Научная статья на тему 'Об особенностях взаимодействия хитозана с антибиотиком гентамицином в уксусно-кислых растворах'

Об особенностях взаимодействия хитозана с антибиотиком гентамицином в уксусно-кислых растворах Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
618
75
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ХИТОЗАН / КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ / ГЕНТАМИЦИН / CHITOSAN / COMPLEX FORMATION / GENTAMYCIN

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Кулиш Е. И., Мурзагильдина А. С., Мударисова Р. Х., Кузина Л. Г., Колесов С. В.

Изучены особенности комплексообразования полимера природного происхождения хитозана с антибиотиком аминогликозидного ряда гентамицином. Показано, что взаимодействие хитозана с гентамицином происходит за счет образования водородных связей, прочность и количество которых зависит от концентрации уксусной кислоты, используемой в качестве растворителя.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PECULIARITIES OF CHITOSAN INTERACTION WITH GENTAMYCIN ANTIBIOTIC IN ACETIC SOLUTIONS

In the article there are studied some peculiarities of interacting chitosan, a nature origin polymer, with gentamycin, an aminoglycoside antibiotic. It is shown that the interaction of chitosan and gentamycin is carried out at the expense ofhydrogen bond formation, the solidity and number of which depend on acetic acid concentration used as a solvent.

Текст научной работы на тему «Об особенностях взаимодействия хитозана с антибиотиком гентамицином в уксусно-кислых растворах»

УДК 541.64:536

ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ХИТОЗАНА С АНТИБИОТИКОМ ГЕНТАМИЦИНОМ В УКСУСНО-КИСЛЫХ РАСТВОРАХ

© Е. И. Кулиш1*, А. С. Мурзагильдина1, Р. Х. Мударисова2,

Л. Г. Кузина1, С. В. Колесов2

1 Башкирский государственный университет,

Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

Тел./факс: +7 (347) 273 66 08.

E-mail: alenakulish @ rambler. гы 2Институт органической химии Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 71.

Изучены особенности комплексообразования полимера природного происхождения хито-зана с антибиотиком аминогликозидного ряда - гентамицином. Показано, что взаимодействие хитозана с гентамицином происходит за счет образования водородных связей, прочность и количество которых зависит от концентрации уксусной кислоты, используемой в качестве растворителя.

Ключевые слова: хитозан, комплексообразование, гентамицин.

Введение

Современные исследователи уделяют большое внимание изучению полимерных лекарственных соединений. Это связано с тем, что фармакологические препараты, связанные с полимерной матрицей, имеют пролонгированный терапевтический эффект и менее выраженную токсичность. В качестве матрицы для иммобилизации лекарственных препаратов перспективным представляется использование природного полисахарида - хитозана, который обладает рядом ценных свойств - низкой токсичностью, во-дорастворимостью и высокой физиологической активностью, способностью к пленкообразованию. В литературе имеются сведения о возможном медицинском применении хитозана, в том числе по получению ранозаживляющих повязок на его основе [1-5]. Однако сведения о комплексообразовании хитозана с лекарственными соединениями практически отсутствуют. Целью данной работы является изучение комплексообразования хитозана с антибиотиком аминогликозидного ряда - гентамицином, активно применяемом при лечении гнойных инфекций кожи и мягких тканей (в т.ч. инфицированных ожогов), раневых инфекций и др. [6].

Экспериментальная часть

В качестве объектов исследования использован образец хитозана (ХТЗ) производства ЗАО «Биопрогресс» (Россия), полученный щелочным дезацетилированием крабового хитина (степень деацетилирования ~84%), с Мп=80000 и антибиотик - гентамицина сульфат (ГМ), используемый без дополнительной очистки.

ИК-спектры образцов записывали на спектрометре «Shimadzu» в области 700-3600 см-1. УФ-спектры всех образцов снимали в кварцевых кюветах толщиной 1 см относительно воды на спектрофотометре <^ресоМ М-40» в области 220-350 нм. Растворителем служила уксусная кислота с концентрацией - 1, 10, 70 %масс. Спектры 1Н ЯМР регистрировали на приборе «Бгикег АМ-300» (рабочая

частота 300 МГц), растворитель Б2О. Величину рН растворов контролировали с помощью рН-метра АНИОН 4100. Определение степени протонирования ХТЗ в растворе уксусной кислоты проводили для растворов ХТЗ с концентрацией 0.05 %масс, согласно методике, описанной в работе [7].

