CC BY
51
Библиографические ссылки
1. Н.А. Кондратова, О.Н. Кажева, Г.Г. Александров, А.Н. Чехлов, О.А. Дьяченко, В.Ф. Травень, Строение и реакции конденсации 2,3-дигидрофуро[3,2-с]кумарин-3-она// Изв. РАН. Сер. Хим., 2011,№9, с. 1873-1883.
2.Н.А. Кондратова, М.И.Базылева, Н.П.Соловьёва, В.Ф.Травень, Новаяреакциягетероциклизацииврядупроизводныхкумарина// InternationalSym-posiumonAdvancedScienceinOrganicChemistry, Abstracts, 2010-р.378У-29.
3. V.F. Traven, N.A. Kondratova, M.I. Posina, N P. Solov'eva, O.U. Savelyev, Opening of furanone ring of 2,3-dihydrofuro[3,2-c]coumarin-3-one derivatives by arylhydrazines// HeterocyclicCommunications, 2012, Vol. 18, Issue 1, P. 1-5.
УДК 543.42:544.23
1 12 2 2 A.B. Аншакова , Ю.В. Ермоленко ' ,С.Э. Гельперина , О.О. Максименко ,
Я.О. Межуев1
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 2 «ООО Научно-производственный комплекс «Наносистема»
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ РИ-ФАБУТИН - ГИДРОКСИПРОПИЛ-р-ЦИКЛОДЕКСТРИН МЕТОДА МИМОЛЕКУЛЯРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Установлено, что с увеличением концентрации hp-P-CD растворимость Rb увеличивается, это может быть объяснено образованием комплекса включения. Изучено влияние кислотности среды на растворимость Rb в присутствии и отсутствии hp-P-CD. Тенденция увеличения растворимости в присутствии hp-P-CD прослеживается на всем интервале значений рН, увеличиваясь в щелочной и кислой среде. Оценена условная константа устойчивости комплекса по методу Хигучи - Коннорса (logK = 1,66 М"1). Методом ИК-спектроскопии установлено участие в межмолекулярном комплексообразовании карбонильной группы пятичленной структуры и амидной группы или вторичной амино-группы (солевая форма). Квантово-химическими расчетами установлено геометрически возможное вхождение пиперидинового фрагмента молекулы Rb в полость hp-P-CD.
It was established that an increase in hp-P-CD concentration enhances Rb solubility, which can be accounted for by formation of an inclusion complex. Quantum-chemical calculations allowed us to assume that entry of a Rb molecule piperidine fragment into the cavity of hp-P-CD is geometrically possible. We have studied the impact of medium acidity on Rb solubility in the presence and absence of hp-P-CD. The trend of solubility growth in the presence of hp-P-CD persisted throughout the whole range of pH values, with solubility growth being more pronounced in both alkaline and acid media. We estimated the conditional constant of complex stability (logK = 1,66 М-1) using the Higuchi and Connors method. The method of infrared spectroscopy helped us to determine that secondary amino group and ketogroup are engaged in intermolecular complexing reactions.
Рифабутин (Rb) - полусинтетический антибактериальный антибиотик группы рифамицина. Его структурная формула приведена на рисунке 1 (А). Препарат в настоящее время широко используется для лечения туберкулеза. Недостатком рифабутина является его ограниченная водорастворимость (0,19 мг/мл) [1], влекущая за собой низкую биодоступность препарата (20%). Это приводит к необходимости введения высоких доз препарата (300-500 мг ежедневно), что вызывает побочные эффекты. Одним из наиболее интересных пу-
тей повышения растворимости КЬ может стать комплексообразование его с циклодекстринами. Циклодекстрины способны к образованию молекулярных комплексов по типу «гость - хозяин» с рядом органических и неорганических молекул. Основным видом связи в таких комплексах является водородная связь. В фармацевтической практике широкое применение получил гидрокси-пропил-Р-циклодекстрин (Ир-Р-СБ) вследствие его нетоксичности. Структурная формула Ир-Р-СБ приведена на рис. 1 (Б).
Предварительные исследования показали, что солюбилизация рифа-бутина с применением циклодекстрина позволяет повысить эффективность этого антибиотика [2].
(Ь)
Рис.1. Структурные формулы рифабутина (А) и гидроксипропил-Р-циклодекстрина (Б)
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. В работе использовали рифабутин (Rb, LuoheNanjiecunPharmaceuticalGroupPharmacyCO.,LTD), гидроксипропил-Р-циклодекстрин (HP-P-CD,Sigma-Aldrich).
