кислоты (ПДГК) [143, 144], проведенные in vitro и in vivo, позволяют считать, что в биологических системах эти АО превосходят по своей эффективности ионол и другие монофункциональные производные ПЗФ.
.Панкиным с соавторами [140] исследована АОА пробукола и его структурных аналогов АП2-АП5 в различных модельных условиях (табл. 7). Установлено, что пробукол и его аналоги обладают близкой антирадикальной активностью и значительно уступают в этом плане сс-токоферолу, а в мицеллярных системах и ионолу. В тоже время пробукол и некоторые его аналоги значительно эффективнее ингиби-ровали инициированное окисление липосом из яичного лецитина и липидов микро-сомальных мембран печени крыс, чем природный АО а-токоферол, при этом АОА соединений АП2, АП4 и АП6 была в 2-3 раза выше ингибирукэшей активности сс-токоферола. Таким образом, между антирадикальной активностью исследованных соединений и их реальной АОА, реализуемой в процессе свободно-радикального окисления ненасыщенных фосфолипидов искусственных и природных мембран, существуют принципиальные различия, которые могут быть объяснены полифункциональным действием данных серосодержащих ФАО.
По результатам исследований in vivo [141] в условиях активизации перокси-дации липидов, обусловленной экспериментально вызванным диабетом, пробукол по своим противоокислительным свойствам достоверно превосходит ионол. По данным Тихазе А.К. [142] АОА пробукола in vivo обуславливается не только его способностью гасить активные кислородные метаболиты, она проявляется и опосредованно, через влияние на активность антиоксидантных ферментов. Таблица 7 Характеристика антиоксидантиои активности пробукола и его аналогов
Система 2 - метиллинолеат в мицеллах додецилсульфата натрия, 37С Полмдисульфид галловой кислоты также характеризуется полифункциональным биологическим действием: он существенно снижает концентрацию первичных и промежуточных продуктов перекисного окисления липидов, обладает мембраностабияизирующими свойствами и оказывает влияние на активность ряда ферментов, в том числе каталазы, супероксиддисмутазы, пероксидазы [144-146]. In vivo полидисульфид галловой кислоты проявляет низкую токсичность, а по АОА превосходит а-токоферол и ионол, это позволяет его успешно применять в клинической практике при лечении черепно-мозговых травм и коррекции гипоксических повреждений нервной ткани [147, 148].
В последние годы большую известность получил бис-[3-(3,5-ди-яірет-бутил-4-гидроксифенил)пропил]сульфид (тиофан), который обладает выраженной физиологической активностью, в частности оказывает протекторный эффект при развитии ишемической болезни сердца [149], способствует снижению уровня холестерина в крови, нормализации морфологического состояния клеток и сосудов печени и слизистых желудочно-кишечного тракта [150], индуцирует ферментативную активность цитохромов Р-450 [151], проявляет иммуностимулирующие и противоопухолевые свойства [152].
Изучение реакционной способности серосодержащих алкилфенолов по отношению к пероксидньш соединениям
Серосодержащие соединения, такие как диалкил- и диар ил сульфиды и дисульфиды проявляют ингибирующие свойства в отношении процессов окислительной деструкции различных органических материалов. Наиболее выраженный инги-бирующий эффект обычно наблюдается в смесевых композициях тиосоединений с фенолами или ароматическими аминами. В таких композициях фенолы и ароматические амины обрывают цепи окисления по реакции с пероксидными радикалами, а тиосоединения выступают в качестве дезактиваторов гидропероксидов, что приводит к появлению межмолекулярного синергического эффекта. Серосодержащие производные ПЗФ, удачно сочетающие в одной молекуле два активных фрагмента (фенольный и серосодержащий), за счет бифункционального механизма антиокислительного действия и усиления синергического эффекта между антиоксидантио-активными функциональными группами, более эффективно тормозят окислительный процесс, чем смесевые композиции.
Механизм антиокислительного действия фенольных соединений к настоящему времени изучен достаточно хорошо и изложен в ряде монографий, на которые мы ссылались выше. В то же время механизм взаимодействия серосодержащих соединений с гидропероксидами остается до конца не выясненным, однако можно считать определенно установленным, что при окислении сульфидов образуются сульфоксиды и сульфоны, а в случае окисления дисульфидов - тиолсульфинаты, тиолсульфонаты и сульфокислоты. Образование тех или иных продуктов окисления зависит от условий проведения реакции и строения молекул серосодержащих соединений.
