Антирадикальная активность пространственно затрудненных фенольных производных индола

УДК 547.751

Г. Н. Нугуманова, С. В. Бухаров, Р. Г. Тагашева,

В. С. Попова

АНТИРАДИКАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННО

ЗАТРУДНЕННЫХ ФЕНОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ИНДОЛА

Ключевые слова: производные индола, пространственно затрудненный фенольный фрагмент, антирадикальная активность,

хромоген-радикал 2,2-дифенил-1-пикрилгидразил.

Выявлена высокая антирадикальная активность пространственно затрудненных фенольных производных индола в модельной реакции их взаимодействия со свободным радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом.

Keywords: indole derivatives, sterically hindered phenolic fragment, antiradical activity, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl.

The high antiradical activity of sterically hindered phenolic indole derivatives in a model reaction of their interaction with the free radical 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl was established.

Индол и его производные, содержащие фрагменты пространственно затрудненного фенола, представляют значительный интерес в качестве ингибиторов свободно-радикального цепного окисления органических сред. Эти соединения могут найти применение как полифункциональные антиоксиданты для полимеров, смазочных масел, жиров, топлив, а также в качестве лекарственных препаратов для коррекции оксидантных патологий в живых организмах.

Ранее нами синтезирован широкий ряд новых пространственно затрудненных фенольных производных индола [1,2] и показана их высокая стабилизирующая активность в условиях ускоренного термоокисления галобутилкаучуков [3]. В настоящей работе проведена оценка антиоксидантной активности синтезированных производных индола в модельной реакции их взаимодействия со стабильным хромоген-радикалом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразилом (ДФПГ). Согласно литературным данным [4], определяемая по данному методу антирадикальная активность веществ, хорошо коррелирует с антиоксидантной, и может служить тестом для количественной оценки антиокси-дантных свойств.

В видимой области спектра ДФПГ в органических растворителях имеет максимум поглощения в диапазоне длин волн 515-520 нм, который исчезает при взаимодействии радикала с веществами - донорами атомов водорода [5], к которым относятся фенольные антиоксиданты. Фиксируя с помощью спектрофотометра убывание оптической плотности при 520 нм раствора ДФПГ с антиоксидантом во времени, можно рассчитать константу скорости взаимодействия ДФПГ с антиоксидантом, которая служит количественной характеристикой антирадикальной и, следовательно, ан-тиокислительной активности.

Согласно имеющимся литературным данным [6], при взаимодействии ДФПГ с антиоксидантамипе-ренос атома водорода на радикал может протекать, по меньшей мере, по двум независимым конкурирующим механизмам: по ионному и по радикально-

му .Поскольку термоокислительное старение полимеров является свободно-радикальным процессом, для изучения антирадикальной активности соединений -потенциальных антиоксидантов для полимерных мате-

риалов - с применением ДФПГ используют неполярные растворители (бензол, гексан, четыреххлористый углерод, диоксан) [7]. В этих растворителях процесс взаимодействия ДФПГ с антиоксидантом протекает преимущественно по радикальному механизму.

Взаимодействие исследуемых производных индола (1-12) с ДФПГ проводили в условиях псевдопервого порядка по радикалу в среде 1,4-диоксана, выбор которого обусловлен полной растворимостью в нем всех исследованных соединений. Для предотвращения протекания реакции по ионному механизму 1,4-диоксан тщательно осушали.

№

1-9

t-Bu ,t-Bu

R1 = H(1-3,6),-CHj^VOH (4,5,7),-CH^VOH(8,9);

t-Bu _

(OCH3)2

t-Bu

R2 = O

t-Bu

t-Bu

Пз CO ,n

кЛ™ ¿h-Q-

-Bu

-OH

t-Bu

Эффективные константы скорости взаимодействия пространственно затрудненных фенольных производных индола с ДФПГ, полученные обработкой данных кинетических кривых падения оптической плотности по уравнению (1), представлены в таблице 1.

ІП

где й0 и йі - начальная и текущая оптические плотности раствора ДФПГ и исследуемого антиоксиданта, [АО]о - начальная концентрация исследуемого антиоксиданта, к - константа скорости реакции, 1 - время.

11

Таблица 1 - Константы скоростей реакции ДФПГ с производными индола

Соединение 2 кэфх10 , моль/л •с

1 0,399±0,091

2 0,882±0,022

3 1,372±0,055

4 1,590±0,027

5 2,254±0,033

6 2,546±0,056

7 2,596±0,044

8 3,055±0,091

9 5,784±0,141

10 0,227±0,019

11 3,472±0,106

12 7,665±0,144

Агидол 70 1,599±0,185

Ирганокс 1010 8,442±0,239

Как видно из данных таблицы 1, все синтезированные 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил содержащие производные индола обладают выраженной

антиради-кальной активностью, причем прослеживается определенная тенденция. Константа скорости взаимодействия производных индола с ДФПГ возрастает в ряду «изатин 1 - тиосемикарбазон изатина 2- бензилированный тиосемикарбазон изатина 4 -фосфорилированный тиосемикарбазон изатина 9».

Аналогичная зависимость прослеживается и в ряду «изатин 1 - бензилированный изатин 5 -фосфорилированный изатин 8». Таким образом, введение в молекулу изатина пространственно затрудненного фенольного фрагмента (соединения 5, 4) приводит к увеличению антирадикальной активности. Наличие в составе молекулы, наряду с ПЗФ фрагментом, фосфонатной группировки (соединения 8, 9) обеспечивает наибольший антирадикаль-ный эффект.

