CC BY
26Journal of Siberian Federal University. Chemistry 2 (2015 8) 277-286
УДК 547.914.4+539.2:54+615.7
Obtaining of Betulin Diacetate
and Betulin Dipropionate Composites with Aerosil
Yuriy N. Malyar*a, Svetlana A. Kuznetsovaab, Tatyana P. Shakhtshneidercd and Mikhail A. Mikhailenkoc
aInstitute of Chemistry and Chemical Technology SB RAS 50/24 Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia
bSiberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041, Russia cInstitute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry SB RAS 18 Kutateladze Str., Novosibirsk, 630128, Russia dNovosibirsk State University 2 Pirogova Str., Novosibirsk, 630090, Russia
Received 26.04.2015, received in revised form 19.05.2015, accepted 31.05.2015
The composites of betulin diacetate and betulin dipropionate with aerosil were obtained by mechanochemical methods. The physico-chemical properties of the composites were studied. The composites are characterized by increased concentration of betulin diacetate and betulin dipropionate at dissolution in water.
Keywords: betulin diacetate, betulin dipropionate, aerosil, mechanochemical activation, mechanocomposites, physico-chemical properties.
DOI: 10.17516/1998-2836-2015-8-2-277-286.
© Siberian Federal University. All rights reserved
* Corresponding author E-mail address: yumalyar@gmail.com
Получение композитов диацетата и дипропионата бетулина с аэросилом
Ю.Н. Маляра, С.А. Кузнецова36, Т.П. Шахтшнейдервг, М.А. Михайленков
аИнститут химии и химической технологии СО РАН Россия, 660036, Красноярск, Академгородок, 50/24 бСибирский федеральный университет Россия, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 вИнститут химии твердого тела и механохимии СО РАН Россия, 630128, Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18 Новосибирский государственный университет Россия, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2
Методом механической активации получены композиты диацетата бетулина и дипропионата бетулина с аэросилом и изучены их физико-химические свойства. При растворении композитов в воде достигается повышенная концентрация диацетата и дипропионата бетулина.
Ключевые слова: диацетат бетулина, дипропионат бетулина, аэросил, механохимическая активация, механокомпозиты, физико-химические свойства.
Диацетат бетулина (3р, 28-диацетокси-луп-20(29)-ен(1)) (ДАБ) и дипропионат бетулина (3р, 28-дипропиокси-луп -20 (29) - ен (1)) (ДПБ) - эфиры уксусной и пропионовой кислот и бетулина - являются перспективными веществами для фармакологии [1-4]. Структурные формулы диацилов бетулина представлены на рис. 1. Одним из основных препятствий, ограничивающих использование этих производных бетулина в медицине и ветеринарии, является их низкая биологическая доступность, связанная с плохой растворимостью в воде.
При 1= = -СНз - диацетат бетулина, Я = -СН2-СН3 - дипропионат бетулина Рис. 1. Структурные формулы диацетата и дипропионата бетулина
Рис. 2. Структура поверхностного слоя аэросила
Известно, что механическая активация лекарственных веществ приводит к диспергированию и разупорядочению их кристаллической структуры вплоть до полной аморфизации, способствуя увеличению скорости растворения и растворимости субстанций. Добавление при этом полимерного носителя может стабилизировать разупорядоченное состояние лекарственного вещества [5-7]. В качестве носителей можно использовать различные полимеры природного и синтетического происхождения, например поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль, арабиногалактан [8-10].
Аморфный непористый диоксид кремния ^Ю2) с размером частиц от 5 до 40 нм может использоваться в качестве носителя активных веществ в парфюмерии и медицине [11-13]. Адсорбционные свойства аэросила определяются, прежде всего, наличием на его поверхности силанольных Si-OH- и силоксановых Si-O-Si-групп. На рис. 2 представлена структура поверхностного слоя аэросила.
Целью данной работы являлось получение композитов диацетата и дипропионата бету-лина с аэросилом с помощью механической активации, исследование их физико-химических свойств.
Экспериментальная часть
Диацетат и дипропионат бетулина получали из коры березы по разработанным ранее в ИХХТ СО РАН методикам [14, 15], аэросил использовали торговой марки «Полисорб МП».
Механическую активацию (МА) исходных компонентов и смесей ДАБ и ДПБ с аэросилом проводили в ударно-шаровой мельнице SPEX-8000 (США) с массой шаров 60 г и диаметром шаров 0,6 см. Объём стальных барабанов 60 мл, отношение массы навески к массе шаров 1:30, нагрузка на шар 10 g. Соотношение компонентов «диацил бетулина - аэросил» составляло 1:9 (по массе). Продолжительность активации варьировалась от 5 до 30 мин. Для сравнения с механоактивированными образцами были приготовлены физические смеси простым перемешиванием исходных компонентов.
