WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 |

«ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ МЕЛАНИНОВ ГРИБА INONOTUS OBLIQUUS (ЧАГА) С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОАКТИВНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Грачева Наталья Владимировна

ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

МЕЛАНИНОВ ГРИБА INONOTUS OBLIQUUS (ЧАГА) С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ

ВЫСОКОАКТИВНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ

02.00.06. – Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград – 2014 2

Работа выполнена на кафедрах «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» и «Процессы и аппараты химических производств»

Волгоградского государственного технического университета доктор технических наук, профессор

Научный руководитель Голованчиков Александр Борисович.

Официальные оппоненты: Андриасян Юрик Оганесович, доктор технических наук, профессор, Институт биохимической физики им. Н.М.

Эмануэля РАН, кафедра «Перспективные эластомерные материалы», заведующий кафедрой;

Штильман Михаил Исаакович, доктор химических наук, профессор, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, кафедра «Химическая технология пластмасс», профессор.

Ведущая организация Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров (СПбГТУРП), г. Санкт-Петербург.

Защита состоится «18 »июня 2014 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.01, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина 28, ауд.

209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202801.html.

Автореферат разослан « 24 » апреля 2014г.

Ученый секретарь Дрябина Светлана Сергеевна диссертационного совета, кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время в области химии Актуальность работы.

высокомолекулярных соединений наблюдается всплеск интереса к биополимерам с целью разработки на их основе материалов с различными функциями. Особое место среди природных полимеров занимают меланины – представители класса мало изученных конденсированных полифенолов. Наличие высокостабильных парамагнитных центров, разнообразие функциональных групп, а также система сопряженных связей в молекулах определяют их полифункциональность.





Уникальным свойством меланинов является устойчивое свободнорадикальное состояние. В зависимости от условий мономеры меланиновых пигментов способны находиться в виде феноксильных или семихинонных радикалов. Вступая в окислительные реакции, эти природные полимеры действуют не только в восстановленной гидрохинонной форме фенолов, но и как система полифенол-хинон, в которой в качестве обязательного промежуточного продукта присутствует радикал-семихинон. Компоненты этой системы определяют проявление меланинами антиоксидантных свойств.

Экономическая доступность природных полимеров меланинов обусловливает возможность получения на их основе высокоактивных антиоксидантов, которые могут найти применение, как в медицине, так и в различных отраслях промышленности.

Одним из перспективных сырьевых ресурсов природных полимерных пигментов является гриб трутовик скошенный Inonotus obliquus (чага). Известно, что меланиновые полимеры трутовика скошенного представлены несколькими фракциями, различающимися по химическому составу, степени ароматизации, молекулярно-массовому распределению и содержанию функциональных групп.

Однако вопрос их структурно-химической организации остается открытым, что не позволяет регулировать их свойства в требуемом направлении. В связи с этим актуальным и необходимым является исследование структурно-химической организации природных полимеров меланинов гриба I. obliquus (чага) и разработка способов повышения их антиоксидантной активности. Особенно перспективным представляется их направленная химическая модификация с целью введения или усиления требуемой функции.

Цель работы заключается в получении высокоактивных антиоксидантов путем химической модификации природных полимеров меланинов гриба I.

obliquus (чага).

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи:

- исследовать структурно-химическую организацию природных полимеров меланинов гриба I. obliquus (чага);

- разработать способы химической модификации меланинов гриба I. obliquus (чага) исходя из особенностей их структурно-химической организации;

- провести модификацию природных полимеров меланинов различными химическими способами;

- исследовать антиоксидантную активность исходных и модифицированных пигментных полимеров;

- разработать способы выделения меланинов из сырья.

Научная новизна. Впервые разработаны и научно обоснованы способы химической модификации меланиновых полимеров чаги методами окислительного гидроксилирования по Эльбсу, периодатного окислительного деметилирования и восстановления сульфитом натрия, позволяющие увеличить содержание фенольных групп на 30 – 40% и в 4-5 раз соответственно.





Определено, что увеличение содержания фенольных групп обусловливает повышение антиоксидантной активности полимеров.

Впервые доказано, что в составе меланинов присутствует химически связанный с полисахаридами лигниноподобный полимер, образованный структурными звеньями гваяцил-сирингильного типа, соединенными между собой сложноэфирными связями. Предложена схема строения фрагмента этого полимера. Разработаны способы выделения лигниноподобного меланина, позволяющие увеличить его выход в 2 и 3 раза. Разработан способ получения меланина из шрота гриба I. obliquus методом щелочного гидролиза, позволяющий увеличить его выход в 6-8 раз.

одностадийные процессы получения производных природных полимеров характеризующиеся высокой антиоксидантной активностью. Разработаны способы выделения природных полимеров меланинов из сырья, позволяющие повысить выход при низких энергетических затратах и использовать в качестве сырья отходы переработки гриба чаги. Разработан способ выделения меланина, основанный на его осаждении ацетоном из щелочных растворов, что позволяет получить водорастворимую форму.

обсуждались на следующих конференциях: «Renewable Wood and Plant Resources:

Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine» (S.-Petersburg, 2011); XI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011 г); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Тамбов, 2011); Международной конференции «Химия и полная переработка биомассы леса» (Санкт-Петербург, 2010); IV Международной конференции «Экстракция органических соединений»

(Воронеж, 2010); XXI Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2011); VI Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительного сырья»

(Санкт-Петербург, 2010); 46-ой, 47-ой,49-ой Традиционной внутривузовской конференции ВолгГТУ (Волгоград, 2008, 2009, 2011, 2012, 2013, 2014), Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология – наука 21 века» (Пущино, 2012г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК; получен 1 патент РФ.

Достоверность результатов основывается на использовании современных методов исследований, проведенных в различных сертифицированных лабораториях и на поверенных приборах, и обработке полученных результатов методами математической статистики.

Личный вклад автора заключается в проведении теоретических и экспериментальных исследований. Основные результаты работы получены лично автором при его непосредственном участии в планировании и проведении экспериментов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, библиографического списка, содержащего наименования, 4 приложений. Работа изложена на 128 страницах, содержит рисунков, 29 таблиц.

Благодарности.

Лебедеву А.Т. (МГУ им. М.В. Ломоносова) и Таказовой Р.У. (ИНЭОС им.

Несмеянова РАН) за проведение элементного анализа; д.х.н., профессору Перегудову А.С. (ИНЭОС им. Несмеянова РАН) и к.х.н. Курковской Л.Н. (ИБХФ РАН) за содействие в проведении исследований методом ЯМР-спектроскопии;

д.х.н., профессору Солодовникову С.П. (ИНЭОС им. Несмеянова РАН) за помощь в проведении исследований методом ЭПР-спектроскопии; д.х.н., профессору Рязанову М.А. (Институт химии Коми НЦ УрО РАН) за помощь в обработке результатов рК-спектроскопических исследований. Глубокую признательность автор выражает д.т.н., профессору Желтобрюхову В.Ф. (ВолгГТУ), д.т.н., профессору Каблову В.Ф. (ВолгГТУ) и к.х.н., доценту Хохловой Т.В. (ВолгГТУ) за участие в постановке цели и обсуждении результатов.

Исследования проводились при поддержке Минобрнауки РФ в рамках базовой части госзадания НИР №20-53/676-14.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, научная новизна и практическая значимость.

Глава 1 представляет обзор работ, посвященных исследованию физикохимических, структурных характеристик и антиоксидантной активности природных полимеров меланинов чаги и других грибов, а также близких им соединений. Приведены данные о взаимосвязи антиоксидантной активности природных соединений и содержания фенольных групп. Рассмотрены вопросы возможности направленной химической модификации пигментных полимеров гриба I. obliquus с целью усиления требуемых функций. Рассмотрены вопросы выделения меланинов из сырья.

Глава 2 содержит описание объектов исследования: природных полимеров меланинов гриба I. obliquus, и методов их исследования: элементного анализа (анализаторы Варио МикроQ и СЕ 1106), ИК-Фурье спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр Nicolet 6700 FT-IR ), С ЯМР-спектроскопии (прибор Bruker Avance 600), ЭПР-спектроскопии (Спектрометр Varian Е-12), УФ-спектроскопии (спектрофотометр СФ-26), рК- спектроскопии (рН-метр НТ-2211 Hanna), вискозиметрии, криоскопии, количественного определения содержания кислых функциональных групп, сложноэфирных связей, антиоксидантной активности.

Приведены основные методики эксперимента: выделение из сырья и разделение меланинов на фракции (МО- меланины очищенные, и выделенные из них МРАмеланины растворимые в ацетоне, МНА- меланины нерастворимые в ацетоне), способы их химической модификации.

Глава 3 Экспериментальная часть 3.1 Исследование структурно-химических характеристик природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) Ввиду ограниченности сведений о структуре полимеров меланинов гриба I.

obliquus в части структурообразующих звеньев, а также количества и расположения функцион кциональных групп были проведены исследования этих аспектов в сравнении с на Обработка данных элементного анализа меланинов с использованием диаграммы Ван-Кревелен (Рисунок 1) выявила, что полимеры МРА и МНА имеют значительные о ые отличия. Положение полимера МРА на диаграмме свидетельствует о близос его элементного состава гуминов торфа, а МНА - грибным меланинам Hendersonula toruloidea Ulocladium atrum и ранним сведениям о мела Диаграмма Ван-Кревелена для полимеров меланинов чаги спектроскопии определи еделило, что образцы характеризуются различным набором полос поглощения и их интенсивностью, что обусловлено различной природой полимеров и способами их выделения (Рисунок 2).

Однако на всех спек енольного типа: при 3300-3500 см-1 (гидроксилсодержащие структуры); 1670-1710 см-1 (карбонилсодержащие структур 1020-1070 см-1 (структуры С-ОН фенолов, а также С-О эфиров); 1120-1150, 1000ктуры эфир 1030 см-1 (С-ОН спиртовы групп, полисахаридов).

а- полимеры МО, б- полим полимеры МРА (0 – исходные, 1,2 – после кислотного гидролиза), осажденный из щелочног раствора ацетоном) значительно отличается от других.

