CC BY
97
УДК 543.421/424:547.1-32: 547.462.3:547.853
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЯНТАРНОЙ И ФУМАРОВОЙ КИСЛОТ С УРАЦИЛОМ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫМИ
© Н. С. Борисова1*, Г. И. Ишмуратова2, О. И. Валиева3, И. М. Борисов4,
Ю. С. Зимин1, А. Г. Мустафин1
1 Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
Тел.: +7 (347) 229 96 94. Факс: +7 (347) 273 67 78.
E-mail: [email protected] 2Средняя общеобразовательная школа им. Б. Рафикова Россия, Республика Башкортостан, 453883 п. Корнеевка, ул. Ямилева, 2.
Тел.: +7 (34764) 6 72 79.
E-mail: [email protected] 3ООО «БашНИПИНефть»
Россия, Республика Башкортостан, 450006 г. Уфа, ул. Ленина, 86/1.
Тел.: +7 (347) 262 43 40. Факс: +7 (347) 262 41 75.
E-mail: [email protected] 4Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы
Россия, Республика Башкортостан, 450000 г. Уфа, ул. Октябрьской революции, 3а.
Тел.: +7 (347) 273 02 90. Факс: +7 (347) 272 90 34.
E-mail: [email protected]
Методами ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии исследовано комплексо-образование янтарной и фумаровой кислот с урацилом и его производными в водной среде. Определен состав комплексных соединений и рассчитаны их константы устойчивости. Изучено влияние природы заместителей в молекуле 6-метилурацила на устойчивость образующихся комплексов.
Ключевые слова: комплексообразование, янтарная кислота, фумаровая кислота, урацил и его производные, константы устойчивости.
Введение
Одним из приоритетных направлений развития современной фармацевтической промышленности является создание новых высокоэффективных лекарственных препаратов путем комбинирования известных фармакологически активных веществ.
Это позволит повысить биологическую доступность препаратов, увеличить их терапевтическое действие, снизить необходимую терапевтическую дозу лекарственного вещества и, тем самым, уменьшить его токсичность. Такие медицинские препараты могут быть получены на основе комплексных соединений производных урацила (ПУ) с янтарной и фумаровой кислотами. Интерес к урацилам вызван высокой физиологической активностью данных веществ: противовоспалительной,
противовирусной, антигипоксической, иммуномодулирующей и др. [1]. В свою очередь, янтарная кислота (ЯК) стимулирует рост и развитие тканей, обладает способностью повышать активность клеточного дыхания, а также обеспечивает энергетическую поддержку организма [2]. В ряде случаев дозу лекарственных препаратов можно снизить, если принимать их совместно с янтарной кислотой, которая активирует защитные силы организма и усиливает действие других лекарственных веществ.
Фумаровая кислота (ФК) является интермедиатором цикла Кребса, обладает равной энергетической емкостью с глюкозой, но более высокими оперативными свойствами, улучшает синтез АТФ, в ме-
дицине используется при лечении псориаза [3, 4]. В связи с вышесказанным в настоящей работе изучено комплексообразование урацила и его производных с янтарной и фумаровой кислотами.
Экспериментальная часть Субстраты и их комплексы исследовали методами ИК- и УФ-спектроскопии. ИК спектры порошков веществ в вазелиновом масле регистрировали на спектрофотометре фирмы «Shimadzu» в области 400-3600 см-1. УФ спектры растворов были зарегистрированы относительно воды с использованием спектрофотометра иУ-2401 РС фирмы «Shimadzu» в кварцевых кюветах толщиной 1 см. Комплексы получали в равновесных условиях при низких концентрациях исходных реагентов (10-5^10-4 моль/л) в водных растворах при комнатной температуре. При этом рН растворов, измеренных на рН-метре 211/2, варьиро-
вался от 4.3 до 6.2.
Результаты и их обсуждение Анализ кето-енольного равновесия урацила и его производных Как известно, в растворах урацил может находиться в двух таутомерных формах - енольной и кетонной. Физиологической активностью обладает именно последняя форма пиримидинового основания [5]. В связи с этим на предварительном этапе исследований было проанализировано, находятся ли исследуемые урацилы в условиях реакции ком-плексообразования в дикето-форме.