Спектры водных растворов Rb в УФ и видимой областях снимали, используя спектрофотометр HeliosZeta (ThermoScientific, UK). рН водных растворов контролировали с помощью рН-метра PP-15 (SartoriusAG, Германия), укомплектованного комбинированным электродом PY-P11. Для отделения осадков использовали центрифугуCentrifUge 5415R (Eppendorf, Германия) в режиме нагрева 18°С, 13200 об/мин. Перемешивание суспензий проводили на магнитной мешалке SMHS - 6 (DAIHANScientific, Корея) или в шейкер - инкубаторе ES-20(Biosan, Латвия).
Растворимость Rb определяли методом прямой спектрофотометрии (спектрофотометр HeliosZeta (Thermocientific, UK).
ПК-спектроскопические исследования проводили на ИК-спектрофотометре IRAffinity-1 (Shimadzu, Japan).
Значения условных констант устойчивости супрамолекулярного комплекса рассчитывали методом Хигучи - Коннорса. [3].
Квантово-химические расчеты межатомных расстояний в молекулах Rb и hp-P-CDпроводили методом MNDO с помощью программы HyperChe-mRelease 7.°.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В ходе исследований установлено, что при увеличении концентрации hp-P-CD растворимость Rb увеличивается. Спектры поглощения представлены на рис. 2. Регистрировали спектры поглощения водных растворов Rb в интервале 200-700 нм при раз-
личных молярных соотношениях навесок порошков ЯЪ:Ир-Р-СБ = 1:1; 1:4; 1:6 (во всех в суспензиях присутствовал осадок ЯЪ). Приготовленные водные суспензии инкубировали в отсутствии света при комнатной температуре в течение 7дней при периодическом перемешивании. После инкубирования суспензии фильтровали через воронки со стеклянным фильтром Шотта (Пор 4) и снимали спектры поглощения полученных растворов.Ир-Р-СБ не поглощает электромагнитное излучение в исследуемом диапазоне, поэтому из данных, представленных на рис. 2, следует, что концентрация ЯЪ в растворе растет по мере увеличения концентрации Ир-Р-СБ. Причиной этого может быть образование супрамолекулярного комплекса (комплекса включения) в системе ЯЪ/Ир-Р-СБ, характерного для циклодекстринов [4].
1,2 г
,1
,2
А
200
300
400
500
600 , цм 700 Л, нм
Рис. 2. Влияние концентрации Ьр-Р-СБ на растворимость^.
1 - ЯЪ; 2,3 и 4- мольные соотношения ЯЪ/ЬрСБ: 1/1 (2,15*10-3МЬрСБ ); 1/4 (1,14*10-2ЬрСБ);
1/6 (1,57*10-2МЬрСБ)
Из проведенных нами квантово-химических расчетов следует, что существует принципиальная возможность для образования супрамолекулярного комплекса по типу «гость-хозяин», если пиперидиновый фрагмент молекулы ЯЪ войдет в гидрофобную полость молекулы циклодекстрина со стороны большего диаметра тора, образованного молекулой циклодекстрина. Размер полости Ир-Р-СБ: диаметры тора с узкой и широкой стороны составляют 11,12 и 14,25 А, соответственно, глубина полости Ир-Р-СБ: 7,51 А, длина пиперидинового фрагмента молекулы ЯЪ: 6,64 А.
Известно [5], что на комплексообразование в подобных системах влияет кислотность раствора. Для установления этого влияния в системе ЯЪ:Ир-Р-СБ сравнивали растворимость ЯЪ в отсутствии и присутствии Ир-Р-СБ в водных растворах различной кислотности рН от 3 до 9. Навески ЯЪ (11мг) добавляли к 7 мл растворов Ир-Р-СБ (191 мг Ир-Р-СБ на 7 мл раствора различной кислотности, молярное соотношение ЯЪ: Ир-Р-СБ = 1:10). Общая молярная концентрация буферных растворов или растворов индивидуальных веществ поддерживалась на уровне 0,05 М. Состав растворов, используемых для поддержания нужной кислотности следующий: рН=3
(0,001NHCl), рН = 4, 6, 7 (фосфатный буферный раствор), рН=8, 9 (тетрабо-ратный буферный раствор). Приготовленные суспензии инкубировали (45°С, перемешивание в течение 3 ч). Далее полученные суспензии фильтровали через воронки со стеклянным фильтром Шотта (Пор 4) и определяли концентрацию Rb в фильтрате спектрофотометрически. Экспериментальные данные представлены на рис. 3. Минимум растворимости Rb приходится на область нейтральной кислотности. Причиной, видимо, является образование при данной кислотности нейтральной формы молекулы Rb (цвиттер-иона). Увеличение растворимости Rb в кислой и щелочной средах, вероятно, связано с образованием заряженных протонированных и депротонированных форм молекулы, соответственно. Как следует из данных, представленных на рис. 3, во всей изученной области рН имеет место увеличение растворимости Rb в присутствии hp-P-CD по сравнению с растворимостью Rb в его отсутствии. Влияние hp-P-CD на растворимость Rb несколько увеличивается в щелочной области по сравнению с нейтральной. Данные, представленные на рис. 3, согласуются с информацией о влиянии циклодекстринов на растворимости рифампицина, опубликованной авторами работы [5].