свидетельствует о прису присутствии в структуре полимера хиноновых фрагментов.

предположить наличие сл Анализ данных С ЯМР-спектроскопии (Рисунок 3) выявил в полимерах МО и МРА присутствие гваяцильных (ХС: 108,6 ppm – С-2; 119,1 ppm – С-6;

149,8 ppm – С-4; 55,6-55, ppm – ОСН3) и сирингильных (ХС: 106,4, 104,4 ppm – С-2, С-6; 152,2, 152,4 – С-3, С-5 атомы; 55,6-55,8 ppm – ОСН3) лигниновых единиц и их произво оизводных, значительное количество сложноэфирных и карбоксильных групп (165-178 ppm), а также карбогид полисахаридов (103, 59- ppm).

а- растворите 0,1 н NaOH/D2O, б, в- растворитель ДМСОd сигналов полисахаридн выделенная фракция сод я содержит значительное количество химически связанных полисахаридов. Плохо ра хо разрешенные перекрывающиеся сигналы в диапазоне с ХС 165-185 ppm свидетельст тельствуют о наличии сложноэфирной связи, как одной из основных.

Было проведено исследование содержания сложн меланинах МО, МРА и М А МНА. Результаты исследования представлены в таблице 1.

Выявлено, что м то меланины МРА содержат значительное количество сложноэфирных групп. Высокая скорость гидролиза эфирных групп МРА косвенно свидетельствуе о том, что при гидролизе образуются ОН-группы, связанные непосредстве едственно с углеродом макроцепи. В меланине МНА сложноэфирные группы п Таблица 1 – Содержание сложноэфирных групп в меланинах С целью отделения полисахаридной фракции был проведен кислотный гидролиз меланинов МРА. Для оценки характера изменений, происходящих в меланине, по результатам ИК-Фурье спектроскопии определяли площади соответствующих пиков и относили к площади пика ароматических сопряженных систем при 1530-1640 см-1 (Таблица 2).

Таблица 2 – Относительные площади пиков полос поглощения в ИК-Фурье спектрах исходных меланинов МРА и после их гидролиза меланины Установлено, что при гидролизе ароматическая составляющая практически не изменяется (С=С1500/С=С1590). А относительное содержание полисахаридов уменьшается значительно. При этом наиболее сильные изменения происходят в содержания простых эфиров. Это позволяет предположить, что меланины связаны с полисахаридами в МРА простой эфирной связью. Установлено, что 5-часовой гидролиз приводит к уменьшению массы МРА на 13,5%.

подтвердили наличие парамагнитных свойств (Таблица 3). Обнаружен сигнал ЭПР семихинонного радикала с g-фактором 2,0028 и шириной линии около Н Гс. Выявлено, что концентрация ПМЦ в полимерных пигментах МНА выше в раза по сравнению с МРА.

Таблица 3 – Характеристика ЭПР-сигнала и концентрация ПМЦ меланинов чаги Проведенные исследования меланинов МРА методом УФ-спектроскопии выявили незначительный пик при длине волны 275-276 нм, что свидетельствует о наличии в структуре лигниновых звеньев. Для меланина МНА УФ-спектр имеет вид нисходящей кривой (Рисунок 4).

оптическая плотность,

МРА МНА

Рисунок 4 – УФ-спектры меланинов гриба Inonotus obliquus (0,001%) Химическими методами определено количественное содержание кислых функциональных групп (Таблица 4). Выявлено, что полимер МРА содержит значительное количество карбоксильных и фенольных групп, в то время как полимер МНА характеризуется низким содержанием кислых функциональных групп.

Таблица 4 – Содержание кислых функциональных групп в меланинах чаги Потенциометрическое определение функциональных групп методом рКспектроскопии выявило, что кислые группы образцов МРА и МО можно разделить на 5 групп, отличающихся по рКа (Таблица 5). В полимере МНА выявлены 2 кислые группы, с рКа в области 5,9-6,5 и 9,7-10,2.

Таблица 5 – Кислотный состав меланинов чаги меланины предположить, что полимер МРА образован гваяцильными и сирингильными звеньями, соединенными между собой сложноэфирными связями. При этом боковые ароматические звенья соединены с основной цепью также, главным образом, сложноэфирной связью. Лигниноподобный пигментый полимер связан с полисахаридами, предположительно, простыми эфирными связями. На рисунке представлена гипотетическая схема строения лигниноподобного фрагмента МРА.

Данные, полученные при исследовании меланинов МНА, близки данным, описанным в литературе. Определение в МНА хиноновых и пирокатехиновых групп, а также высокое содержание карбогидратных фрагментов позволили предположить присутствие в меланине структур близких меланоидинам и алломеланинам (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Схемы строения фрагментов меланинов МРА и МНА а- лигниноподобный фрагмент МРА; б, в- предполагаемые структуры С целью характеристики полимерных свойств меланинов было проведено вискозиметрическое исследование образцов. Определено, что для всех образцов меланинов наблюдается линейная зависимость приведенной вязкости от концентрации, что подтверждает их полимерную природу. Криоскопическим методом определены молекулярные массы меланинов, которые в среднем составили для МО – 5100, МРА – 8140, МНА – 9300. Полученные данные согласуются с нижним пределом молекулярных масс меланинов, приведенных в литературных источниках.

3.2 Разработка способов химической модификации полимеров МО, МРА и МНА гриба Inonotus obliquus Наличие в структуре полимера МРА гваяцильных звеньев обусловливает направление его химической модификации. Реакционная способность гваяцильных фенилпропановых единиц определяется, прежде всего, наличием свободного 5-го положения ароматического ядра при неэтерифицированном деметилироваться.

Для повышения антиоксидантной активности МРА необходимо повысить содержание свободных фенольных гидроксилов в нем. Установлено, что МРА содержит значительное количество метоксильных групп. Следовательно, при дополнительное количество свободных фенольных групп. Деметилирование может происходить при периодатном окислении гваяцильных фрагментов.

Предполагают, что реакция идет через промежуточный эфир йодной кислоты и полуацеталь о-хинона с последующим его деметоксилированием:

избирательность и, что немаловажно, способность работать при комнатной температуре. Химическую модификацию полимерных пигментов осуществляли обработкой в слабокислой среде при температуре 25оС 0,14н иодной кислотой при интенсивном перемешивании, варьируя длительность обработки от 1 до 3 часов и Восстановление окисленных образцов проводили сульфитом натрия (массовое соотношение восстановитель-меланин 0,5:1) в щелочной среде при той же температуре в течение 1 часа при перемешивании.

Анализ данных элементного состава исходных и окисленных меланинов выявил, что с увеличением доли окислителя в реакционной смеси наблюдается тенденция к снижению содержания углерода и водорода и увеличению кислорода.

Установлено, что увеличение доли иодной кислоты в реакционной смеси приводит к увеличению атомных отношений О/С. Исследование исходных и окисленных меланинов МО, МРА методом ИК-Фурье спектроскопии выявило, что для окисленных меланинов наблюдается уменьшение относительной площади пиков при 2830-2850 см-1, 1200-1290 см-1, 1000-1070 см-1. Это свидетельствует о снижении содержания метоксильных групп в полимерах. Увеличение относительной площади пиков при 1630-1775 см-1 свидетельствует об общем увеличении карбонильного углерода хиноновых и карбоксильных групп.

Смещение полосы карбонильного углерода в длинноволновую область обусловлено увеличением доли хиноновых групп. Для восстановленных меланинов на спектрах наблюдается уменьшение доли карбонильного углерода, обусловленное восстановлением хиноновых групп до фенольных гидроксильных, что подтверждается увеличением относительной площади пиков при 1140- см-1, а также при 3100-3600 см-1.

Определение карбоксильной, фенольной и общей кислотности исходных, окисленных и восстановленных меланинов установило, что содержание карбоксильных групп практически не изменяется, а фенольных гидроксильных увеличивается для восстановленных образцов. Выявленная закономерность обусловлена тем, что образующиеся при окислении хиноновые группы под воздействием сульфита натрия восстанавливаются до фенольных гидроксильных.

Установлено, при введении в реакционную смесь иодной кислоты в доле 0,13-0, г/г меланинов окислительный процесс происходит без разрушения ароматического кольца.

После восстановления окисленных меланинов содержание гидроксильных фенольных групп в них увеличилось на 35-40% по сравнению с исходными меланинами.

Другим способом модификации структур, содержащих гваяцильные звенья, является окислительное гидроксилирование по Эльбсу:

Эта реакция позволяет получать двухатомные фенолы из одноатомных действием персульфата калия. Этот способ модификации лигнина отличается простотой и низкой энергоемкостью. Реакцию проводят в щелочной среде с насыщенным водным раствором персульфата калия. Процесс окисления МРА проводили при различных соотношениях окисляющего реагента. Оптимальное массовое соотношение составило 0,8:1 персульфата калия к полимеру МРА.

Содержание гидроксильных фенольных групп в модифицированном препарате увеличилось на 20-25% по сравнению с исходным МРА.

Анализ данных элементного состава персульфатных меланинов выявил, что все образцы также характеризуются близкими значениями содержания элементов.

При этом наблюдается тенденция к снижению содержания углерода и водорода и увеличению кислорода в модифицированных меланинах с увеличением окислителя в реакционной смеси. Установлено, что увеличение доли персульфата калия в реакционной смеси приводит к увеличению атомных отношений О/С.

Исследования меланинов ИК-Фурье спектроскопическим методом выявили, что для гидроксилированных меланинов наблюдается увеличение интенсивности полосы поглощения в области карбонильного углерода, и, кроме того, в области фенольной гидроксильной группы.

Определение карбоксильной, фенольной и общей кислотности исходных и модифицированных меланинов установило, что при гидроксилировании увеличивается содержание кислородных функциональных групп. Содержание карбоксильных групп практически не изменяется, а фенольных с увеличением доли персульфата калия в реакционной смеси сначала возрастает, а затем снижается. Выявленная закономерность обусловлена тем, что при избытке окислителя образующиеся двухатомные фенолы подвергаются дальнейшему окислению с образованием хинонов или с разрушением ароматического кольца.