1688
ХИМИЯ
В УФ спектрах кислых и нейтральных растворов урацила и его производных (5-метилурацила, 5-бром-6-метилурацила, 6-метилурацила, 5-гидрокси-6-метилурацила, 5-амино-6-метилурацила, 5-нитро-6-метилурацила) имеются две характерные полосы поглощения в областях 200-220 и 255-275 нм. На рис. 1 в качестве примера приведены УФ спектры трех производных урацила (6-метилурацила, 5-бром-6-метилурацила, 5-гидрокси-6-метилурацила).
Первая полоса в спектре относится к поглощению хромофорной группы С=0, а вторую относят к поглощению сопряжения С=С-С=0 урацилового фрагмента [6, 7]. Именно наличие максимумов в областях 200-220 и 255-275 нм свидетельствует о том, что исследуемые соединения находятся в ди-кето-форме.
А .
0.600
190.0 200.0 250.0 300.0 х, нм
Рис. 1. УФ спектр 6-метилурацила (1), 5-бром-6-метилурацила (2), 5-гидрокси-6-метилурацила (3); 23°С, [ПУ] = 5-10-5 моль/л, растворитель - вода, толщина кюветы 1 = 1 см.
Еще одним подтверждением того, что изучаемые урацилы при проведении реакции комплексо-образования находятся в дикето-форме, являются данные работ [5, 7], согласно которым производные урацила в водных растворах при рН < 7.0 существуют практически только в дикето-форме; концентрация енольной формы в данных условиях ничтожно мала.
В табл. 1 представлен диапазон рН водных растворов урацила и его производных, использованных в данной работе.
Из таблицы видно, что рН водных растворов урацилов (с концентрацией исходных реагентов 10-5^10-4 моль/л) не превышает 7.0, а следовательно, урацил и его производные представлены преимущественно дикето-формой.
Взаимодействие урацила и его производных с янтарной и фумаровой кислотами
УФ-спектроскопия. При взаимодействии
урацила и его производных с янтарной и фумаро-вой кислотами наблюдались изменения в спектрах: гипсохромный сдвиг максимумов поглощения и изменение интенсивности полос поглощения в областях 200-220 и 255-275 нм. Эти данные свидетельствуют о влиянии, оказываемом кислотами на
электронную систему урацилов вследствие образования комплексных соединений.
Состав образующихся комплексов определяли двумя спектрофотометрическими методами: методом изомолярных серий и методом молярных отношений [8-10]. Метод изомолярных серий основан на определении соотношения изомолярных концентраций реагирующих веществ, отвечающего максимальному выходу образующегося комплексного соединения. При взаимодействии производных урацила с кислотами кривая зависимости выхода комплекса, пропорционального изменению интенсивности сигнала ДА, от состава раствора характеризуется экстремальной точкой. Такая точка отвечает максимально возможной концентрации комплекса, а ее положение позволяет определить стехиометрию образующегося соединения.
На рис. 2 в качестве примера приведена изо-молярная диаграмма комплекса янтарной кислоты с 5-нитро-6-метилурацилом (5-Ы02-6-МУ), имеющая максимум при соотношении изомолярных растворов равном 0.5. Данный факт свидетельствует о том, что в исследуемой реакционной системе образуется комплекс состава 1:1.
Аналогичные зависимости, построенные для комплексов янтарной и фумаровой кислот со всеми изученными урацилами, также имеют максимум ДА при составе изомолярных растворов равном 0.5. Следовательно, исходные компоненты присутствуют в полученных комплексах в соотношении 1:1.
Подтверждением состава образующихся комплексных соединений являются данные метода молярных отношений. Данным методом фиксируются спектральные изменения в растворе при постоянной концентрации одного компонента (ЯК или ФК) в условиях переменной концентрации второго компонента (урацила или его производного). На рис. 3 изображена зависимость изменения оптической плотности растворов от соотношения концентраций 5-Ш2-6-МУ и ЯК.