Растворение образцов проводили в течение 24 ч при T = (37±1) oC с использованием тестера растворимости 705 DS (Varian Inc, Netherlands). 200 мг смеси помещали в 250 мл воды. Отобранные пробы центрифугировали в течение 15 мин при 8000 об/мин и отфильтровывали с помощью мембранного фильтра (Millipore, d=0.2 мкм). Фильтрат объёмом ~60 мл выпаривали и растворяли в этиловом спирте. Концентрацию ДПБ в полученном спиртовом растворе определяли на жидкостном хроматографе «Милихром А-02» Эконова», Россия, колонка ProntoSil С18, подвижная фаза - вода-ацетонитрил. В качестве стандарта использовали спиртовые растворы диацилов бетулина. Полученные значения пересчитывали на первоначальный объём фильтрата.
Электронные микрофотографии получены на растровом электронном микроскопе ТМ-1000 HITACHI (Япония).
Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на дифрактометре D8 DISCOVER с двухкоор-динатным детектором GADDS (Bruker), СиКа-излучение.
Инфракрасные спектры нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) в диапазоне частот 4000-600 см-1 снимали на Фурье ИК-спектрометре Digilab Excalibur 3100 (США) с использованием приставки НПВО фирмы Pike с кристаллом ZnSe без прессования образцов.
Результаты и обсуждение
Композиты диацетата бетулина с аэросилом
Механическая активация смеси диацетата бетулина с аэросилом приводит к гомогенизации смеси в результате диспергирования компонентов и образованию механоактивированных композитов.
На рис. 3 представлены электронные микрофотографии диацетата бетулина, аэросила и смесей диацетата бетулина с аэросилом, механоактивированных в течение 15 и 30 мин.
На рис. 3 видно, что исходный ДАБ представляет собой игольчатые кристаллы с размером частиц от 10 до 100 мкм, аэросил - это белые хлопьевидные агрегаты. Механическая обработка ДАБ с аэросилом в течение 15 мин приводит к тому, что диацетат бетулина теряет кристаллическую форму, смесь становится гомогенной, однородной и состоит из агрегатов частиц размером 5-30 мкм. С увеличением продолжительности механической обработки до 30 мин размер агрегатов увеличивается.
На рис. 4 представлены ИК-спектры физической и механоактивированных смесей ДАБ с аэросилом.
В спектрах механоактивированных смесей диацетата бетулина с аэросилом (кривые 2, 3, 4) наблюдается увеличение интенсивности полос колебаний карбонильной группы в области 1740-1700 см-1 по сравнению со спектром физической смеси компонентов (кривая 1). Увеличение интенсивности пиков карбонильной группы при механической активации смесей может быть связано с особенностями метода НПВО, где значительную роль играет поверхность вещества. В случае физической смеси на поверхности образца присутствует в основном аэросил, в то время как при механической обработке происходит увеличение поверхности ДАБ в результате его измельчения и распределения по поверхности аэросила. Кроме того, при механической активации происходит смещение полос колебаний С=О-группы в область более низких частот,
Рис. 3. Электронные микрофотографии (увеличение в 1000 раз): 1 - ДАБ; 2 - аэросила; 3 - смеси ДАБ-аэросил, механически ативированной в течение 15 мин; 4 - смеси ДАБ-аэросил, механически активировонной в течение 3Н мин
14 0 0
Волновое число, см
Рис. 4. ИК- спектры НПВО смесей ДАБ - аэросил: физическая смесь (1); смеси, механоактивированные в течение 5 мин (2); 15 мин (3); 30 мин (4)
T-1-1-1-1-1-1 -1-.-E-.-1-.-1—
" *= ip 7(1 зл -HI
20. град 20. гряд
а) б)
Рис. 5. Дифрактограммы механоактивированных аэросила (а) и смеси ДАБ-аэросил (б) в течение: 1-5 мин; 2-15 мин; 3 - 30 мин
что позволяет предположить увеличение длины связи в карбонильной группе в результате обра зования межмолекулярных водородных с вязей.
На рис. 5 представлены дифрактограммы механоактивированного аэросила 1а) и механоактивированных смесей диацетата бетулина с аэросилом (б).
На дифрактограмме смеси диацетата бетулина с аэросилом, механоактивированной в течение 5 мин (кривая 1 на рис. 5 б), в об лнстн 1 0-20 нрадусов присутствуют рефлексы, свидетельствующие о наличии в смеси кристаолического диацетата антулина. Некоторое уменьшедие интенсивности рефлексов и их уширение на дифрактограммах смеси диацетат бетулина-аэросил при увеличении продолжительности механической активации а 5 до м0 мин может говорить о диспергировании образцов. После 15 мин активации наалюдается почти полное исчезновение рефлексов диацетата бетулина в области 10-20 градусов, что свидетельствует о его аморфизации (дифрактограмма 2, рис. 5б).