В ряду «индол 10 - бензилированный дигидроиндол 11 - бензилированный индол 12» анти-радикальная активность увеличивается с ростом в составе молекулы количества пространственно затрудненных фенольных фрагментов.

Таким образом, синтезированные пространственно затрудненные фенольные производные индола 5-9, 11, 12 являются перспективными антирадикальными агентами, превосходящими по величине константы скорости реакции с ДФПГ высокоэффективный гетероциклический антиоксидант Агидол 70. Наибольшую антирадикальную активность среди исследованных соединений проявил бензилированный индол 12, сравнимый по эффективности с Ирганокс 1010.

N4

ШНС(Э^Н2

О NH

^НС(Б^Н2 О

1-Би

(ОСНз)2

О=р —СН^_Ч—ОН

1-Би

кэф = 0,399±0,091

кэф = 0,882±0,022

кэф = 1,590±0,027

кэф = 5,784±0,141

О

1

кэф = 0,399±0,091

NH 10

кэф = 0,227±0,019

О

(ХК,«-

Сн^Т-он

5 1-Би

кэф = 2,254±0,033

N >Би

Сн^ ''У он

11

1-Би

кэф = 3,472±0,106

О

N .*-Би

О=р—С^^_ ОН

(ОСН3)2

8

1-Би

___1-Би

НО

кэф = 3,055±0,091 1-Би

СН2 сн2-^^-он 1-Би

12

^и П Ч-Би О

кэф = 7,665±0,144 -----

рост антирадикальной активности

О

О

1

2

9

О

Экспериментальная часть

Соединения 1-12 синтезировали по методикам, описанным в работах [1,2].

2,2-Дифенил-1 -пикрилгидразил (S igma-

Aldrich Chemie, Germany), а также промышленные стабилизаторы - пентаэритрил-тетракис-3-(3',5'-ди-трет-бутил-4'-гидроксифенил)пропионат (Ирганокс 1010) и М-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)-бензтриазол (Агидол 70) - использовали без дополнительной очистки. 1,4-Диоксан осушали по методике [8], содержание воды в 1,4-диоксане - не более 50 ppm.

Кинетику взаимодействия производных индола 1-12 с ДФПГ при 20°С исследовали спектрофотометрически на спектрофотометре ПЭ-5300В по изменению во времени оптической плотности ДФПГ при 520нм. Исходные концентрации ДФПГ -

0.75*10-4 моль/л, соединений 1-12 - 1,5*10-3 моль/л. В качестве растворов сравнения использовали растворы соединений 1-12 в 1,4-диоксане с концентрацией 1,5* 10-3 моль/л. В контрольном опыте показано, что концентрация раствора индивидуального радикала в 1,4-диоксане не изменяется при облучении его в кювете при Х=520 нм в течении 1 ч.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 г.г.», государственный контракт №П837

Литература

1. Нугуманова, Г.Н. Синтез пространственно затрудненных фенольных соединений на основе индола и его

производных / Г.Н. Нугуманова, С.В. Бухаров, Р.Г. Та-гашева, М.В. Курапова, В.В. Сякаев, Н.А. Мукменева, П.А. Гуревич, А.Р. Бурилов // Журнал органической химии. - 2007. - Т. 43. - № 12. - С. 1796-1801.

2. Нугуманова, Г.Н. Синтез пространственно затрудненных фенольных соединений на основе производных индола / Г.Н. Нугуманова, С.В. Бухаров, М.В. Курапова, И.А. Башева, П.А. Гуревич, В.В. Сякаев, Н.А. Мукменева, А.Р. Бурилов // Вестник Казанского технологического университета. - 2005. - № 2, ч.11. - С. 157-163.

3. Нугуманова, Г.Н. Стабилизация галобутилкаучуков пространственно затрудненными фенольными производными индола / Г.Н. Нугуманова, Р.Г. Тагашева, Д. А. Фаткулина, С.В. Бухаров, Н.А. Мукменева, П.А. Гуревич // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - № 1. - С. 33-35.

4. Арефьев, Д.В. Гибридные макромолекулярные антиоксиданты на основе гидрофильных полимеров и пространственно затрудненных фенолов / Д. В. Арефьев, И.С. Белостоцкая, В.Б. Вольева, Н.С. Ломнина, Н.Л. Комисарова, О.Ю. Сергеева, Р.С. Хрусталева // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2007. - №4. -С. 751-760.

5. Nishimura, N. Reaction between 2,2-Diphenyl-l-picrilhydrazyl and Phenols.Substituent and Solvent Effects / N. Nishimura [et al.] // Bull. Chem. Soc. Jap. - 1977. - Vol. 50. - N. 8. - P.1969-1974.

6. Волков, В. А. Физико-химические закономерности взаимодействия 2,2-дифенил-1-пикрил-гидразила с антиоксидантами растительного происхождения: автореф. дис.... на соиск. учен. степ. канд. хим. наук / В. А. Волков. - Тверь, 2010. - 20 с.

7. Розанцев, Э.Г. Органическая химия свободных радикалов / Э.Г. Розанцев, Г. Шолле. - М.: Химия, 1979. -334 с.

8. Гордон, А. Спутник химика / А. Гордон, Р. Форд. -М.: Мир, 1976. - С.440.

© Г. Н. Нугуманова - канд. хим. наук, доц. каф. ТСК КНИТУ, guliang1@rambler.ru; С. В. Бухаров - д-р хим. наук, проф. каф. ТООНС КНИТУ; Р. Г. Тагашева - канд. хим. наук, доц. каф. ТООНС КНИТУ; В. С. Попова - студ. КНИТУ.