Из диаграммы видно, что в исследуемой системе также образуется комплекс состава 1:1. Аналогичным образом, используя метод молярных отношений, установлено, что все изученные урацилы взаимодействуют с янтарной и фумаровой кислотами в соотношении 1:1.
Таблица 1
Значения pH водных растворов урацила и его производных; [ПУ] = (1^9)-10 моль/л, 23 °С
рУрацил и его производные | Диапазон pH |
Урацил 5.0-5.5
5-Метилурацил 5.7-6.2
6-Метилурацил 4.6-5.7
5-Амино-6-метилурацил 4.5-5.0
5-Бром-6-метилурацил 5.0-5.6
5-Г идрокси-6-метилурацил 4.3-5.0
5-Нитро-6-метилурацил 5.0-5.6
ДА
0.0 0.3 0.6 0.9
с5-М02-6-МУ/(с5-Ш2-6-МУ+сЯК)
Рис. 2. Изомолярная диаграмма для комплекса янтарной кислоты с 5-нитро-6-метилурацилом; 23°С, [ЯК] + [5-]М02-б-МУ] = 110-4 моль/л.
ДА
с5-Ш2-6-МУ/сЯК
Рис. 3. Кривая насыщения для комплекса янтарной кислоты с 5-нитро-6-метилурацилом; 23 °С, [5-М02-6-МУ] = (0.2^8.0>10-5 моль/л, [ЯК] = 210-5 моль/л.
С помощью метода молярных отношений по полученным экспериментальным данным оценены константы устойчивости комплексов янтарной и фумаровой кислот с урацилом и его производными, значения которых приведены в табл. 2.
Из таблицы видно, что устойчивость комплексов, образующихся при взаимодействии ЯК и ФК с ПУ, существенно зависит от строения урацилов.
Установлено, что константы устойчивости комплексов 6-метилурацила и ряда его замещенных (в пятом положении) с янтарной (1) и фумаровой (2) кислотами удовлетворительно описываются уравнением Гаммета (рис. 4):
^ К = (4.5 ± 0.1) - (5.5 ± 0.6)-о, (1)
^ К = (4.7 ± 0.1) - (5.2 ± 0.8>о, (2)
где о - константа Гаммета [11]. Отрицательный наклон прямых свидетельствует о том, что реакция кислот с 6-метилурацилом и его замещенными ускоряется электронодонорными заместителями.
lg к lg к
о
Рис. 4. Корреляционные зависимости констант устойчивости комплексов, образованных янтарной (1) и фумаровой (2) кислотами и рядом замещенных 6-метилурацила, с о-константами Гаммета, 23 °С.
Таблица 2
Константы устойчивости комплексов янтарной и фумаровой кислот с урацилом и его производными, 23 °С
Урацил и его производные K-10-4, л/моль
Янтарная кислота Фумаровая кислота
Урацил 0.4±0.1 -
5 -Метилур ацил 1.3+0.1 -
6-Метилурацил 4.4±0.5 5.7±0.7
5-Амино-б-метилурацил 6.7±0.8 7.0±0.9
5-Бром-б-метилурацил 2.8±0.3 3.2±0.4
5-Гидрокси-6-метилурацил 5.5±0.8 7.8±0.8
5-Нитро-б-метилурацил 1.1+0.1 2.1+0.2
ИК-спектроскопия. В ИК спектрах исходных субстратов, в частности 6-метилурацила, наиболее информативной является область 1750-1500 см-1, где проявляются валентные колебания карбонильной группы С=0 (1718 см-1) и деформационные колебания аминогруппы (1516 см-1). В области поглощения валентных колебаний К-И также проявляются интенсивные полосы валентных колебаний связей С-Н. В связи с этим, отнесение полос в этой области часто бывает затруднено [6].
В ИК спектрах янтарной и фумаровой кислот можно выделить полосы поглощения 1695 и 923 см-1 (для ЯК), 1674 и 929 см-1 (для ФК), обусловленные поглощением валентной связи карбонильной группы С=0 и деформационными колебаниями О-Н группы, соответственно. Также проявляется интенсивное поглощение в области 1420-1200 см-1, вызванное деформационными колебаниями О-Н и валентными колебаниями С-О связей.
В ИК спектре комплекса 6-метилурацила с янтарной кислотой максимум поглощения 1516 см-1 (К-И) исчезает, что указывает на участие этой функциональной группы в связывании с янтарной кислотой. При этом положение других полос меняется незначительно: максимум полосы поглощения С=0 группы 6-метилурацила смещается лишь на 2 см-1, а янтарной кислоты - на 6 см-1. В то же время следует отметить, что для комплекса характерно уменьшение интенсивности полос, характерных для карбонильных групп янтарной кислоты, а также незначительное уменьшение полосы 923 см-1, обусловленной деформационными колебаниями ОН группы кислоты. Эти данные свидетельствует об участии карбоксильной группы молекулы кислоты в комплексообразовании с 6-метилурацилом.
В ИК спектре комплекса 6-метилурацила с фумаровой кислотой наблюдается смещение максимума поглощения 1516 см-1 (К-И) на 10 см-1 в низкочастотную область, что говорит об участии данной группы в связывании с фумаровой кислотой. Следует отметить, что положение других полос, как и в случае с янтарной кислотой, меняется незначительно. Для комплекса 6-метилурацила с фумаровой кислотой также характерно уменьшение интенсивности полос, характерных для карбонильных групп (как 6-метилурацила, так и фумаровой кислоты), и значительное уменьшение полосы 929 см-1. По данным ИК-спектроскопии можно сделать вывод о том, что в комплексообразовании с 6-
метилурацилом принимает участие карбоксильная группа фумаровой кислоты.
Выводы
В настоящей работе показано, что урацил и его производные образуют с янтарной и фумаровой кислотами достаточно устойчивые комплексные соединения состава 1:1. Исследование ИК спектров полученных комплексов позволяет предположить, что они образуются посредством взаимодействия карбоксильной группы кислот с С=О и N-H группами пиримидинового кольца урацилов.
Вполне вероятно, что изученные соединения будут обладать комплексным действием и в дальнейшем могут быть успешно использованы для получения более эффективных лекарственных препаратов.
Работа выполнена при поддержке проекта № 3.1151.2011, исполняемого в рамках государственного задания Минобрнауки РФ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гимадиева А. Р., Чернышенко Ю. Н., Мустафин А. Г., Абдрахманов И. Б. Синтез и биологическая активность производных пиримидина // Башкирский химический журнал. 2007. Т. 14. № 3. С. 5-21.
2. Кондрашова М. Н., Каминский Ю. Г., Маевский Е. И. Янтарная кислота в медицине. Пущино: Изд-во ИТЭБФ РАН, 1997. 300 с.
3. Старовойтова Т. Е., Долгих В. В., Тетерина Т. А. Лечение задержек психоречевого развития производными фумаровой кислоты // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2007. № 1 (53). С. 152-153.
4. Бузлама В. С., Кузнецов Л. С., Агеева Т. И. и др. Фармакологическая характеристика фумаровой кислоты // Ветеринария. 1986. № 3. С.49-53.
5. Иванов С. П. Изучение кето-енольного равновесия некоторых производных урацилов в водных растворах: дисс. ... канд. хим. наук. Уфа, 2003. 143 с.
6. Казицына Л. А., Куплетская Н. Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Изд-во Московского университета, 1979. 240 с.
7. Iza N., Gil M., Marcillo J. Identification and tautomeric species of uracil by second derivative UV absorption spectroscopy // Journal of Molecular Structure. 1988. V. 175. № 1. P. 31-36.
8. Булатов М. Н., Калинкин Н. П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. Л.: Химия, 1986. 432 с.
9. Бек М., Надьпал И. Исследования комплексообразования новейшими методами. М.: Мир, 1989. 413 с.
10. Бадыкова Л. А. Взаимодействие арабиногалактана Сибирской лиственницы с 5-аминосалициловой кислотой, 4-аминосалициловой кислотой и гидразидом изоникатино-вой кислоты: дисс. ... канд. хим. наук. Уфа, 2007. 130 с.
11. Гаммет Л. Основы физической органической химии. М.: Мир, 1972. 524 с.
Поступила в редакцию I3.07.20I2 г.