Продукты взаимодействия получали смешением растворов ГМ и ХТЗ (1 = 25 °С, время реакции 1 ч.) В качестве растворителя для ХТЗ использовали уксусную кислоту различной концентрации (1, 10, 70 %масс.). Концентрация ХТЗ в растворе составляла 2 %масс. Синтезированные соединения очищали двухкратным переосаждением реакционного раствора в изопропиловый спирт (при соотношении объемов реакционной смеси и изопропилового спирта 1:5), с последующей отмывкой выпавшего осадка комплекса изопропиловым спиртом. Далее осадок высушивали в вакууме до постоянной массы. Константу равновесия комплексных соединений определяли, используя метод мольных отношений [8]. Количество ГМ, комплексносвязаного с ХТЗ, определяли по данным элементного анализа. Значение характеристической вязкости ХТЗ [п] в растворах уксусной кислоты определяли по стандартной методике [9].

Обсуждение результатов

Электронный спектр ГМ при его концентрации 10-2 моль/л в 1%-ной уксусной кислоте характеризуются наличием одного максимума поглощения при 286 нм. При добавлении в раствор сравнимого количества ХТЗ (который сам в этой области спектра не поглощает), интенсивность пика поглощения увеличивается, а максимум поглощения сдвигается примерно на 4 нм (рис.). Спектральные изменения свидетельствуют о влиянии, оказываемом ХТЗ на электронную систему ГМ и образовании комплекса.

В ИК спектре продукта реакции по сравнению со спектром ХТЗ появляется полоса поглощения, характерная для лекарственного препарата, 619 см-1, (группа SO42-). Кроме того, наблюдается незначи-

* автор, ответственный за переписку

26

ХИМИЯ

тельное смещение всего спектра в область меньших длин волн. Обращает на себя внимание существенное изменение соотношения между интенсивностью полос, соответствующих гидроксильным и азотсодержащим группам как ХТЗ, так и лекарственного вещества (за стандартную принималась полоса 2900 см-1, соответствующая валентным колебаниям ме-тильных и метиленовых групп) (табл. 1).

210 250 290 Х,нм

Рис. УФ спектры 1 - ХТЗ, 2 - ГМ, 3 - ХТЗ-ГМ.

Анализ изменения соотношения интенсивности позволяет предположить, что основное взаимодействие между молекулами лекарственного вещества и макромолекулами ХТЗ происходит с образованием водородных связей с участием первичной аминогруппы (полоса при 1590 см-1), ацетамидной группы (полоса при 1640 см-1) и гидроксильными группами ХТЗ (полоса при 1458 см-1) с одной стороны, и ГМ с другой. Более того, анализ ИК спектров позволяет сделать вывод о том, что взаимодействие между ХТЗ и ГМ происходит в большей степени при получении продукта реакции в 1% уксусной кислоте, поскольку уменьшение интенсивности полос поглощения в спектрах продукта реакции, полученного из 70%-ной кислоты существенно меньше, нежели полученного из 1% уксусной кислоты.

Прямое определение количества ГМ, комплексносвязанного с хитозановой матрицей, подтверждают данные ИК спектроскопии. Как видно из данных, приведенных в табл. 2, количество ГМ, комплексносвязанного с хитозановой матрицей уменьшается при увеличении концентрации уксусной кислоты, используемой в качестве растворителя.

О меньшем образовании водородных связей между ХТЗ и ГМ при увеличении кислотности среды косвенно свидетельствует и изменение растворимости продукта взаимодействия. Так, продукт взаимодействия ХТЗ с ГМ, полученный из 70%-ной уксусной кислоты, растворяется в 1.5-2 раза быстрее, нежели комплекс, полученный из 1%-ной уксусной кислоты.

Изменение кислотности среды находит свое отражение и на константе равновесия. Как видно из данных табл. 2, чем меньше концентрация уксусной кислоты, используемой в качестве растворителя, тем больше константа равновесия.

Рассчитанные из данных по константам равновесия значения молярных энергий связи составили 20 и 14 кДж/моль для комплексов, полученных из 1%-ной и 70%-ной уксусной кислоты. Такие значения находятся на уровне значений, характерных для водородных связей.

