1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Электрохимия
  4. T. 55, № 2, 2019

Электрохимия, 2019, T. 55, № 2, стр. 191-213

Кинетика, механизм и теоретическое описание “очистительной” активности антиоксидантов по отношению к 1,2-динитробензолу в модельных системах DNB/DNB•− и DNB/DNB2–: вольтамперометрические и полуэмпирические квантово-механические данные

Н. Аршад a, *, **, Н. К. Жанжуа b

a Открытый Университет им. Алламы Икбала
Исламабад, Пакистан

b Университет им. Мухаммеда Али Джинна
Исламабад, Пакистан

* E-mail: nasimaa2006@yahoo.com
** E-mail: nasima.arshad@aiou.edu.pk

Поступила в редакцию 09.04.2018
После доработки 30.05.2018
Принята к публикации 25.07.2018

Полный текст (PDF)

Аннотация

Проведено систематическое электрохимическое исследование окислительно-восстановительной активности 1,2-динитробензола в присутствии антиоксидантов – кверцетина, морина, рутина, аскорбиновой кислоты и β-каротина. На основе измерений вольтамперометрического отклика и электрохимических параметров в присутствии заданной концентрации антиоксиданта проведена оценка бимолекулярных констант скорости (k2), активностей антиоксидантов (Ka) и коэффициентов диффузии (Do). Проведено теоретическое вычисление заряда с помощью PM3-параметризации, которое подтвердило правильность результатов нашего электрохимического эксперимента и предложенный нами механизм “очистки”. Полученные данные были детально сопоставлены с нашими ранее опубликованными данными относительно взаимодействия систем на основе 1,3- и 1,4-динитробензола с антиоксидантами.

Ключевые слова: модельные системы DNB/DNB•– и DNB/DNB2–, антиоксиданты, кинетика и механизм взаимодействий, циклическая вольтамперометрия, вычисления с помощью PM3-параметризации

ВВЕДЕНИЕ

Свободные радикалы – парамагнитные и, как считается, высокореакционно-способные частицы. В аэробном окружении свободные радикалы из класса активных кислород-содержащих и азот-содержащих частиц играют важную роль в физиологии человека [1]. Однако, в большом избытке они оказывают окислительное вредное воздействие, повреждая клеточные мембраны и другие структуры, включая внутриклеточные белки, липиды и ДНК [2–5]. Важно контролировать клеточные повреждения, инициированные свободными радикалами, образующимися в ходе процессов метаболизма, потому что они могут стать причиной губительных болезней, таких как рак, новообразования, старение, расстройства, инсульт, слепота, сердечный приступ, ревматоидный артрит, катаракта, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера [6–10]. В этой связи внимание многих исследователей привлекает возможность электронной “очистки” с участием антиоксидантов. Антиоксиданты – это органические молекулы, широко представленные в природе, главным образом, в овощах и фруктах. Более широкая классификация антиоксидантов включает флавоноиды (полифенольные соединения) и некоторые витамины, такие как витамины C, E, A и β‑каротин (прекурсор витамина A). Роль антиоксидантов в биологической очистке от свободных радикалов для предотвращения окислительных повреждений хорошо ясна и в самые последние десятилетия хорошо описана для ряда антиоксидантов [1, 11–14].

Поскольку электрохимические и биологические процессы имеют между собой много общего, электрохимические механизмы составляют основу большинства биохимических процессов. Электрохимическое обнаружение и тестирование свободных радикалов и окислительно-восстановительной активности соединений на поверхности электрода – это практическое применение электрохимии. Среди электрохимических методов циклической вольтамперометрия – это наиболее универсальный метод, который можно эффективно применять в анализе, исследованиях механизма и кинетики. Поскольку полную информацию об электроактивных частицах получают в форме волны на циклической вольтамперограмме, циклическую вольтамперометрию рассматривают, как самый удобный электрохимический метод для изучения электрохимического поведения антиоксидантов и их способности “гасить” свободные радикалы [15–17]. Здесь фундаментальные параметры – ток и потенциал; их изменения определяют электрохимический процесс. Циклическая вольтамперометрия оказалась одним из наиболее подходящих электрохимических методов для постановки опытов ин витро со свободными радикалами и изучения их взаимодействия с антиоксидантами [15–18].

Динитробензолы (DNB) – это опасные электрофильные ядовитые вещества, причиняющие вред здоровью человека и загрязняющие окружающую среду [19]. Сообщалось об электрохимическом поведении динитробензолов в форме их радикал-аниона (DNB•−) и дианиона (DNB2–) [20]. Электрохимическая устойчивость DNB•− и DNB2– делает их наилучшими модельными системами для изучения свободных радикалов биологического происхождения ин витро [15–17]. В настоящей работе мы использовали 1,2-динитробензол в качестве основы электрохимических модельных систем (DNB/DNB•− и DNB/DNB2–) и изучили взаимодействие последних с антиоксидантами. Были использованы следующие антиоксиданты: флавоноиды (кверцетин, морин, рутин), аскорбиновая кислота и β-каротин; их строение показано на рис. S1 (см. Приложение).

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Реактивы и реагенты

1,2-Динитробензол (BDH Chemicals, Ltd.) перекристаллизовывали из этанола и оставляли на ночь сушиться под вакуумом при комнатной температуре. Кверцетин гидрат (Acros Organics, 99%), морин гидрат (Merck), рутин тригидрат (Sigma), β-каротин (BDH Biochemicals) и аскорбиновая кислота (BASF) использовались без дополнительной очистки. В качестве индифферентного электролита использовали тетрафторборат тетрабутиламмония (TBABF4) (Fischer Scientific, “для электрохимии”). Растворители – N,N-диметилформамид (ДМФ, Panreac Quimica SA, 99%) и диметилсульфоксид (ДМСО, Acros Organics, 99.7%) – перед употреблением сушили над молекулярными ситами (3 Å) и перегоняли при пониженном давлении.

Приборы

Измерения методом циклической вольтамперометрии проводили, используя электрохимический комплекс модель 370, EG & G, Princeton, и Applied Research (PAR), США, состоящий из потенциостата/гальваностата (модель 173), цифрового кулонометра (модель 179) и универсального программатора (модель 175). Циклические вольтамперограммы записывали с помощью X–Y-самописца (VP-65423A), подключенного к электрохимическому комплексу. На протяжении всей экспериментальной работы использовали трехэлектродную ячейку с рубашкой для термостатирования (PAR, модель K65), в крышке которой имелись конусообразные отверстия для рабочего и вспомогательного электродов, и электрода сравнения, термометра и подачи инертного газа. Рабочим служил стеклоуглеродный электрод (Metrohm, диаметр 3 мм). Этот рабочий электрод при необходимости полировали тонким порошком оксида алюминия, после чего тщательно ополаскивали дистиллированной водой для того, чтобы получить стекловидную, хорошо проводящую поверхность. Вспомогательным электродом служила платиновая проволочка диаметром 0.5 мм и длиной 1 см, закрепленная одним концом в стеклянном капилляре. Для создания внешнего контакта в этот стеклянный капилляр помещали небольшое количество очищенной ртути, в которую была вставлена медная проволочка. Электродом сравнения в измерениях служил хлоридсеребряный электрод, Ag/AgCl (Metrohm) [внутренний и внешний растворы: насыщенный (3 M) KCl].

