A Literature-Based Comparative Study of EPR Parameters in Gamma-Irradiated Alanine Derivatives

Öz

In this study, the Electron Paramagnetic Resonance (EPR) parameters of free radicals formed in alanine derivatives exposed to gamma irradiation were comparatively analyzed. The compounds examined in the study include L-alanyl glycine (LAG), N-methyl-L-alanine (NMLA), N-methyl-DL-alanine (NMA), Ala-Ala, L-alanine ethyl ester hydrochloride (LAES), L-alanine methyl ester hydrochloride (LAME), DL-alanine ethyl ester hydrochloride (DLA), L-alaninamide hydrochloride (LAHCl), N-acetyl-L-alanine (ALA), L-α-alanine ethyl ester (LAEE), and Alanyl-L-glutamine (ALG) in powder form. The samples were irradiated in the dose range of 12–36 kGy using a cobalt-60 (⁶⁰Co) gamma source, and free radical formation after irradiation was analyzed using EPR spectroscopy. The obtained spectra were compared using g-values and hyperfine coupling constants (a-values), and simulation studies were conducted to determine the radical structures. Furthermore, the biological properties of the examined samples were discussed in detail. The analyses revealed that gamma irradiation leads to the formation of similar free radicals in the alanine derivatives studied. The g-values obtained for all compounds ranged between 2.0028 and 2.0044, indicating that gamma irradiation induces similar radical formation mechanisms in alanine derivatives. The hyperfine coupling constants (a-values) varied depending on the functional groups present in the compounds, and some common radical species were identified across multiple compounds. The analysis of EPR spectra demonstrated that different line intensity distributions were observed in different compounds after irradiation. In most compounds, five-line spectra with an intensity ratio of 1:4:6:4:1 were obtained. Additionally, the simulation studies showed a high level of agreement with the experimentally obtained spectra. The stability of the free radicals formed in the samples at room temperature was also investigated, revealing that the radical species remained stable for several months in most compounds. This suggests that free radical formation due to gamma irradiation may have long-term effects on biological systems, pharmaceutical products, and food preservation processes. In conclusion, this study provides significant insight into the types of free radicals generated in organic compounds by gamma irradiation. The obtained data offer critical information for evaluating the effects of gamma irradiation in various fields, including biomedical research, pharmaceutical formulations, radiation dosimetry, and the food industry.

Anahtar Kelimeler

• Gamma Irradiation
• EPR spectroscopy
• Free Radicals

Gama ile Işınlanmış Alanin Türevlerinde EPR Parametrelerinin Literatür Tabanlı Karşılaştırmalı Çalışması

Öz

Bu çalışmada, gama ışınlamasına maruz bırakılan alanin türevlerinde oluşan serbest radikallerin Elektron Paramanyetik Rezonans (EPR) parametreleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Çalışmada incelenen bileşikler arasında L-alanil glisin (LAG), N-metil-L-alanin (NMLA), N-metil-DL-alanin (NMA), Ala-ala, L-alanin etil ester hidroklorür (LAES), L-alanin metil ester hidroklorür (LAME), DL-alanin etil ester hidroklorür (DLA), L-alaninamid hidroklorür (LAHCl), N-asetil-L-alanin (ALA), L-α-alanin etil ester (LAEE) ve Alanil-L-glutamin (ALG) toz örnekleri bulunmaktadır. Örnekler, kobalt-60 (⁶⁰Co) gama kaynağı kullanılarak 12-36 kGy doz aralığında ışınlanmış ve ışınlama sonrası serbest radikal oluşumları EPR spektroskopisi ile analiz edilmiştir. Elde edilen spektrumlar, g değerleri ve aşırı ince yapı sabitleri (a değerleri) kullanılarak karşılaştırılmış, radikal yapılarının belirlenmesi için simülasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca incelenen örneklerin biyolojik özellikleri de kapsamlı bir şekilde tartışılmıştır. Analizler, gama ışınlamasının incelenen alanin türevlerinde benzer serbest radikaller oluşturduğunu ortaya koymuştur. Tüm bileşiklerde elde edilen g değerleri 2.0028 ile 2.0044 arasında değişmektedir, bu da gama ışınlamasının alanin türevlerinde benzer radikal oluşum mekanizmalarına yol açtığını göstermektedir. Aşırı ince yapı sabitleri (a değerleri), bileşikte bulunan fonksiyonel gruplara bağlı olarak farklılık göstermiştir. Bazı bileşiklerde ortak radikal türlerinin oluştuğu belirlenmiştir. EPR spektrumlarının analizi, ışınlama sonrası farklı bileşiklerde farklı çizgi yoğunluk dağılımları olduğunu göstermiştir. Çoğu bileşikte 1:4:6:4:1 yoğunluk oranına sahip beş çizgili spektrumlar elde edilmiştir. Ayrıca, yapılan simülasyon çalışmaları, deneysel olarak elde edilen spektrumlarla yüksek uyum göstermiştir. Örneklerde oluşan serbest radikallerin oda sıcaklığında kararlılıkları incelenmiş ve çoğu bileşikte radikal türlerinin birkaç ay boyunca stabil kaldığı belirlenmiştir. Bu durum, gama ışınlaması sonrası serbest radikal oluşumunun biyolojik sistemler, farmasötik ürünler ve gıda koruma süreçleri açısından uzun süreli etkiler yaratabileceğini göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışma, gama ışınlamasının organik bileşiklerde oluşturduğu serbest radikal türlerini anlamaya önemli bir katkı sağlamaktadır. Elde edilen veriler, biyomedikal araştırmalar, farmasötik formülasyonlar, radyasyon dozimetresi ve gıda endüstrisi gibi birçok alanda gama ışınlamasının etkilerini değerlendirmek açısından kritik bilgiler sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Gama Işınlaması
• EPR spektroskopisi
• Serbest Radikaller

