rezumat romana final
DESCRIPTION
gerTRANSCRIPT
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
1
Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca
Facultatea de Chimie i Inginerie Chimic
Tez de Doctorat
Bianca Elena IUORA (MOLDOVAN)
Contribuii la studiul transpoziiilor multiple de hidrogen n
spectrele de mas ale esterilor sintetici i la investigarea
proprietilor unor compui naturali cu structuri polifenolice
Coordonator Stiinific,
Prof. Dr. Ioan Oprean
Cluj-Napoca 2013
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
2
Comisie de doctorat:
Conductor de doctorat: Prof. Dr. Ioan Oprean, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca
Preedinte: Prof. Dr. Luminia Silaghi-Dumitrescu, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca
Referent: Prof. Dr. Carmen Socaciu, Universitatea de Stiinte Agricole si Medicina Veterinara, Cluj-Napoca
Referent: Prof. Dr. Nicolae Dinc, Universitatea Aurel Vlaicu, Arad
Referent: Conf. Dr. Claudia Cimpoiu, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
3
Cuprins (tez) Introducere 1
PARTEA I Transpozitii triple de hidrogen in spectrele de masa ale esterilor benzoici superiori
I.1 Date de literatur 2
I.1.1. Consideraii generale 2
I.1.2. Transpoziii de hidrogen n spectrometria de mas 5
I.1.2.1. Traspoziii duble de hidrogen n spectrometria de mas 7
I.1.2.1.1. Esteri. Transpoziii de hidrogen unidirecionale
duble 7
I.1.2.1.2. Eteri. Transpoziii de hidrogen unidirecionale
duble 14
I.1.2.2 Transpoziii triple de hidrogen n spectrometria
de mas 16
I.1.2.2.1. Transpoziii triple de hidrogen n moleculele
alchil-vinil eterilor 16
I.1.2.2.2 Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen n
moleculele esterilor anhidridei trimelitice 18
I.2. Contribuii originale 21
I.2.1. Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen n moleculele
esterilor benzoici superiori 21
I.2.1.1 Esteri superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic 21
I.2.1.1.1. Sintez 21
I.2.1.1.2. Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen 26
I.2.1.1.2.1. Transpoziii unidirecionale triple de
hidrogen ale n-alchil esterilor CABE 27
I.2.1.1.2.2. Transpoziii unidirecionale triple
de hidrogen n moleculele esterilor n-alchenilici,
n-alchinilici i n-alcadienilici CABE 31
I.2.1.2.Esteri benzoici superiori 34
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
4
I.2.1.2.1. Sintez 34
I.2.1.2.2. Transpoziii unidirecionale triple de
hidrogen din moleculele esterilor benzoici superiori 37
I.3. Concluzii 41
I.4. Parte experimentala 43
I.4.1. Generaliti 43
1.4.2. Sinteza i analiza compuilor 43
I.5. Bibliografie 73
PARTEA II: Investigarea proprietatilor unor compusi naturali cu structuri polifenolice
II.1. Date de literatur 75
II.1.1. Consideraii generale 75
II.1.2. Structura antocianilor 75
II.1.3. Surse naturale de antociani 82
II.1.4. Metode de extracie i purificare 83
II.1.4.1. Metode tradiionale de extracie 83
II.1.4.2. Tehnologii moderne de separare a antocianilor 86
II.1.5. Stabilitatea antocianilor 87
II.2. Contributii originale 95
II.2.1. Introducere 95
II.2.2. Investigarea stabilitii antocianilor din diverse fructe indigene 96
II.2.2.1. Stabilitatea antocianilor extrai din fructe de viin 99
II.2.2.2. Polifenoli extrai din fructe de clin 103
II.2.2.2.1. Stabilitatea antocianilor extrai din
fructe de clin 106
II.2.2.2.2. Polifenoli extrai din fructe de clin: stabilitate,
activitate antioxidant 115
II.2.2.3. Antociani extrai din fructe de corn 122
II.2.2.4. Polifenoli extrai din fructe uscate (ceaiuri de fructe) 131
II.3. Concluzii 138
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
5
II.4. Parte experimentala 139
II.4.1. Generaliti 139
II.4.2. Materialul vegetal 139
II.4.3. Extracia antocianilor din fructe 139
II.4.4. Determinarea antocianilor extrai din fructe 139
II.4.4.1. Prepararea reactivilor 139
II.4.4.2. Determinarea cantitativ a antocianilor din fructe 140
II.4.5. Determinarea coninutului total de fenoli 141
II.4.6. Determinarea activitii antioxidante 142
II.5. Bibliografie 143
Anexa 1. Lista compuilor noi sintetizai 150
Anexa 2 Lista lucrrilor publicate 158
Anexa 3 Articole publicate in extenso 160
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
6
INTRODUCERE
Chimia organic a nregistrat n ultimii ani o dezvoltare exploziv, fiind orientat
din ce n ce mai mult spre obinerea unor compui cu structur complex, cu importante
aplicaii practice n industria chimic i de materiale, medicin, industria farmaceutic
sau industria alimentar. Identificarea i investigarea structural a acestor compui a
impus dezvoltarea i utilizarea exhaustiv a metodelor fizico-chimice moderne de
investigare a structurii i reactivitii compuilor organici.
Rezultatele activitii de cercetare, prezentate n teza de doctorat, sunt structurate
pe dou direcii principale i accentueaz utilitatea/importana spectroscopiei UV-VIS i
a spectrometriei de mas n analiza structural i investigarea proprietilor unor compui
organici aromatici cu structur de esteri benzoici superiori, respectiv compui naturali
polifenolici (antociani).
In prima parte sunt prezentate rezultatele obinute n sinteza i analiza prin
spectrometrie de mas a unor noi derivai esterici superiori ai acidului benzoic, variat
substituii, n vederea evidenierii i elucidrii unor noi transpoziii de hidrogen
observate n spectrele de mas ale acestor compui. Natura diferiilor factori care
influeneaz aceste procese de transpoziie (lungimea catenei alchilice, prezena i poziia
unei legturi multiple carbon-carbon, natura i poziia substituenilor grefai pe nucleul
aromatic) a fost de asemenea investigat.
Cea de a doua parte este dedicat studiului stabilitii antocianilor izolai din
diverse fructe indigene, n diferite condiii de pH i temperatur, cu sau fr adaos de
aditivi alimentari, n timpul procesrii i stocrii. In ultimii ani, interesul tiinific pentru
mbuntirea tehnicilor de separare i identificare a antocianilor din surse vegetale a
crescut semnificativ, datorit potenialelor utilizri ca i colorani naturali, n special n
industria alimentar, unde reprezint o alternativ netoxic a coloranilor sintetici.
Cuvinte cheie: spectrometrie de mas, transpoziie tripl de hidrogen, esteri benzoici
superiori, polifenoli, antociani, reacii de degradare, clin, coarne,
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
7
PARTEA I
TRANSPOZITII TRIPLE DE HIDROGEN IN SPECTRELE DE MASA ALE
ESTERILOR BENZOICI SUPERIORI
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
8
COSIDERATII TEORETICE
Spectrometria de mas este o metod fizic de analiz, al crei nceput este legat
de numele lui Thomson, care n 1912 traseaz primele spectre de mas i arat
posibilitatea folosirii acestora n analiza substanelor chimice [Oprean, 1974].
Spectrometria de mas este o tehnic folosit astzi cu succes n vederea
determinrii exacte a masei moleculare, la elucidarea structurii moleculare, precum i la
studiul unor mecanisme de reacie, oferind astfel importante informaii chimice i
structurale despre moleculele organice. Principial, metoda are la baz separarea n cmp
electrostatic/magnetic a ionilor generai n urma furnizrii de energie din exterior asupra
moleculelor neutre. Spectrometrul de mas utilizeaz diferena n raportul dintre mas i
sarcin (m/z) a moleculelor sau atomilor ionizai pentru a-i separa.
Formarea ionilor moleculari urmeaz pricipiul Franck-Condon [Tate & Lozier,
1932], ionizarea fiind un proces aproape vertical. Atunci cnd o tranziie electronic este
cauzat de un fascicul electronic sau fotonic, timpul necesar realizrii acesteia este
extrem de scurt n comparaie cu perioada vibraiei legturilor interatomice, astfel c
structura moleculei nu se modific n procesul de ionizare.
Ca urmare a energiei primite, ionii moleculari formai sufer n continuare
procese de fragmentare. Moleculele pot parcurge diverse ci de fragmentare, a cror
cunoatere poate furniza importante informaii structurale.
Fragmentrile ce au loc n spectrometrul de mas pot fi uor explicate cu ajutorul
teoriei quasi-echilibrului (QET), cel puin atunci cnd energia de impact este mai mare
dect energia de legtur [Lester, 1963]. Fragmentarea necesit un timp mai ndelungat
dect redistribuirea energiei asupra diferitelor grade de libertate. Atunci cnd ionul
molecular primete o cantitate suficient de energie sufer o reacie de fragmentare.
Fragmentele formate pot avea suficient energie pentru a disocia printr-un proces similar
sau pentru a suferi reacii de transpoziie [Rosenstock, Wallenstein, Wahrhaftig & Henry
Eyring, 1952].
Fragmentarea n EI a ionului molecular duce la apariia unui ion pozitiv i a unui
fragment (radical sau molecul neutr). Fragmentrile n EI tipice au loc n urma ruperii
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
9
unei legturi simple prin care un radical se desprinde din ionul molecular printr-o
scindare homolitic sau heterolitic.
Inc de la nceputurile spectrometriei de mas a compuilor organici s-a observat
c formarea unor fragmente nu poate fi explicat numai prin simpla scindare a uneia sau
mai multor legturi.
In prezent se cunoate un numr foarte mare de fragmentri n urma crora iau
natere ioni de acest tip numii n general ioni de transpoziie. Apariia reaciilor de
transpoziie face spectrele de mas dificil de interpretat, dar in acelai timp furnizeaz
informaii importante din punct de vedere structural.
In funcie de reaciile de transpoziie ce au loc n procesul de formare al acestor
ioni, se pot distinge fragmentri ce implic transpoziia unuia, a doi sau chiar a trei atomi
de hidrogen (transpoziia hidrogenului) sau transpoziiile altor atomi sau grupe de atomi
de la un centru la altul al ionului (transpoziii de schelet).
Indiferent de natura atomilor care se transpun, procesele de transpoziie a ionilor
au la baz urmtoarele consideraii:
a) transpoziiile decurg prin stri de tranziie ciclice energetic favorizate
b) fora motrice a procesului const n scindarea unui fragment neutru foarte
stabil (de obicei o molecul)
c) ionul de transpoziie rezultat este stabil
d) stereochimia ionului permite apropierea centrelor ntre care are loc
transpoziia.
Cu aproximativ 50 de ani n urm, studiind spectrele de mas ale diferitelor clase
de substane ce conin o legtur dubl, McLafferty [McLafferty, 1959] pune n eviden
existena unei transpoziii de hidrogen la aldehide spre dubla legtur. Cu ajutorul
analogilor deuterai s-a constatat faptul c atomul de hidrogen care migreaz este legat
ntotdeauna de un atom n poziia fa de dubla legtur (transpoziie specific).
