Влияние кинетики процесса, протекающего в системе Fе(III) – органический реагент-восстановитель органической природы на величину антиокси

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«КУБАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ГОУ ВПО  КубГУ)

 

Кафедра аналитической  химии

 

 

Допустить дипломника

к защите в ГАК 

10 июня 2011 г.

Научный руководитель,

канд. хим. наук, доц.

Т.Г. Цюпко

___________________

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

ВЛИЯНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА, ПРОТЕКАЮЩЕГО В СИСТЕМЕ  
Fе(III) – ОРГАНИЧЕСКИЙ РЕАГЕНТ-ВОССТАНОВИТЕЛЬ ОРГАНИЧЕСКОЙ ПРИРОДЫ НА ВЕЛИЧИНУ АНТИОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ

 

Работу выполнила _{__________________________________________________________}Е.С.Величко

Факультет               химии и высоких технологий, ОФО  

Специальность      «Химия» -020101

Нормоконтролер,

канд. хим. наук, ст. преп. _{_______________________________________________}О. Б. Воронова

 

 

 

 

 

Краснодар 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .4

1 Аналитический обзор. 5

1.1 Классификация антиоксидантов и их общая характеристика .5

1.2 Основные классы природных антиоксидантов 8

1.3 Определение антиоксидантной активности индивидуальных веществ,      растительного сырья и пищевых продуктов. 11

1.4 Спектрофотометрические методы определения антиоксидантной

активности 12

1.4.1 Методы определения антиоксидантной активности с применением реагентов радикального характера 12

1.4.2 Методы, основанные на использовании комплексов переходных металлов и определении суммы восстановителей .13

1.5 Кинетические методы 17

1.5.1 Определение порядков реакций и констант скорости 19

2 Экспериментальная часть. 20

2.1 Исходные реактивы, материалы и используемая аппаратура. 20

2.2 Приготовление растворов 21

2.2.1 Приготовление комплексного реагента для определения антиоксидантной активности 21

2.2.2 Приготовление раствора аскорбиновой кислоты с концентрацией 0,0001 моль/дм³ 21

2.2.3 Приготовление раствора кверцетина с концентрацией 0,0001 моль/дм³ 21

2.2.4 Приготовление раствора рутина с концентрацией 0,0001моль/дм³ 21

2.2.5 Приготовление раствора галловой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³ 22

2.2.6 Приготовление раствора феруловой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³ 22

2.2.7 Приготовление раствора катехола с концентрацией

0,0001моль/дм³ 22

2.2.8 Приготовление раствора протокатеховой кислоты с концентрацией 0,0001моль/дм³ 22

2.3 Проведение испытаний 23

2.3.1 Построение кинетических кривых 23

2.3.2 Построение градуировочного  графика 23

2.3.3 Испытание красных вин 24

3 Результаты и их  обсуждение. 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 43

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ .44

ПРИЛОЖЕНИЕ А. 48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Цепные реакции с  участием свободных радикалов являются основной причиной окислительного разрушения клеточных мембран, денатурации белков и нуклеиновых кислот, что приводит к возникновению различных патологических состояний.

В нормальном состоянии  образование свободных радикалов  в организме регулируется действием антиоксидантной защитной системы, включающей ферменты, сывороточные белки, гормоны, витамины, низкомолекулярные сульфидные соединения и органические кислоты. Присутствуя даже в незначительных количествах, антиоксиданты способны стабилизировать активные свободные радикалы, значительно замедляя или ингибируя, протекающие по цепному механизму, окислительные реакции.

Источниками антиоксидантов для человека могут служить пищевые продукты и напитки на основе растительного сырья, антиоксидантные свойства, которых обусловлены такими биологически активными веществами как фенольные соединения, витамины, протеины, сахара, карбоновые и аминокислоты. Поэтому антиоксидантная активность пищевых продуктов является одним из показателей, определяющих их биологическую ценность. Антиоксиданты также широко используются для предотвращения окислительной порчи жиросодержащих продуктов в процессе производства и хранения. Однако применение синтетических антиоксидантов ограничено из-за их возможного токсического действия.

В настоящее время  наиболее популярны методы оценки антиоксидантной  активности, основанные на ингибировании  окисления различных липидных субстратов с последующим определением продуктов  окисления. Большинство этих методов, относящихся к данной группе, являются длительными и дают плохо воспроизводимые результаты.