При этом оптимальное количество окислителя при гидроксилировании по Эльбсу определяется, прежде всего, содержанием в структуре ароматических ядер свободных пара- и орто- положений, по которым протекает реакция, при неэтерифицированном фенольном гидроксиле.

На основании полученных результатов установлено, что введение в реакционную смесь персульфата калия в количестве 0,75-0,80 долей от массы меланинов МО обусловливает увеличение содержания фенольных гидроксильных групп на 30-35%. Это позволяет сделать вывод об эффективности модификации меланинов методом персульфатного окислительного гидрокислирования с целью увеличения содержания фенольных гидроксильных групп.

Так как в полимере МНА имеются хиноидные фрагменты, то усилить фенольную функцию возможно путем их восстановления до двухатомных фенолов:

Восстановление хинонов осуществляется в две стадии. На первой стадии в результате одноэлектронного восстановления образуются анион-радикалы, которые называют также семихинонами. На второй стадии анион-радикал присоединяет еще один электрон с образованием дианиона двухатомного фенола.

Восстановление хинонов до двухатомных фенолов проводят с помощью самых разнообразных восстановителей. В экспериментах в качестве восстановителя использовали сульфит натрия. Реакцию проводили в щелочной среде при температуре 25оС и содержании сульфита натрия 25, 50, 75, 100, 125 % по массе от меланина МНА. Определено, что при содержании сульфита натрия 50% по массе от массы меланина количество фенольных гидроксильных групп увеличивается в 4-5 раз.

Таким образом, в ходе экспериментов установлено, что предложенные методы модификации природных полимеров меланинов МО, МРА и МНА гриба чаги позволяют увеличить содержание фенольных групп.

Исходные и модифицированные полимеры МРА и МНА были исследованы на проявление антиокислительных свойств. Выявлено, что модифицированные препараты характеризуются высокой антиоксидантной активностью, значительно превосходящей такие антиоксиданты как пирокатехин, пирогаллол. Установлено, что концентрация меланинов IC50OH•, при которой происходит инактивация 50% радикальных частиц, для модифицированных меланинов уменьшается в 1,5-2, раза. Рассчитанные коэффициенты ингибирования реакции гидроксилирования анилина показали эффективность действия меланинов (Таблица 6).

Таблица 6 – Характеристика антиоксидантной активности меланинов количество радикалов, уловленных 1мг меланинов Высокая антиоксидантная активность меланинов определяет возможность их использования в различных областях: в медицине, как антиоксиданты; в химической промышленности, как ингибиторы радикальных реакций; в пищевой, как консерванты, и др..

3.3 Разработка способов выделения природных полимеров меланинов С целью повышения эффективности и интенсификации процесса выделения меланинов из сырья проведено исследование процесса экстрагирования пигментов в условиях наложения электрического поля. Математическая обработка результатов униформ-ротатабельного пятифакторного плана позволила получить уравнение регрессии, описывающее процесс экстрагирования меланинов из сырья в условиях наложения электрического поля в диапазоне параметров: х1 – 1:10-29 массовые части, х2 – 10-70оС, х3 - 0,5-5,5мм, х4 – 0,5-3ч, х5 – 0-10,67В/м:

Y= 0,4116 – 0,0106x1 + 0,1489x2 – 0,0616x3 + 0,0222x4 + 0,0760x5 + 0,0438x2x5 – 0,0137x3x5 – Анализ уравнения регрессии и карты Парето установили: наибольшее влияние на выход меланинов оказывают температура процесса и напряженность электрического поля, что обусловлено лучшей растворимостью меланинов в горячей воде и значительным увеличением скорости их диффузии за счет электрофореза. Остальные факторы имеют меньшее значение, но статистически значимы. С учетом оптимальных значений х1, х3, х4, уравнение регрессии (1) преобразовано следующим образом:

Y = 0,5192 + 0,1489х2 + 0,1034х5 + 0,0438х2х5– 0,0402х22 – 0,0635х52. (2) Математическая обработка этой зависимости показала ее адекватность эксперименту. Установлено, что максимальный выход меланинов достигается при температуре 70оС и напряженности электрического поля 9,60 В/см и составляет 81%. Это более, чем в 3 раза выше по сравнению с выходом меланинов при производстве «Бефунгина» на единицу готовой продукции.

Ввиду того, что полимер МРА является растворимым в органических растворителях, было проведено исследование по его экстрагированию из сырья органическими растворителями. Установлено, что экстрагирование сырья раствором этилового спирта в присутствии кислотного катализатора увеличивает выход МРА в 2 -3 раза.

С целью выделения полимера МНР проводили щелочное экстрагирование.

В качестве сырья использовали шрот гриба. Для осаждения использовали ацетон.

Определено, что при экстрагировании 7% раствором гидроксида натрия при температуре 90оС и соотношении сырье-экстрагент 1:20, при перемешивании и продолжительности процесса не более 5 часов получают выход полимера МНА до 35-45 % в пересчете на сухое вещество.

Полученные меланины исследованы методами элементного анализа, ИКспектроскопии, С ЯМР-спектроскопии, количественного определения функциональных групп. Установлено близость полученных продуктов и выделенных и меланинов МРА и МНА.

1. Впервые разработаны и научно обоснованы способы химической модификации полимеров меланинов методами окислительного гидроксилирования по Эльбсу, периодатного окислительного деметилирования и восстановления сульфитом натрия, позволяющие увеличить содержание фенольных групп на 30 – 40% и в 4-5 раз соответственно. Определено, увеличение содержания фенольных групп обусловливает повышение антиоксидантной активности полимеров.

2. Получены модифицированные меланины, характеризующиеся высокой антиоксидантной активностью.

3. Впервые доказано, что в составе меланинов присутствует химически связанный с полисахаридами лигниноподобный полимер, образованный структурными звеньями гваяцил-сирингильного типа, соединенными между собой сложноэфирной связью. Предложена схема строения фрагмента этого полимера.

4. Разработаны способы выделения лигниноподобного меланина, позволяющие увеличить его выход в 2 и 3 раза. Разработан способ выделения меланина из шрота гриба Inonotus obliquus, позволяющий увеличить его выход в 6-8 раз.

Разработан способ выделения меланина, основанный на его осаждении ацетоном из щелочных растворов, что позволяет получить водорастворимую Содержание диссертации отражено в следующих публикациях 1. Грачева, Н.В. Химическая модификация меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) методом периодатного окисления/ Н.В. Грачева, В.Ф. Желтобрюхов, А.Б. Голованчиков// Естественные и технические науки. - 2014. – №2. – С. 47Грачева, Н.В. Исследование возможности интенсификации экстракции чаги электрическим полем постоянного тока/ Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков// Химико-фармацевтический журнал. - 2010. - Т. 44, № 11. - C. 22-24.

3. Голованчиков, А.Б. Моделирование процесса экстрагирования чаги в электрическом поле / А.Б. Голованчиков, Н.В. Грачева // Естественные и технические науки - 2011. - № 5. - C. 381-387.

4. Грачева, Н.В. Химическая модификация природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) / Н.В. Грачева, В.Ф. Желтобрюхов, А.Б.

Голованчиков// Известия Волгоградского государственного технического университета (Сер. Химия и технология элементорганических мономеров и полимерных материалов): Межвуз. сб. науч. ст./ ВолгГТУ. - Волгоград, 2014.

- Вып.12. - №7 (134). – С.93-97.

5. Голованчиков, А.Б. Основные закономерности процесса экстрагирования чаги в электрическом поле / А.Б. Голованчиков, Н.В. Грачева // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2011. - Т. 17, № 6. Пат. 2406515 РФ, МПК A 61 K 36/06, A 61 P 35/00. Способ получения сухого экстракта чаги / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков, Н.Н. Дикарева, М.В.

Ефимов; ГОУ ВПО ВолгГТУ. – 2010.

7. Gracheva, N.V. Effect of electric field application during chaga extraction on chromogenes output /N.V. Grachevа, А.B. Golovanchikov //Renewable Wood and Plant Resources: Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine. RR 2011 :

[abstr. of Int. Conf.], S.-Petersburg, June 21-24, 2011/ S.-Petersburg State University [et al.]. - Saint-Petersburg, 2011.- C.62-63. – Англ.

8. Грачева, Н.В. Влияние наложения электрического поля в процессе экстракции чаги на выход полифенолоксикарбонового комплекса / Н.В. Грачева, А.Б.

Голованчиков// Проблемы теоретической и экспериментальной химии : тез.

докл. XXI рос. молодёжной науч. конф., посвящ. 150-летию со дня рожд. акад.

Н.Д. Зелинского (Екатеринбург, 19-23 апр. 2011) / УрО РАН, Уральский гос.

ун-т им. А.М. Горького. - Екатеринбург, 2011. - C. 432-434.

9. Грачева, Н.В. Изучение антиоксидантной активности экстрактов чаги, полученных в электрическом поле постоянного тока / Н.В. Грачева // Химия и полная переработка биомассы леса : тез. докл. сателлитных конференций (Первый кластер конференций ChemWasteChem), Санкт-Петербург (пос.

Репино), 14-18 июня 2010 г. / Санкт-Петербургская гос. лесотехн. академия [и др.]. - СПб., 2010. - C. 235-236.

10. Грачева, Н.В. Интенсификация процесса экстракции биологически активных веществ чаги в электрическом поле / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков // Экстракция органических соединений. ЭОС-2010 : каталог докл. IV междунар.

конф., Воронеж, 20-24 сент. 2010 г. / Воронежская гос. технол. академия [и др.]. - Воронеж, 2010. - C. 87.

11. Грачева, Н.В. Комплексная переработка чаги/ Н.В. Грачева, А.Б.

Голованчиков// Химия и полная переработка биомассы леса : тез. докл.

