Введение

Одним из перспективных направлений современной медицины – является получение различных фотосенсибилизаторов на основе природных порфиринов. Фотосенсибилизаторы могут применяться как самостоятельные лекарственные средств, в частности, в качестве противоопухолевых препаратов при фотодинамической терапии (ФДТ) опухолей и трофических язв [1, 2]. Так же они могут входить в состав более сложных лекарственных средств, в которых могут являться основным или вспомогательным веществом [3]. Получение фотосенсибилизаторов из природных порфиринов имеет ряд существенных преимуществ, по сравнению с прямым химическим синтезом, таких, как большая дружелюбность к окружающей среде, меньшее использование высокотоксичных растворителей и реагентов, меньшая требовательность к оборудованию [4 — 6]. Однако, существенным недостатком при получении фотосенсибилизаторов на основе порфиринов полученных из природного сырья, является склонность к самоокислению и другим самопроизвольным видоизменениям исходного порфирина, что может значительно усложнять как дальнейший синтез, так и очистку.

В данной статье рассмотрено влияние различных факторов, на возможность протекания реакции самопроизвольного окисления порфиринов (реакции алломеризации), с целью поиска оптимальных условий для выделения порфиринов из природного сырья.

Влияние растворителя

Протекание реакция алломеризации возможно как в полярных, так и в неполярных растворителях. Тем не менее, наиболее вероятно протекание реакции алломеризации в полярных органических растворителях, таких, как метанол [7]. Так, в ряде работ показана возможность протекания реакции алломеризации хлорофилла а в метаноле, в присутствии кислорода воздуха [8, 9]. Так же было показано, что реакция алломеризации может полностью протекать даже в неполярном растворителе, если он загрязнен метанолом [10].

Влияние освещения

В работах [7, 8] говорится, что для самопроизвольного протекания алломеризации необходимо освещение, однако в более поздних исследованиях показано, что алломеризация может протекать и без источника света [11]. Тем не менее, наблюдается значительное различие в скорости реакции. Так алломеризация хлорофилла а в метаноле протекает полностью меньше чем за шесть часов на свету [7, 8, 10] и от трех до семи дней в темноте [11, 12].  Возможно, подобное различие связано с соучастием в реакции алломеризации так называемой, светозависимой деградацией хлорофилла [13]. Светозависимое разрушение хлорофилла, так же как и светонезависимая алломеризация изучается уже в течение долгого времени. Важно отметить, что механизм реакции светозависимого разрушения отличается от  механизма светонезависимой алломеризации.

С помощью ЖХВД в сочетании с UV / VIS-спектроскопией, ИК-спектроскопией и газовой хроматографией, соединенной  с масс-спектроскопией, в работе [13]  было показано, что основным продуктом конечной стадии фотодеградации хлорофилла является глицерин, помимо которого образуются молочная, лимонная, янтарная и малоновая кислота, а также аланин [13]. При этом фотодеградации подвержено не только кольцо Е, но и фитильная боковая цепь. Причем, скорость деградации фитильной цепи, в отличие от кольца Е сильно зависит от температуры [13].

Влияние исходного порфирина

Согласно Фишеру, производные хлорофилла, содержащие атом магния в координационной сфере макроцикла, больше подвержены алломеризации, чем производные хлорофилла, не содержащие магний в координационной сфере. Он так же установил, что удаление фитола не влияет на алломеризацию, а удаление магния препятствует ей [14]. В работе Скабера говорится, что алломеризация производных хлорофилла, не содержащих  магний, таких как феофитин a, при неизменных условиях дает аналогичные продукты [8].

Продукты алломеризации бактериохлорофилла а в метаноле отличаются от продуктов алломеризации хлорофилла а. Так в продуктах алломеризации бактериохлорофилла а отсутствует 10-МеО лактон производная, образующаяся при алломеризации большинства производных хлорофилла а [8]. Продукты алломеризации хлорофилла b так же отличаются от аналогичных продуктов алломеризации хлорофилла а. Так, при алломеризации хлорофилла b образуется 132 (S) -. гидрокси-10-метокси-хлорофилл b –  алломер  не имеющий аналогов в   алломеризации хлорофилла а [15].

Важно отметить, что алломеризация производных хлорофилла а явлется  необратимым изменением [8], в то время, как алломеризация соединений ряда “b”, согласно Штолю и Видеману [7] может протекать в обратном направление под действием мягких восстановителей.

Влияние кислорода

Скабер и коллеги произвели ряд экспериментов, в которых показали, что именно молекулярный кислород отвечает за процесс окисления. Так, реакция алломеризации не протекает в растворе хлорофилла а в ТГФ, не содержащем кислород, но содержащем ионы металлов. В растворе хлорофилла а в полярном растворителе (метаноле) в отсутствие кислорода реакция алломеризации также не происходит [9]. Тем не менее, согласно Фишеру, алломеризацию можно вызвать действием хинона вместо воздуха [14], а в работах Питера Скабера говорится, что реагенты с высокими окислительно-восстановительными потенциалами, такие как бензохинон, иод и хлорид железа (III) (безводный), обеспечивают алломеризацию без молекулярного кислорода. Продукты реакции в этих условиях соответствуют радикальному взаимодействию с растворителем или нуклеофильным реагентом в растворе.

Другие факторы влияющие на реакцию алломеризации

            Ливингстон обнаружил, что реакция алломеризации катализируется прибавлением солей LaCl3 и ВаС12 [10]. Питер Скабер и коллеги получили аналогичные результаты.  Также они обнаружили, что добавление ионов металлов к хлорофиллу, растворенному в неполярном растворителе (ТГФ), инициирует алломеризацию.  При добавлении небольшого количества бромида лития или других металлических солей (приблизительно 5 мг LiBr/мг хлорофилла а) алломеризация с молекулярным кислородом происходит с заметной скоростью, даже в неполярном растворителе [8].

В отличие от ионов металлов, которые являются катализаторами алломеризации, небольшое количество кислоты или присутствии восстанавливающих веществ наоборот замедляют реакцию [8]. Также ингибиторами алломеризации являются β-каротин, гидрохинон, трифенилфосфин и токоферол [8].

Заключение

Таким образом, если обобщить написанное выше, становится ясно, что для протекания реакции алломеризации необходимо наличие кислорода (или реагента с высокими окислительно-восстановительным потенциалом), а так же нуклеофильного растворителя, который инициирует реакцию. Вместо нуклеофильного растворителя реакцию алломеризации могут инициировать соли металлов. Если протекание реакции алломеризации является нежелательным, то при проведении экстракции порфиринов из природных источников, а также последующей их модификации следует придерживаться следующих принципов:

1) Проводить экстракцию, все последующие реакции, а также хранение исходного реагента и полученных продуктов в инертной атмосфере.

2) Проводить реакции, а также осуществлять хранение в темноте.

3) Проводить предварительную подготовку растворителей, в частности путем деоксигенации растворителя [16].