 

 

1 Аналитический обзор

 

1.1 Классификация антиоксидантов  и их общая характеристика

 

В настоящее время  наблюдается повышенный интерес  к изучению антиоксидантных свойств  ряда пищевых продуктов растительного происхождения, таких как фрукты, овощи, соки, чай, вино, кофе, какао, что связано с их ролью в предупреждении дегенеративных заболеваний, вызванных свободнорадикальными окислительными процессами, протекающими в организме.

Образование свободных радикалов является естественным метаболическим процессом анаэробных организмов, однако воздействие неблагоприятных факторов окружающей среды, таких как УФ излучение, радиация, загрязнения атмосферы, гидросферы, литосферы и пищевых продуктов химическими соединениями приводит к активации окислительно-восстановительных реакций с участием кислорода и избыточному образованию кислородсодержащих радикалов.

Антиоксиданты – вещества, устраняющие или задерживающие окисление органических компонентов [1].

Выделяют две группы антиоксидантов – неорганической и органической природы. Последние разделяют на природные и синтетические антиоксиданты, в структуре молекул, которых содержатся функциональные группы, легко принимающие участие в радикальных и окислительно – восстановительных реакциях [2].

Антиоксиданты также  делят на водорастворимые и жирорастворимые.

К водорастворимым антиоксидантам относятся: аскарбиновая кислота (витамин  С), природные полифенольные соединения, в частности, флавоноиды, оксиароматические  кислоты, катехоламины, индоламины, производные кумаринов, фитоэстрогены, тиоловые соединения (цистеин, гомоцистеин, таурин, глютанион и др.), некоторые олигопептиды.

К жирорастворимым антиоксидантам относят витамин Е (токоферолы и  токотриенолы), каротиноиды, ретинол (провитамины и витамин А), убихинон. Жирорастворимые антиоксиданты защищают от свободных радикалов биомембраны, их липидные структуры [3].

Как правило, окисление  органических соединений – радикальный  цепной процесс, в котором цепь превращений ведут пероксидные радикалы.

Антиоксиданты добавляются  в органические среды или продукты питания для прерывания окислительных  процессов посредством реагирования с пероксидными радикалами или самим  кислородом в них. Следовательно, основным критерием эффективности или  активности антиоксидантов является их способность поглощать кислород в объеме раствора [4].

Свободные радикалы —  атомы или молекулы, имеющие на внешней оболочке один или несколько  неспаренных электронов.

Свободные радикалы действуют  как акцепторы водорода:

RO

+ InH₂ → ROOH + InH

InH

+ InH → In + InH₂ .

Существуют и другие механизмы действия радикалов [5], [6].

Механизм действия антиоксидантов в зависимости от его природы может быть различен. Поэтому все биоантиоксиданты условно делят на 4 группы:

– антиоксидантные ферменты (супероксиддисмутаза, каталаза, перокси-даза, утилизирующие пероксид водорода);

– комплексоны ионов  металлов, тормозящие их окисление и вос-становление;

– низкомолекулярные  соединения, взаимодействующие с  радикалами и образующие малоактивные продукты;

– высокомолекулярные соединения (белки) во внеклеточной среде, проявляющие  антиоксидантные свойства[7], [8].

В соответствие с механизмом действия антиоксиданты делятся на два класса: первичные и вторичные [9].

Первичные или цепь-обрывающие (chain-breaking) антиоксиданты (фенольные соединения, токоферолы) прерывают свободнорадикальные цепные реакции окисления, ингибируя генерацию алкильных радикалов (L˙) на стадии инициирования и/или пероксирадикалов (LOO˙) и алкоксильных радикалов (LO˙), на стадии распространения, образуя стабильный радикал (A˙):

 

L˙ + AH → LH + A˙

LOO˙ + AH → LOOH + A˙                               1.6

LO˙ + AH → LOH + A˙,

где AH – антиоксидант.

 

Вторичные антиоксиданты  замедляют скорость окисления, не вызывая  обрыва цепной реакции окисления. Механизм действия вторичных антиоксидантов может быть различен:

 – связывание ионов  металлов, катализирующих окисление,  например, железа (фенольные соединения, аскорбиновая кислота);

 – проявление синергетического  эффекта за счет регенерации первичных антиоксидантов (аскорбиновая кислота, лимонная кислота);

 – подавление синглетного кислорода (β-каротин);

 – разрушение липидных перекисей до продуктов, не вступающих в цепные реакции (ферменты);

 – взаимодействие  с кислородом (аскорбиновая кислота).