сателлитных конференций (Первый кластер конференций ChemWasteChem), Санкт-Петербург (пос. Репино), 14-18 июня 2010 г./ Санкт-Петербургская гос.

лесотехн. академия [и др.].-СПб.,2010.-C.26.

12. Грачева, Н.В. Особенности формирования полифенолоксикарбонового комплекса при экстрагировании чаги в электрическом поле / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков // XI междунар. конф. "Проблема сольватации и комплексообразования в растворах" и VI конф. мол. учёных "Теор. и экспер.

химия жидкофаз. систем" (Крестовские чтения), 10-14 окт. 2011 : тез. докл. / Ивановский гос. химико-технол. ун-т [и др.]. - Иваново, 2011. - C. 222-223.

13. Грачева, Н.В. Получение экстракта чаги со сниженным содержанием зольных элементов / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 25-30 сент. 2011 г.). В 4 т. Т. 3 / РАН, РХО им. Д.И. Менделеева, Администрация Волгогр. обл. [и др.]. - Волгоград, 2011. - C. 59.

меланиноподобных соединений Inonotus obliquus/ Н.В. Грачева, С.М.

Кавеленовой// 16 Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология –наука 21 века» (Пущино, 2012г): тез. докл., / Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пущинский научный центр Российской академии наук. – Пущино, 2012. – С. 214.

Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Волгоградского государственного технического университета.

400005, г. Волгоград, просп. им. В.И.Ленина, 28, корп. №

ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

МЕЛАНИНОВ ГРИБА INONOTUS OBLIQUUS (ЧАГА) С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ

ВЫСОКОАКТИВНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ

02.00.06. – Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени Работа выполнена на кафедрах «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» и «Процессы и аппараты химических производств»

Волгоградского государственного технического университета Научный руководитель Официальные оппоненты: Андриасян Юрик Оганесович, Ведущая организация Санкт-Петербургский государственный Защита состоится «18 »июня 2014 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.01, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина 28, ауд.

209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202801.html.

Автореферат разослан « 24 » апреля 2014г.

диссертационного совета, кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

высокомолекулярных соединений наблюдается всплеск интереса к биополимерам с целью разработки на их основе материалов с различными функциями. Особое место среди природных полимеров занимают меланины – представители класса мало изученных конденсированных полифенолов. Наличие высокостабильных парамагнитных центров, разнообразие функциональных групп, а также система сопряженных связей в молекулах определяют их полифункциональность.





Уникальным свойством меланинов является устойчивое свободнорадикальное состояние. В зависимости от условий мономеры меланиновых пигментов способны находиться в виде феноксильных или семихинонных радикалов. Вступая в окислительные реакции, эти природные полимеры действуют не только в восстановленной гидрохинонной форме фенолов, но и как система полифенол-хинон, в которой в качестве обязательного промежуточного продукта присутствует радикал-семихинон. Компоненты этой системы определяют проявление меланинами антиоксидантных свойств.

обусловливает возможность получения на их основе высокоактивных антиоксидантов, которые могут найти применение, как в медицине, так и в различных отраслях промышленности.

Одним из перспективных сырьевых ресурсов природных полимерных пигментов является гриб трутовик скошенный Inonotus obliquus (чага). Известно, что меланиновые полимеры трутовика скошенного представлены несколькими фракциями, различающимися по химическому составу, степени ароматизации, молекулярно-массовому распределению и содержанию функциональных групп.

Однако вопрос их структурно-химической организации остается открытым, что не позволяет регулировать их свойства в требуемом направлении. В связи с этим актуальным и необходимым является исследование структурно-химической организации природных полимеров меланинов гриба I. obliquus (чага) и разработка способов повышения их антиоксидантной активности. Особенно перспективным представляется их направленная химическая модификация с целью введения или усиления требуемой функции.

Цель работы заключается в получении высокоактивных антиоксидантов путем химической модификации природных полимеров меланинов гриба I.

obliquus (чага).

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи:

- исследовать структурно-химическую организацию природных полимеров меланинов гриба I. obliquus (чага);

- разработать способы химической модификации меланинов гриба I. obliquus (чага) исходя из особенностей их структурно-химической организации;

- провести модификацию природных полимеров меланинов различными химическими способами;

- исследовать антиоксидантную активность исходных и модифицированных пигментных полимеров;

- разработать способы выделения меланинов из сырья.

Научная новизна. Впервые разработаны и научно обоснованы способы химической модификации меланиновых полимеров чаги методами окислительного гидроксилирования по Эльбсу, периодатного окислительного деметилирования и восстановления сульфитом натрия, позволяющие увеличить содержание фенольных групп на 30 – 40% и в 4-5 раз соответственно.

Определено, что увеличение содержания фенольных групп обусловливает повышение антиоксидантной активности полимеров.

Впервые доказано, что в составе меланинов присутствует химически связанный с полисахаридами лигниноподобный полимер, образованный структурными звеньями гваяцил-сирингильного типа, соединенными между собой сложноэфирными связями. Предложена схема строения фрагмента этого полимера. Разработаны способы выделения лигниноподобного меланина, позволяющие увеличить его выход в 2 и 3 раза. Разработан способ получения меланина из шрота гриба I. obliquus методом щелочного гидролиза, позволяющий увеличить его выход в 6-8 раз.

одностадийные процессы получения производных природных полимеров характеризующиеся высокой антиоксидантной активностью. Разработаны способы выделения природных полимеров меланинов из сырья, позволяющие повысить выход при низких энергетических затратах и использовать в качестве сырья отходы переработки гриба чаги. Разработан способ выделения меланина, основанный на его осаждении ацетоном из щелочных растворов, что позволяет получить водорастворимую форму.

обсуждались на следующих конференциях: «Renewable Wood and Plant Resources:

Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine» (S.-Petersburg, 2011); XI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011 г); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Тамбов, 2011); Международной конференции «Химия и полная переработка биомассы леса» (Санкт-Петербург, 2010); IV Международной конференции «Экстракция органических соединений»

(Воронеж, 2010); XXI Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2011); VI Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительного сырья»

(Санкт-Петербург, 2010); 46-ой, 47-ой,49-ой Традиционной внутривузовской конференции ВолгГТУ (Волгоград, 2008, 2009, 2011, 2012, 2013, 2014), Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология – наука 21 века» (Пущино, 2012г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК; получен 1 патент РФ.

Достоверность результатов основывается на использовании современных методов исследований, проведенных в различных сертифицированных лабораториях и на поверенных приборах, и обработке полученных результатов методами математической статистики.

Личный вклад автора заключается в проведении теоретических и экспериментальных исследований. Основные результаты работы получены лично автором при его непосредственном участии в планировании и проведении экспериментов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, библиографического списка, содержащего наименования, 4 приложений. Работа изложена на 128 страницах, содержит рисунков, 29 таблиц.

Благодарности.

Лебедеву А.Т. (МГУ им. М.В. Ломоносова) и Таказовой Р.У. (ИНЭОС им.

Несмеянова РАН) за проведение элементного анализа; д.х.н., профессору Перегудову А.С. (ИНЭОС им. Несмеянова РАН) и к.х.н. Курковской Л.Н. (ИБХФ РАН) за содействие в проведении исследований методом ЯМР-спектроскопии;

д.х.н., профессору Солодовникову С.П. (ИНЭОС им. Несмеянова РАН) за помощь в проведении исследований методом ЭПР-спектроскопии; д.х.н., профессору Рязанову М.А. (Институт химии Коми НЦ УрО РАН) за помощь в обработке результатов рК-спектроскопических исследований. Глубокую признательность автор выражает д.т.н., профессору Желтобрюхову В.Ф. (ВолгГТУ), д.т.н., профессору Каблову В.Ф. (ВолгГТУ) и к.х.н., доценту Хохловой Т.В. (ВолгГТУ) за участие в постановке цели и обсуждении результатов.

Исследования проводились при поддержке Минобрнауки РФ в рамках базовой части госзадания НИР №20-53/676-14.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, научная новизна и практическая значимость.

Глава 1 представляет обзор работ, посвященных исследованию физикохимических, структурных характеристик и антиоксидантной активности природных полимеров меланинов чаги и других грибов, а также близких им соединений. Приведены данные о взаимосвязи антиоксидантной активности природных соединений и содержания фенольных групп. Рассмотрены вопросы возможности направленной химической модификации пигментных полимеров гриба I. obliquus с целью усиления требуемых функций. Рассмотрены вопросы выделения меланинов из сырья.

Глава 2 содержит описание объектов исследования: природных полимеров меланинов гриба I. obliquus, и методов их исследования: элементного анализа (анализаторы Варио МикроQ и СЕ 1106), ИК-Фурье спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр Nicolet 6700 FT-IR ), С ЯМР-спектроскопии (прибор Bruker Avance 600), ЭПР-спектроскопии (Спектрометр Varian Е-12), УФ-спектроскопии (спектрофотометр СФ-26), рК- спектроскопии (рН-метр НТ-2211 Hanna), вискозиметрии, криоскопии, количественного определения содержания кислых функциональных групп, сложноэфирных связей, антиоксидантной активности.

Приведены основные методики эксперимента: выделение из сырья и разделение меланинов на фракции (МО- меланины очищенные, и выделенные из них МРАмеланины растворимые в ацетоне, МНА- меланины нерастворимые в ацетоне), способы их химической модификации.

Глава 3 Экспериментальная часть 3.1 Исследование структурно-химических характеристик природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) Ввиду ограниченности сведений о структуре полимеров меланинов гриба I.

obliquus в части структурообразующих звеньев, а также количества и расположения функцион кциональных групп были проведены исследования этих аспектов в сравнении с на Обработка данных элементного анализа меланинов с использованием диаграммы Ван-Кревелен (Рисунок 1) выявила, что полимеры МРА и МНА имеют значительные о ые отличия. Положение полимера МРА на диаграмме свидетельствует о близос его элементного состава гуминов торфа, а МНА - грибным меланинам Hendersonula toruloidea Ulocladium atrum и ранним сведениям о мела Диаграмма Ван-Кревелена для полимеров меланинов чаги спектроскопии определи еделило, что образцы характеризуются различным набором полос поглощения и их интенсивностью, что обусловлено различной природой полимеров и способами их выделения (Рисунок 2).