Методика электрохимического анализа

Электрохимические измерения методом циклической вольтамперометрии проводили в сухой собранной ячейке, содержащей стеклоуглеродный, хлоридсеребряный и проволочный платиновый электроды в качестве, соответственно, рабочего электрода, электрода сравнения и противоэлектрода. Проводящий раствор получали из индифферентного электролита – тетрафторбората тетрабутиламмония (TBABF4), путем растворения его отвешенного количества в 10 мл растворителя (ДМФ или ДМСО), так что концентрация TBABF4 в ячейке равнялась 0.1 M. Вначале снимали “фоновую” циклическую вольтамперограмму в 0.1 M растворе TBABF4 после пробулькивания через него газа – аргона (99.999%) – в течение 10–15 мин. Такая очистка – необходимая стадия в каждом измерении, поскольку она обеспечивает полное удаление кислорода из раствора. После очистки раствора трубку подачи аргона помещали на несколько миллиметров выше уровня раствора для создания над ним “подушки” инертного газа во время измерений.

Затем к раствору добавляли нужное количество 1,2-динитробензола, так что его концентрация составляла 1 мM. После этого повторяли очистку раствора и создание над ним “подушки” инертного газа, соответственно подняв трубку подачи аргона. Снимали циклические вольтамперограммы в 1 мM растворе 1,2-DNB в области потенциала 0…–1.5 В. После этого к раствору добавляли различные количества антиоксиданта, задавая его концентрации в ячейке равными 0.5, 1, 2, 3, 4, 5 и 10 мM, и вновь снимали циклические вольтамперограммы 1 мM раствора 1,2-DNB. Развертку потенциала вели в направлении отрицательного потенциала для записи катодных пиков тока (“прямое направление”), а затем меняли направление развертки потенциала на обратное – к положительным значениям, для записи анодных пиков тока (“обратное направление”). Также снимали циклические вольтамперограммы 1 мM растворов отдельно в сухих, освобожденных от кислорода растворителях ДМФ и ДМСО, содержащих 0.1 M TBABF4, в области потенциалов ‒2…+1.5 В; развертку потенциала вели в направлении положительного потенциала для записи анодных пиков тока (“прямое направление”), а затем меняли направление развертки потенциала на обратное – к отрицательным значениям, для записи катодных пиков тока (“обратное направление”).

Во всех вольтамперометрических опытах скорость развертки потенциала равнялась 100 мВ/с. Все измерения проводили при 301 ± 0.5 K в атмосфере аргона. Омическое (IR) падение потенциала минимизировали, используя 0.1 M концентрацию TBABF4 и помещая носик капилляра электрода сравнения вплотную к поверхности рабочего электрода. Для измерения коэффициента диффузии циклические вольтамперограммы 1 мM раствора 1,2-DNB снимали при скорости развертки потенциала в интервале 20–1000 мВ/с.

Теоретические расчеты

Для того, чтобы рассчитать заряды на активных местах радикал-ионов 1,2-DNB и трех структурно-подходящих флавоноидов – кверцетина, морина и рутина, – использовали пакет программ Hyperchem, версия 5.0. Геометрию молекул 1,2‑DNB•− и трех флавоноидов (кверцетина, морина и рутина) оптимизировали, используя, соответственно, неограниченный метод Хартри–Фока (UHF) и ограниченный метод Хартри–Фока (RHF) с PM3-параметризацией.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Циклическая вольтамперометрия 1,2-динитробензола

Мы записывали циклические вольтамперограммы как чистого растворителя (ДМФ или ДМСО), так и растворителя, содержащего 0.1 M TBABF4, в качестве фоновых, цель которых – продемонстрировать чистоту растворителя и отсутствие электроактивности индифферентного электролита в интересующей нас области потенциалов. Циклические вольтамперограммы 1,2‑DNB (1 мM) записывали по-отдельности в растворителях ДМФ и ДМСО, используя стеклоуглеродный рабочий электрод в интервале потенциалов 0…–1.5 В отн. Ag/AgCl-электрода сравнения, см. рис. S2 (см. Приложение). Первая волна на циклической вольтамперограмме при менее отрицательном потенциале соответствует восстановлению DNB до радикал-аниона (DNB•−), в то время, как вторая волна (при более отрицательном потенциале) – восстановлению радикал-аниона до дианиона (DNB2–). Электрохимические параметры аниона и дианиона 1,2-DNB в растворителях ДМФ и ДМСО были получены непосредственно из этих вольтамперограмм; они приведены в табл. 1. Эти электрохимические данные свидетельствуют об электрохимической обратимости как радикал-аниона, так и дианиона 1,2-DNB в обоих растворителях.

Таблица 1.

Электрохимические параметры радикал-аниона и дианиона 1,2-DNB (1 мM + 0.1 M TBABF4) при скорости развертки потенциала 100 мВ/с. Температура 301 ± 0.5 K, бескислородная атмосфера. Погрешность значений потенциала = ±0.005 В

Соединение Электрохимическая система Растворитель Электрохимические параметры
$ - E_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}$, В $ - E_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}$, В –∆Ep, В $ - E_{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}^{{\text{c}}}$, В $i_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}$, мкA $i_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}$ , мкA ${{i_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{i_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}} {i_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}}}} \right. \kern-0em} {i_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}}}$
1,2-DNB DNB/DNB•− ДМФ 0.750 0.683 0.067 0.716 12 11 0.92
ДМСО 0.716 0.666 0.050 0.683 10 09 0.90
DNB/DNB2– ДМФ 1.133 1.066 0.067 1.100 15 13 0.87
ДМСО 1.050 0.983 0.067 1.010 8.5 9 1.05

Циклическая вольтамперометрия антиоксидантов

На циклических вольтамперограммах всех исследованных антиоксидантов при развертке потенциала в интервале –2…+1.5 В имеется пик тока необратимого окисления, рис. S3 (см. Приложение) [17]. Однако, в интервале потенциалов 0…–1.5 В, где 1,2-DNB демонстрирует обратимые пики тока, соответствующие его восстановлению до DNB•− и DNB2–, не наблюдается такого же катодного пика тока.

Кверцетин демонстрирует два пика тока окисления при +0.833 и +0.633 В в ДМФ и при +0.833 и +0.500 В в ДМСО, а также более широкий необратимый катодный пик при –1.700 В в ДМФ и при –1.733 В в ДМСО. В случае морина наблюдается единственный пик окисления при +0.600 В в ДМФ и при +0.583 В в ДМСО. Гораздо более широкий необратимый катодный пик появляется при –1.600 В в ДМСО, в то время, как в ДМФ катодного пика не наблюдается. Для рутина опять-таки наблюдается только пик окисления при +0.783 В в ДМФ и при +0.733 В в ДМСО. Как в ДМФ, так и в ДМСО наблюдается обратимый катодный пик при –1.600 В. Эти обратимые катодные пики не очень острые. На циклической вольтамперограмме аскорбиновой кислоты виден только пик при +0.866 В в ДМФ и при +0.850 В в ДМСО. Катодных пиков тока в интервале потенциалов +1.5…–2 В в ДМФ не наблюдается. Однако, в ДМСО мы наблюдаем два очень широких пика тока при –1.700 и –0.900 В. В случае β-каротина мы видим единственный пик окисления при +1.083 В в ДМФ; каких-либо других пиков тока окисления или восстановления в интервале потенциалов +1.5…–2 В не наблюдается. В ДМСО в том же интервале потенциалов не наблюдается пиков тока ни окисления, ни восстановления β‑каротина.