Цепь-обрывающие антиоксиданты  могут быть натурального и синтетического происхождения. Синтетические антиоксиданты (бутилгидрокситолуол, бутилгидроксианизол, трет-бутилгидрохинон и пропилгаллат) широко используются в пищевой промышленности для предотвращения окислительной порчи жиросодержащих продуктов. Однако предпочтение отдается консервантам природного происхождения, что связано с возможным токсическим и канцерогенным действием синтетических антиоксидантов. Кроме того, многие природные антиоксиданты (например, растительные фенольные соединения) обладают более высокой антиоксидантной активностью по сравнению с их синтетическими аналогами [10].

При сочетании некоторых  антиоксидантов с другими соединениями может наблюдаться синергетический (усиливающийся), так и эффект ингибирования (подавления).

Для того чтобы не допускать  нарушений антиоксидантного баланса  в организме необходимо вовремя  компенсировать недостаток собственных резервов антиоксидантной защиты за счет внешних источников антиоксидантов. Повышенная потребность в антиоксидантах возникает:

– при неблагоприятных климатических условиях проживания;

– при особых профессиональных условиях труда;

– при особых физиологических состояниях организма;

– при интенсивной физической нагрузке и при недостаточной физической активности;

– при стрессовых состояниях;

– при инфекционных заболеваниях;

–при неинфекционных заболеваниях таких, как воспаление легких, бронхиальная астма;

– при острых и хронических бытовых и производственных интоксикациях;

– при наличии вредных привычек;

– при побочном действие лекарств, приводящем к усилению процессов перекисногоокисления липидов.

 

1.2 Основные классы  природных антиоксидантов

 

Большое количество известных антиоксидантов  можно классифицировать по разным признакам.

Особенности антиоксидантного действия веществ определяются в  первую очередь их химической природой, поэтому выделяют две группы антиоксидантов – неорганические и органические АО. В структуре молекул органических АО содержатся функциональные группы,  принимающие участие в радикальных и окислительно-восстановительных реакциях [7]. Органические АО разделяют на природные и синтетические АО. Природные антиоксиданты и их смеси широко используются в клиниках и оздоровительных центрах, они включены в программы диетического питания. Основные природные антиоксиданты — флавоноиды, ароматические гидрооксикислоты, антоцианы, витамины С и Е, каротиноиды и др. Исключительное значение имеют антоцианы, так как благодаря заряду на атоме кислорода в кольце антоцианидины и антоцианины легче проникают через мембраны клеток. В последние десятилетие на первый план выходят биофлавоноиды, обладающие антиканцерогенными, антисклеротическими, противовоспалительными и антиаллергическими свойствами/ По антиоксидантной активности они в десятки раз превосходят витамины Е, С и b-каротин. Особенно эффективно сочетание био-флавоноидов, содержащихся в овощах, ягодах, фруктах, зернах, орехах [11].

Другая классификация АО основана на их растворимости. Выделяют две группы: 1) гидрофильные (водорастворимые) АО, например, аскорбиновая кислота, мочевая кислота, цистеин и 2) липофильные (жирорастворимые) АО - токоферолы, ретинол, билирубин и т.п. [12]. Эта классификация не связана с механизмом действия антиоксидантов.

По механизму действия выделяют  АО косвенного (опосредованного) действия и АО прямого (направленного) действия. АО косвенного действия способны снижать интенсивность свободнорадикального окисления только в биологических объектах (от клеточных органелл до целого организма), но неэффективны in vitro. Механизмы их действия могут быть различны: активация (реактивация) антиоксидантных ферментов; подавление в организме реакций, приводящих к образованию активных форм кислорода; сдвиг реакций свободнорадикального окисления в сторону образования менее реакционноспособных соединений; селективная индукция генов, кодирующих белки систем антиоксидантной защиты и репарации повреждений; нормализация обмена веществ и т.д. Более того, препараты, обладающие совершенно иной фармакологической активностью, также могут снижать интенсивность процессов свободнорадикального окисления и степень окислительного повреждения in vivo. При патологиях интенсивность свободнорадикального окисления повышена в той или иной степени практически во всех случаях. Естественно, что нормализация тех или иных обменных процессов в организме должна приводить к снижению продукции активных форм кислорода и подавлению свободнорадикального окисления. Таким образом, любое вещество, нормализующее метаболические процессы в организме, способно проявить «антиоксидантный» эффект.