Однако на всех спек енольного типа: при 3300-3500 см-1 (гидроксилсодержащие структуры); 1670-1710 см-1 (карбонилсодержащие структур 1020-1070 см-1 (структуры С-ОН фенолов, а также С-О эфиров); 1120-1150, 1000ктуры эфир 1030 см-1 (С-ОН спиртовы групп, полисахаридов).

а- полимеры МО, б- полим полимеры МРА (0 – исходные, 1,2 – после кислотного гидролиза), осажденный из щелочног раствора ацетоном) значительно отличается от других.

свидетельствует о прису присутствии в структуре полимера хиноновых фрагментов.

предположить наличие сл Анализ данных С ЯМР-спектроскопии (Рисунок 3) выявил в полимерах МО и МРА присутствие гваяцильных (ХС: 108,6 ppm – С-2; 119,1 ppm – С-6;

149,8 ppm – С-4; 55,6-55, ppm – ОСН3) и сирингильных (ХС: 106,4, 104,4 ppm – С-2, С-6; 152,2, 152,4 – С-3, С-5 атомы; 55,6-55,8 ppm – ОСН3) лигниновых единиц и их произво оизводных, значительное количество сложноэфирных и карбоксильных групп (165-178 ppm), а также карбогид полисахаридов (103, 59- ppm).

а- растворите 0,1 н NaOH/D2O, б, в- растворитель ДМСОd сигналов полисахаридн выделенная фракция сод я содержит значительное количество химически связанных полисахаридов. Плохо ра хо разрешенные перекрывающиеся сигналы в диапазоне с ХС 165-185 ppm свидетельст тельствуют о наличии сложноэфирной связи, как одной из основных.

Было проведено исследование содержания сложн меланинах МО, МРА и М А МНА. Результаты исследования представлены в таблице 1.

Выявлено, что м то меланины МРА содержат значительное количество сложноэфирных групп. Высокая скорость гидролиза эфирных групп МРА косвенно свидетельствуе о том, что при гидролизе образуются ОН-группы, связанные непосредстве едственно с углеродом макроцепи. В меланине МНА сложноэфирные группы п Таблица 1 – Содержание сложноэфирных групп в меланинах С целью отделения полисахаридной фракции был проведен кислотный гидролиз меланинов МРА. Для оценки характера изменений, происходящих в меланине, по результатам ИК-Фурье спектроскопии определяли площади соответствующих пиков и относили к площади пика ароматических сопряженных систем при 1530-1640 см-1 (Таблица 2).

Таблица 2 – Относительные площади пиков полос поглощения в ИК-Фурье спектрах исходных меланинов МРА и после их гидролиза меланины Установлено, что при гидролизе ароматическая составляющая практически не изменяется (С=С1500/С=С1590). А относительное содержание полисахаридов уменьшается значительно. При этом наиболее сильные изменения происходят в содержания простых эфиров. Это позволяет предположить, что меланины связаны с полисахаридами в МРА простой эфирной связью. Установлено, что 5-часовой гидролиз приводит к уменьшению массы МРА на 13,5%.

подтвердили наличие парамагнитных свойств (Таблица 3). Обнаружен сигнал ЭПР семихинонного радикала с g-фактором 2,0028 и шириной линии около Н Гс. Выявлено, что концентрация ПМЦ в полимерных пигментах МНА выше в раза по сравнению с МРА.

Таблица 3 – Характеристика ЭПР-сигнала и концентрация ПМЦ меланинов чаги Проведенные исследования меланинов МРА методом УФ-спектроскопии выявили незначительный пик при длине волны 275-276 нм, что свидетельствует о наличии в структуре лигниновых звеньев. Для меланина МНА УФ-спектр имеет вид нисходящей кривой (Рисунок 4).

оптическая плотность,

МРА МНА

Рисунок 4 – УФ-спектры меланинов гриба Inonotus obliquus (0,001%) Химическими методами определено количественное содержание кислых функциональных групп (Таблица 4). Выявлено, что полимер МРА содержит значительное количество карбоксильных и фенольных групп, в то время как полимер МНА характеризуется низким содержанием кислых функциональных групп.

Таблица 4 – Содержание кислых функциональных групп в меланинах чаги Потенциометрическое определение функциональных групп методом рКспектроскопии выявило, что кислые группы образцов МРА и МО можно разделить на 5 групп, отличающихся по рКа (Таблица 5). В полимере МНА выявлены 2 кислые группы, с рКа в области 5,9-6,5 и 9,7-10,2.

Таблица 5 – Кислотный состав меланинов чаги меланины предположить, что полимер МРА образован гваяцильными и сирингильными звеньями, соединенными между собой сложноэфирными связями. При этом боковые ароматические звенья соединены с основной цепью также, главным образом, сложноэфирной связью. Лигниноподобный пигментый полимер связан с полисахаридами, предположительно, простыми эфирными связями. На рисунке представлена гипотетическая схема строения лигниноподобного фрагмента МРА.

Данные, полученные при исследовании меланинов МНА, близки данным, описанным в литературе. Определение в МНА хиноновых и пирокатехиновых групп, а также высокое содержание карбогидратных фрагментов позволили предположить присутствие в меланине структур близких меланоидинам и алломеланинам (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Схемы строения фрагментов меланинов МРА и МНА а- лигниноподобный фрагмент МРА; б, в- предполагаемые структуры С целью характеристики полимерных свойств меланинов было проведено вискозиметрическое исследование образцов. Определено, что для всех образцов меланинов наблюдается линейная зависимость приведенной вязкости от концентрации, что подтверждает их полимерную природу. Криоскопическим методом определены молекулярные массы меланинов, которые в среднем составили для МО – 5100, МРА – 8140, МНА – 9300. Полученные данные согласуются с нижним пределом молекулярных масс меланинов, приведенных в литературных источниках.

3.2 Разработка способов химической модификации полимеров МО, МРА и МНА гриба Inonotus obliquus Наличие в структуре полимера МРА гваяцильных звеньев обусловливает направление его химической модификации. Реакционная способность гваяцильных фенилпропановых единиц определяется, прежде всего, наличием свободного 5-го положения ароматического ядра при неэтерифицированном деметилироваться.

Для повышения антиоксидантной активности МРА необходимо повысить содержание свободных фенольных гидроксилов в нем. Установлено, что МРА содержит значительное количество метоксильных групп. Следовательно, при дополнительное количество свободных фенольных групп. Деметилирование может происходить при периодатном окислении гваяцильных фрагментов.

Предполагают, что реакция идет через промежуточный эфир йодной кислоты и полуацеталь о-хинона с последующим его деметоксилированием:

избирательность и, что немаловажно, способность работать при комнатной температуре. Химическую модификацию полимерных пигментов осуществляли обработкой в слабокислой среде при температуре 25оС 0,14н иодной кислотой при интенсивном перемешивании, варьируя длительность обработки от 1 до 3 часов и Восстановление окисленных образцов проводили сульфитом натрия (массовое соотношение восстановитель-меланин 0,5:1) в щелочной среде при той же температуре в течение 1 часа при перемешивании.

Анализ данных элементного состава исходных и окисленных меланинов выявил, что с увеличением доли окислителя в реакционной смеси наблюдается тенденция к снижению содержания углерода и водорода и увеличению кислорода.

Установлено, что увеличение доли иодной кислоты в реакционной смеси приводит к увеличению атомных отношений О/С. Исследование исходных и окисленных меланинов МО, МРА методом ИК-Фурье спектроскопии выявило, что для окисленных меланинов наблюдается уменьшение относительной площади пиков при 2830-2850 см-1, 1200-1290 см-1, 1000-1070 см-1. Это свидетельствует о снижении содержания метоксильных групп в полимерах. Увеличение относительной площади пиков при 1630-1775 см-1 свидетельствует об общем увеличении карбонильного углерода хиноновых и карбоксильных групп.

Смещение полосы карбонильного углерода в длинноволновую область обусловлено увеличением доли хиноновых групп. Для восстановленных меланинов на спектрах наблюдается уменьшение доли карбонильного углерода, обусловленное восстановлением хиноновых групп до фенольных гидроксильных, что подтверждается увеличением относительной площади пиков при 1140- см-1, а также при 3100-3600 см-1.

Определение карбоксильной, фенольной и общей кислотности исходных, окисленных и восстановленных меланинов установило, что содержание карбоксильных групп практически не изменяется, а фенольных гидроксильных увеличивается для восстановленных образцов. Выявленная закономерность обусловлена тем, что образующиеся при окислении хиноновые группы под воздействием сульфита натрия восстанавливаются до фенольных гидроксильных.

Установлено, при введении в реакционную смесь иодной кислоты в доле 0,13-0, г/г меланинов окислительный процесс происходит без разрушения ароматического кольца.

После восстановления окисленных меланинов содержание гидроксильных фенольных групп в них увеличилось на 35-40% по сравнению с исходными меланинами.

Другим способом модификации структур, содержащих гваяцильные звенья, является окислительное гидроксилирование по Эльбсу:

Эта реакция позволяет получать двухатомные фенолы из одноатомных действием персульфата калия. Этот способ модификации лигнина отличается простотой и низкой энергоемкостью. Реакцию проводят в щелочной среде с насыщенным водным раствором персульфата калия. Процесс окисления МРА проводили при различных соотношениях окисляющего реагента. Оптимальное массовое соотношение составило 0,8:1 персульфата калия к полимеру МРА.

Содержание гидроксильных фенольных групп в модифицированном препарате увеличилось на 20-25% по сравнению с исходным МРА.

Анализ данных элементного состава персульфатных меланинов выявил, что все образцы также характеризуются близкими значениями содержания элементов.

При этом наблюдается тенденция к снижению содержания углерода и водорода и увеличению кислорода в модифицированных меланинах с увеличением окислителя в реакционной смеси. Установлено, что увеличение доли персульфата калия в реакционной смеси приводит к увеличению атомных отношений О/С.