Исследование взаимодействия антиоксидантов с 1,2-динитробензолом методом циклической вольтамперометрии

На рис. 1 приведены циклические вольтамперограммы радикал-аниона и дианиона 1,2-DNB в присутствии различных концентраций антиоксидантов в растворителях ДМФ и ДМСО. Наблюдаемые тенденции в вольтамперометрическом отклике 1,2-DNB после добавления антиоксидантов подобны тем, что мы нашли с 1,3- и 1,4-DNB в наших предшествующих работах [17, 18]. Однако, зависимости взаимодействия радикалов от концентрации этих антиоксидантов оказались другими.

Рис. 1.

Циклические вольтамперограммы 1,2-DNB в присутствии (сверху вниз) кверцетина, морина, рутина, аскорбиновой кислоты и β-каротина в растворителях ДМФ (слева) и ДМСО (справа) при скорости развертки потенциала 100 мВ/с. Стрелкой (направление вверх) показана тенденция к сдвигу циклической вольтамперограммы 1,2-DNB (1 мM) после добавления 1, 3 и 10 мM антиоксиданта.

Пик тока восстановления радикал-аниона (1,2-DNB•−) при добавлении различных концентраций каждого антиоксиданта растет с концентрацией по линейному закону. Циклические вольтамперограммы 1,2-DNB•− в присутствии кверцитина не сдвигаются, в то время, как при добавлении 10 мM морина наблюдается значительный сдвиг пиков восстановления при 0.084 В в ДМФ и при 0.050 В в ДМСО к положительным значениям потенциалов. В обоих растворителях после добавлении 0.5 мM морина появляется резкий скачок на кривых перед первым пиком восстановления 1,2-DNB. С ростом концентрации морина этот резкий скачок увеличивается по высоте и постепенно сдвигается к более отрицательным потенциалам. При концентрации морина 10 мM этот скачок полностью исчезает. Появление этого резкого скачка можно приписать влиянию реакции предпротонирования, протекающей между 1,2-DNB и морином и дающей некоторые промежуточные продукты, которые могут адсорбироваться на поверхности электрода.

Рутин демонстрирует аналогичное действие на 1,2-DNB•−, что и кверцетин, что можно объяснить присутствием групп орто-гидроксила в одном и том же реакционном сегменте молекул (кольцо-B) в аналогичном положении. Можно предположить, что эти орто-гидроксильные группы участвуют во взаимодействии как кверцетина, так и рутина с системой 1,2-DNB. После добавления 10 мM рутина наблюдался несколько меньший “положительный сдвиг” потенциала первого пика восстановления ($E_{p}^{c}$ = –0.733 В в ДМФ и –0.700 В в ДМСО). Величина этого положительного смещения относительно меньше: 0.017 и 0.016 В в ДМСО. После добавления 3 мM каждого из этих флавоноидов наблюдалась необратимость реакции 1,2-DNB•−, что ясно свидетельствует о реакции протонирования, протекающей между 1,2-DNB•− и исследуемыми флавоноидами. Дальнейшее их добавление вплоть до концентрации 10 мM лишь повышает пик тока восстановления. Никаких других заметных изменений мы не увидели.

Мы исследовали также взаимодействие системы 1,2-DNB•− с аскорбиновой кислотой и β-каротином. Наряду с уширением пиков тока, после добавления 10 мM аскорбиновой кислоты наблюдали небольшой положительный сдвиг первого пика восстановления при 0.034 В в ДМФ и 0.016 В в ДМСО, в то время, как добавлениe β-каротина не вызывало сдвига пиков тока. После добавления 4 мM как аскорбиновой кислоты, так и β-каротина наблюдалась полная необратимость системы 1,2-DNB•− в обоих растворителях.

Этот положительный сдвиг первого пика восстановления и необратимость в присутствии морина и аскорбиновой кислоты указывает на легкость переноса протона от этих соединений на 1,2-DNB•−. Далее, это может указывать на относительно более кислотную природу морина и аскорбиновой кислоты с низкими значениями pKa (соответственно, 3.46 и 4.17) по сравнению с другими антиоксидантами, имеющими сравнительно более высокие значения pKa (6.74 и 7.1, соответственно, для кверцитина и рутина) [17]. Постепенное отклонение анодного тока радикал-аниона 1,2-DNB в результате добавления антиоксидантов указывает на концентрационно-зависимую необратимость или “очистку” от 1,2-DN B•− под действием антиоксидантов. На рис. 2 приведен график зависимости анодного тока ipa от концентрации антиоксидантов в растворителях ДМФ и ДМСО.

Рис. 2.

Концентрационные зависимости “очистки” с помощью кверцетина, морина, рутина (Q, M, R) и β-каротина, аскорбиновой кислоты (BC и AA) от радикал-анионов 1,2-DNB в ДМФ (а, в) и ДМСО (б, г).

Второй пик тока восстановления, отвечающий образованию дианиона 1,2-DNB, появляется в ДМФ и ДМСО, соответственно, при –1.133 и ‒1.050 В. Как снижение высоты второго пика восстановления, так и появление нового необратимого пика восстановления при менее отрицательном потенциале ($E_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}{\text{:}}$ –1.083, –1.100, –1.083, ‒1.066, –1.066 В в ДМФ и 1.033, –1.100, –1.016, ‒1.050, –1.050 В в ДМСО после добавления 10 мM, соответственно, кверцитина, морина, рутина, аскорбиновой кислоты и β-каротина) можно связать с дальнейшим восстановлением протонированного дианиона до новой необратимо электроактивной частицы. Исчезновение второго пика тока восстановления указывает на то, что дианион взаимодействует с антиоксидантом. Поскольку концентрация дианиона в результате равновесия диспропорционирования очень мала, можно предположить, что дианионная составляющая потребляется в быстрой реакции протонирования.

Постепенное наступление необратимости в восстановлении как радикал-аниона, так и дианиона 1,2-DNB с ростом концентрации антиоксиданта ясно видно на рис. 1. Эти результаты можно привязать к механизму, включающему диспропорционирование радикал-аниона с образованием его дианиона и нейтральной частицы, сопровождаемое водородным связыванием или протонированием [21–24]. В табл. 2 даны изменения электрохимических параметров 1,2-DNB после добавления антиоксидантов.

Таблица 2.