Окислительные превращения серосодержащих производных ПЗФ ранее в основном изучались на примере гидроксибензилтиопроизводных, что отражено нами в главе 1. Окисление тиоалкилфенолов, в молекулах которых серосодержащий фрагмент отделен от ароматического ядра несколькими метиленовыми звеньями, изучено в меньшей степени. Ранее нашими коллегами было изучено окисление некоторых из исследуемых нами тиоалкилфенолов под действием пероксида водорода и гидропер оксида кумола [160, 175]. В результате было установлено, что окисление серо(фосфор)-содержащих алкилфенолов протекает по серо(фосфор)содержащему фрагменту без изменения фенольной группы ингибитора с образованием дисульфидов, сульфок-сидов, сульфонов. тиолсульфинатов, тиолсульфонатов и тиофосфатов:
К сожалению результаты указанной работы не позволяют сделать однозначных выводов о влиянии структуры серосодержащих алкилфенолов на их противоперок-сидную активность.
В связи с этим нами в сравнительном аспекте была изучена реакционная способность серосодержащих алкилфенолов различного строения по отношению к пероксидным соединениям.
При выборе объектов исследования мы руководствовались тем, что проти-вопероксидная активность исследуемых тиоалкилфенолов должна зависеть от строения их серосодержащих фрагментов, поэтому нами были выбраны такие тио-производные, которые содержат атом серы в составе различных функциональных групп (сульфидной, дисульфидной, тиольной, тиоэфирной), а также различаются строением заместителей у сульфидного атома серы или удаленностью сульфидного фрагмента от ароматического ядра.
Окисление тиоалкилфенолов проводили при температурах 40С и 60С с использованием следующих пероксидных соединений: гидропероксида кумола (ГПК), трет-Ьутпгидропероксида, пероксида бензоила и пероксида водорода, -концентрацию которых в ходе эксперимента контролировали с помощью йодомет-рического метода. Проводить окисление при более высоких температурах мы сочли нецелесообразным, поскольку в этом случае возможен термический распад пе 74 роксидных соединений по связи 0-0 с генерацией свободных радикалов [176], что ставит под сомнение корректность оценки противопероксидной активности исследуемых соединений в этих условиях.
Согласно литературным данным окисление серосодержащих соединений можно проводить в среде различных растворителей, таких как изопропанол [177], хлорбензол [58], уксусная кислота [160, 178] и др. Нами были проведены опыты по окислению сульфида СО-3 под действием ГПК в среде всех перечисленных растворителей при 40С. При этом в среде хлорбензола и изопропанола в данных условиях мы не зафиксировали изменение концентрации ГПК, в то время как в среде уксусной кислоты концентрация ГПК уменьшалась с достаточно высокой скоростью. По всей видимости, это обусловлено каталитическим влиянием уксусной кислоты на процесс разложения ГПК под действием СО-3 [56]. Подтверждением этого является тот факт, что при окислении СО-3 в смеси изопропанола и уксусной кислоты (объемные отношения 3:1 и 1:1) скорость реакции окисления повышалась соответственно увеличению в смеси объемной доли уксусной кислоты (рис. 8). Кроме этого, использование уксусной кислоты в качестве растворителя имеет и ряд других преимуществ.
Модель автоокисления лярда
В результате проведенного нами исследования АРА серосодержащих алкил-фенолов в отношении инициированного окисления кумола и метилолеата показано, что практически все соединения обладали высокой реакционной способностью по отношению к пероксидным радикалам. При этом прослеживалась взаимосвязь между структурой тиоалкилфенолов, свойствами окисляемого субстрата и параметрами АРА - константой скорости к7 и стехиометрическим коэффициентом ингиби-рования/
Ди-т е/к-бутилзамещенные тиопроизводные, содержащие в своем составе различные серосодержащие функциональные группы, а также, различающиеся удаленностью сульфидного фрагмента от ароматического ядра, при окислении кумола и метилолеата характеризовались сходными значениями константы скорости к7 [(2.1-2.7)-104 и [(1.8-2.5)-104 М !-с , соответственно], близкими к аналогичному показателю у ионола (2.2-104 и 2.6-Ю4 М"«с-1, соответственно). Таким образом, присутствие в молекулах исследованных соединений серосодержащих групп не оказывало существенного влияния на их антирадикальные свойства.
Вариация в строении и числе о/?/ио-алкильных заместителей в фенольном фрагменте молекул бис-[3-(4-гидроксиарил)пропил]сульфидов, алкил-[3-(4-гидро-ксиарил)пропил]сульфидов, а также алкилзамещенных фенолов - 2,4,6-триметил-фенола, 2,б-дициклогексил-4-метилфенола и 2-#у?е/и-бутил-4-метилфенола, сопровождалось изменением значения константы скорости к?. Причем различия между соединениями по величине данного параметра в случае окисления кумола были более выражены, чем в случае окисления метилолеата.
