На правах рукописи
Агеева Елена Сергеевна
Взаимодействие нитрита с серосодержащими восстановителями в присутствии металлофталоцианинов и гидроксокобаламина
02.00.04 - физическая химия
Автореферат диссертации
на соискание ученой степени кандидата химических наук
Иваново – 2010
Работа выполнена на кафедре технологии пищевых продуктов и биотехнологии ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет».
Научный руководитель:
доктор химических наук, профессор
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, профессор Лебедева Ольга Евгеньевна
доктор химических наук, профессор Поленов Юрий Владимирович
Ведущая организация: Учреждение Российской Академии наук Институт химии растворов РАН
Защита состоится « 8 » ноября 2010 г. в 10.00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.063.06 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, д. 7.
Тел. (4932)32-54-33 Факс (4932)32-54-33 E-mail: *****@***ru
С диссертацией можно ознакомиться в информационном центре ГОУ ВПО «ИГХТУ» по адресу:
153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, д. 10
Автореферат разослан « » октября 2010 г.
Ученый секретарь
совета по защите докторских и кандидатских
диссертаций В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Каталитические реакции играют огромную роль в природе и промышленности. Наиболее активными и селективными катализаторами являются ферменты. Особое место среди них занимают соединения, имеющие в своем составе металл, образующий комплекс с тетрапиррольным лигандом. Установлено, в частности, что свойствами нитрит-редуктазы обладают важнейшие железосодержащие белки – гемоглобин и миоглобин. Единственный металлосодержащий витамин – кобаламин (витамин B12) также проявляет каталитические свойства, являясь кофактором метилтрансферазы. Витамин B12 очень эффективно катализирует реакцию диспропорционирования супероксида. Активно исследуется в последнее время взаимодействие витамина B12 с оксидом азота (II). Необходимо отметить, что химия оксида азота (II) и других неорганических азотокислородных соединений – нитрита и нитрата является в настоящее время одним из основных разделов бионеорганической химии. Это обусловлено важной ролью, которую играют неорганические азотокислородные соединения в жизнедеятельности человека, особенно его сердечно-сосудистой системы. Редокс реакции оксида азота (II), нитрита и нитрата, катализируемые комплексами металлов с тетрапирролами, рассматриваются в многочисленных статьях, в том числе обзорных. Регулярно проводятся международные конференции, рассматривающие результаты исследований в данной области науки, издаются монографии. Недавно получены новые данные и о строении комплексов металлов с нитритом. Так, установлено, что в комплексах железа, марганца и кобальта с тетрапирролами возможна не только N-, но и O-координация нитрита. Показано, что способ координации оказывает значительное влияние на состав продуктов восстановления нитрита. Следует отметить, однако, что, несмотря на значительный прогресс в исследованиях процессов каталитического восстановления нитрита и нитрата, остаются нерешенными ряд проблем. Так, недостаточно исследованы реакции комплексов металлов в низших степенях окисления. Особенно это касается так называемого “сверхвосстановленного” кобаламина (комплекса Co(I). Ранее показано, что для получения комплексов металлов в низших степенях окисления может использоваться диоксид тиомочевины (ДОТМ) и продукт его распада – сульфоксилат SO22- (SO2H-). В связи с вышеизложенным определены цель и задачи исследования.
Цель работы - определение влияния природы восстановителя и металлокомплекса на механизмы редокс реакций с участием комплексов кобальта и железа с тетрапирролами. В связи с поставленной целью в задачи работы входило: исследование кинетики восстановления тетрасульфофталоцианинов кобальта и железа гидроксиметансульфинатом натрия; исследование кинетики восстановления тетрасульфофталоцианина кобальта диоксидом тиомочевины; изучение влияния диоксида углерода на процессы восстановления металлофталоцианинов; исследование кинетики восстановления гидроксокобаламина дитионитом натрия и диоксидом тиомочевины и окисления восстановленных форм кобаламина нитритом.
Научная новизна. Впервые исследована кинетика восстановления тетрасульфофталоцианинов кобальта и железа гидроксиметансульфинатом натрия, а также тетрасульфофталоцианина кобальта диоксидом тиомочевины в щелочных средах. Определены кинетические параметры реакций восстановленных форм металлофталоцианинов с нитритом. Изучена кинетика восстановления гидроксокобаламина дитионитом натрия и диоксидом тиомочевины. Предложена схема процесса восстановления кобаламина в щелочных средах. Впервые показано, что серосодержащие восстановители образуют с кобаламином (II) шестикоординационный комплекс. Определены кинетические характеристики процессов взаимодействия кобаламинов (I) и (II) с нитритом. Полученные результаты сопоставлены с результатами исследования реакций восстановления оксида азота (II) и нитрата.