Электрохимические параметры 1,2-DNB в присутствии 10 мM антиоксидантов

1,2-DNB–A.O. Раство-ритель Первый пик тока восстановления Второй пик тока восстановления
$ - E_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}$, В $ - E_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}$, В $ - E_{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}^{{\text{c}}}$, В $i_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}$, мкA $i_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}$ , мкA $ - E_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}$, В $ - E_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}$, В $ - E_{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}^{{\text{c}}}$, В $i_{{\text{p}}}^{{\text{c}}}$, мкA $i_{{\text{p}}}^{{\text{a}}}$ , мкA
1,2 DNB–Q ДМФ 0.750 * 0.716 55 * 1.083 * 1.050 24 *
ДМСО 0.733 * 0.700 32 * 1.033 * 1.000 12 *
1,2 DNB–M ДМФ 0.666 * 0.633 33 * 1.100 * 1.060 50 *
ДМСО 0.666 * 0.633 25 * 1.100 * 1.066 33 *
1,2 DNB–Ru ДМФ 0.733 * 0.700 46 * 1.083 * 1.050 21 *
ДМСО 0.700 * 0.666 27 * 1.033 * 1.000 13 *
1,2 DNB–AA ДМФ 0.716 * 0.666 57 * 1.066 * 1.033 39 *
ДМСО 0.700 * 0.666 32 * 1.050 * 1.033 23 *
1,2 DNB–BC ДМФ 0.733 * 0.700 45 * 1.066 * 1.033 10 *
ДМСО 0.733 * 0.700 26 * 1.050 * 1.033 08 *

* Не удается измерить по причине необратимости системы.

Влияние резонансных структур радикал-аниона 1,2-динитробензола

Резонансные структуры 1,2-DNB показаны на рис. S4 (см. Приложение). В радикал-анионе 1,2‑DNB нитро-группы связаны между собой в резонансе, так что отрицательный заряд полностью размазан по обеим нитро-группам, вызывая широкую его делокализацию. Меньшие по величине отрицательные заряды на каждой из нитро-групп в радикал-анионе, также как и эта широкая делокализация, имеют своим результатом повышение устойчивости и снижение реакционной способности. Более сильное взаимодействие с антиоксидантом может быть связано с положительным сдвигом потенциалов восстановления систем радикал-аниона и дианиона DNB. Поэтому, наряду с рассмотрением вклада резонансных структур, нельзя упускать из внимания также природу и строение частиц, взаимодействующих с радикал-анионом и дианионом DNB.

При сравнении с резонансными структурами 1,3-DNB•−, присутствие нитро-групп в мета-положении не увеличивает делокализацию отрицательного заряда, который локализован прежде всего на одной из этих нитро-групп. Как результат слабой делокализации отрицательного заряда, число резонансных структур снижается, что определяет менее устойчивую и более реакционно-способную природу 1,3-DNB•− [15, 17].

В настоящей работе наблюдается положительный сдвиг первого пика восстановления 1,2-DNB под влиянием морина и аскорбиновой кислоты. Однако, на основании рассмотрения структуры можно предположить, что взаимодействие между радикал-анионом (атомами кислорода нитро-групп) и антиоксидантом (гидроксильными группами) происходит посредством переноса протона. Наблюдаемый сдвиг в сторону положительных потенциалов при взаимодействии 1,2-DNB•− с морином меньше, чем в случае 1,3-DNB•− [17] и 1,4-DNB•− [16]. Такое поведение можно связать с нитро-группами, расположенными ближе друг к другу и поэтому не стимулирующими антиоксидант к атаке радикал-аниона 1,2-DNB.

Дианион является более основным соединением по сравнению с радикал-анионом DNB. Это можно связать с потенциалом его восстановления, который отрицательнее, чем потенциал восстановления радикал-аниона. Результат перехода второго электрона – почти полный отрицательный заряд на обеих нитро-группах, что приводит к более сильному взаимодействию антиоксидантови с дианионом и большому положительному сдвигу второй волны восстановления [17, 23].

Кинетика диффузии

Характеристические пики на циклических вольтамперограммах динитробензолов вызваны образованием двух диффузионных слоев вблизи поверхности электрода. Циклические вольтамперограммы 1,2-DNB записывались при скорости развертки потенциала 20, 50, 100, 200, 500 и 1000 мВ/с до и после добавления каждого из антиоксидантов по-отдельности. На рис. 3 значения Ip отложены в зависимости от ${{\text{v}}^{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}}$ для 1,2‑DNB в отсутствие и в присутствии антиоксидантов. Получается линейная зависимость пиковых токов от корня квадратного из скорости развертки потенциала. Линейный характер этих графиков показывает, что электрохимический процесс, протекающий до и после добавления антиоксидантов, контролируется диффузией [25, 26]. Коэффициент диффузии (Do) дает сравнительную меру изменения во времени потока электроактивных частиц и создания концентрационного поля. Чем выше значение Do, тем интенсивнее идет диффузия частиц и быстрее перенос электрона.

Рис. 3.

Влияние скорости развертки потенциала на пиковый ток восстановления радикал-аниона 1,2-DNB в отсутствие (черные значки) и в присутствии кверцетина (Q), морина (M), рутина (R), β-каротина (BC) и аскорбиновой кислоты (АА) в ДМФ (слева) и ДМСО (справа).

Коэффициенты диффузии (Do) для первого и второго процесса восстановления DNB до и после добавления каждого из антиоксидантов по-отдельности как в ДМФ, так и в ДМСО в качестве растворителей были вычислены с использованием уравнения Рэндлса–Шевчика (1) [27]:

(1)
${{i}_{{\text{p}}}} = 2.99 \times {{10}^{5}}n{{\left( {\alpha {{n}_{\alpha }}} \right)}^{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}}Ac_{{\text{o}}}^{*}D_{{\text{o}}}^{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}{{v}^{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}},$
где ip – пиковый ток в амперах (A), n – число переноса, nα – число электронов, перенесенных до замедленной стадии и включая эту самую стадию, α – коэффициент переноса (обычно 0.3 < α < 0.7), A – площадь поверхности электрода (cм2), $c_{{\text{o}}}^{*}$ – объемная концентрация электроактивных частиц (моль cм−3), v – скорость развертки потенциала (В см–1), а Do – коэффициент диффузии (cм2 с−1). Значения полученных коэффициентов диффузии приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Коэффициенты диффузии для первого и второго процессов восстановления системы 1,2-DNB в отсутствие и в присутствии антиоксидантов

1,2-DNB–A.O. Растворитель Do, см2 с–1
1-й 2-й
1,2-DNB ДМФ 4.51 × 10–5 3.92 × 10–5
ДМСО 2.60 × 10–6 1.34 × 10–6
1,2-DNB–Q ДМФ 7.58 × 10–6 1.69 × 10–6
ДМСО 1.79 × 10–7 4.24 × 10–7
1,2-DNB–M ДМФ 3.11 × 10–6 6.86 × 10–6
ДМСО 1.47 × 10–7 2.50 × 10–7
1,2-DNB–R ДМФ 5.29 × 10–6 1.18 × 10–6
ДМСО 1.03 × 10–7 1.69 × 10–7
1,2-DNB–AA ДМФ 1.54 × 10–6 1.05 × 10–6
ДМСО 1.02 × 10–7 1.27 × 10–7
1,2-DNB–BC ДМФ 7.77 × 10–6 4.13 × 10–6
ДМСО 1.91 × 10–7 1.94 × 10–7

Сравнение этих значений показывает, что коэффициенты диффузии как анионной, так и дианионной частиц в ДМСО меньше, чем в ДМФ. Такое соотношение можно связать с влиянием вязкости. Вязкость ДМСО больше вязкости ДМФ, и потому ДМСО оказывает более сильное сопротивление процессу диффузии. Фактически, коэффициенты диффузии испытывают влияние со стороны как природы взаимодействия, так и молекул растворителя [28].