Исследования меланинов ИК-Фурье спектроскопическим методом выявили, что для гидроксилированных меланинов наблюдается увеличение интенсивности полосы поглощения в области карбонильного углерода, и, кроме того, в области фенольной гидроксильной группы.

Определение карбоксильной, фенольной и общей кислотности исходных и модифицированных меланинов установило, что при гидроксилировании увеличивается содержание кислородных функциональных групп. Содержание карбоксильных групп практически не изменяется, а фенольных с увеличением доли персульфата калия в реакционной смеси сначала возрастает, а затем снижается. Выявленная закономерность обусловлена тем, что при избытке окислителя образующиеся двухатомные фенолы подвергаются дальнейшему окислению с образованием хинонов или с разрушением ароматического кольца.

При этом оптимальное количество окислителя при гидроксилировании по Эльбсу определяется, прежде всего, содержанием в структуре ароматических ядер свободных пара- и орто- положений, по которым протекает реакция, при неэтерифицированном фенольном гидроксиле.

На основании полученных результатов установлено, что введение в реакционную смесь персульфата калия в количестве 0,75-0,80 долей от массы меланинов МО обусловливает увеличение содержания фенольных гидроксильных групп на 30-35%. Это позволяет сделать вывод об эффективности модификации меланинов методом персульфатного окислительного гидрокислирования с целью увеличения содержания фенольных гидроксильных групп.

Так как в полимере МНА имеются хиноидные фрагменты, то усилить фенольную функцию возможно путем их восстановления до двухатомных фенолов:

Восстановление хинонов осуществляется в две стадии. На первой стадии в результате одноэлектронного восстановления образуются анион-радикалы, которые называют также семихинонами. На второй стадии анион-радикал присоединяет еще один электрон с образованием дианиона двухатомного фенола.

Восстановление хинонов до двухатомных фенолов проводят с помощью самых разнообразных восстановителей. В экспериментах в качестве восстановителя использовали сульфит натрия. Реакцию проводили в щелочной среде при температуре 25оС и содержании сульфита натрия 25, 50, 75, 100, 125 % по массе от меланина МНА. Определено, что при содержании сульфита натрия 50% по массе от массы меланина количество фенольных гидроксильных групп увеличивается в 4-5 раз.

Таким образом, в ходе экспериментов установлено, что предложенные методы модификации природных полимеров меланинов МО, МРА и МНА гриба чаги позволяют увеличить содержание фенольных групп.

Исходные и модифицированные полимеры МРА и МНА были исследованы на проявление антиокислительных свойств. Выявлено, что модифицированные препараты характеризуются высокой антиоксидантной активностью, значительно превосходящей такие антиоксиданты как пирокатехин, пирогаллол. Установлено, что концентрация меланинов IC50OH•, при которой происходит инактивация 50% радикальных частиц, для модифицированных меланинов уменьшается в 1,5-2, раза. Рассчитанные коэффициенты ингибирования реакции гидроксилирования анилина показали эффективность действия меланинов (Таблица 6).

Таблица 6 – Характеристика антиоксидантной активности меланинов количество радикалов, уловленных 1мг меланинов Высокая антиоксидантная активность меланинов определяет возможность их использования в различных областях: в медицине, как антиоксиданты; в химической промышленности, как ингибиторы радикальных реакций; в пищевой, как консерванты, и др..

3.3 Разработка способов выделения природных полимеров меланинов С целью повышения эффективности и интенсификации процесса выделения меланинов из сырья проведено исследование процесса экстрагирования пигментов в условиях наложения электрического поля. Математическая обработка результатов униформ-ротатабельного пятифакторного плана позволила получить уравнение регрессии, описывающее процесс экстрагирования меланинов из сырья в условиях наложения электрического поля в диапазоне параметров: х1 – 1:10-29 массовые части, х2 – 10-70оС, х3 - 0,5-5,5мм, х4 – 0,5-3ч, х5 – 0-10,67В/м:

Y= 0,4116 – 0,0106x1 + 0,1489x2 – 0,0616x3 + 0,0222x4 + 0,0760x5 + 0,0438x2x5 – 0,0137x3x5 – Анализ уравнения регрессии и карты Парето установили: наибольшее влияние на выход меланинов оказывают температура процесса и напряженность электрического поля, что обусловлено лучшей растворимостью меланинов в горячей воде и значительным увеличением скорости их диффузии за счет электрофореза. Остальные факторы имеют меньшее значение, но статистически значимы. С учетом оптимальных значений х1, х3, х4, уравнение регрессии (1) преобразовано следующим образом:

Y = 0,5192 + 0,1489х2 + 0,1034х5 + 0,0438х2х5– 0,0402х22 – 0,0635х52. (2) Математическая обработка этой зависимости показала ее адекватность эксперименту. Установлено, что максимальный выход меланинов достигается при температуре 70оС и напряженности электрического поля 9,60 В/см и составляет 81%. Это более, чем в 3 раза выше по сравнению с выходом меланинов при производстве «Бефунгина» на единицу готовой продукции.

Ввиду того, что полимер МРА является растворимым в органических растворителях, было проведено исследование по его экстрагированию из сырья органическими растворителями. Установлено, что экстрагирование сырья раствором этилового спирта в присутствии кислотного катализатора увеличивает выход МРА в 2 -3 раза.

С целью выделения полимера МНР проводили щелочное экстрагирование.

В качестве сырья использовали шрот гриба. Для осаждения использовали ацетон.

Определено, что при экстрагировании 7% раствором гидроксида натрия при температуре 90оС и соотношении сырье-экстрагент 1:20, при перемешивании и продолжительности процесса не более 5 часов получают выход полимера МНА до 35-45 % в пересчете на сухое вещество.

Полученные меланины исследованы методами элементного анализа, ИКспектроскопии, С ЯМР-спектроскопии, количественного определения функциональных групп. Установлено близость полученных продуктов и выделенных и меланинов МРА и МНА.

1. Впервые разработаны и научно обоснованы способы химической модификации полимеров меланинов методами окислительного гидроксилирования по Эльбсу, периодатного окислительного деметилирования и восстановления сульфитом натрия, позволяющие увеличить содержание фенольных групп на 30 – 40% и в 4-5 раз соответственно. Определено, увеличение содержания фенольных групп обусловливает повышение антиоксидантной активности полимеров.

2. Получены модифицированные меланины, характеризующиеся высокой антиоксидантной активностью.

3. Впервые доказано, что в составе меланинов присутствует химически связанный с полисахаридами лигниноподобный полимер, образованный структурными звеньями гваяцил-сирингильного типа, соединенными между собой сложноэфирной связью. Предложена схема строения фрагмента этого полимера.

4. Разработаны способы выделения лигниноподобного меланина, позволяющие увеличить его выход в 2 и 3 раза. Разработан способ выделения меланина из шрота гриба Inonotus obliquus, позволяющий увеличить его выход в 6-8 раз.

Разработан способ выделения меланина, основанный на его осаждении ацетоном из щелочных растворов, что позволяет получить водорастворимую Содержание диссертации отражено в следующих публикациях 1. Грачева, Н.В. Химическая модификация меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) методом периодатного окисления/ Н.В. Грачева, В.Ф. Желтобрюхов, А.Б. Голованчиков// Естественные и технические науки. - 2014. – №2. – С. 47Грачева, Н.В. Исследование возможности интенсификации экстракции чаги электрическим полем постоянного тока/ Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков// Химико-фармацевтический журнал. - 2010. - Т. 44, № 11. - C. 22-24.

3. Голованчиков, А.Б. Моделирование процесса экстрагирования чаги в электрическом поле / А.Б. Голованчиков, Н.В. Грачева // Естественные и технические науки - 2011. - № 5. - C. 381-387.

4. Грачева, Н.В. Химическая модификация природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) / Н.В. Грачева, В.Ф. Желтобрюхов, А.Б.

Голованчиков// Известия Волгоградского государственного технического университета (Сер. Химия и технология элементорганических мономеров и полимерных материалов): Межвуз. сб. науч. ст./ ВолгГТУ. - Волгоград, 2014.

- Вып.12. - №7 (134). – С.93-97.

5. Голованчиков, А.Б. Основные закономерности процесса экстрагирования чаги в электрическом поле / А.Б. Голованчиков, Н.В. Грачева // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2011. - Т. 17, № 6. Пат. 2406515 РФ, МПК A 61 K 36/06, A 61 P 35/00. Способ получения сухого экстракта чаги / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков, Н.Н. Дикарева, М.В.

Ефимов; ГОУ ВПО ВолгГТУ. – 2010.

7. Gracheva, N.V. Effect of electric field application during chaga extraction on chromogenes output /N.V. Grachevа, А.B. Golovanchikov //Renewable Wood and Plant Resources: Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine. RR 2011 :

[abstr. of Int. Conf.], S.-Petersburg, June 21-24, 2011/ S.-Petersburg State University [et al.]. - Saint-Petersburg, 2011.- C.62-63. – Англ.

8. Грачева, Н.В. Влияние наложения электрического поля в процессе экстракции чаги на выход полифенолоксикарбонового комплекса / Н.В. Грачева, А.Б.

Голованчиков// Проблемы теоретической и экспериментальной химии : тез.

докл. XXI рос. молодёжной науч. конф., посвящ. 150-летию со дня рожд. акад.

Н.Д. Зелинского (Екатеринбург, 19-23 апр. 2011) / УрО РАН, Уральский гос.

ун-т им. А.М. Горького. - Екатеринбург, 2011. - C. 432-434.

9. Грачева, Н.В. Изучение антиоксидантной активности экстрактов чаги, полученных в электрическом поле постоянного тока / Н.В. Грачева // Химия и полная переработка биомассы леса : тез. докл. сателлитных конференций (Первый кластер конференций ChemWasteChem), Санкт-Петербург (пос.

Репино), 14-18 июня 2010 г. / Санкт-Петербургская гос. лесотехн. академия [и др.]. - СПб., 2010. - C. 235-236.