Concomitent are loc scindarea legturii C-C i formarea unei stri de tranziie ciclice.
Mecanismul transpoziiei McLafferty a fost intens investigat [Djerassi, von
Mutzenbecher, Fajkos, Williams, & Budzikiewicz, 1965; Kingston, Bursey & Bursey,
1974] constatndu-se faptul c procesul este mai degrab unul ce decurge n trepte
(Schema 1a) dect unul concertat (Schema 1 b).
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
10
R'
aR
OH R'
k1
R
OR'
Hk2
R
O
H
+
bk3
R
OH R' R'
+
R
O
H
Schema 1: Ci posibile ale transpoziiei McLafferty
In spectrele de mas ale unor compui organici (n special esteri) s-a observat de
asemenea i un pic intens McLafferty plus unu, corespunztor unei transpoziii duble de
hidrogen. Aceste tipuri de transpoziii au fost elucidate tot prin marcarea cu deuteriu.
Cele mai multe transpoziii de hidrogen decurg prin pierderea sau ctigarea efectiv a
unuia sau mai muli atomi de hidrogen din fragmentul ncrcat electric (cationi de
fragmentare) att unidirecional [Kuck, 2005; Djerassi & Fenselau, 1965] ct i reciproc
[Eadon & Djerassi, 1969; Tkes, Jones & Djerassi, 1968]. Aceste migraii
intramoleculare a doi atomi de hidrogen, transpoziii duble de hidrogen, au loc fie nainte,
dup scindarea unor legturi slabe din molecul.
Transpoziii intramoleculare a trei atomi de hidrogen dintr-o parte a cationului de
fragmentare ctre alta au fost de asemenea nregistrate, ns foarte rar [Katoh, Jaeger
&Djerassi, 1972; Kuck & Filges, 1988].
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
11
CONTRIBUTII ORIGINALE
Dup cum s-a precizat anterior, transpoziia unidirecional tripl este un fenomen
foarte rar ntlnit n spectrometria de mas a compuilor organici. Obiectivul prezentului
studiu l-a constituit sinteza unor esteri benzoici cu caten lung precum i determinarea
diverselor tipuri de transpoziii ce au loc n spectrometria de mas a acestora.
Esteri superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic
Pentru a investiga factorii ce influeneaz apariia i intensitatea ionilor de
transpoziie tripl 3H au fost sintetizai peste 40 de n-alchil, n-alchenil, n-alcadienil i n-
alchenil esteri ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic (CABA 16).
Schema 2 prezint calea general de sintez a unor esteri derivai ai acidului p-
(4-clorofenilazo)benzoic, utilizai n studiul proceselor caracteristice de fragmentare
induse de impactul electronic.
Cl N N CO
OH SOCl2 Cl N N CO
Cl
16 17-SO2-HCl
-HCl
Cl N N CO
OR
18 - 27
R OHPy
R = CnH2n+1; n = 118 R = CnH2n-1; n = 10; 12; 13; 14; 16
R = CnH2n-3; n = 12; 14; 18 (R = alcadienil)
R = CnH2n-3; n = 12 (R = alchinil)
Schema 2: Sinteza unor esteri derivai ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic
Tabelul 1 sumarizeaz structura compuilor obinui pe aceast cale. Tabelul 1: Esteri superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic
Compus R = alchil Compus R = alchenil 18a CH3 19 C10H19; Z 7*
18b C2H5 20a C12H23; Z 3 18c C3H7 20b C12H23; E 7 18d C4H9 20c C12H23; Z 7 18e C5H11 20d C12H23; Z 8 18f C6H13 20e C12H23; E 8
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
12
18g C7H15 20f C12H23; E 10 18h C8H17 21 C13H25; Z 6 18i C9H19 22a C14H27; Z 5 18j C10H21 22b C14H27; E 7
18k C11H23 22c C14H27; Z 7 18l C12H25 22d C14H27; Z 8
18m C13H27 22e C14H27; Z 9 18n C14H29 22f C14H27; Z 11 18o C15H31 22g C14H27; E 11 18p C16H33 23a C16H31; Z 5 18q C17H35 23b C16H31; Z 7 18r C18H37 23c C16H31; Z 9
R = alcadienil 23d C16H31; Z 11 24 C12H21; E 7, Z 9 25 C14H25; Z 9, E 12 26 C18H33; E 2, Z 13 R = alchinil
27 C12H21; Y 8** *Geometria i poziia dublei legturi; ** Poziia legturii triple Structura compuilor astfel obinui a fost confirmat cu ajutorul
spectroscopiei RMN i a spectrometriei de mas.
Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen
Prin analiza EI-MS a esterilor cu caten lung ai acidului p-(4-
clorofenilazo)benzoic s-a constatat prezena unei reacii de transpoziie unidirecional
tripl de hidrogen (schema 3), transpoziie ce are loc cu o mai mare probabiltate dect n
cazurile menionate anterior n literatur.
Cl N N CO
O CnH2n+1
3H259
EI
m/z 262 (259+ 3H) Schema 3: Formarea ionului de transpoziie unidirecional tripl de hidrogen n
p-(4-clorofenilazo)benzoai
Originea atomilor de hidrogen implicai n transpoziia unidirecional tripl a fost
investigat prin marcarea cu deuteriu a poziiilor din catena alchilic, dar dup cum era
precizat i n literatur pentru cazul esterilor anhidridei trimelitice, nu se poate precizia
poziia exact a celor trei hidrogeni care se transpun, procesul neavnd o specificitate
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
13
prea ridicat. In nici unul dintre cazuri, nu a fost observat transpoziia hidrogenului de
la atomul de carbon terminal al catenei alchilice, ceea ce este n concordan cu
dificultatea ndeprtrii unui atom de hidrogen de la un atom de carbon primar, datorat
instabilitii radicalului rezultat.
Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen ale n-alchil esterilor ai CABE
Spectrele de mas EI (70 eV) ale n-butil (C4-CABE) i n-tetradecil (C14-CABE)
sunt redate n figurile 1 i 2.
In figura 1 se observ c, n cazul n-butil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului 18d
(C4-CABE), ionii cei mai abundeni sunt generai de scindarea alternativ C-N a grupei
fenilazo (m/z 111, 139, 177, 205).
Figura 1: Spectrul de mas al n-butil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului 18d
Scindarea legturii C-O acil din ester genereaz ionul m/z 243 (10%), n timp ce
scindarea O-alchil nsoit de transferul unuia sau a doi atomi de hidrogen (m/z 260,
respectiv m/z 261) caracteristic n-butil benzoailor [Djerassi & Fenselau, 1965] are o
importan minim (I
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
14
nu s-a observat nici o scindare C-C a restului alchilic, scindare prezent n spectrele de
mas ale altor esteri [Meyerson, Kuhn, Puskas, Fields, Leitch & Sullivan, 1983].
Figura 2: Spectrul de mas al n-tetradecil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului 18n
Datele pariale ale spectrelor de mas EI ale C1-C18 alchil-p-(4-clorofenilazo)
benzoailor sunt redate n tabelul 2.
Analiznd datele, se poate constata c derivaii 18a-18d prezint spectre de mas
foarte asemntoare cu cel al n-butil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului (C4- CABE)
prezentat n figura 1. In spectrele EI-MS ale compuilor 18e-18g (C5- C7 CABE) picul
m/z 260, corespunztor unei transpoziii simple de hidrogen (1H), devine mai intens dect
n cazurile precedente i apare nsoit de un nou pic la m/z 261 generat n urma
transpoziiei duble de hidrogen (2H). Spectrele celorlali compui din seria studiat 18h-
18r au scos n eviden apariia picului de la m/z 262 cu o intensitate variabil, cu valori
de la 0,5 la 70%, corespunztor unui transfer de trei atomi de hidrogen din catena
hidrocarbonat spre restul acidului.
Abundena acestor ioni crete odat cu creterea numrului de atomi de carbon din
caten. Aceeai dependen de lungimea catenei o prezint i ionii de la m/z 261
(transpoziia a 2H) i m/z 244 (m/z 262-H2O).
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
15
Tabelul 2: Spectrele pariale EI-MS ale n-alchil-p-(4-clorofenilazo)benzoailor 18 (R=alchil)
(C1-C18 CABE)
Compus
R
Intensitatea relativ a ionilor (%)
(picul de baz=100)
261* (2H) 262* (3H)
18a 18b 18c 18d 18e 18f 18g 18h 18i 18j 18k 18l
18m 18n 18o 18p 18q 18r
CH3 C2H5 C3H7 C4H9 C5H11 C6H13 C7H15 C8H17 C9H19 C10H21 C11H23 C12H25 C13H27 C14H29 C15H31 C16H33 C17H35 C18H37
- - - - 0,6 1,0 1,7 3,4 6,0 7,2 14,0 19,2 27,0 27,0 41,0 35,0 31,0 42,0
- - - - - - - 0,5 8,0 7,0 35,0 30,0 60,0 53,0 92,0 70,0 62,0 87,0
* Corectate conform contribuiei izotopilor naturali
Din figura 3 se observ c aceast dependen este mai accentuat n cazul ionilor
corespunztori transpoziiei triple de hidrogen.
Figura 3: Efectul lungimii catenei asupra intensitii relative a ionilor de transpoziie din C1-C18
CABE
0102030405060708090
100
0 5 10 15 20
% Picul de baza
lungimea catenei hidrocarbonate
m/z 262 (3H)
m/z 261 (2H)
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
16
Geneza ionilor de la m/z 262 (3H) poate fi explicat printr-o interaciune
intramolecular la distan mare long range ntre lanurile alchilice din molecul i
atomii de azot ai gruprii azo, urmat de transferul a doi atomi de hidrogen caracteristic
esterilor acizilor carboxilici, ntr-un mod similar celui prezentat n literatur pentru
anhidrida trimelitic [Cable & Djerassi, 1971], propunndu-se astfel mecanismul
transpoziiei unidirecionale triple de hidrogen pentru cazul esterilor superiori ai acidului
p-(4-clorofenilazo)benzoic (Schema 4).
CCl N NH
O
O
H
H
CCl N NH
O
O
H
H
Cl N NH
CO
O
H
H
a
a'
a"
m/z = 262
Cl
b
b'
b"
m/z = 262
Cl CN NO
O
H
H
N
Cl N N CO
O
H
H
H
N CO
O
H
HH
H
Schema 4: Mecanismul formrii ionilor de transpoziie tripl
Multitudinea formulelor de rezonan ale acestor ioni ( a, a, a sau b, b ,b)
explic probabil abundena ridicat a acestora.
Rezultatele obinute au dus la concluzia c transferul atomilor de hidrogen are loc
dinspre catena alchilic nspre gruprile azo i carbonil, fiind nevoie de o caten suficient
de lung pentru ca cele dou grupri s ajung la distana minim necesar pentru a se
realiza transferul [Oprean, Moldovan & Oprean, 2003a; Oprean, Moldovan & Oprean,
R., 2003b].
Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen n moleculele esterilor n-alchenilici,
n-alchinilici i n-alcadienilici ai CABE
Inregistrarea spectrelor de mas a 19 esteri nesaturai cu caten lung ai acidului p-
(4-clorofenilazo)benzoic CABE a avut drept scop confirmarea fenomenului de
transpoziie tripl a hidrogenului observat n cazul esterilor saturai, precum i
investigarea influenei dublei legturi asupra acestui fenomen sau eventuala observare a
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
17
unei fragmentri specifice n funcie de poziia nesaturrii [Oprean, Moldovan & Oprean,
R., 2003a].
Tabelul 3 prezint spectrele pariale ale n-alchenil CABE. Din datele acestuia se
poate observa c comportamentul esterilor nesaturai n EI-MS este similar cu cel al
analogilor saturai ai acestora. Toi compuii nesaturai prezint picul molecular mai puin
intens dect esterii saturai cu acelai numr de atomi de carbon. De asemenea, toi
compuii prezint un pic remarcabil la m/z 262 corespunztor transpoziiei triple de
hidrogen.
Din studiul datelor obinute s-a constatat c intensitatea picului acestei transpoziii
nu este influenat de geometria dublelor legturi din molecul.
Tabelul 3: Spectrele pariale EI-MS ale n-alchenil-p-(4-clorofenilazo)benzoailor (R=alchenil)
(C1-C19 CABE) Compus nr. R Intensitatea relativ a ionilor (%)
(picul de baz=100) 261* (2H) 262* (3H)
19 20a 20b 20c 20e 20d 20f 21 22a 22b 22c 22d 22e 22g 22f 23a 23b 23c 23d
Z 7**-10*** Z 3-12 E 7-12 Z 7-12 E 8-12 Z 8-12 E10-12 Z 6-13 Z 5-14 E 7-14 Z 7-14 Z 8-14 Z 9-14 E11-14 Z11-14 Z 5-16 Z 7-16 Z 9-16 Z11-16
27 6
33 27 42 32 50 44 11 31 33 38 36 60 56 18 35 45 51
19 1
36 26 47 39 52 55 13 39 34 50 47 78 73 27 49 61 72
* Corectate conform contribuiei izotopilor naturali
** Geometria i poziia legturii duble
*** Lungimea catenei
Un deosebit interes l prezint studiul influenei poziiei dublelor legturi asupra
intensitii picurilor corespunztoare ionilor formai prin transfer de hidrogen. In acest
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
18
context, au fost analizate intensitile relative n % ale fiecrui pic format prin
transpoziie de hidrogen: m/z 260 (1H), m/z 261 (2H), respectiv m/z 262 (3H) ale esterilor
C12, C14 i C16 n-alchenilici ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic. S-a observat c n
toate cele 3 serii de compui intensitatea picurilor m/z 260 (1H) descrete cu creterea
distanei dintre funciunea carbonil i poziia dublei legturi n lanul catenei esterului. In
mod contrar, intensitile relative ale picurilor m/z 261 (2H) i m/z 262 (3H) cresc odat
cu deprtarea dublei legturi de funciunea carbonil. In toate cazurile studiate, abundena
ionilor m/z 262, corespunztori transpoziiei triple de hidrogen este mai mare dect
abundena ionilor m/z 261 generai n urma transpoziiei duble.
A fost investigat de asemenea i efectul cumulat al lungimii catenei i al poziiei
dublei legturi asupra intensitii ionului de transpoziie tripl, m/z 262, constatndu-se c
intensitile relative ale picurilor 3H din spectrele esterilor alchenilici sunt ntotdeauna
mai sczute dect cele ale compuilor analogi cu caten saturat.
Aceeai comportare, mai accentuat ns, a fost remarcat i n spectrele de mas
ale ctorva esteri alchinilici i alcadienilici analogi (tab. 4).
Tabelul 4: Spectrele pariale EI-MS ale unor n-alchinil- i n-alcadienil-p-(4-
clorofenilazo)benzoai Com
pus
Nr.
R Intensitatea relativ a ionilor* (%)
(picul de baz=100)
261* (2H) 262* (3H)
24
27
25
26
E 7, Z 9-12**
Y 8-12***
Z 9, E 12-14
E 2, Z 13-18
32
20
47
100
37
20
50
19
* Corectate conform contribuiei izotopilor naturali
** geometria i poziia legturii duble
*** Y-prescurtarea pt. legtura tripl O explicaie posibil a acestei comportri const ntr-o flexibilitate redus a
catenei hidrocarbonate datorat rigiditii legturilor duble i triple, astfel nct cele dou
grupri nu pot ajunge la distana minim necesar pentru a se realiza transferul cu
aceeai uurin ca i n cazul esterilor alchilici.
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
19
Esteri benzoici superiori
Transpoziia unidirecional tripl de hidrogen nu este limitat doar la cazurile
spectrelor de mas ale esterilor superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic descrise
n capitolele anterioare.
In vederea determinrii eventualei influene pe care atomul de clor, grupa azo sau
nucleul aromatic o au asupra apariiei i intensitii ionului de transpoziie unidirecionale
triple de hidrogen, studiul a fost extins asupra unor esteri alchilici ai acidului
fenilazobenzoic, esteri cu gruparea azo modificat precum i a altor benzoai superiori.
Sintez
Esterii alchilici ai acidului fenilazobenzoic au fost sintetizai prin reacia de
esterificare dintre clorura de fenilazobenzoil i alcoolul corespunztor (Schema 5):
N N C Cl + ROH
O
N N C OR
O
R = C8H17; C14H29 Schema 5: Obinerea fenilazobenzoailor
Esterii cu structur similar dar cu gruparea azo modificat au fost obinui prin
reacii de condensare. Esterul tetradecilic al acidului 4-(fenilimino)metil-benzoic (30) a
fost obinut prin condensarea anilinei cu esterul tetradecilic al acidului 4-formilbenzoic, n
prezena acidului p-toluensulfonic [Johnston, Smart & Smith, 1984] (schema 6)
- H2OAPTS
C OC14H29
ON CHNH2 C OC14H29
OOHC+
30 Schema 6: Obinerea esterului tetradecilic acidului 4-(fenilimino)metil-benzoic
Structura compusului a fost confirmat prin spectroscopie RMN i spectrometrie
de mas.
In vederea obtinerii derivatului similar 31, s-a recurs la condensarea
benzaldehidei cu esterul tetradecilic al acidului p - aminobenzoic (Schema 7) [Johnston,
Smart & Smith, 1984].
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
20
CHO + CH N C OC14H29
OH2N C OC14H29
O
- H2OAPTS
31 Schema 7: Obinerea esterului tetradecilic al acidului 4-amino-(N-benziliden) benzoic
Rezonana magnetic nuclear i spectrometria de mas au fost utilizate pentru
confirmarea structurii compusului obinut.
Reacia de condensare a srii de diazoniu a p-aminobenzoatului de tetradecil cu
acid cinamic a condus la obinerea esterului corespunztor al 4-carboxi stilbenului
(Schema 8) [Merweein, Bchner & vanEmster, 1939]:
- CO2- N2- HCl
+
C OC14H29
O+[N2
C OC14H29
O
CH CH
CH CH COOH
Cl-
Schema 8: Obinerea esterului tetradecilic al 4-carboxistilbenului
Inregistrarea spectrelor RMN si a spectrelor de mas a ajutat la confirmarea
structurii compusului sintetizat.
Esterificarea unor cloruri acide cu o serie de alcooli alifatici superiori a fost
utilizat pentru sinteza unei serii de esteri superiori ai acidului benzoic diferit substituii
(Schema 9):
- HClC OR1O
RC Cl + R1OH
O
R
py
R = m-NO2, p-NO2, p-CN, p-CH O
R1 = C8H17, C14H27, C14H29 Schema 9: Sinteza benzoailor superiori
Obinerea derivatului similar 33 cu gruparea NH2 n poziia para, s-a realizat prin
reacia dintre sarea de sodiu a acidului p-aminobenzoic cu bromur de miristil (Schema
10), utiliznd ca i solvent dimetilformamida [Winnik & Kwong, 1976]:
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
21
C ONa + C14H29Br
O
H2N - NaBrH2N C
O
OC14H29
33 Schema 10: Obinerea tetradecilp-aminobenzoatului
Compusul 40 a fost sintetizat prin reacia p-nitrobenzensulfoclorurii cu alcool
miristic, conform ecuaiei [Shirley, Smith, Brown & Reedy, 1952]:
O2N SO2Cl + C14H29OH O2N SO3C14H29 - HCl
40 Schema 11: Obinerea tetradecilp-nitrobenzensulfonatului
Structura compuilor sintetizai a fost confirmat prin spectroscopie RMN i
spectrometrie de mas.
Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen din moleculele esterilor benzoici
superiori
In tabelul 5 sunt prezentate cteva date selecionate din spectrele de mas ale unor
esteri aromatici cu caten lung [Moldovan, Oprean & Oprean, 2003].
Din aceste exemple se poate concluziona c prezena atomului de clor nu este
obligatorie pentru producerea reaciei de tranpoziie tripl de hidrogen observat n
spectrele de mas ale fenilazobenzoailor superiori, atomul de clor fiind ns util la
identificarea fragmentelor formate.
Prin nlocuirea alternativ a unuia dintre atomii de azot ai gruprii N=N din esterii
superiori ai acidului fenilazobenzoic cu gruparea CH, intensitatea ionilor de la m/z 227,
corespunztori transpoziiilor unidirecionale triple de hidrogen, descrete (compuii 30 i
31`). Prin substituirea ambilor atomi de azot cu gruparea CH=CH ionul de transpoziie
tripl de hidrogen dispare din spectrul de mas, semn c fenomenul nu mai are loc
(compusul 32).
Aceast observaie sugereaz faptul c substituenii din poziia para a esterilor
acidului benzoic pot influena apariia ionului de transpoziie tripl de hidrogen, n mod
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
22
asemntor cu influena pe care acetia o exercit asupra transpoziiei simple i duble
[Tobita, Tajima & Tsuchiya, 1984] cunoscut din literatur . Pentru a elucida aceast
supoziie au fost studiate spectrele de mas ale unor benzoai cu caten lung avnd
diferii substitueni pe nucleul aromatic.
Este cunoscut din literatur faptul c esterii acidului benzoic nesubstituit precum i
p- i m-metoxi benzoaii cu caten lung [Oprean, Moldovan & Oprean, 2003b] nu
prezint transpoziii multiple de hidrogen. Acelai fenomen a fost observat i n cazul
esterilor superiori ai acidului p-amino benzoic 33 [Moldovan, & Oprean, 2006].