Оценка коэффициентов диффузии аниона и дианиона 1,2-DNB в присутствии каждого антиоксиданта дает относительно меньшие значения, чем в их отсутствие. Эти меньшие значения указывают на то, что имеет место взаимодействие антиоксидантов с DNB•− или DNB2–, и что процессы диффузии в присутствии антиоксидантов замедлены.

Однако, значения Do, полученные для DNB•− в присутствии аскорбиновой кислоты, оказались больше, чем в случае других антиоксидантов как в ДМФ, так и в ДМСО. Этот результат можно понять в рамках представлений о меньшем размере молекулы аскорбиновой кислоты. Кроме того, вычисленные значения Do для радикал-аниона 1,2-DNB с β-каротином оказались меньше, чем в присутствии других антиоксидантов в обоих растворителях, что указывает на более медленную диффузию; их можно далее сопоставить с более длинной цепочкой в молекуле β-каротина.

Кинетика переноса электрона

Для 1,2-DNB был предложен ErCi-механизм, аналогичный тому, что был описан для взаимодействия 1,3- и 1,4-DNB с антиоксидантами (обратимая электрохимическая реакция, за которой следует необратимая химическая реакция) [15‒17]. Этот двухстадийный механизм включал кинетику реакции псевдопервого порядка, обратимо генерирующей DNB•− и DNB2, за которой следовала стадия второго порядка – перенос протона от реакционно-способной части антиоксиданта на DNB•− и DNB2– (уравнение (2)):

(2)

В присутствии всех исследованных антиоксидантов наблюдается существенный положительный сдвиг потенциала пика тока восстановления, одновременно с необратимостью реакции дианиона, что можно объяснить относительно быстрым протонированием дианиона по сравнению с радикал-анионом [29, 30]. Константы скорости псевдопервого порядка (kf) бимолекулярного процесса с участием радикал-аниона и дианиона 1,2-DNB (1 мM) в присутствии более высокой концентрации антиоксидантов (10 мM) были вычислены по уравнению Николсон и Шайна [31]:

(3)
${{E}_{{\text{p}}}} = {{E}_{{{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 2}} \right. \kern-0em} 2}}}} - \frac{{RT}}{{nF}}\left( {0.78 - \ln \sqrt {\frac{{{{k}_{{\text{f}}}}}}{a}} } \right),$
где $a = \frac{{nF}}{{RT}}v,$ E1/2 потенциал полуволны 1,2‑DNB•− и 1,2-DNB2–, Ep – потенциал пика тока восстановления после добавления антиоксиданта, а $\text{v}$ – скорость развертки потенциала (100 мВ/с). Значения E1/2 и Ep даны, соответственно, в табл. 1 и 2. Значения Ep и E1/2 были определены из измеренных циклических вольтамперограмм и имеют погрешность ±0.005 В. Используя значение kf, мы вычислили константы скорости второго порядка (k2) по следующему уравнению:
${{k}_{2}} = \frac{{{{k}_{{\text{f}}}}}}{{\left[ {{\text{A}}{\text{.O}}{\text{.}}} \right]}},$
где [A.O.] – это избыточная концентрация антиоксиданта (10 мM), позволяющая достичь условий протекания реакции псевдопервого порядка [30]. Полученные с помощью такой оценки константы скорости k2 даны в табл. 4. Общий порядок констант скорости в ДМФ и ДМСО можно суммировать следующим образом:

Таблица 4.

Гомогенные бимолекулярные константы скорости реакций антиоксидантов с радикал-анионом и протонированным дианионом 1,2-DNB при 301 K

Антиоксидант k2 (л моль–1 с–1)
1,2-DNB•− 1,2-DNB2– (протонированный)
ДМФ ДМСО ДМФ ДМСО
Кверцетин (1.40 ± 0.53) × 102 (4.08 ± 1.54) × 10 (7.14 ± 2.70) ×103 (3.27 ± 1.24) × 102
Морин (9.10 ± 3.44) × 104 (7.14 ± 2.70) × 103 (1.93 ± 0.73) × 103 (1.87 ± 0.70) × 100
Рутин (5.19 ± 1.96) × 102 (5.19 ± 1.96) × 102 (7.14 ± 2.70) × 103 (3.27 ± 1.24) × 102
Аскорбиновая кислота (1.93 ± 0.73) × 103 (5.19 ± 1.96) × 102 (2.65 ± 1.00) × 104 (8.81 ± 3.33) × 10
β-Каротин (5.19 ± 1.96) × 102 (4.08 ± 1.54) × 10 (2.65 ± 1.00) × 104 (8.81 ± 3.33) × 10

порядок констант скорости для 1,2-DNB•− с A.O.:

${\text{M}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{AA}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{BC}}\,\,{\text{ = }}\,\,{\text{R}}\,\,{\text{ > }}\,\,{Q \ldots \ldots \ldots }{.\;}\left( {{\text{в Д М Ф }}} \right),$
$M > AA = R > Q = BC \ldots \ldots \ldots .\quad\left( {в Д М С О } \right);$

порядок констант скорости для 1,2-DNB2– с A.O.:

${\text{AA}}\,\,{\text{ = }}\,\,{\text{BC}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{Q}}\,\,{\text{ = }}\,\,{\text{R}}\,\,{\text{ > }}\,\,{M \ldots \ldots \ldots \;\;}\left( {{\text{в Д М Ф }}} \right),$
${\text{R}}\,\,{\text{ = }}\,\,{\text{Q}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{AA}}\,\,{\text{ = }}\,\,{\text{BC}}\,\,{\text{ > }}\,\,{M \ldots \ldots \ldots \;\;}\left( {{\text{в Д М С О }}} \right).$

Константы скорости, вычисленные для радикал-аниона 1,2-DNB, оказались выше в случае морина, а следом за ним – и аскорбиновой кислоты, в обоих растворителях. Это можно объяснить более сильным взаимодействием обоих этих антиоксидантов посредством водородного связывания уже при низких концентрациях, за которым происходит протонирование при более высоких их концентрациях, что следует также из вольтамперометрического отклика. Однако, бимолекулярные константы скорости, вычисленные для протонирования 1,2-DNB•− в присутствии антиоксидантов, оказались относительно более низкими по сравнению с вычисленными для 1,3‑DNB•− и 1,4-DNB•− в наших предшествующих работах [16, 17]. Такое поведение можно объяснить, приняв, что две нитро-группы в 1,2‑DNB•− расположены близко друг к другу и могут воспрепятствовать атаке антиоксидантов при таком близком соседстве; отсюда и ослабление взаимодействия.

Константы скорости (k2) для реакций с участием дианиона 1,2-DNB не были вычислены, потому что высота второго пика тока восстановления уменьшалась, и в конце концов этот пик исчез, что, в общем, указывает на то, что дианион потребляется в ходе взаимодействия с этими антиоксидантами. При добавлении 10 мM антиоксидантов дальнейшее восстановление протонированного дианиона протекает при относительно меньшей константе скорости; эти значения k2 приведены в табл. 4.