10. Грачева, Н.В. Интенсификация процесса экстракции биологически активных веществ чаги в электрическом поле / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков // Экстракция органических соединений. ЭОС-2010 : каталог докл. IV междунар.

конф., Воронеж, 20-24 сент. 2010 г. / Воронежская гос. технол. академия [и др.]. - Воронеж, 2010. - C. 87.

11. Грачева, Н.В. Комплексная переработка чаги/ Н.В. Грачева, А.Б.

Голованчиков// Химия и полная переработка биомассы леса : тез. докл.

сателлитных конференций (Первый кластер конференций ChemWasteChem), Санкт-Петербург (пос. Репино), 14-18 июня 2010 г./ Санкт-Петербургская гос.

лесотехн. академия [и др.].-СПб.,2010.-C.26.

12. Грачева, Н.В. Особенности формирования полифенолоксикарбонового комплекса при экстрагировании чаги в электрическом поле / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков // XI междунар. конф. "Проблема сольватации и комплексообразования в растворах" и VI конф. мол. учёных "Теор. и экспер.

химия жидкофаз. систем" (Крестовские чтения), 10-14 окт. 2011 : тез. докл. / Ивановский гос. химико-технол. ун-т [и др.]. - Иваново, 2011. - C. 222-223.

13. Грачева, Н.В. Получение экстракта чаги со сниженным содержанием зольных элементов / Н.В. Грачева, А.Б. Голованчиков // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 25-30 сент. 2011 г.). В 4 т. Т. 3 / РАН, РХО им. Д.И. Менделеева, Администрация Волгогр. обл. [и др.]. - Волгоград, 2011. - C. 59.

14. Грачева, Н.В. Влияние условий экстрагирования на свойства меланиноподобных соединений Inonotus obliquus/ Н.В. Грачева, С.М.

Кавеленовой// 16 Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология –наука 21 века» (Пущино, 2012г): тез. докл., / Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пущинский научный центр Российской академии наук. – Пущино, 2012. – С. 214.

Подписано в печать 23.04.2014 г. Заказ №. Тираж 100 экз. Печ. л. 1, Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Волгоградского государственного технического университета.

400005, г. Волгоград, просп. им. В.И.Ленина, 28, корп. №

ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ПОЛИМЕРОВ

МЕЛАНИНОВ ГРИБА INONOTUS OBLIQUUS (ЧАГА) С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ

ВЫСОКОАКТИВНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ

02.00.06. – Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени Работа выполнена на кафедрах «Промышленная экология и безопасность жизнедеятельности» и «Процессы и аппараты химических производств»

Волгоградского государственного технического университета Научный руководитель Официальные оппоненты: Андриасян Юрик Оганесович, Ведущая организация Санкт-Петербургский государственный Защита состоится «18 »июня 2014 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.01, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005, г. Волгоград, пр. Ленина 28, ауд.

209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202801.html.

Автореферат разослан « 24 » апреля 2014г.

диссертационного совета, кандидат химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

высокомолекулярных соединений наблюдается всплеск интереса к биополимерам с целью разработки на их основе материалов с различными функциями. Особое место среди природных полимеров занимают меланины – представители класса мало изученных конденсированных полифенолов. Наличие высокостабильных парамагнитных центров, разнообразие функциональных групп, а также система сопряженных связей в молекулах определяют их полифункциональность.





Уникальным свойством меланинов является устойчивое свободнорадикальное состояние. В зависимости от условий мономеры меланиновых пигментов способны находиться в виде феноксильных или семихинонных радикалов. Вступая в окислительные реакции, эти природные полимеры действуют не только в восстановленной гидрохинонной форме фенолов, но и как система полифенол-хинон, в которой в качестве обязательного промежуточного продукта присутствует радикал-семихинон. Компоненты этой системы определяют проявление меланинами антиоксидантных свойств.

обусловливает возможность получения на их основе высокоактивных антиоксидантов, которые могут найти применение, как в медицине, так и в различных отраслях промышленности.

Одним из перспективных сырьевых ресурсов природных полимерных пигментов является гриб трутовик скошенный Inonotus obliquus (чага). Известно, что меланиновые полимеры трутовика скошенного представлены несколькими фракциями, различающимися по химическому составу, степени ароматизации, молекулярно-массовому распределению и содержанию функциональных групп.

Однако вопрос их структурно-химической организации остается открытым, что не позволяет регулировать их свойства в требуемом направлении. В связи с этим актуальным и необходимым является исследование структурно-химической организации природных полимеров меланинов гриба I. obliquus (чага) и разработка способов повышения их антиоксидантной активности. Особенно перспективным представляется их направленная химическая модификация с целью введения или усиления требуемой функции.

Цель работы заключается в получении высокоактивных антиоксидантов путем химической модификации природных полимеров меланинов гриба I.

obliquus (чага).

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи:

- исследовать структурно-химическую организацию природных полимеров меланинов гриба I. obliquus (чага);

- разработать способы химической модификации меланинов гриба I. obliquus (чага) исходя из особенностей их структурно-химической организации;

- провести модификацию природных полимеров меланинов различными химическими способами;

- исследовать антиоксидантную активность исходных и модифицированных пигментных полимеров;

- разработать способы выделения меланинов из сырья.

Научная новизна. Впервые разработаны и научно обоснованы способы химической модификации меланиновых полимеров чаги методами окислительного гидроксилирования по Эльбсу, периодатного окислительного деметилирования и восстановления сульфитом натрия, позволяющие увеличить содержание фенольных групп на 30 – 40% и в 4-5 раз соответственно.

Определено, что увеличение содержания фенольных групп обусловливает повышение антиоксидантной активности полимеров.

Впервые доказано, что в составе меланинов присутствует химически связанный с полисахаридами лигниноподобный полимер, образованный структурными звеньями гваяцил-сирингильного типа, соединенными между собой сложноэфирными связями. Предложена схема строения фрагмента этого полимера. Разработаны способы выделения лигниноподобного меланина, позволяющие увеличить его выход в 2 и 3 раза. Разработан способ получения меланина из шрота гриба I. obliquus методом щелочного гидролиза, позволяющий увеличить его выход в 6-8 раз.

одностадийные процессы получения производных природных полимеров характеризующиеся высокой антиоксидантной активностью. Разработаны способы выделения природных полимеров меланинов из сырья, позволяющие повысить выход при низких энергетических затратах и использовать в качестве сырья отходы переработки гриба чаги. Разработан способ выделения меланина, основанный на его осаждении ацетоном из щелочных растворов, что позволяет получить водорастворимую форму.

обсуждались на следующих конференциях: «Renewable Wood and Plant Resources:

Chemistry, Technology, Pharmacology, Medicine» (S.-Petersburg, 2011); XI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011 г); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Тамбов, 2011); Международной конференции «Химия и полная переработка биомассы леса» (Санкт-Петербург, 2010); IV Международной конференции «Экстракция органических соединений»

(Воронеж, 2010); XXI Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2011); VI Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительного сырья»

(Санкт-Петербург, 2010); 46-ой, 47-ой,49-ой Традиционной внутривузовской конференции ВолгГТУ (Волгоград, 2008, 2009, 2011, 2012, 2013, 2014), Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология – наука 21 века» (Пущино, 2012г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК; получен 1 патент РФ.

Достоверность результатов основывается на использовании современных методов исследований, проведенных в различных сертифицированных лабораториях и на поверенных приборах, и обработке полученных результатов методами математической статистики.

Личный вклад автора заключается в проведении теоретических и экспериментальных исследований. Основные результаты работы получены лично автором при его непосредственном участии в планировании и проведении экспериментов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, библиографического списка, содержащего наименования, 4 приложений. Работа изложена на 128 страницах, содержит рисунков, 29 таблиц.

Благодарности.

Лебедеву А.Т. (МГУ им. М.В. Ломоносова) и Таказовой Р.У. (ИНЭОС им.

Несмеянова РАН) за проведение элементного анализа; д.х.н., профессору Перегудову А.С. (ИНЭОС им. Несмеянова РАН) и к.х.н. Курковской Л.Н. (ИБХФ РАН) за содействие в проведении исследований методом ЯМР-спектроскопии;

д.х.н., профессору Солодовникову С.П. (ИНЭОС им. Несмеянова РАН) за помощь в проведении исследований методом ЭПР-спектроскопии; д.х.н., профессору Рязанову М.А. (Институт химии Коми НЦ УрО РАН) за помощь в обработке результатов рК-спектроскопических исследований. Глубокую признательность автор выражает д.т.н., профессору Желтобрюхову В.Ф. (ВолгГТУ), д.т.н., профессору Каблову В.Ф. (ВолгГТУ) и к.х.н., доценту Хохловой Т.В. (ВолгГТУ) за участие в постановке цели и обсуждении результатов.

Исследования проводились при поддержке Минобрнауки РФ в рамках базовой части госзадания НИР №20-53/676-14.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, научная новизна и практическая значимость.

Глава 1 представляет обзор работ, посвященных исследованию физикохимических, структурных характеристик и антиоксидантной активности природных полимеров меланинов чаги и других грибов, а также близких им соединений. Приведены данные о взаимосвязи антиоксидантной активности природных соединений и содержания фенольных групп. Рассмотрены вопросы возможности направленной химической модификации пигментных полимеров гриба I. obliquus с целью усиления требуемых функций. Рассмотрены вопросы выделения меланинов из сырья.

Глава 2 содержит описание объектов исследования: природных полимеров меланинов гриба I. obliquus, и методов их исследования: элементного анализа (анализаторы Варио МикроQ и СЕ 1106), ИК-Фурье спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр Nicolet 6700 FT-IR ), С ЯМР-спектроскопии (прибор Bruker Avance 600), ЭПР-спектроскопии (Спектрометр Varian Е-12), УФ-спектроскопии (спектрофотометр СФ-26), рК- спектроскопии (рН-метр НТ-2211 Hanna), вискозиметрии, криоскопии, количественного определения содержания кислых функциональных групп, сложноэфирных связей, антиоксидантной активности.