S(Rb), 800 -
Е* 700 ?
600 -
500 -400 -300 -200 -100 -0 -
3 4 5 6 7 8 9
РН
Рис. 3. Влияние кислотности среды на растворимость Rb в отсутствии (1) и в присутствии (2) hp-P-CD (2,0*10"2М); (Rb/ hp-P-CD = 1/10)
Сравнение ИК-спектров Rb, hp-P-CD и предполагаемого комплекса, приготовленного методом истирания порошков, дало следующие результаты. Имеют место изменения пиков, относящихся к спектру рифабутина: 1728 см-1 (кето-группа пятичленной структуры) и 1560 см-1 (амидная группа или вторичная амино-группа (солевая форма). В обоих случаях на спектрах предполагаемого комплекса наблюдается понижение значения характеристической частоты и расширение интегрального сигнала групп. Указанные факторы свидетельствуют в пользу образования комплекса за счет водородных связей и согласуются с данными квантово-химических расчетов.
Для количественной оценки комплексообразования в системе Rb - hp-P-CD рассчитывали величины условных констант устойчивости комплекса методом Хигучи - Коннорса [3]. Константу устойчивости по этому методу
Slop
рассчитывают, исходя из диаграммы растворимости, как Kii = ———-——
S 0(1 — S l o
Экспериментальные и расчетные данные представлены на рис.4.Согласно классификации Хигучи - Коннорса полученная нами диаграмма растворимости для системы ЯЪ - Ир-Р-СБ относится к А^типу (рис. 4. А). Отклонение от линейной зависимости при увеличении концентрации циклодекстрина, характерное для комплекса со стехиометрией 1:1, объясняется авторами теории самоассоциацией молекул циклодекстрина [3]. Логарифм, рассчитанной условной константы устойчивости для системы ЯЪ - Ир-Р-СБ, равен 1 66
(Б)
S (RblM 0,0007
у-0,0167K+0,000-1 Иг = (1,47.1 К=46,00 lgK-1,66
-Г
n.rxi.s
(1,(11
0,015
ш (flip -P-CD)M
Рис. Диаграмма растворимости в координатах уравнения Хигучи - Коннорса.
А - общий случай [3]; Б - для системы - Rb - hp-P-CD
Выводы: Установленный экспериментально факт увеличения растворимости Rb в присутствииhp-P-CD объяснен образованием супрамолеку-лярного комплекса. Квантово-химические расчеты межатомных расстояний в молекулах свидетельствуют о существующей принципиальной возможности вхождения молекулы Rb в кольцо hp-P-CD пиперидиновым фрагментом. На основании диаграммы растворимости Rb при увеличении молярной концентрации hp-P-CD рассчитана условная константа устойчивости комплекса Rb/hp-P-CD (lgK = 1,66). Методом ИК-спектроскопии установлено участие кето-группа пятичленного цикла и амидная или вторичная аминогруппа молекулы Rb в образовании водородной связи c молекулой hp-P-CD. Совокупность полученных нами экспериментальных и расчетных данных позволяют сделать предположение о существовании между Rb и hp-P-CD супрамолекулярного комплексообразования по типу «гость-хозяин».
Библиографические ссылки
1. Monograph MYCOBUTIN*(rifabutin capsules USP) Pfizer Canada Inc, 2008.
2. Гельперина С.Э., Максименко O.O., Ванчугова Л.В., Бабий В.Е., Игнатьев А.В./ Патент ЕАПО (заявка №201001640/28).
3. Higuchi T, Connors KA., Phase solubility techniques / Adv Anal Chem Instrum. 1965, V. 4, p. 117-212.
4. T. Loftsson, M. E. Brewster, Pharmaceutical Applications of Cyclodex-trins. 1. Drug Solubilization and Stabilization / J Farm Sci, 1996,V 85, N 10, p 1017-1025.
5. F. Tewes, J. Brillault, W. Couet, J-Chr Olivier, Formulation of rifampicin-cyclodextrin complexes for lung nebulization / J. Controlled Release, 2008, V. 129, p. 93-99.