Влияние растворителя на кинетику реакций

Динамика растворителя оказывает существенное влияние на кинетику реакций переноса электрона и играет ключевую роль в определении скорости электронного переноса в растворе [32]. Растворители с высокой диэлектрической постоянной ε обычно предпочтительнее для электрохимических исследований, так как они позволяют минимизировать сопротивление раствора и омические потери, что уменьшает ошибку в измерении потенциала [33]. В растворах с высокой диэлектрической постоянной взаимодействием ион-радикалов с катионами индифферентного электролита можно пренебречь, так что в таких растворах ион-радикалы остаются единственными взаимодействующими частицами [30]. Другим важным фактором, определяющим критерии реакции и контролирующим ее кинетику, является полярность растворителя. С ростом диэлектрической постоянной ε константа скорости обычно увеличивается; однако, если вязкость среды высока, влияние ε на константу скорости может различаться. В общем случае, протонирование способствует водородному связыванию в полярных растворителях [34] и процессу переноса электрона в целом.

Взаимодействие 1,2-DNB с антиоксидантами в ДМСО наступает раньше, чем в ДМФ; при низкой концентрации антиоксидантов это приводит к необратимости в системах как DNB/DNB•−, так и DNB•−/DNB2–. Причиной этого может быть относительно более высокая полярность ДМСО, что явствует из значений диэлектрической постоянной: ε = 46.7 (ДМСО) и 36.7 (ДМФ), – что создает сравнительно более благоприятное окружение для более раннего восстановления системы 1,2-DNB. Далее, относительно низкие значения констант второго порядка (k2) для радикал-аниона и дианиона в присутствии каждого из антиоксидантов в ДМСО можно объяснить на основе более полярной природы ДМСО по сравнению с ДМФ, что может вызывать сильнее выраженную ориентацию молекул вблизи нитро-групп DNB, так что требуется более высокая энергия реорганизации для того, чтобы преодолеть эту ориентацию, чтобы произошел перенос электрона [17]. А сравнительно медленные диффузионные процессы (меньшие значения Do) в ДМСО можно объяснить вязкостью ДМСО (1.96 сП), которая вдвое превышает вязкость ДМФ (0.92 сП) [17].

Активность антиоксидантов

Взаимодействие антиоксидантов с радикальными частицами можно количественно охарактеризовать через активность антиоксидантов, пользуясь методом циклической вольтамперометрии [15, 35, 36]. Измерения пикового тока окисления до и после добавления антиоксиданта позволяет оценить степень его взаимодействия с радикальными частицами [15, 36] . Соответствующий параметр – коэффициент активности антиоксиданта Ka, – показывает, насколько сильно данный антиоксидант способен “гасить” свободные радикалы. Это можно оценить, определив коэффициент активности антиоксиданта Ka по следующему уравнению [35]:

(4)
${{K}_{{\text{a}}}} = \frac{{\Delta {{i}_{{{\text{pas}}}}}}}{{{{i}_{{{\text{pa}}}}}\Delta c}},$
где ipas – пиковый ток окисления системы DNB•−, измеренный в присутствии данного антиоксиданта, а ipa – тот же ток, но измеренный в отсутствие антиоксиданта; c (моль л–1) – это концентрация антиоксиданта в той области, где значение отношения пиковых токов, ipas/ipa, есть линейная функция концентрации. Из линейных сегментов графиков зависимости отношения пиковых токов (ipas/ipa) от концентрации антиоксиданта (в области 0.5–10 мM), рис. S5 (см. Приложение), была получена оценка активности антиоксидантов. Результаты приведены в табл. 5, вместе со значениями среднего стандартного отклонения.

Таблица 5.

Активность антиоксидантов по отношению к радикал-аниону 1,2-DNB при 301 K

Антиоксидант Ka, л моль–1
ДМФ ДМСО
Кверцетин 286 ± 0.097 206 ± 0.089
Морин 169 ± 0.073 206 ± 0.089
Рутин 247 ± 0.024 285 ± 0.059
Аскорбиновая кислота 182 ± 0.074 222 ± 0.091
β-Каротин 227 ± 0.037 166 ± 0.045

При более высоких концентрациях добавленного антиоксиданта анодный пик тока окисления 1,2-DNB•− постепенно снижается и в конце концов приводит к необратимости. Такие изменения вольтамперометрического отклика ясно свидетельствуют о том, что радикал-анион, образовавшийся как продукт электрохимического восстановления 1,2-DNB, “гасится” в результате взаимодействия с антиоксидантом. Далее, соединение может выступать как антиоксидант, если оно протонирует исследуемый радикал, что видно по увеличению катодного тока и одновременному уменьшению анодного тока [15]. Порядок активности антиоксидантов таков:

${\text{Q}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{R}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{BC}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{AA}}\,\,{\text{ > }}\,\,{M\;\;\; \ldots \ldots \ldots }..{\text{ }}\left( {{\text{в Д М Ф }}} \right),$
$\quad{\text{R}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{AA}}\,\,{\text{ > }}\,\,{\text{Q}}\,\,{\text{ = }}\,\,{\text{M}}\,\,{\text{ > }}\,\,{BC\; \ldots \ldots \ldots \ldots (в Д М С О )}{\text{.}}$

Изменения в этом порядке можно объяснить полярностью растворителя, а также и другими факторами, такими как растворимость, структурые взаимодействия между антиоксидантами и молекулами растворителя и устойчивость радикала антиоксиданта [15].

Предлагаемая схема взаимодействия антиоксидант–1,2-DNB

Возможные схемы взаимодействия 1,2-DNB•− и DNB2– с исследуемыми антиоксидантами могут включать перенос протона и отщепление атома водорода посредством гомолитического расщепления реакционно-способной части молекул кверцетина, морина, рутина (гидроксильные группы на кольце-B) и аскорбиновой кислоты (гидроксильные группы на аскорбиновой кислоте). В β-каротине, поскольку в нем нет реакционно-способных гидроксильных групп, можно рассматривать метильную группу циклогексенового кольца в α-положении, как донор атома водорода радикал-аниону и протона – дианиону 1,2-DNB. Получающиеся радикалы антиоксидантов электрохимически не активны в рабочем интервале потенциалов. Однако, для подтверждения возможных механизмов, в дополнение к настоящему вольтамперометрическому доказательству, необходимо еще отдельное исследование.

Схема механизма “очистки” в системе флавоноид–радикал 1,3-DNB•− уже была приведена в нашей предшествующей работе [15]. В настоящей работе мы предлагаем схему взаимодействия аскорбиновой кислоты и β-каротина с DNB•− (схемы 1 и 2), а также с 1,2-DNB2– (схемы S1 и S2, см. Приложение).

Схема 1. Предлагаемый механизм взаимодействия DNB•− с аскорбиновой кислотой.

Схема 2. Предлагаемый механизм взаимодействия DNB•− с β-каротином.

Полуэмпирическое квантово-механическое исследование

На рис. 4 показаны оптимизированные структуры 1,2-DNB•− и морина; структуры других флавоноидов приведены на рис. S6 (см. Приложение). В Приложении также имеются данные о полном заряде (в разделе “Вычисления по программе Hyperchem PM3”).

Рис. 4.

Заряды на оптимизированных структурах радикал-анионов 1,2-DNB и морина, вычисленные по PM3-методу с использованием программы Hyperchem, версия 5.