Практическая ценность. Разработана методика получения кобаламина (I) восстановлением гидроксокобаламина диоксидом тиомочевины в щелочных средах. Показано, что продукты разложения диоксида тиомочевины в слабощелочных средах оказывают ингибирующее действие на редокс процессы с участием металлокомплексов.
Работа выполнена в соответствии с “Основными направлениями научных исследований Ивановского государственного химико-технологического университета по теме “Термодинамика, строение растворов и кинетика жидкофазных реакций”, а также в соответствии с научной программой гранта РФФИ - Румынская Академия № 07-03-91687 “Биологически важные комплексы металлов с нитритом: изомерия связи металл-лиганд и редокс свойства”, 2007-2008 гг., и аналитической ведомственной целевой программы “Развитие научного потенциала высшей школы” Министерства образования и науки Российской Федерации: “Развитие международного сотрудничества в рамках научно-образовательного центра “Супрамолекулярные системы на основе макрогетероциклических соединений”, проект № 000, 2006-2008 гг.
Вклад автора. Экспериментальные исследования, разработка и подбор оптимальных условий проведения эксперимента проведены лично автором. Планирование эксперимента, обработка и обсуждение результатов выполнены под руководством д. х.н., профессора В.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на следующих конференциях:
International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines – ICPP-5 (Moscow, 2008); Международной Чугаевской конференции по координационной химии (С.-Петербург, 2009); "ДНИ НАУКИ-2009 "Фундаментальные науки - специалисту нового века".(Иваново 2009); VIII Школе-конференции молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений, Гагра, Абхазия 2009 , 2-я международная молодежная школа-конференция "Физическая химия краун-соединений, порфиринов и фталоцианинов", Туапсе, Россия 2010.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 2 статьях в журналах из списка ВАК и тезисах 5 докладов, опубликованных в трудах научных конференций.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 109 страницах, содержит 2 таблицы, 53 рисунка и состоит из введения, 2 глав, выводов, библиографического списка, включающего 109 ссылок на цитируемые литературные источники.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1 представляет собой обзор литературы по физико-химическим свойствам диоксида тиомочевины и гидроксиметансульфината натрия: строению молекул, стабильности, кинетике и механизму реакций с их участием. Подробно рассматриваются результаты исследований кинетики и механизма процессов восстановления нитрита и нитрата, катализируемых металлофталоцианинами и их аналогами. Особое внимание уделено свойствам кобаламина (витамина B12), в частности, кинетике и механизму редокс процессов с его участием. Подчеркнуто, что в литературе ощущается недостаток сравнительных исследований каталитических процессов с участием комплексов металлов с тетрапиррольными соединениями различных классов. В данной работе будут проведены исследования процессов восстановления комплекса одного и того же металла – кобальта с разными тетрапирролами - тетрасульфофталоцианином и коррином.
В главе 2 проводится обсуждение полученных в работе экспериментальных данных. В параграфе 2.1 приведены характеристики используемых реактивов и приборов, описаны методики экспериментов и математической обработки данных. В параграфе 2.2.1 рассматриваются результаты исследований процесса взаимодействия тетрасульфофталоцианинов кобальта (CoII(TSPc)4-) (I) и железа (FeIII(TSPc)3-) (II) с гидроксиметансульфинатом натрия (ГМС) и диоксидом тиомочевины в щелочных водных растворах. Установлено, что некаталитическая реакция нитрита с гидроксиметансульфинатом натрия в щелочных средах не протекает. Однако в присутствии каталитических количеств тетрасульфофталоцианинов кобальта и железа гидроксиметансульфинат натрия восстанавливает нитрит (pH 10.0).
В первой серии экспериментов была изучена реакция комплексов I и II с избытком ГМС в анаэробных условиях. Электронные спектры поглощения указанных комплексов показаны на рис. 1 (кр. 1,2). Добавление к раствору избытка ГМС существенно изменяет вид спектра. Длинноволновая Q-полоса практически полностью исчезает, и появляется новая полоса поглощения с максимумом при 450 нм для комплекса I и 490 нм для комплекса II (рис. 1, кр. 3,4). Полученные спектры, согласно литературным данным, соответствуют поглощению CoI(TSPc)5- и FeI(TSPc)5-. Известно, что промежуточным продуктом восстановления тетрасульфофталоцианина железа является FeII(TSPc)4-. Зафиксировать образование комплекса FeII, однако, не удалось. Очевидно, реакции комплексов FeIII и FeII с гидроксиметансульфинатом натрия протекают с очень большими скоростями. В связи с этим кинетические параметры первой стадии каталитического процесса в настоящей работе не определены. Комплексы CoI и FeI не подвергаются дальнейшему восстановлению гидроксиметансульфинатом натрия, их спектры не изменяются в течение 12-15 часов в анаэробных условиях.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)