Приведены основные методики эксперимента: выделение из сырья и разделение меланинов на фракции (МО- меланины очищенные, и выделенные из них МРАмеланины растворимые в ацетоне, МНА- меланины нерастворимые в ацетоне), способы их химической модификации.

Глава 3 Экспериментальная часть 3.1 Исследование структурно-химических характеристик природных полимеров меланинов гриба Inonotus obliquus (чага) Ввиду ограниченности сведений о структуре полимеров меланинов гриба I.

obliquus в части структурообразующих звеньев, а также количества и расположения функциональных групп были проведены исследования этих аспектов в сравнении с наиболее близкими по природе биополимерами.

Обработка данных элементного анализа меланинов с использованием диаграммы Ван-Кревелена ( Кревелена (Рисунок 1) выявила, что полимеры МРА и МНА имеют значительные отличия. Положение полимера МРА на диаграмме свидетельствует о близости его элементного состава гуминовым кислотам почв и торфа, а МНА - грибным меланинам Hendersonula toruloidea, Ulocladium atrum и ранним сведениям о меланинах I.obliquus (Babitskaya et al., 2000).

Рисунок 1 – Диаграмма Ван спектроскопии определило, что образцы характеризуются различным набором полос поглощения и их интенсивностью что обусловлено различной природой полимеров и способами их выделения (Рисунок 2).



Pages:   || 2 |
 
Похожие работы:

«БЕЙРАХОВ Андрей Григорьевич КООРДИНАЦИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ УРАНИЛА С ГИДРОКСИЛАМИНАМИ И ОКСИМАМИ 02.00.01- неорганическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Москва 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН Официальные оппоненты : доктор химических наук Григорьев Михаил Семенович член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор Кукушкин Вадим...»

«Вилесов Александр Сергеевич РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПОЛИМЕРНЫХ ФОРМ ФОСФОРА В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ 02.00.01. – Неорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва 2009 Работа выполнена в Институте химии и проблем устойчивого развития Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева Научный руководитель : член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор Тарасова Наталия Павловна Официальные...»

«ВИНОГРАДОВА Дарья Викторовна МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРОИЗВОДНЫХ ТЕТРАГИДРОКАРБОЛИНОВ С МИТОХОНДРИЯМИ 02.00.10 – биоорганическая химия 03.00.04 - биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физиологически активных веществ Российской академии наук (ИФАВ РАН) Научный руководитель : Шевцова Елена Феофановна кандидат химических наук,...»

«ТОРЛОПОВ МИХАИЛ АНАТОЛЬЕВИЧ СУЛЬФАТИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗ И КООПЕРАТИВНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ИХ УЧАСТИЕМ 02.00.04 – физическая химия 02.00.06 –Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук 2009 www.sp-department.ru 2 Работа выполнена в Институте химии Коми научного центра Российской академии наук Научный руководитель : Доктор химических наук, Дёмин Валерий Анатольевич Официальные...»

«Никулова Ульяна Владимировна ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ И ВЗАИМОДИФФУЗИЯ В СИСТЕМЕ nОЛИВИНИЛМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР-nОЛИСТИРОЛ высокомолекулярные соединения 02.00.06и 05.17.06- технология и переработка полимеров и композитов автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва- 2006 www.sp-department.ru Работа выполнена в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова на кафедре химии и технологии переработки пластмасс и...»

«Галлямов Марат Олегович СКАНИРУЮЩАЯ СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ПОЛИМЕРНЫХ СТРУКТУР НА ПОДЛОЖКЕ Специальность 02.00.06 Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва 2009 г. Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Официальные оппоненты : доктор химических наук, академик РАН Бучаченко Анатолий Леонидович...»

«Аскарова Елена Владимировна ПОЛУЧЕНИЕ МОНОСПЕЦИФИЧЕСКИХ АНТИТЕЛ К СУРВИВИНУ ДЛЯ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БЕЛКА И ОНКОДИАГНОСТИКИ 03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии) 02.00.10 – биоорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва - 2013 Работа выполнена на кафедре биотехнологии и бионанотехнологии Московского государственного университета тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова и...»

«Сильченко Артем Сергеевич Фукоиданазы и альгинат-лиазы морской бактерии Formosa algae KMM 3553T и морского моллюска Lambis sp. 02.00.10 – Биоорганическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Владивосток – 2014 Работа выполне в Тихоо а ена океанском институте биоорган е нической хи имии им Г Елякова ДВО РА Г.Б. АН Нау учный кандида биологических нау доцент ат ук, рук ководител ль: Кусайки Михаил Игореви ин л ич Оф фициальны ые...»

«Фанасюткина Инесса Евгеньевна Синтез и исследование коллоидно-химических свойств гидрозолей кислородсодержащих соединений церия и лантана (02.00.11 – Коллоидная химия и физико-химическая механика) АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва - 2007 2 Работа выполнена на кафедре коллоидной химии Российского химикотехнологического университета им. Д.И. Менделеева при поддержке Фонда Фундаментальных исследований Российской Академии Наук....»

«ПОЖИДАЕВ ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ КАРБОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕПОЛИАЛКИЛСИЛСЕСКВИОКСАНЫ С ИОНООБМЕННЫМИ И КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ Специальность 02.00.08 - Химия элементоорганических соединений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Иркутск - 2004 Работа выполнена в группе элементоорганических соединений Иркутского института химии им. А. Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук академик Михаил Григорьевич Воронков Научный...»

«ИСАКАДЗЕ МАИЯ СИНТЕЗ КРЕМНИЙ - И СЕРАСОДЕРЖАЩИХ О-ГЛИКОЗИДОВ 02.00.10 – Биоорганическая химия, Автореферат диссертации, представленной на соискание ученой степени кандидата химических наук Тбилиси 2006 21 Работа выполнена на кафедре биоорганической химии Тбилисского Государственного Университета им. Ив. Джавахишвили Научные руководители: Сидамонидзе Нели Доктор химических наук, профессор Вардиашвили Русудан Кандидат...»

«Доронина Марина Сергеевна МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ВОЗВРАТНОГО МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ МЕТОДОМ АТОМНОЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ 02.00.02 – Аналитическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2014 Работа выполнена в Государственном научном центре Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Гиредмет Научный руководитель : кандидат технических...»

«ЗАЙЦЕВ ИЛЬЯ СЕРГЕЕВИЧ ПОЛИМЕРНЫЕ ПЛЕНКИ И МОНОСЛОИ С ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДНЫМ ДИТИАКРАУНЭФИРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАТИОНОВ РТУТИ(II) 02.00.06 –высокомолекулярные соединения 02.00.11- коллоидная химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук МОСКВА 2012 www.sp-department.ru Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московская государственная академия...»

«ЖИРНОВ Артём Евгеньевич ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЛИАЛКИЛЕНОКСИДОВ С КОМПОНЕНТАМИ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН 02.00.06 – высокомолекулярные соединения по химическим наук ам 03.00.04 – биохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук МОСКВА-2007 www.sp-department.ru Работа выполнена в лаборатории функциональных полимеров и полимерных материалов кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета Московского государственного университета им....»

«АЛЕКСЕЕВ Алексей Владимирович РАЗВИТИЕ МЕТОДА ДЕБАЯ–ШЕРРЕРА ДЛЯ ХАРАКТЕРИЗАЦИИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФАЗ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ В МИКРОКОЛИЧЕСТВАХ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Новосибирск 2010 1 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН Научный руководитель доктор физико-математических наук Громилов Сергей Александрович...»

«ШАМАГСУМОВА РЕЗЕДА ВАКИФОВНА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ТВЕРДОКОНТАКТНЫЕ СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ ТЕТРАЗАМЕЩЕННЫХ ТИАКАЛИКС[4]АРЕНОВ 02.00.02 – Аналитическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Казань - 2009 Работа выполнена на кафедре аналитической химии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина доктор химических наук, профессор Научный...»

«КОРШУН Владимир Аркадьевич МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ПИРИМИДИНОВЫЕ НУКЛЕОЗИДЫ И НЕНУКЛЕОЗИДНЫЕ РЕАГЕНТЫ В СИНТЕЗЕ ОЛИГОНУКЛЕОТИДНЫХ КОНЪЮГАТОВ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ 02.00.10 – Биоорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Москва – 2012 Работа выполнена в Группе генетической инженерии интерлейкинов, Лаборатории механизмов экспрессии генов, Лаборатории химии нуклеиновых кислот, Лаборатории органического синтеза и Группе...»

«ГАДОМСКИЙ Святослав Ярославович ИЗУЧЕНИЕ ДИСПРОПОРЦИОНИРОВАНИЯ СЕМИХИНОННЫХ РАДИКАЛОВ ПО НЕСТАЦИОНАРНОЙ КИНЕТИКЕ ЦЕПНЫХ РЕАКЦИЙ ХИНОНИМИНОВ С ГИДРОХИНОНАМИ 02.00.04 - физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2010 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор химических наук Варламов Владимир Трофимович Официальные оппоненты : доктор химических наук Касаикина Ольга...»

«КОЗЛОВСКИЙ Анатолий Анатольевич СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ХЛОРИРОВАНИЯ И ПОЛИМЕРИЗАЦИИ МОНОМЕРОВ. ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИКИ ТВЕРДОФАЗНОГО ХЛОРИРОВАНИЯ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте проблем химической физики РАН доктор химических наук, профессор Научный руководитель : Михайлов Альфа Иванович доктор...»

«ДЕМАКОВА Марина Яковлевна СИНТЕЗ И ОКИСЛЕНИЕ МОНОТЕРПЕНИЛСУЛЬФАНИЛИМИДАЗОЛОВ 02.00.03 – Органическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Екатеринбург – 2013 2 Работа выполнена в лаборатории химии окислительных процессов Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии Коми научного центра Уральского отделения Российской Академии наук (г. Сыктывкар). НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор химических наук Рубцова...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.