Из данных о заряде флавоноидов следует, что атомы кислорода гидроксильных групп катехола в кольце-B (в отличие от атомов кислорода других гидроксильных групп) несут небольшой отрицательный заряд; отсюда следует, что перенос протона от гидроксильной группы кольца-B вполне вероятен. По сравнению с 1,2-DNB•−, один атом кислорода каждой нитро-группы сильнее отрицательно заряжен, чем такой же атом в кольце-B флавоноида. В отличие от радикалов 1,3- и 1,4‑DNB, в которых заряд на атомах кислорода обеих нитро-групп намного больше, чем в кольце-B флавоноидов [15, 16], один из атомов кислорода нитро-группы в 1,2-DNB•− заряжен менее отрицательно, а один даже несет слабый положительный заряд, рис. 4. Причиной этого может быть недостаточно эффективная оптимизация структуры 1,2-DNB•−. Это осложнение можно далее приписать стерическим препятствиям между объемистыми нитро-группами на прилегающих друг к другу атомах углерода 1,2-DNB•−. Благодаря чрезвычайной близости этих нитро-групп, взаимодействие между антиоксидантами и 1,2‑DNB•− может быть менее сильным, чем то, о котором ранее сообщалось в отношении 1,3‑DNB•− и 1,4-DNB•− [15, 16].

Данные о заряде, полученные путем PM3-оптимизации геометрии радикал-аниона и флавоноидов, опять-таки поддерживают умозаключение о сравнительно небольших бимолекулярных константах скорости 1,2-DNB•− в присутствии антиоксидантов. Поскольку общий заряд на атомах кислорода нитро-групп 1,2-DNB•−, которые, как предполагается, являются реакционно-способным “субъектом” для акцептирования протона от антиоксидантов, оказался относительно меньше, чем ранее сообщалось для 1,3-DNB•− и 1,4-DNB•− [15, 16], то и скорость взаимодействия должна быть меньше. Этот теоретический результат сравним с экспериментально определенными константами скорости для 1,3-DNB•− [17], 1,4‑DNB•− [16] в наших предшествующих работах и для 1,2-DNB•− в настоящей работе (табл. 3).

Бимолекулярные константы скорости для радикал-анионов 1,2-DNB•− в настоящей работе и для 1,3-, 1,4-DNB в наших предшествующих работах [16, 17] в присутствии антиоксидантов кверцетина, морина, рутина, по нашей оценке, оказались больше в случае морина, наряду с тем фактом, что полные заряды на атомах кислорода гидроксильных групп реакционно-способной части молекулы (катехол в кольце-B) в морине и рутине сравнимы по величине. В морине запрет на внутримолекулярное водородное связывание из-за пренебрежимо слабой связи между гидроксильными групами в мета-положении (2', 4') может играть ключевую роль в более легкой потере протона, чем в кверцетине и морине, где нельзя не учитывать межмолекулярное взаимодействие, обусловленное присутствием 3'-OH и 4'-OH. Данные о заряде реакционно-способных частей молекул в 1,2-DNB•− и флавоноидах приведены в табл. 6.

Таблица 6.

Данные Hyperchem для заряда реакционно-способных групп

Флавоноид 2'-OH 3'-OH 4'-OH
Кверцетин … –0.218 –0.214
Морин –0.099 … –0.226
Рутин … –0.081 –0.227
Заряды на атомах кислорода нитро-групп в 1,2-DNB•−
  –0.114 –0.678  
  0.363 –0.654  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Методом циклической вольтамперометрии радикал-аниона и дианиона 1,2-DNB в присутствии возрастающих концентраций антиоксидантов выявлено наличие ErCi-механизма с участием реакции переноса протона. Более низкие значения коэффициента диффузии (Do) в системах 1,2-DNB–антиоксиданты, чем для индивидуального 1,2-DNB, служат дальнейшим подтверждением взаимодействия в них. Сдвиг пика восстановления 1,2-DNB к менее отрицательным потенциалам, вместе с необратимостью в присутствии морина и аскорбиновой кислоты – это прямое следствие легкого переноса протона от этих антиоксидантов на радикал-анион. Тот же вывод следует из относительно повышенной константы скорости второго порядка 1,2-DNB•− в присутствии морина и аскорбиновой кислоты по сравнению с другими антиоксидантами. Более низкие бимолекулярные константы скорости протонирования антиоксидантами радикал-аниона 1,2‑DNB•− по сравнению с радикал-анионами 1,3- и 1,4-DNB объясняются близким расположением нитро-групп в 1,2-DNB•−, что может тормозить атаку со стороны объемистых молекул антиоксидантов. Все это выражается в пониженной активности 1,2-DNB•− по отношению к антиоксидантам и в низких значениях k2. Оценка активности антиоксидантов по изменению анодного тока показала вариативность их порядка как в ДМФ, так и в ДМСО. Обнаружено влияние на активности антиоксидантов таких характеристик растворителей, как диэлектрическая постоянная, полярность и вязкость, а также их влияние на необратимость, константы скорости и скорость диффузии в системах 1,2-DNB в присутствии антиоксидантов. Предложены механизмы и схемы взаимодействия 1,2-DNB•− и 1,2-DNB2– с антиоксидантами, подтвержденные полуэмпирическими квантово-механическими PM3-расчетами изменений реакционно-способных фрагментов антиоксидантов и радикал-аниона и дианиона 1,2-DNB.

Список литературы

  1. Lobo, V., Patil, A., Phatak, A., and Chandra, N., Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health, Pharmacogn. Rev., 2010, vol. 4, no. 8, p. 118.

  2. Vaya, J. and Aviram, M., Nutritional antioxidants mechanisms of action, analysis of activities and medical applications, Curr. Med. Chem. Immunol. Endocr. Met. Agents, 2001, vol. 1, no. 1, p. 99.

  3. Fridovich, I., The biology of oxygen radicals, Science, 1978, vol. 201, no. 4359, p. 875.

  4. Nohl, H., Jordan, W., and Dietmer, H., Identification of free hydroxyl radicals in respiring rat heart mitochondria by spin trapping with the nitrone DMPO, FEBS Letters, 1981, vol. 123, no. 2, p. 241.

  5. Bors, W., Michel, C., and Stettmaier K., Antioxidant effects of flavonoids, Bio-Factors, 1997, vol. 6, no. 4, p. 399.

  6. Nunomura, A., Castellani, R.J., Zhu, X., Moreira, P., Perry, G., and Smith, M.A., Involvement of oxidative stress in Alzheimer disease, J. Neuropathol. Exp. Neurol., 2006, vol. 65, no. 7, p. 631.

  7. Kaczmar, A.W., Gandhi, S., and Wood, N.W., Understanding the molecular causes of Parkinson’s disease, Trends Mol. Med., 2006, vol. 12, no. 11, p. 521.

  8. Hitchon, C.A. and El-Gabalawy, H.S., Review: Oxidation in rheumatoid arthritis, Arthritis Res. Ther., 2004, vol. 6, p. 265.

  9. Valko, M., Leibfritz, D., Moncol, J., Cronin, M.T.D., Mazur, M., and Telser, J., Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease, Int. J. Biochem. Cell Biol., 2007, vol. 39, no. 1, p. 44.