Tabelul 5: Intensitatea relativ a ionilor transpoziiilor de hidrogen n spectrele de mas ale unor
esteri superiori ai acidului fenildiazobenzoic
Nr. crt. Structura Intensitate relativ* (%)
[1H] 2[H] 3[H]
28 N N C OC8H17
O
1.5 1 0.7
29 N N C OC14H29
O
4 24 33
30 C OC14H29
ON CH
24 100 2
31 CH N C OC14H29
O
27 42 13
32 C OC14H29
OCH CH
1 0.5 -
* Corectate conform contribuiei izotopilor naturali
Prezena gruprilor NO2, CN sau CHO n poziiile p- sau m- ale nucleului aromatic
din molecula benzoailor cu caten lung pare a fi esenial pentru producerea
fenomenului de transpoziie tripl de hidrogen n spectrele de mas ale acestor compui
(tab. 13).
S-a observat c substituenii respingtori de electroni favorizeaz formarea
ionului [M-CnH2n] generat n urma unei reacii de transfer al unui singur atom de
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
23
hidrogen (transpoziie McLafferty), n timp substituenii atrgtori de electroni
favorizeaz formarea ionilor [M-CnH2n-1] rezultai n urma transpoziiei a doi atomi,
precum i a ionilor [M-CnH2n-2] corespunztori transpoziiei triple de hidrogen.
Aceast observaie poate fi explicat rezonabil prin considerente termochimice bazate pe
suma cldurilor standard de formare ale acestor fragmente.
Tabelul 6: Intensitatea relativ a ionilor transpoziiilor de hidrogen n spectrele de mas ale unor
esteri superiori ai acidului benzoic
Nr. crt. Structura Intensitate relativ* (%)
[1H] 2[H] 3[H]
33 NH2 C
OOC14H29
100 8 -
34 O2N C
OOC8H17
1 34 17
35 O2N C
OOC14H29
1 37 81
36 CO
OC14H29
O2N
4 8 23
37 O2N C
OOC14H27 (Z8)
1 29 76
38 C C
OOC14H29N
2 93 22
39 C C
OOC14H29
OH
2 100 57
40 O2N SO3C14H29
- 5 3
* Corectate conform contribuiei izotopilor naturali
De asemenea, s-a constatat faptul c efectul acestor substitueni este in majoritatea
cazurilor bine corelat cu valorile constantelor Hammet p .
Corelaia dintre efectul substituenilor din poziia para asupra intensitii ionului
de transpoziie tripl, raportat la intensitatea ionului de transpozie dubl observat n
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
24
spectrele de mas ale unor esteri superiori ai acidului benzoic, cu valorile constantelor
Hammet p este redat n tabelul 7.
Din datele prezentate se poate constata c substituenii atrgtori de electroni
grefai pe nucleul aromatic al unor alchilbenzoai cu caten lung favorizeaz formarea
ionilor de transpoziie tripl de hidrogen. Acelai fenomen a fost observat i n cazul
alchilbenzosulfonailor superiori.
Tabelul 7: Raportul intensitilor relative ale ionilor transpoziiilor de hidrogen p-X-
C6H4COOH3/ p-X-C6H4COOH2 i valorile p ale unor esteri superiori ai acidului benzoic
Substitent [3H]/[2H] p
NH2 OCH3 H CN CHO N=N-C6H5 NO2
0 0 0 0,24 0,57 1,37 2,19
-0,66 -0,27 0 0,66 0,22 0,64 1,27
Mecanismul transpoziiei triple de hidrogen din ionul molecular al acestor
compui este redat n schema 12.
-CnH2n-2
CYXHO H
O H
CO
O CnH2n+1YX
XH CYO H
O H
Schema 12: Mecanismul transpoziiei triple de hidrogen din ionul molecular
Datorit interesului crescut asupra elucidrii acestui fenomen, precum i a
implicaiilor sale mecanistice semnificative se are n vedere continuarea investigaiilor
asupra transpoziiei triple de hidrogen rezultate sub impact electronic n analiza prin
spectrometrie de mas a altor clase de compui cu caten hidrocarbonat lung.
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
25
CONCLUZII
Transpoziia unidirecional tripl de hidrogen este foarte rar ntlnit n
spectrometria de mas a compuilor organici. Fenomenul de transpoziie tripl a fost
pus n evidena pentru prima dat n seriile de alchil-aril esterii cu caten lung
sintetizate. A fost propus de asemenea i un mecanism care generalizeaz procesul de
fragmentare cu transpoziie tripla de hidrogen.
Pentru dovedirea acestui fenomen i pentru elucidarea mecanismului de transpoziie
au fost sintetizat i caracterizat structural o serie omoloaga de 18 esteri saturai ai
acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic, coninnd resturi n-alchil de la C1-C18 dintre
care 15 sunt compui noi. In cazul benzoailor de n-alchil saturai ionul de
transpoziie tripl apare doar n spectrele de mas ale compuilor cu caten mai lung
de 4 atomi, intensitatea acestuia crescnd odat cu creterea numrului de atomi de
carbon din molecul.
Transferul atomilor de hidrogen are loc dinspre catena alchilic nspre gruprile azo i
carbonil, fiind ns nevoie de o caten suficient de lung pentru ca cele dou grupri
s ajung la distana minim necesar pentru a se realiza transferul.
Studiul a fost extins i asupra esterilor superiori nesaturai n vederea investigrii
influenei dublei legturi asupra acestui fenomen sau a unei fragmentri specifice n
funcie de poziia nesaturrii. In acest scop a fost sintetizat i caracterizat structural
o serie de 23 de noi esteri nesaturai ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic,
constatndu-se c dac nesaturarea se afl mai aproape de 3 atomi de carbon fa de
gruparea esteric, ionul de transpoziie tripl nu apare datorit lipsei de flexibilitate a
catenei impus de rigiditatea dublei legturi.
S-a urmrit de asemenea i studiul influenei substituenilor grefai n poziiile meta
i para ale nucleului aromatic asupra apariiei i intensitii ionului de tripl
transpoziie. In acest scop au fost sintetizai si caracterizai structural 5 noi esteri
superiori, analogi celor sintetizai anterior, cu gruparea azo modificat, precum si 8
noi esteri benzoici superiori. Analizndu-se spectrele de mas ale acestora, s-a
constat c substituenii respingtori de electroni favorizeaz formarea ionului de
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
26
transpoziie McLafferty, n timp ce substituenii atrgtori de electroni favorizeaz
formarea ionilor corespunztori transpoziiei triple de hidrogen.
S-a realizat corelaia dintre raportul intensitii ionilor de transpoziie unidirecional
tripl respectiv dubl de hidrogen observai n spectrele de mas ale unor esteri
superiori ai acidului benzoic substituit cu valorile constantelor Hammet p ale
substituenilor grefai pe nucleul aromatic.
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
27
BIBLIOGRAFIE SELECTIVA
Biemann, K.,Mass Spectrometry, McGraw-Hill Book Co., New-York, 1962, p.125
Bowen, R. D., Williams, D. H., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1981, 836
Budzikiewicz, H., Djerassi, C., Williams, D. H., Mass Spectrometry of Organic
Compounds, Holden-Day Inc., San-Francisco, 1967, p.18, 155-162, 184-187.
Cable, J., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1971, 93, 3905
Carpenter, W., Duffield, A. M., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 6164
Djerassi, C., Fenselau, C., J. Am. Chem. Soc., 1965, 87, 5756
Djerassi, C., von Mutzenbecher, G., Fajkos, J., Williams, H., Budzikiewicz, H., J. Am.
Chem. Soc., 1965, 87, 817
Eadon, G., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1969, 91, 2724
Halim, H., Schwarz, H., Terlouw, J. K., Levsen, K., Org. Mass Spectrom., 1983, 18,
147
Hecker, E., Chem.Ber., 1955, 88, 1666
Holmes, J. L., Adv. Mass Spectrom., 1988, 11, 53
Johnston, D., Smart, V. W., Smith, D., Org. Mass. Spectrom., 1984, 11, 609
Katoh, M., Jaeger, D. A., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1972, 94, 3107
Kingston, D. G. I., Bursey, J. T., Bursey, M. M., Chem. Rev. 1974, 74, 215
Kuck, D., The Encyclopedia of Mass Spectrometry, Vol. 4: Fundamentals of and
Applications to Organic Compounds, Ed. N.M.M. Nibbering, Elsevier, Oxford, 2005,
p.97
Kuck, D., Filges, U., Org. Mass Spectrom., 1988, 23, 623
Kuck, D., Fliges, U., Org. Mass Spectrom., 1988, 24, 643
Kuck, D., Salameh, L., Onwuka, K., Letzel, M., 17th International Mass Spectrometry
Conference, Prague, 2006
Lester, G. R., Brit. J. Appl. Phys., 1963, 14, 414421
MacLeod, J. K., Djerassi, C. , J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 5182
McLafferty, F. W., Hamming, M. C., Chem. Ind., 1959, 1366
McLafferty, F. W., Anal. Chem., 1957, 29, 1782
McLafferty, F. W., Anal. Chem., 1959, 31, 82
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
28
Merweein, H., Bchner, E., vanEmster, K., J. Prakt. Chem., 1939, 152, 237
Meyerson, S., Kuhn, E. S., Puskas, I., Fields, E. K, Leitch, L., Sullivan, T. A., Org.
Mass Spectrom., 1983, 18, 110
Meyerson, S., Puskas, I., Fields, E. K., J. Am. Chem. Soc., 1973, 95, 6056
Moldovan, B., Oprean, I., 5th International Confference of the Chemical Societies of
the South-East European Countries, September 2006, Ohrid, Macedonia
Moldovan, B., Oprean, I., Oprean, R., Studia Univ. Babe-Bolyai, Chemia, 2003, 48,
145
Oprean I., Spectrometria de Mas a Compuilor organici, Ed. Dacia, Bucureti, 1974
Oprean, I., Moldovan, B., Oprean, R., Plants Health, 2003a, 61, 20
Oprean, I., Moldovan, B., Oprean, R., Studia Univ. Babe-Bolyai, Chemia, 2003b,
48, 139
Pakarinen, J. M. H., Vainiotalo, P., Pakkanen, T. A., Kenttamaa, H. I., J. Am. Chem.
Soc., 1993, 115, 12431
Rosenstock, H. M., Wallenstein, M. B., Wahrhaftig, A. L., Henry Eyring, H., Proc.
Nat.Acad. Sci., 1952, 38, 667678
Shirley, D. A., Smith, G. A., Brown, M., Reedy, W., J. Org. Chem., 1952, 17, 199-203
Stevenson, D. P., Discuss. Faraday Soc., 1951, 10, 3545.
Stringer, M. B., Underwood, D. J., Bowie, J. H., Allison, C. E., Donchi, K. F., Derrick,
P. J., Org. Mass Spectrom., 1992, 27, 270
Tate, J. T., Lozier, W. W, Phys. Rev., 1932, 39, 254269
Tobita, S., Tajima, S., Ishihara, Y., Kojima, M., Shigihara, A., Int. J. Mass Spectrom.
Ion Processes, 1994, 132, 129
Tobita, S., Tajima, S., Tsuchiya, T., Org. Mass Spectrom., 1984, 19, 326
Tkes, L., Jones, G., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1968, 90, 5465
Winnik, M., Kwong, P. T., Org. Mass Spectrom., 1976, 10, 346
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
29
PARTEA II
INVESTIGAREA PROPRIETATILOR UNOR COMPUSI NATURALI CU
STRUCTURI POLIFENOLICE
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
30
CONSIDERATII TEORETICE
Antocianii sunt compuii polifenolici larg rspndii n regnul vegetal, fiind
pigmenii cei mai importani identificai n plantele superioare, rspunztori de culoarea
celor mai multe flori, fructe, frunze i tulpini. Culoarea acestora variaz de la roz, trecnd
prin rou, apoi violet, pn la albastru nchis. Reprezint cea mai numeroas clas de
pigmeni vegetali hidrosolubili.
Termenul antocian deriv din cuvintele greceti anthos = floare i cyanos =
albastru, fiind utilizat pentru prima dat n anul 1835 de ctre Marquart pentru a denumi
pigmentul din florile de albstrele, Centaurea cyanus [Marquart, 1835]
La ora actual, literatura de specialitate indic existena unui numr de
aproximativ 600 de compui antocianici, a cror structur a fost complet elucidat
[Andersen & Jordheim, 2006], din care doar ase sunt ntlnii frecveni n plantele
superioare.
In ultimii ani, interesul tiinific pentru mbuntirea tehnicilor de separare i
identificare a antocianilor din surse vegetale a crescut semnificativ, datorit potenialelor
utilizri ca i colorani naturali, n special n industria alimentar, unde reprezint o
alternativ netoxic a coloranilor sintetici. Pe lng proprietile lor tinctoriale,
antocianii prezint o activitate biologic semnificativ, avnd, n special, remarcabile
proprieti antioxidante, ce joac un rol vital n prevenirea bolilor neuronale,
cardiovasculare, a unor anumite tipuri de cancer, a diabetului [Lule & Xia, 2005;
Konczak & Zhang, 2004; Kong, Chia, Goh, Chia & Brouillard, 2003].
Din punct de vedere structural, antocianii reprezint una dintre cele dousprezece
clase principale de flavonoide.
Antocianii sunt glicozide ale antocianidinelor, agliconi la baza crora se afl
cationul flaviliu, format dintr-un nucleu benzopirilic i un inel fenolic [Konczak &
Zhang, 2004]. Toate antocianidinele conin grupri hidroxilice: de regul n poziile 3, 5,
7 pe nucleul benzopirilic, respectiv n poziiile 3, 4, 5 pe cel fenolic (fig. 1).
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
31
O
R5R6
R7
R1R2
R4
R3
A C
B1
2
3
4105
6
78
91'
2'3'
4'
5'6'
Figura 1: Structura general a antocianilor
Pn n prezent au fost identificate n jur de 30 de antocianidine diferite [Kong,
Chia, Goh, Chia & Brouillard, 2003].
Aproximativ 90% din numrul total de antociani conin ca i aglicon una dintre
cele ase cele mai rspndite antocianidine, a cror denumiri provin de la speciile
vegetale n care agliconii respectivi s-au izolat i identificat pentru prima dat:
pelargonidina, cianidina, delfinidina, peonidina, petunidina i malvidina, a cror structur
difer doar prin poziia gruprilor hidroxil i metoxi pe nucleul flavanic (fig. 1) [Clifford,
2000].
Dintre cele ase antocianidine majoritare n plantele superioare, cianidina este de
departe cea mai rspndit, cele mai rar ntlnite fiind malvidina i petunidina [Kong,
Chia, Goh, Chia & Brouillard, 2003].
Marea majoritate a antocianilor sunt mono-, di- sau triglicozide ale gruprii
hidroxil din poziia 3 a antocianidinelor.
Dintre fructele cultivate, cea mai important surs de antociani o reprezint
strugurii, aparinnd genului Vitis, speciei Vitis vinifera, din familia Vitaceae. Alte familii
de plante a cror fructe sunt bogate n antociani aparin genului Fragraria (cpuni) i
Rubus (zmeur), Vaccinium (afine, merioare) i Ribes (coacze negre).
Antocianii izolai prezint o instabilitate ridicat, fiind foarte susceptibili la
procese de degradare. Literatura de specialitate din ultimii ani prezint numeroase studii
dedicate influenilor diverilor factori asupra degradrii antocianilor, att n extracte
naturale ct i n sisteme model [Hernandez-Herrero & Frutos, 2011; Kirka, zkan &
Cemerolu, 2007; Pliszka, Huszcza-Ciokowska, Mieleszko & Czaplicki, 2009].
Principalii factori care afecteaz stabilitatea antocianilor sunt: structura chimic,
concentraia, temperatura, pH-ul, lumina, prezena oxigenului, natura solventului,
prezena unor enzime, flavonoide, proteine sau ioni metalici [Iacobucci & Sweeny, 1983;
Francis, 1989; .Cabrita, 1999].
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
32
CONTRIBUTII ORIGINALE
Obiectivul prezentului studiu a fost investigarea stabilitii antocianilor izolai din
diverse fructe indigene, n diferite condiii de pH i temperatur, n timpul procesrii i
stocrii, n scopul determinrii condiiilor de utilizare a acestora ca i colorani alimentari.
Investigarea stabilitii antocianilor din diverse fructe indigene
Prezentul studiu se bazeaz pe investigarea extractelor naturale din fructe
proaspete sau congelate bogate n antociani i anume: viine, coarne, clin, precum i a
extractelor obinute din amestecuri de fructe uscate, aflate n proporii variabile (ceaiuri
de fructe).
Metodele de evaluare cantitativ a antocianilor pot aborda trei ci majore, n
funcie de complexitatea matricei n care se gsesc acetia. Au fost dezvoltate n acest
scop metode spectrale specifice pentru probe ce conin n cantitate mic sau nu conin
deloc compui de interferen, metode pentru probe cu compui de interferen aflai n
cantiti semnificative, respectiv metode de cuantificare individual a compuilor
antocianici din prob. Avnd n vedere faptul c extractele naturale sunt probe complexe,
ce conin numeroi compui cu structur asemntoare, care pot absorbi n acelai
interval de lungimi de und (480-550 nm), metoda cea mai adecvat pentru determinarea
cantitativ a antocianilor din aceste extracte este metoda pH-ului diferenial [Giusti &
Wrolstad, 2001]. Aceast metod implic msurarea absorbanei la dou valori diferite
ale pH-ului i se bazeaz pe transformrile structurale ale cromoforului antocianic n
funcie de acesta (schema 1).
O+HO
OGlu
R2
OHR1
OGlu
OHO
OGlu
R2
OHR1
OGlu
OH
H2O, - H+
pH = 1 pH = 4,5 Schema 1: Forme structurale ale antocianilor la pH = 1, respectiv pH = 4.5
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
33
Culoarea antocianilor monomerici se modific reversibil de la rou intens (la pH =
1) la incolor (la pH = 4.5). Msurarea absorbanei la max a extractelor la cele dou valori
de pH menionate, permite anularea interferenelor altor compui care pot absorbi la
aceeai lungime de und. Antocianinele cu structur polimeric nu prezint transformri
reversibile la variaii ale pH-ului, astfel nct nu vor influena valorile absorbanelor
obinute. Metoda implic de asemenea determinarea valorii absorbanelor la 700 nm,
pentru a anula efectul turbiditii asupra msurtorilor. Diferena dintre valorile
absorbanelor nregistrate la vis-max pentru cele dou valori ale pH-ului se datoreaz
exclusiv pigmenilor antocianici monomerici prezeni n proba analizat.
Antocianii prezint dou benzi distincte n spectrul UV-VIS: una n regiunea UV,
la lungimi de und ntre 260 i 280 nm iar cealalt n regiunea vizibil, la valori cuprinse
ntre 490 550 nm (figura 2). Alura spectrului furnizeaz de asemenea informaii n ceea
ce privete numrul i poziia substituenilor glicozidici.
Figura 2. Spectrul UV-VIS al antocianilor n soluii tampon la pH = 1 i pH = 4,5
Coninutul total de pigmeni antocianici monomerici din prob se calculeaz
utiliznd formula:
lFMA
TA
1000 (1)
unde: TA = coninut total de antociani n prob (mg/L) A = absorbana calculat conform relaiei :
A = (Avis-max-A700)pH=1 - (Avis-max-A700)pH=4,5 (2)
M = masa molecular a compusului antocianic majoritar din prob F = factorul de diluie = coeficientul molar de extincie (l.mol-1.cm-1) l = lungimea cuvei (= 1 cm)
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
34
Stabilitatea antocianilor extrai din fructe de viin
Viinele, fructe globuloase, de culoare roie-purpurie, cu nuane spre negru, cu
gust acru-dulce, sunt fructele viinului (Prunus cerasus L.), arbore fructifer din familia
Rosaceae, originar din Europa i Asia de sud-vest. Viinele conin zaharuri, taninuri,
proteine, pectine, acizi organici, sruri minerale, flavonoizi i vitamine. Prezint efecte
terapeutice diverse, contribuind la ntrzierea procesului de mbtrnire, n special datorit
coninutului ridicat de substane cu proprieti antioxidante. De asemenea, joac un rol
important n ameliorarea sau chiar vindecarea bolilor renale, hepatice, cardiovasculare, a
diabetului, precum i n atenuarea stresului psihic i anemiei.
Figura 3: Flori i fructe de viin (Prunus cerasus L.)
Stabilitatea la stocare a antocianilor monomerici din viine a fost investigat n
extract apos, respectiv alcoolic, la temperatura camerei (25C), la o valoare a pH-ului de
1.9 [Moldovan, David, Donca & Chibora, 2011]. Reprezentarea grafic a coninutului
total de antociani extrai din viine n funcie de timp ilustreaz o dependen liniar, fapt
ce demonstreaz c degradarea antocianilor decurge dup o cinetic de ordinul 1.
Rezultatele obinute sunt n concordan cu datele din literatur, care indic faptul c
degradarea antocianilor obinui din diverse surse urmeaz acest tip de cinetic [Kirka,
zkan & Cemerolu, 2007; Wang & Xu, 2007]. Cu toate c stabilirea tipului de cinetic
al procesului de degradare al pigmenilor antocianici este relativ puin important din
punct de vedere practic, determinarea parametrilor cinetici corespunztori acestei reacii
este definitorie pentru utilizrile acestor compui n industria alimentar. Valorile acestor
parametri cinetici (constanta de vitez i timpul de njumtire) s-au determinat conform
urmtoarelor ecuaii:
ln[TA] = ln[TA0] kt (3)
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
35
kt
693.02/1 (4)
n care: [TA] = coninut total de antociani (mg/l) la timpul t [TA0] = coninut total de antociani (mg/l) la momentul iniial
k = constanta de vitez(h-1) t = timp de reacie(h) t1/2 = timp de njumtire(h)
Variaia concentraiei de antociani n funcie de timp, pentru extractul apos,
respectiv alcoolic, este reprezentat grafic n figura 4. Din panta dreptei obinute s-a
determinat valoarea constantei de vitez, respectiv a timpului de njumtire n cazul
ambelor extracte investigate, valorile obinute fiind sumarizate n tabelul 2.
Figura 4: Degradarea antocianilor din viine n extract apos, respectiv alcoolic, la stocare la 25C
Tabelul 2: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din viine
Solvent k (h-1) t1/2 (h) Coeficient de corelare (R2)
Ap 2.8x10-3 247.5 0.9879 Etanol 7.2x10-3 96.25 0.9927
Compararea valorilor obinute indic o influen semnificativ a solventului de
stocare asupra stabilitii antocianilor investigai. In cazul utilizrii etanolului ca i
solvent, procesul de degradare este considerabil accelerat comparativ cu cazul utilizrii
apei ca solvent de extracie i stocare, avnd loc cu o vitez de 2.6 ori mai mare. Datele
de literatur indic o valoare de 38 de zile a timpului de njumtire pentru degradarea
antocianilor din sucul concentrat de viine pstrat la 20C [Cemerolu, Veliolu & Iik,
-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1
00.1
0 50 100 150 200
Timp (h)
ln [TA]/[TAo]
etanolapa
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
36
1994]. In comparaie cu acesta, extractele antocianice, att n mediu apos ct i alcoolic,
prezint o stabilitate sensibil mai redus (t1/2 ap = ~ 10 zile; t1/2 alcool = ~ 4 zile), fapt ce
sugereaz c stocarea antocianilor din viine este recomandabil a se realiza sub form de
suc concentrat de fructe.
Cu toate c viinele reprezint o surs considerabil de antociani, aceste fructe,
consumate n stare proaspt, prezint o valoare nutriional i economic ridicat, fapt ce
nu le recomand pentru utilizarea ca materie prim n vederea extragerii antocianilor. Din
acest motiv, am considerat indicat investigarea unor alte fructe, mai puin consumate ca
atare, ca poteniale surse de compui antocianici utilizabili n industria alimentar.
Polifenoli extrai din fructe de clin
Clinul (Viburnum opulus L.), cunoscut i sub numele de Bulgre de zpad, este
un arbust din familia Adoxaceae, cultivat n special ca i plant ornamental, larg
rspndit n estul Europei, Turcia, Asia de Nord i Africa de Nord. Este unul dintre
simbolurile naionale ale Ukrainei. Arbustul de clin are fructe sub form de drupe
globuloase de culoare rou-aprins, care se coc n lunile august-septembrie. Important din
punct de vedere practic este faptul c fructele pot fi culese i n timpul iernii, datorit
rezistenei lor ridicate la temperaturi sczute.
Figura 5: Flori i fructe de clin (Viburnum opulus L.)
Fructele sunt comestibile, dar, datorit faptului c sunt amare i puternic
astringente, sunt puin consumate ca atare [Jordheim, Giske & Andersen, 2007]. Cel mai
cunoscut produs alimentar obinut din fructe de clin este sucul; fructele se pot utiliza i
sub form de gem, marmelad, jeleu sau pentru obinerea unei buturi alcoolice. Fructele
sunt de asemenea bine cunoscute pentru proprietile lor biologice, fiind utilizate n
medicina popular pentru tratarea crampelor stomacale, durerilor menstruale i renale, a
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
37
hipertensiunii arteriale, bolilor cardiace, rcelii i tusei [Altun, Citolu, Yilmaz & zbek,
2009; Dennehy, 2006; Veliolu, Ekici & Poyrazoglu, 2006].
Extractul de antociani obinut din fructe de clin a fost utilizat cu succes pentru
sinteza unor noi biomateriale hibride bazate pe nanoparticule metalice (Au i Ag) cu
aplicaii remarcabile n terapia proceselor inflamatorii cutanate [Crisan, David,
Moldovan, et al., 2013].
In vederea utilizrii antocianilor extrai din fructele de clin ca i colorani
alimentari, s-au investigat modificrile calitative intervenite pe parcursul procesrii i
stocrii extractelor obinute din aceste fructe. Acest demers este motivat i de faptul c
literatura de specialitate nu prezint date referitoare la cinetica procesului de degradare a
antocianilor izolai din fructe de clin. Scopul acestui studiu a fost determinarea
stabilitii termice, respectiv a stabilitii la stocare a acestor compui, n diferite condiii.
Astfel, a fost investigat influena solventului de stocare, a pH-ului i temperaturii asupra
degradrii antocianilor. Cunoaterea aprofundat a cineticii acestui proces este esenial
pentru prezicerea modificrilor ce pot apare att n timpul depozitrii n diferite condiii
ct i n timpul procesrii termice a produselor alimentare ce conin aceti pigmeni
naturali. Condiiile investigate au fost alese astfel nct s asigure o compatibilitate
ridicat cu stocarea, respectiv metodele de procesare aplicate n industria alimentar.
Izolarea antocianilor din fructe s-a realizat prin extracia acestora n solvent (ap
sau etanol 96%) acidulat cu 0.1% acid clorhidric.
Coninutul total de antociani monomerici din fructele de Viburnum opulus L. a
fost determinat cu ajutorul metodei pH-ului diferenial, valoarea obinut fiind de 0.356
0.014 g/kg fruct congelat, exprimat n echivaleni de cianidin-3-glucozid.
Degradarea termic a extractelor apoase i alcoolice, a fost investigat n diferite
condiii de temperatur (2C, 37C respectiv 75C) i pH (pH = 3 i pH = 7). Tabelul 3
prezint variaia concentraiei de antociani, n funcie de timp, n condiiile termice i de
pH investigate, n cazul stocrii antocianilor extrai n ap.
Tabelul 3 : Coninut total de antociani monomerici n extract apos
Coninut total de antociani monomerici (mg/l) Timp (ore)
pH = 7 t = 37C
pH = 3 t = 37C
pH = 7 t = 2C
pH = 3 t = 2C
pH = 7 t = 75C
pH = 3 t = 75C
0 42.72 42.72 42.72 42.72 42.72 42.72 2 nd nd nd nd 29.74 42.18
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
38
4 nd nd nd nd 12.62 38.16 6 nd nd nd nd 3.81 34.51
12 nd nd nd nd 1.21 25.23 24 19.39 30.05 38.39 41.53 nd 12.96 36 nd nd nd nd nd nd 48 11.45 27.53 34.52 40.95 nd 5.59 72 5.36 25.21 33.02 40.66 nd 1.49 97 2.08 20.20 29.60 40.30 nd nd 122 1.20 19.44 29.21 40.13 nd nd 145 nd 16.05 28.45 38.78 nd nd 167 nd 12.75 25.33 38.23 nd nd
Coninutul total de antociani din extractul apos obinut din fructe de Viburnum
opulus L., a fost reprezentat grafic n funcie de timp. Regresia liniar a concentraiei de
pigmeni antocianici n timpul stocrii confirm faptul c degradarea acestora decurge
dup o cinetic de ordinul nti (vezi figura 6). Rezultatele obinute sunt n concordan
cu datele de literatur [Kirka, zkan & Cemerolu, 2007; Wang & Xu, 2007;
Moldovan, David, Donca, Chibora, 2011] care indic faptul c degradarea
antocianilor din diferite surse este descris de acest tip de cinetic.
Figura 6: Degradarea antocianilor din extract apos de clin, n timpul stocrii n condiii diferite
de temperatur i pH
Pentru reaciile de ordinul nti, legea de vitez poate fi exprimat cu ajutorul
relaiilor (3) i (4) (pag. 25). Valorile parametrilor cinetici ai reaciei de degradare a
antocianilor din extractul apos de fructe de clin, au fost calculai prin aplicarea acestor
relaii i sunt prezentai n tabelul 6.
-4.4
-3.9
-3.4
-2.9
-2.4
-1.9
-1.4
-0.9
-0.4
0.10 50 100 150 200
Timp (h)
Ln[TA]/[TAo]
pH 7-37 grdpH 3-37 grdpH 7-2 grdpH 3-2 grdpH 7-75 grdpH 3-75 grd
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
39
Tabelul 4: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din fructe de clin n extract apos
pH Temp. (C)
k x103 (h-1)
t1/2 (h)
Coeficient de corelare R2
3 2 0.6 1155 0.9503 3 37 6.4 108.28 0.9740 3 75 46.1 15.03 0.9971 7 2 2.8 247.5 0.9680 7 37 30.5 22.72 0.9944 7 75 348.8 1.98 0.9762
Valorile constantelor de vitez i a timpilor de njumtire prezentate n tabelul 4
indic o influen semnificativ a pH-ului soluiei de stocare asupra stabilitii
antocianilor, fapt corelat cu dependena structurii acestor compui de valoarea pH-ului. In
concordan cu datele altor studii de literatur ce investigheaz influena pH-ului asupra
stabilitii antocianilor [Kirka, zkan & Cemerolu, 2007], s-a observat c mediul acid
determin creterea stabilitii acestor compui n extractul apos obinut din fructe de
Viburnum opulus L., fapt indicat de valori mai ridicate ale timpilor de njumtire (de
exemplu, la t =2C, valorile timpilor de njumtire la pH = 3 i pH = 7 sunt de t1/2 =
1155 h i respectiv t1/2 = 247.5 h). Comparnd valorile acestor parametri, se poate
concluziona c, la temperaturi sczute, antocianii din clin, stocai n extract apos, sunt de
4.7 ori mai stabili la valori sczute ale pH-ului dect n mediu neutru. Cea mai mare
stabilitate a fost observat la pH = 3, indiferent de temperatura de pstrare a extractului.
La temperaturi ridicate (75C), influena pH-ului asupra procesului de degradare al
antocianilor devine i mai important, stabilitatea acestor pigmeni la pH = 3 fiind de 7.6
ori mai mare dect la pH = 7.
Pe lng investigarea efectului pH-ului, a fost de asemenea evaluat i stabilitatea
termic a extractelor. Dup cum era de ateptat, procesul degradativ se intensific odat
cu creterea temperaturii. Indiferent de valoarea pH-ului soluiei, stocarea la temperaturi
relativ sczute (2C i 37C) a condus la o degradare a antocianilor din extractul apos de
aproximativ 10.8 ori mai rapid la 37C comparativ cu viteza aceluiai proces la
temperatura de 2C. Efectul temperaturii asupra stabilitii pigmenilor a fost mai
accentuat la stocarea acestora n soluie apoas de pH = 7, procesul de degradare
decurgnd de 125 de ori mai rapid la 75C dect la 2C (raportul vitezelor aceluiai proces
la valori sczute de pH fiind 76.8).
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
40
Degradarea antocianilor monomerici din fructele de clin n extract etanolic a fost
investigat n aceleai condiii de pH i temperatur. Scderea coninutului total de
antociani n timp este redat n tabelul 5.
Tabelul 5 : Coninut total de antociani monomerici n extract etanolic
Coninut total de antociani monomerici (mg/l) Timp (ore)
pH = 7 t = 37C
pH = 3 t = 37C
pH = 7 t = 2C
pH = 3 t = 2C
pH = 7 t = 75C
pH = 3 t = 75C
0 58.14 58.14 58.14 58.14 58.14 58.14 2 nd nd nd nd 43.60 57.40 4 nd nd nd nd 27.23 54.40 6 nd nd nd nd 16.56 45.72
12 39.54 nd nd nd 7.62 32.47 14 nd nd nd nd 3.54 nd 24 24.62 37.79 54.07 54.12 nd 17.13 36 13.36 nd nd nd nd nd 48 10.46 29.07 46.55 55 nd 6.31 72 3.48 25.58 45.02 53.48 nd nd 97 1.1 20.19 42.99 50.87 nd nd 122 nd 11.04 41.49 50.11 nd nd 145 nd 6.97 39.98 47.65 nd nd 167 nd nd nd 45.68 nd nd
Reprezentarea grafic a ln [TA]/[TAo] n funcie de timpul de stocare a extractului
etanolic a condus la concluzia c i n acest caz procesul de degradare a antocianilor
decurge dup o cinetic de ordinul nti (vezi figura 7).
Figura 7: Degradarea antocianilor din extract alcoolic de clin, n timpul stocrii n condiii
diferite de temperatur i pH
Calculul parametrilor cinetici ai procesului de degradare a pigmenilor obinui
din fructe de clin, la stocarea n etanol, a condus la valorile prezentate n tabelul 6.
-4.9
-4.4
-3.9
-3.4
-2.9
-2.4
-1.9
-1.4
-0.9
-0.4
0.10 50 100 150 200
Timp (h)
Ln[TA]/[TAo]
pH 7-37 grdpH 3-37 grdpH 7-2 grdpH 3-2 grdpH 7-75 grdpH 3-75 grd
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
41
Tabelul 6: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din fructe de clin
n extract etanolic
pH Temp. (C)
k x103 (h-1)
t1/2 (h)
Coeficient de corelare R2
3 2 1.3 533.07 0.9575 3 37 13.6 50.95 0.9602 3 75 53.9 12.86 0.9948 7 2 2.5 277.2 0.9298 7 37 38.5 18.0 0.9867 7 75 189.3 3.66 0.9824
Dup cum s-a observat i n cazul extractului apos, antocianii din fructele de clin
prezint dou profile distincte de stabilitate: la valori ridicate ale pH-ului, respectiv la
valori sczute ale acestuia. Valorile ridicate ale pH-ului au ca rezultat scderea stabilitii
antocianilor n extract etanolic, valoarea timpului de njumtire fiind influenat de
temperatur. La 2C t1/2 pH=3 / t1/2 pH=7 = 1.9, n timp ce acelai raport, la 37C, are valoarea
de 2.8 iar la 75C de 3.5, fapt ce indic o influen mai mare a pH-ului asupra stabilitii
antocianilor din clin, la temperaturi ridicate.
Temperatura de stocare prezint o influen semnificativ asupra vitezei de
degradare a antocianilor n extract alcoolic. Pstrarea acestor extracte la 37C a condus la
o degradare mai rapid dect n cazul stocrii lor la 2C, raportul valorilor timpilor de
njumtire depinznd de valoarea pH-ului soluiei. La pH = 3, t1/2 2C / t1/2 37C = 10.5 n
timp ce la pH = 7, valoarea acestui raport este egal cu 15.4. Creterea temperaturii de
stocare la 75C, a condus la o degradare accelerat a antocianilor (la pH = 3, t1/2 2C / t1/2
75C = 41.4, n timp ce la pH=7 valoarea acestui raport este 75.7).
Conform datelor sumarizate n tabelul 5 i tabelul 6, la pH = 7, valorile
determinate pentru constantele de vitez i timpii de njumtire corespunztoare
procesului de degradare n etanol la 2C i 37C sunt similare cu cele obinute n aceleai
condiii pentru degradarea n extractele apoase, astfel c influena solventului de stocare
n aceste condiii este mai puin semnificativ. Spre deosebire de aceast situaie, la
temperaturi ridicate (75C) solventul manifest o importan crescut asupra stabilitii
extractelor de antociani din clin, viteza de degradare fiind de 1.8 ori mai mare n ap
dect n etanol. La valori sczute ale pH-ului i temperaturii, degradarea antocianilor
prezeni n extractul alcoolic decurge cu o vitez de 2 ori mai mare dect cea determinat
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
42
n cazul extractelor apoase. La 75C i pH = 3, s-a observat o degradare puin mai
accentuat n extract etanolic comparativ cu cel apos, astfel c putem concluziona c, n
medii acide i la temperaturi ridicate, influena solventului de stocare asupra stabilitii
antocianilor monomerici din Viburnum opulus L., este mai puin important.
Pentru a determina efectul temperaturii asupra cineticii procesului de degradare,
valorile constantelor de vitez obinute din ecuaia (3) au fost introduse ntr-o ecuaie de
tip Arrhenius:
k = Koe-Ea/RT (5)
n care: Ea = energia de activare (kJ/mol)
Ko = factor de frecven (h-1) R = constanta universal a gazelor (8.314 J/mol.K) T = temperatura (K) Reprezentarea grafic a valorilor constantelor de vitez corespunztoare
degradrii antocianilor n cazul fiecrui extract sunt este redat n figura 8.
Figura 8: Reprezentarea grafic a constantelor de vitez ale reaciei de degradare ale
antocianilor din clin n funcie de temperatur
Valorile energiilor de activare obinute sunt prezentate n tabelul 7. Energii de
activare ridicate se traduc printr-o susceptibilitate mrit la degradare a antocianilor din
extractele investigate la expunere la temperaturi ridicate. Influena cea mai puternic a
temperaturii asupra acestui proces degradativ (cea mai ridicat valoarea a energiei de
activare) a fost observat pentru antocianii pstrai n ap la pH = 7, n timp ce valoarea
cea mai mic a Ea (corespunztoare unei susceptibiliti mai reduse la degradarea
termic) s-a determinat n cazul antocianilor stocai n soluie etanolic, la pH = 3.
Influena combinat a pH-ului i a naturii solventului asupra stabilitii antocianilor
extrai din fructe de Viburnum opulus L. pare a fi mai important n cazul stocrii
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0.0028 0.003 0.0032 0.0034 0.0036 0.00381/T (1/K)
- Ln k
pH 7 EtOHpH 3 EtOHpH 7 HOHpH 3 HOH
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
43
acestora n ap la pH = 3, respectiv n etanol/ap la pH = 7 (caz n care energiile de
activare au valori practic identice).
Tabelul 7: Efectul temperaturii asupra degradrii antocianilor din fructele de clin
pH Solvent Ea (kJ/mol)
R2 Ko (h-1) Q10
2-37C 37-75C 3
Ap 47.39 0.9886 5.94x105 1.018 1.681
7 52.47 0.9975 2.43x107 1.978 1.898
3 Etanol/Ap
40.79 0.9890 8.08x104 1.956 1.436
7 47.34 0.9999 2.84x106 2.184 1.52
Dependena de temperatur a constantelor de vitez ale reaciei de degradare a
fost de asemenea evaluat prin calcularea coeficientului de temperatur Q10, conform
ecuaiei:
)12/(10
1
210
TT
k
kQ
(6)
n care: Q10 = coeficient de temperatur (K-1) k1, k2 = constante de vitez (h-1) la temperatura T1, respectiv T2 (K)
Valori aproximativ egale ale coeficientului de temperatur Q10 au fost obinute
pentru procesul de degradare a antocianilor n ap la pH = 7, demonstrnd faptul c
influena creterii temperaturii asupra stabilitii antocianilor este aceeai n cazul
ambelor intervale de temperatur studiate (2-37C respectiv 37-75C). Cel mai sczut
coeficient de temperatur (1.018 K-1 pe intervalul 2-37C) a fost obinut n cazul
pigmenilor din extract apos la pH = 3, indicnd faptul c temperaturi de pstrare sczute
i mediu acid sunt necesare pentru a inhiba procesele de degradare ale antocianilor din
extractele de fructe de clin.
Pe lng posibila utilizare a fructelor de clin ca i surs alternativ de pigmeni
naturali, acestea sunt cunoscute i ca o surs remarcabil de compui cu activitate
antioxidant [Rop et al., 2010].
In vederea determinrii coninutului total de polifenoli din extractul etanolic
obinut din fructe de clin, s-a folosit metoda Folin-Cioclteu [Singleton, Orthifer &
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
44
Lamuela-Raventos, 1999], cea mai popular dintre metodele bazate pe reacii cu transfer
de electron.
Determinarea coninutului total de polifenoli se realizeaz spectrofotometric, prin
msurarea absorbanei la lungimea de und de 765 nm. Rezultatele sunt exprimate n
echivaleni grame de acid galic (GAE)/l extract, cu ajutorul unei curbe de etalonare.
Msurtorile relev un coninut ridicat de polifenoli n fructele de clin, cantitatea
determinat fiind de 4.22 g echivaleni acid galic / kg fruct. Aceast valoare a fost mai
mare dect cea determinat de Akbulut i colaboratorii care au obinut 3.25 g echivaleni
acid galic/kg [Akbulut, Causir, Marakoglu & Coklar, 2008].
Variaia nivelului de compui fenolici din extractul etanolic obinut din fructe de
clin a fost urmrit n timpul stocrii acestuia la 4C, timp de opt zile; rezultatele
obinute sunt redate n figura 9.
Figura 9: Variaia coninutului total de fenoli din extractul etanolic de fructe de clin
Scderea brusc a coninutului de fenoli din extract n primele 51 de ore de
stocare (cu 32.2%) este urmat de o uoar cretere a cantitii acestora n urmtoarele 48
de ore, dup acest interval nregistrndu-se o stabilizare a valorii pn la finele perioadei
investigate.
In paralel cu investigarea variaiei coninutului total de fenoli n timpul stocrii, la
temperatur sczut, a extractului etanolic obinut din fructe de clin, s-a studiat i
variaia activitii antioxidante a acestui extract n aceleai condiii.
Coninutul ridicat de polifenoli din fructele de clin a fost factorul determinant
pentru investigarea activitii antioxidante a extractului obinut din acestea. Metoda
utilizat pentru msurarea capacitii antioxidante a fost testul ABTS, metod bazat pe
2.52.72.93.13.33.53.73.94.14.34.5
0 50 100 150 200
g GAE/kg fruct
Timp (h)
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
45
reacii cu transfer de electron i frecvent utilizat n cercetrile din domeniul industriei
alimentare.
Capacitatea de captare a radicalilor liberi a extractului etanolic obinut din fructe
de clin a fost evaluat prin msurarea absorbanei probei tratate cu ABTS+ la 734 nm.
Capacitatea antioxidant a fost determinat utiliznd formula (7):
A = A0 A1 (7)
unde: A = absorbana rezultat A0 = absorbana soluiei de ABTS+ A1 = absorbana amestecului coninnd prob i ABTS+
Valorile de absorban obinute au fost convertite n echivaleni de acid ascorbic
(AAE) cu ajutorul unei curbe de calibrare.
Valoarea capacitii antioxidante a fructelor de clin a fost determinat ca fiind
7.05 g AAE/kg fruct congelat. Datele obinute sunt n concordan cu cele raportate n
literatura de specialitate [Rop & al., 2010], care menioneaz valori cuprinse ntre 9.1 i
11.0 g AAE/kg fruct de clin, n funcie de varietatea investigat. Un interes deosebit a
fost acordat determinrii variaiei activitii antioxidante n extractul etanolic obinut din
fructele de clin n timpul stocrii la 4C (figura 10).
Figura 10: Variaia n timp a activitii antioxidante a extractului alcoolic obinut din fructe de
clin
Dup primele 24 de ore de stocare, s-a observat o scdere cu 16% a activitii
antioxidante, tendin care nu s-a meninut pe parcursul urmtoarelor 24 de ore, interval
n care s-a nregistrat o cretere de 22% a capacitii de reinere a radicalilor liberi. Acest
model al variaiei activitii antioxidante (descretere-cretere) a fost nregistrat n
timpul ntregii perioade de stocare. Creterea activitii antioxidante n timpul stocrii a
5
5.5
6
6.5
7
7.5
0 50 100 150 200 250
g AAE/kg fruct
Timp (h)
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
46
fost observat i pentru extracte obinute din alte fructe (cum ar fi strugurii [Pinelo,
Manzocco, Nunez & Nicoli, 2004]).
Privit pe ansamblu, pe toat perioada de stocare investigat, capacitatea
antioxidant a polifenolilor din fructele de clin prezint o uoar tendin descresctoare
n primele trei zile, valoarea acesteia putnd fi considerat mai degrab constant la
stocarea la 4C dup un interval de timp egal cu 72 de ore.
Antociani extrai din fructe de corn
Cornul este un arbust din familia Cornaceae (Cornus mas L.), specific climei
temperate din Europa i unele zone ale Asiei. La noi n ar este frecvent n toate
regiunile din zona pdurilor de stejar pn n etajul fagului. Fructul este cornos, drup
elipsoidal, lucios, de culoare roie ce prezint un gust acrior i astringent, bogat n
vitamina C [Tural & Koca, 2008].
Figura 11: Flori i fructe de corn (Cornus mas L.)
Extractul bogat n antociani obinut din fructe de corn poate fi folosit ca i
colorant alimentar natural. Literatura de specialitate nu prezint nici un studiu referitor la
susceptibilitatea la degradare a antocianilor extrai din fructele de corn, determinarea
parametrilor cinetici ai reaciilor de degradare a acestor compui prezentnd un interes
deosebit n vederea utilizrii lor n industria alimentar.
Variaia concentraiei antocianilor n funcie de timp, la stocarea extractelor
apoase la temperatur sczut (frigider, 2C), este reprezentat grafic n figura 12.
Valorile parametrilor cinetici ai procesului de degradare a antocianilor din
extractul apos de fructe de corn, stocat la 2C (tabelul 8), ilustreaz stabilitatea ridicat a
acestor compui, prezentnd un timp de njumtire de ~ 58 zile, superior celui
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
47
determinat pentru procesul de degradare al antocianilor din extractul apos obinut din
fructe de clin (~ 48 zile) [Moldovan, David, Chibora & Cimpoiu, 2012].
Figura 12: Variaia concentraiei antocianilor din extract apos de fructe de corn la stocarea la
2C
Adugarea conservanilor alimentari are ca efect scderea stabilitii coloranilor
antocianici, efect mai pronunat n cazul utilizrii sorbatului de sodiu, caz n care timpul
de njumtire determinat a fost de 1.4 ori mai mic dect la stocarea extractului fr
adaos (t1/2 = 41 zile). Benzoatul de sodiu prezint un efect destabilizator mai puin
pronunat, timpul de njumtire calculat n acest caz fiind de doar 1.2 ori mai mic dect
n cazul extractului care nu conine aditivi (t1/2 = 48 zile).
Tabelul 8: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din fructele de corn n diferite condiii
Prob Temp. (oC) k.10-3 (h-1) t1/2 (h) R2 Fr adaos 2 0.5 1386 0.9568
Cu adaos de benzoat (0.1%)
2 0.6 1155 0.969
Cu adaos de sorbat (0.1%)
2 0.7 990 0.9893
Fr adaos 25 0.9 770 0.9474 Cu adaos de benzoat
(0.1%) 25 0.9 770 0.9684
Cu adaos de sorbat (0.1%)
25 1.1 630 0.9629
Cu adaos de vitamina C (0.1%)
25 7.7 90 0.9039
Fr adaos 75 82.8 8.3 0.9923 Cu adaos de benzoat
(0.1%) 75 79.1 8.7 0.9911
Cu adaos de sorbat (0.1%)
75 77.6 8.9 0.9917
Cu adaos de vitamina C (0.1%)
75 125.3 5.5 0.9982
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
00 100 200 300 400
lnC/C0
Timp (h)
sorbat 2grd
fara adaos 2 grd
benzoat 2grd
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
48
Compararea valorii concentraiilor antocianilor din extractele apoase pstrate la
25C a artat c stabilitatea acestor pigmeni a fost puternic influenat de tipul aditivului
utilizat (figura 13).
Astfel, spre deosebire de stocarea la frigider, unde conservanii utilizai (att
benzoatul, ct i sorbatul de sodiu) au accelerat procesul de degradare al antocianilor, la
stocarea la temperatura camerei, benzoatul de sodiu nu influeneaz acest proces,
parametri cinetici determinai pentru reaciile de degradare ce au loc n prezena acestui
compus fiind egali cu cea obinui pentru degradarea n lipsa oricrui adaos. Influena
sorbatului de sodiu a fost mai sczut dect n cazul stocrii la temperatur joas,
constanta de vitez n acest caz fiind de doar 1.2 ori mai mare dect n cazul extractului n
care nu s-au adugat aditivi.
Figura 13. Degradarea antocianilor n extract apos din fructe de corn, n timpul stocrii la 25C
Stabilitatea termic a extractelor a fost evaluat i la temperatur ridicat (75C).
Dup cum era de ateptat, procesul degradativ se intensific odat cu creterea
temperaturii (figura 14). Indiferent de conservantul utilizat, stocarea la temperaturi relativ
sczute (2C i 25C) a condus la o degradare a antocianilor din extractul apos de
aproximativ 1.5 ori mai rapid la 25C comparativ cu viteza aceluiai proces la
temperatura de 2C. Creterea temperaturii de stocare la 75C, a condus la o degradare
accelerat a antocianilor (n prezena benzoatului de sodiu, t1/2 2C / t1/2 75C = 132.7, n
timp ce n cazul utilizrii sorbatului de sodiu, valoarea acestui raport este 111.2), n timp
ce degradarea antocianilor n lipsa oricrui adaos a fost de 167 de ori mai rapid la 75C
dect la 2C. Spre deosebire de stocarea la temperaturi sczute, adaosul conservanilor n
cazul stocrii la 75C a avut ca efect o uoar stabilizare a pigmenilor antocianici. In
comparaie cu acetia, acidul ascorbic a prezentat acelai efect destabilizator, procesul
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
00 100 200 300 400
lnC/C0
Timp (h)
fara adaos 20grd
benzoat 20grd
sorbat 20grd
Vit.C 20grd
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
49
degradativ decurgnd cu o vitez de 1.5 ori mai mare dect n cazul antocianilor din
extractul fr aditivi.
Figura 14. Degradarea antocianilor n extract apos din fructe de corn, n timpul stocrii la 75C
Pentru a determina efectul temperaturii asupra cineticii procesului de degradare,
valorile constantelor de vitez obinute din ecuaia (3) au fost introduse ntr-o ecuaie de
tip Arrhenius.
Reprezentarea grafic a valorilor constantelor de vitez corespunztoare
degradrii antocianilor n cazul fiecrui extract este redat n figura 15.
Figura 15: Reprezentarea grafic a constantelor de vitez ale reaciei de degradare ale
antocianilor din coarne n funcie de temperatur
Valorile energiilor de activare obinute sunt prezentate n tabelul 9. Energii de
activare ridicate se traduc printr-o susceptibilitate mrit la degradare a antocianilor din
extractele investigate la expunere la temperaturi ridicate. Influena cea mai puternic a
temperaturii asupra acestui proces degradativ (cea mai ridicat valoarea a energiei de
activare) a fost observat pentru antocianii pstrai n soluie apoas fr adaos de aditivi,
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
00 10 20 30
lnC/C0
Timp (h)
fara adaos 75grd
benzoat 75grd
sorbat 75grd
Vit.C 75grd
2345678
0.0028 0.0033 0.0038
-lnk
1/T (1/K)
fara adaos
benzoat
sorbat
-
Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat
50
n timp ce valoarea cea mai mic a Ea (corespunztoare unei susceptibiliti mai reduse la
degradarea termic) s-a determinat n cazul antocianilor stocai n soluie apoas cu adaos
de sorbat.
Tabelul 9: Efectul temperaturii asupra degradrii antocianilor din fructele de corn
Extract Ea (kJ/mol)
R2 Ko (h-1) Q10
2-25C 25-75C Fr adaos 58.11 0.9304 3.46x107 1.290 2.47
Cu adaos de benzoat (0.1%)
55.82 0.9142 1.45x107 1.192 2.447
Cu adaos de sorbat (0.1%)
53.72 0.9209 7.06x106 1.216 2.342
Dependena de temperatur a constantelor de vitez ale reaciei de degradare a
fost de asemenea evaluat prin calcularea coeficientului de temperatur Q10.
Pentru fiecare dintre cele dou intervale de temperatur studiate, pentru procesul
de degradare a antocianilor din extractele investigate s-au obinut valori aproximativ
egale ale coeficientului de temperatur Q10, demonstrnd faptul c influena creterii
temperaturii asupra stabilitii antocianilor este aceeai n cazul ambelor intervale (2-25C
respectiv 25-75C), indiferent dac se adaug sau nu conservani. In acelai timp, valorile
coeficientului de temperatur indic faptul c influena creterii temperaturii asupra
procesului de degradare a antocianilor din extractele de coarne este de dou ori mai
accentuat pe intervalul 25-75C, comparativ cu intervalul 2-25C, demonstrnd
stabilitatea mai mare a acestor compui la temperaturi sczute.
Polifenoli extrai din fructe uscate (ceaiuri de fructe)
Alturi de ap, ceaiul este una din cele mai consumate buturi. Cu toate c cele
mai populare ceaiuri sunt cele produse din frunzele plantei Camelia sinensis L. (ceai
verde, negru, alb sau oolong) o larg utilizare o au i diferite tipuri de ceaiuri din plante i
fructe. Acest fapt se datoreaz att efectului lor terapeutic ct i aromei acestora precum
i lipsei cofeinei din aceste infuzii.
Infuziile de fructe uscate reprezint o surs important de antioxidani, cum ar fi:
polifenoli, vitamine (C i E) i carotenoide [Belak, Bukovac & Piljac-egarac, 2011].
Cu toate c ceaiul obinut din frunzele plantei de ceai este unul din cele mai studiate
-
Iuoras