Как при окислении кумола. так и при окислении метилолеата замена ди-трет-бутильных о/7отозаместителей на метальные и циклогексильные группы в молекулах тиоал кил фенолов и алкилзамещенных фенолов приводила к увеличению константы скорости ку. При этом в обеих модельных системах ди-трет-бутнп-замещенные производные характеризовались практически одинаковыми значениями константы скорости к7, в то время как для их менее экранированных аналогов величина к? при окислении кумола имела более высокие значения [(5.9-7.2)-104 М -с"1], чем при окислении метилолеата [(3.3-4.7)-104 М-1-с-1]. В ряду бис-[3-(4-гидроксиарил)иропил]сульфидов с разным числом трет-бутильных оршозаместителей при окислении кумола величина к? изменялась немонотонно: увеличивалась при переходе от ди-/ире/?г-бутилзамеіцепного сульфида (2.2-Ю4 М «с" ) к моно-трет-бутил замещенному (4.2-104 М" «с ) и уменьшалась при переходе от последнего к OjWjo-незамещенному сульфиду (1.9-104 КГ -с-1). В случае окисления метилолеата наблюдалось снижение активности моио-трет-бутилзамещенного и opmo-незамещенного сульфидов. Последний в данной модельной системе практически не оказывал ингибирующего влияния на окисление метилолеата, а моно-жрет-бутилзамещенный сульфид по величине константы скорости к7 уже не превосходил свой ди-т/?ет-бутилзамещенный аналог.
Для исследованных тиоал кил фенолов и ал кил замещенных фенолов обнаружены также различия в величинах коэффициента ингибирования /: все т-орто-замещенные соединения характеризовались значением/-2, для моно-тре т-бугип-и 2,5-дициклогексил замещенных фенолов этот показатель достигал более высокого значения - -3, На примере бутил-(3-(3-/ярет-бутил-4-гидроксифенил)пропил]-сульфида показано, что при окислении кумола с увеличением концентрации АО и скорости инициирования коэффициент ингибирования/возрастал от 2 до 3.
Исследованные серосодержащие алкилфенолы проявляли высокую реакционную способность и по отношению к пероксидным соединениям, при этом их противопероксидная активность зависела как от условий проведения реакции окисления, так и строения молекулы тиоал кил фенола и пероксида.
На примере взаимодействия сульфида СО-3 и гидропероксида кумола при 40С показано, что реакция между ними с наибольшей скоростью протекала в среде уксусной кислоты. При использовании в качестве растворителя смеси уксусной кислоты и изопропанола скорость процесса окисления снижалась соответственно увеличению в смеси объемной доли изопропанола, а в случае проведения реакции в среде хлорбензола и изопропанола концентрация гидропероксида кумола в реакционной массе не изменялась.
Взаимодействие сульфида СО-3 с различными пероксидными соединениями (пероксидом водорода, гидропероксидом кумола, mpem-бутилгидропероксидом и пероксидом бензоила) в среде уксусной кислоты при 40С протекало с разной скоростью. Наибольшую реакционную способность сульфид С0-3 проявлял в реакции с пероксидом водорода, а наименьшую - с пероксидом бензоила.
Противопероксидная активность исследованных ди-трет-бутил замещенных тнопроизводных в отношении гидропероксида кумола при 40С в среде уксусной кислоты в значительной мере зависела от строения их серосодержащего фрагмента: наиболее активным разрушителем гидропероксида кумола являлся 3-(3,5-ди-/«рет-бутил-4-гидроксифенил)пропантиол-1 (тиол), который практически количественно взаимодействовал с гидропероксидом в момент смешения реагентов; в ряду алкил-[3-(3,5-ди-т/?е/и-бутил-4-гидроксифенил)пропил]сульфидов противопероксидная активность уменьшалась при переходе от метил- и этилсульфидов к их бензил- и фенилзамещенным аналогам, а в случае бис-[ со -{3,5-ди-тре/я-бутил-4-гидроксифенил)алкил]сульфидов СО-3 проявлял более высокую реакционную способность в реакции с гидропероксидом кумола, чем его бензильный аналог - ТБ-3; при взаимодействии 1,2-бис-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропилтио]этана (тиоэтана) и гидропероксида кумола, взятых в молярном соотношении 1:1 и 1:2. соответственно, скорость разложения гидропероксида в первом случае была выше, чем во втором; в присутствие бис-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропил]дисуль-фида (дисульфида) и 5-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропил]-бутантиоата (тиоэфира) разрушение гидропероксида кумола не происходило, то есть в указанных условиях противопероксидное действие у данных соединений не зафиксировано.
Стехиометрический коэффициент v , равный числу молекул гидропероксида кумола, прореагировавших с одной молекулой тиоалкилфенола, при 40С для S-алкилсульфидов, СО-3 и ТБ-3 принимал значение, равное 1,0, а для тиоэтана -2.0, то есть каждый сульфидный фрагмент в молекулах указанных соединений максимально разрушал одну молекулу гидропероксида кумола
![Синтез и исследование мезоионных систем ряда азоло[3,2-a]пиридина](/i/i/4431/311917.png "Синтез и исследование мезоионных систем ряда азоло[3,2-a]пиридина Буш Александр Алексеевич")