  10. Van, G.L.F., Mertens, I.L., and De-Block, C.E., Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease, Nature, 2006, vol. 444, no. 7121, p. 875.

  11. Fereshteh, A., Simon, G.M., Morteza, H.C., Gholamreza, B., and Mohammad, S.J., Review: Molecular mechanisms behind free radical scavengers function against oxidative stress, Antioxidants, 2017, vol. 6, p. 51.

  12. Satish, B.N. and Dilipkumar, P., Review: Free radicals, natural antioxidants, and their reaction mechanisms, RSC Adv., 2015, vol. 5, p. 27986.

  13. Anu, R.A.K., Vivek, S., Brijesh, Y., Ruchi, T., Sandip, C., and Kuldeep, D., Review Article: Oxidative Stress, Prooxidants, and Antioxidants: The Interplay, Biomed. Res. Int., 2014, vol. 2014, p. 19.

  14. Haiying, F., Mingzhang, L., Yusa, M., Kuniki, H., Yosuke, K., Akinari, Y., Naoya, S., and Yoshihiko, H., Free radical scavenging reactions and antioxidant activities of silybin: Mechanistic aspects and pulse radiolytic studies, Free Radic. Res., 2009, vol. 43, no. 9, p. 887.

  15. Nasima, A., Naveed, K.J., Athar, Y.K., Javeed, H.Z., and Leif, H.S., Electrochemical studies of interactional mechanism and scavenging activity of antioxidants towards dinitroaromatics, Montash. Chem., 2012, vol. 143, p. 377.

  16. Nasima, A., Naveed, K.J., Athar, Y.K., Azra, Y., Torsten, B., and Claus, J., Natural Flavonoids Interact with dinitrobenzene system in aprotic media: An electrochemical probing, Nat. Prod. Commun., 2012, vol. 7, no. 3, p. 311.

  17. Nasima, A., Naveed, K.J., Safeer, A., Athar, Y.K., and Leif, H.S., Electrochemical investigations of antioxidant interactions with anion-radicaland dianion of 1,3‑dinitrobenzene, Electrochem. Acta, 2009, vol. 54, p. 6184.

  18. Ai-Hong, Y., Xue-Ying, S., Xue, L., Fang-Fang, L., Qin-Qin, Z., Shu-Xin, J., Jian-Zhong, C., and Hong-ling, G., Spectroscopic and electrochemical studies on the evaluation of the radical scavenging activities of luteolin by chelating iron, RSC Adv., 2014, vol. 48, p. 25227.

  19. Agarwal, A., Environmental toxicants and testicular apoptosis, Open Reprod. Sci. J., 2011, vol. 3, no. 1, p. 114.

  20. Farzana, H., Ghazala, Y., Rashida, P., and Muhammad, A., Protonation reaction of anion radicals of some dinitroaromatics in hexamethylphosphortriamide (HMPA), J. Chem. Soc. Pak., 2014, vol. 36, no. 3, p. 422.

  21. Syroeshkin, M.A., Mendkovich, A.S., Mikhal’chenko, L.V., and Gul’tyai, V.P., The nature of associates of 1,4-dinitrobenzene dianion with 1butyl 3methylimidazolium and 1butyl2,3dimethylimidazolium cations, Russ. Chem. Bull. Int. Ed., 2009, vol. 58, no. 8, p. 1688.

  22. Ruvalcaba, M.N.A., Gonzalez, I., and Martinez, M.A., Evolution from hydrogen bond to proton transfer pathways in the electroreduction of α-NH-Quinones in acetonitrile, J. Electrochem. Soc., 2004, vol. 151, no. 3, p. E110.

  23. Leonor, C.C., Martin, S.L., and Smith, D.K., Electrochemically controlled hydrogen bonding. redox-dependent formation of a 2 : 1 diarylurea/dinitrobenzene2– complex, J. Org. Chem., 2005, vol. 70, p. 10817.

  24. Mendkovich, A.S., Syroeshkin, M.A., Mikhalchenko L.V., Mikhailov, M.N., Rusakov, A.I., and Gul’tyai V.P., Integrated study of the dinitrobenzene electroreduction mechanism by electroanalytical and computational methods, Int. J. Electrochem., 2011, vol. 2011, p. 12.

  25. Nasima, A., Moazzam, H.B., Shahid, I.F., Samreen, S., and Bushra, M., Synthesis, photochemical and electrochemical studies on triphenyltin(IV) derivative of (Z)-4-(4-cyanophenylamino)-4-oxobut-2-enoic acid for its binding with DNA: biological interpretation, Arab. J. Chem., 2016, vol. 9, no. 3, p. 451.

  26. Nasima, A., Mukhtar, A., Muhammad, Z.A., and Humaira, N., Spectroscopic, electrochemical DNA binding and in vivo anti-inflammatory studies on newly synthesized Schiff bases of 4-aminophenazone, J. Photochem. Photobiol. B: Biol., 2014, vol. 138, p. 331.

  27. Wang, J., Analytical Chemistry, VCH, 1994, Chapter 6, p. 166.

  28. Niranjana, E., Naik, R.R., Swamy, K.B.E., Bodke, Y.D., Sherigara, B.S., Jayadevappa, H., and Badami, B.V., Cyclic voltammetric investigations of 3-aryl-4-bromo sydnone and its derivatives at glassy carbon electrode, Int. J. Electrochem. Sci., 2008, vol. 3, p. 980.

  29. Grimshaw, J., Electrochemical reactions and mechanisms in organic chemistry, Access online via Elsevier.com 2000, 416 p. (on p. 240).

  30. Mohammad, M., Khan, A.Y., Begum, W., Ashraf, N., Qurashi, R., and Iqbal, R., Protonation of anion radicals and dianions of some dinitro aromatics, Res. Chem. Intermed., 1991, vol. 16, no. 1, p. 29.

  31. Nicholson, R.S. and Shain, I., Theory of stationary electrode polarography. Single scan and cyclic methods applied to reversible, irreversible, and kinetic systems, Anal. Chem., 1964, vol. 36, p. 706.

  32. Miller, N.E., Wander, M.C., and Cave, R.J., A theoretical study of the electronic coupling element for electron transfer in water, J. Phys. Chem. A, 1999, vol. 103, p. 1084.

  33. Sawyer, D.T., Experimental Electrochemistry for Chemists, Wiley, 1974, p. 170.

  34. Gómez, M., González, F.J., and González, I., Intra and intermolecular hydrogen bonding effects in the electrochemical reduction of α-phenolic-naphthoquinones, J. Electroanal. Chem., 2005, vol. 578, no. 2, p. 193.

  35. Korotkova, E.I., Avramchik, O.A., Kagiya, T.V., Karbainov, Y.A., and Tcherdyntseva, N.V., Study of antioxidant properties of a water-soluble Vitamin E derivative-tocopherol monoglucoside (TMG) by differential pulse voltammetry. Talanta, 2004, vol. 63, no. 3, p.729.

  36. Ziyatdinova, G.K., Budnikov, H.C., and Pogorel’tzev, V.I., Electrochemical determination of the total antioxidant capacity of human plasma, Anal. Bioanal. Chem., 2005, vol. 381, p. 1546.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Электрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал