Касенова Шуга Булатовна Термодинамические свойства ряда терпеноидов, алкалоидов, флавоноидов и их производных 02.00.04 – физическая химия (стр. 1 )

УДК 66-971+547.314:944/945:972  На правах рукописи

КАСЕНОВА ШУГА БУЛАТОВНА

Термодинамические свойства ряда терпеноидов, алкалоидов, флавоноидов и их производных

02.00.04 – физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

Республика Казахстан

Караганда, 2009

Работа выполнена в лаборатории физико-химических исследований АО «Научно-производственный центр «Фитохимия».

Научный консультант:	академик НАН РК,  доктор химических наук,  профессор
Официальные оппоненты:	доктор химических наук,  профессор
доктор химических наук
доктор химических наук
Ведущая организация:	Казахский национальный университет имени аль-Фараби

Защита состоится 1 октября 2009 г. в 1200 ч. на заседании диссертационного совета ОД 14.07.01 при Карагандинском государственном университете имени 8, химический факультет, актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карагандинского государственного университета имени .

Автореферат разослан «  » июня 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ОД 14.07.01, доктор химических наук, профессор

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена исследованию терохимических и термодинамических свойств важных в теоретическом и практическом отношениях биологически активных соединений (БАС) – терпеноидов, алкалоидов, флавоноидов и их производных, как действующих веществ многих лекарственных препаратов растительного происхождения.

Актуальность темы. Несмотря на развитие химической термодинамики неорганических и органических материалов, есть еще также «дебри», куда еще термодинамика не проникала. Такими являются уникальные природные соединения, как терпеноиды, алкалоиды, флавоноиды и их производные, физическая химия, особенно их химическая термодинамика практически не изучена. Указанные соединения являются действующими веществами многих лекарственных препаратов растительного происхождения, примерами которых являются оригинальный противоопухолевый препарат «Арглабин», гепатопротектор «Салсоколлин» и др., разработанные в АО «Научно-производственный центр «Фитохимия». Если до недавнего времени особое внимание уделялось зависимости «структура-биоактивность», то сейчас актуальным также является фундаментальная взаимосвязь «энергетика-структура-биоактивность».

Исследование термохимических и термодинамических свойств биологически активных соединений (БАС) также необходимо для стандартизации и сертификации лекарственных препаратов на их основе, направленного синтеза их производных, физико-химического моделирования химических реакций с их участием, выявления полиморфизма и других явлений в молекулах БАС, эффектов фазовых переходов I - и II-рода, прогнозирования термодинамических свойств аналогичных БАС. Кроме того, полученные новые физико-химические константы БАС являются исходными информационными массивами для загрузки в информационную базу Банка биологически активных соединений, созданного при АО «НПЦ «Фитохимия» Постановлением Правительства РК г. «О Республиканском банке биологически активных соединений и Республиканском банке стандартных образцов лекарственных веществ и посторонних примесей», а также в другие крупные фундаментальные международные банки данных, как «ИВТАНТЕРМО» (Россия), «Beilstein Abstracts» (Германия) и др.

Степень разработанности проблемы. Химическая термодинамика и термохимия природных биологически активных веществ - терпеноидов, алкалоидов, флавоноидов и их производных до настоящего времени практически не исследованы. В фундаментальном справочнике «Химическая термодинамика органических соединений» (М., Мир. 1971. 807 с.) имеются неполные данные о термодинамических свойствах только алкалоида никотина. В монографии и др. «Биологически активные вещества в растворах. Структура, термодинамика, реакционная способность» (М., Наука. 2001. 403 с.) подробно изложены термодинамика водных растворов углеводов, мочевины, порфиринов, хитина и хитозана. Представленные в данной диссертационной работе результаты исследований являются оригинальными и аналогов не имеют.

Цель и задачи исследования. Термохимическое исследование ряда терпеноидов (моно-, сескви - , три-), алкалоидов, флавоноидов и их производных с получением новых, оригинальных фундаментальных термодинамических констант биологически активных соединений.

В соответствии с поставленной целью предстояло решать следующие задачи:

изучение методом изотермической калориметрии энтальпии растворения ряда терпеноидов, алкалоидов, флавоноидов и их производных в диоксане, 96%-ном этаноле и воде при различных разбавлениях; на основании указанных исследований вычисление стандартных энтальпий растворения изучаемых соединений в стандартных растворах вышеотмеченных растворителей;

исследование методом динамической калориметрии температурных зависимостей теплоемкости терпеноидов, алкалоидов, флавоноидов и их производных; вычисление уравнений температурной зависимости теплоемкости исследуемых соединений; расчет стандартных энтальпий сгорания, плавления и образования исследуемых соединений и их аналогов.