Kaynakça

1. Aydın, M. (2010). Study of the structure of free radicals in gamma: irradiated amino acid derivatives. Brazilian Journal of Physics, 40, 429-431.
2. Aydın, M., Halim Başkan, M., Yakar, S., Ulak, F. Ş., Aydinol, M., Aydinol, B., & Büyüm, M. (2008). EPR studies of gamma-irradiated L-alanine ethyl ester hydrochloride, L-arginine and alanyl-L-glutamine. Radiation Effects & Defects in Solids, 163(1), 41-46.
3. Aydın, M., Şimşek, R., Gündüz, M. G., Şafak, C., & Osmanoğlu, Y. E. (2013). ESR study of some gamma irradiated amino acids and condensed 1, 4-dihydropyridines. Journal of Molecular Structure, 1035, 378-382.
4. Başkan, M. H., & Aydın, M. (2013). Electron paramagnetic resonance studies of gamma-irradiated DL-alanine ethyl ester hydrochloride, L-theanine and L-glutamic acid dimethyl ester hydrochloride. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 112, 280-282.
5. Başkan, M. H., Aydın, M., Osmanoğlu, Ş., & Topkaya, R. (2010). Electron paramagnetic resonance characterization of gamma irradiation damage centers in powder of L-(+)-tartaric acid, N-acetyl-L-alanine and 1-methyl-L-histidine. Radiation Effects & Defects in Solids: Incorporating Plasma Science & Plasma Technology, 165(12), 938-943.
6. Dicle, I. Y., & Osmanoğlu, Ş. (2014). The effect of gamma radiation of amino acid derivatives in the solid state: an EPR study. Radiation Effects and Defects in Solids, 169(12), 989-993.
7. McKelvey, R. D. (1987). Huckel MO theory and electron spin resonance in the spectroscopy course. Journal of Chemical Education, 64(6), 497.
8. Morton, J. R. (1964). Electron spin resonance spectra of oriented radicals. Chemical Reviews, 64(4), 453-471.

9. Osmanoğlu, Ş., Aydın, M., Osmanoğlu, Y. E., Dicle, I. Y., & Başkan, M. H. (2011). Structure and behaviour of the free radicals generated in gamma irradiated amino acid and iminodiacetic acid derivatives. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 78(5), 1611-1614.
10. Osmanoğlu, Y. E. (2020). Simulation Study of Paramagnetic Centers Induced in Glycine Tertbutyl Ester Hydrochloride and L-α-alanine Ethyl Ester in Solid State. El-Cezerî Journal of Science and Engineering, 7(1), 262-266.
11. Osmanoğlu, Y. E., Sütçü, K., & Osmanoğlu, Ş. (2017). Radiation effect studies on some glycine derivatives in solid state. Radiation Effects and Defects in Solids, 172(7-8), 621-628.
12. Sütçü, K. (2019). Gama ile Işınlanmış Etosüksimid Numunesinin Radyasyon Duyarlılığının Elektron Paramanyetik Rezonans Spektroskopisi Yöntemiyle İncelenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology, 9(2), 800-810.
13. Sütçü, K., & Aydın, M. (2024). Gamma irradiation effects on diphenhydramine hydrochloride: an EPR study. Radiation Effects and Defects in Solids, 1-10.
14. Sütçü, K., & Osmanoğlu, Y. E. (2017). EPR study of gamma-irradiated N-methyl-L-alanine, DL-2-methyl glutamic acid hemihydrate and Di-leucine hydrochloride in solid state. Journal of Molecular Structure, 1149, 593-595.
15. Sütçü, K., & Osmanoğlu, Y. E. (2023). Gama ile Işınlanmış Klorpropamid ve Prokainamid Hidroklorür İlaç Hammaddelerinde Oluşan Serbest Radikallerin EPR Spektroskopisi ile Tanımlanması. Journal of the Institute of Science & Technology/Fen Bilimleri Estitüsü Dergisi, 13(4).