Обнаруженное влияние концентрации уксусной кислоты на устойчивость и количество образуемого комплекса ХТЗ-ГМ может быть объяснено с учетом конформационных перестроек в макромо-лекулярном клубке ХТЗ. Как видно из приведенных в табл. 2 данных степень протонирования макромолекул уменьшается при увеличении концентрации уксусной кислоты в растворе вследствие уменьшения степени диссоциации уксусной кислоты. При этом чем больше степень протонирования ХТЗ в растворе, тем более развернутую конформацию должен иметь макромолекулярный клубок, вследствие отталкивания одноименных зарядов. Можно предположить, что именно в том случае, когда реализуется вытянутая форма макромолекулы доступность звеньев ХТЗ для взаимодействия с молекулой антибиотика максимальна.

Дополнительным подтверждением образования комплексов между ХТЗ и ГМ посредством водородных связей являются данные ЯМР-спектроскопии. В ЯМР 1Н спектре комплекса сигналы протонов при вторичной -N4- группе ГМ и ацетильной группе ХТЗ сильно уширяются на 0.3 м.д. и сдвигаются в слабое поле примерно на 0.15 м.д. Остальные сигналы ГМ также перекрываются сильно уширенными сигналами ХТЗ. Сравнение спектров ХТЗ, ГМ и их комплекса показывает, что для комплекса сигналы протонов -СН2- при первичной аминогруппе ГМ накладываются на сигнал ХТЗ и сдвигаются в слабое поле на 0.13 м.д. Эти данные могут свидетельствовать о взаимодействии ХТЗ с ГМ посредством водородной связи по КН2-группе ХТЗ с первичными и вторичными КН2-группами ГМ и возможно по их гидроксильным группам.

Таблица 1

Значение соотношение интенсивностей некоторых полос поглощения из данных ИК спектров

Образец 11640/12900 11590/12900 11458/12900

ХТЗ ГМ

Комплекс ХТЗ-ГМ,

1 %-ной уксусной кислоты

Комплекс ХТЗ-ГМ, полученный 70%-ной уксусной кислоты

полученный из

из

0.57

0.17

0.18

0.51

0.35

0.17

0.23

0.72

0.49

0.32

0.37

Таблица 2

Некоторые характеристики комплексов хитозан-гентамицин

Концентрация CH3COOH в исходном растворе, г/дл Содержание ГМ в комплексе, % масс. Кравновесия, л/моль Степень протонирования ХТЗ, а

1 59.8

10 42.8

70 39.6

Заключение

Таким образом, исследование взаимодействия гентамицина с хитозаном позволяет говорить о комплексообразовании между молекулой полимера и антибиотика за счет образования водородных связей, прочность и количество которых зависит от концентрации уксусной кислоты, используемой в качестве растворителя. Возможная причина влияния уксусной кислоты на прочность и количество комплекса - конформационные перестройки хито-зана, обусловленные существенно различной степенью протонирования.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и республики Башкортостан (грант р_поволжье_а № 11-03-97016).

ЛИТЕРАТУРА

1. Марквичева Е. А. // Хитин и хитозан: Получение, свойства

и применение. / Ред. Скрябин К. Г., Вихорева Г. А., Варламов В. П. М.: Наука, 2002. С. 315-326.

4100 0.62

780 0.54

350 0.10

2. Валуев Л. И., Валуева Т. А., Валуев И. Л., Плата Н. А. //

Успехи биологической химии. 2003. Т.43. C. 307-328.

3. Сливкин А. И., Лапенко В. Л., Арзамасцев А. П., Болгов А. А. // Вестник ВГУ. 2005. Серия: Химия. Биология. Фармация. №2. C. 73-87.

4. Вихорева Г. А., Г альбрайх Л. С. // В книге Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение. / Ред. Скрябин К. Г., Вихорева Г. А., Варламов В. П. М.: Наука, 2002. C. 254-279.

5. Muzarelli R. A. A., Tanfani F., Emanuelli M., Gentile S. // J. Appl. Biochem. 1980. V.2. P. 380-389.

6. Машковский М. Д. Лекарственные средства. Харьков: Торсинг 1997. Т.2. С. 278.

7. Rinando M., Pavlov G., Desbrieres J. // Polumer.1999. V.40. P. 7029-7032.

8. Булатов М. И., Калинкин И. П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. Л.: Химия, 1986. С. 245-247.

9. Рафиков С. Р., Будтов В. П., Монаков Ю. Б. Введение в физи-кохимию растворов полимеров. М.: Наука, 1978. 328 с.

Поступила в редакцию 14.11.2011 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.