Связь с планом научно-исследовательских работ. Диссертационная работа выполнялась в АО «Научно-производственный центр «Фитохимия» МОН РК в соответствии с госбюджетной темой «Сесквитерпеновые лактоны и экдистероиды эндемичных растений Центрального Казахстана, их химическая модификация и биологическая активность» (№ гос. регистрации 0100РК00394), выполняемой по Программе фундаментальных исследований (ПФИ) МОН РК «Научные аспекты создания новых мономеров высокомолекулярных соединений и физиологически активных веществ на основе углеводородного, синтетического и растительного сырья РК» (шифр  Ф. 0185) на 2000-2002 гг. с темой «Термохимия и химическая термодинамика природных соединений» (№ гос. регистрации 0103РК00173), входящей в Программу фундаментальных исследований «Поиск новых биологически активных растительных веществ и разработка на их основе практически ценных препаратов» (Ф. 0286) на 2003-2005 гг. и с этапом «Термодинамика биологически активных соединений и процессов с их участием», входящим в тему «Новые биологически активные вещества из эндемичного растительного сырья и их синтетические аналоги» (№ гос. регистрации 0208РК01116), выполняемой по ПФИ «Разработка научных основ и технологии создания новых перспективных материалов различного функционального назначения» (Ф. 0354) на 2006-2008 гг., а также по теме «Химическая термодинамика природных биологически активных веществ и их полусинтетических аналогов», входящей в ПФИ «Разработка научных основ технологий и создание перспективных материалов различного функционального назначения» на 2009-2011 гг.

Научная новизна работы. В диссертационной работе впервые:

1) экспериментальным путем в изотермических условиях при 25 ˚С при различных разбавлениях (моль соединения:моль растворителя) исследованы теплоты растворения в диоксане, 96%-ном этаноле и воде и определены стандартные энтальпии растворения в упомянутых растворителях следующих терпеноидов и их производных: арглабина, ахиллина, эстафиатина, леукомизина, α-сантонина, артемизинина, аустрицина, стизолицина, матрикарина, 9α-гидроксиэпибальзамина, 8α-(4′-гидроксисенециоат) 9α-гидроксиэпибальзамина, оксима гроссмизина, пиразольного производного пулегона, оксима циклоартемизиа кетона, бетулина, глицирретовой кислоты, гидрохлорида диметиламиноарглабина, нитрата диметиламиноарглабина, метилиодидов диметиламиноарглабина и диэтиламиноарглабина, метилиодидов диметиламиногроссгемина и диэтиламиногроссгемина, гидроиодида диметиламиностизолина; алкалоидов и их производных: гидрохлорида анабазина, гидробромида лаппаконитина, цитизина, цитизинодитиокарбамата триэтиламмония, цитизинодитиокарбамата натрия, цитизинодитиокарбамата калия, О, О-диметил-N-цитизинилфосфата, цитизиновинилоксиэтиламинотиомочевины, морфолинодитиокарбамата калия, сальсолинодитиокарбамата сальсолина, гидрохлорида N-оксида гармина, комплекс гармина с хлорангидридом п-толуолсульфокислоты, комплекс стахидрина с хлорангидридом п-толуолсульфокислоты; флавоноидов и их производных: кверцетина, пиностробина, оксима пиностробина, тектохризина, артемизетина, рутина, эупатилина (также в диметилформамиде), 7-метилового эфира эупатилина (также в диметилформамиде);

2) в ходе термохимических исследований получены новые производные биологически активных соединений – нитраты диметиламиноарглабина, анабазина и лаппаконитина;

3) установлено, что несмотря на одинаковую брутто-формулу (С15Н18О3) сесквитерпеновые лактоны – арглабин, ахиллин, эстафиатин, леукомизин, α-сантонин растворяются в диоксане и 96%-ном этаноле с различными величинами ∆Н0 растворения и имеют разные значения стандартных теплоемкостей, что подтверждает их структурные особенности;

4) комбинированием экспериментальных и справочных данных вычислены фундаментальные константы – стандартные энтальпии образования катионов [С17Н28О4NН]+, [С18Н28О3N]+, [С20Н32О3N]+, [С18Н28О4N]+, [С20Н32О4N]+, [С17Н28О4N]+, [С10Н14N2Н]+, [С32Н44N2О8Н]+;

5) методом динамической калориметрии исследованы температурные зависимости теплоемкости при различных температурных интервалах 10 терпеноидов, 9 алкалоидов и 4 флавоноида и их производных, выведены уравнения, описывающие зависимости С0р~f(Т);

6) на кривых зависимостях С0р~f(Т) у ахиллина, леукомизина, артемизинина, бетулина, гидробромида лаппаконитина, кверцетина установлено наличие л-образного эффекта, вероятно, связанного с наличием фазового перехода II-рода;