Композиты дипропионата бетулина с аэросилом
Исходный ДПБ представляет собой кристаллы размером от 10 до 100 мкм (рис. 6а). В результате механической обработки кристаллы дипрюпионата бетулина измельчаются до раз-мерок 5-10 мкм. Механичеакая обработка с поли мерами приводит к том}', что дипрепионат бетулина теряет кристаллическую форму. Смесь ДПБ с SiO2 является однородной и состоит из агрегатов частиц размером 5-30 мкм. После механической активации, как и в случае смесей аэроси ла с ДАБ, смесь гомоге низирлется в результате диспергирования и переме шивания компонентов.
а б в
Рис. 6. Электронные микрофотографии (увеличение в 1000 раз): а - ДПБ, перекристаллизов анный из этанола; б - аэросил;в - смесьДПБ-8Ю2, механо активированная 15 мин
20, град
Рис. 7. Дифрактограмма смеси ДПБ-аэросил, механоактивированной в течение 5 (1), 15 (2) и 30 мин (3)
Методом ВЭЖХ подтверждено, что химический состав образцов дипропио ната б етулина после механической активации не изменяется.
На ргс. 7 представлсна дифрактограмма смеси ДПБ с аэросисрм после ме ханичестой аб-тивации в течениб 0-30 мин.
На дифракторрамме смеси ДПБ с аэросилом, механоактивированной в течение 5 мин, в области 10-20 градусов наблюдаются рефлексы, авидетельстеующио о наличии в смеси кристаллического ДПБ. Уменьшение интенсивности рефлсксов и ихуширение та дифрактеграмме
- 283 -
смеси ДПБ с SiO2 при увеличении продолжительности механической активации с 5 до 30 мин может говорить о диспергировании образцов. После 15 мин активации на кривой 2 (рис. 7) наблюдается почти полное исчезновение рефлексов ДПБ в области 10-20 градусов, что свидетельствует об его аморфизации.
Таким образом, используемые физико-химические методы - электронная микроскопия, ИК-спектроскопия и РФА - показали, что механическая активация смесей диацетата и дипро-пионата бетулина с аэросилом приводит к образованию композитов, и диацилы бетулина в полученных композитах присутствуют в аморфном состоянии.
Растворимость физических
и механоактивированных смесей
С помощью 1В ЭЖХ была исследована ко нцентроция ДПБ и ДАБ при растворении их смесей с аэросилом в воде.
Из данных, представленных нарис. 8, следует, что концентрация ДПБ в воде прн растворении физичес кой смеси ДПБ с Si02 при продолжителтности раствирения 2 4 часа составииа 0,7 мг/л. Растворимость ДПБ в воде возрастает после механической активации ДПБ с SiO2 в течение 15 мин и через 24 ч достигает д,1 мг/л, что приблизительно в 8 раз болаше растворимости физичес кой смеси исходсых веществ.
Концентрация ДАБ в воде при растворении физической смеси ДАБ с SiO2 составила 1,2 мг/л, а для механоактивированной в течение 15 мин смеси - 0,8 мг/л.
С увеличением продолжительности механической активации смесей ДАБ и ДПБ с аэросилом до 30 мин концентрация ДАБ и ДПБ в растворе не увеличивается, возможно, за счет укрупнения агрегатов диацилов бетулина с аэросилом, что может препятствовать переходу диацеиов в рас твор.
С, мг/л
О 10 20 30 40 50
Время, ч
Рис. 8. Динамика изменения концентрации ДПБ в растворе при растворении: физической смеси ДПБ с аэросилом (1), механоактивированной смеси ДПБ с аэросилом (2)
Увеличение растворимости диацилов бетулина в воде из механоактивированных композитов может быть связано с распределением ДАБ и ДПБ в аэросиле и их аморфизацией, что облегчает их последующее растворение.
Выводы
Получены механоактивированные композиты диацетата и дипропионата бетулина с аэросилом. С помощью физико-химических методов электронной микроскопии, ИК-спектроскопии и РФА показано, что механохимическая активация приводит к образованию композитов диацетата бетулина с аэросилом и аморфизации кристаллических диацилов.
Показано, что при растворении в воде физических смесей и механоактивированных композитов увеличивается раствормость диацилов бетулина в воде от 0,8 до 6,1 г/мл.
Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (14-03-31900-мол_а).
Список литературы
1. Кузнецова С. А., Васильева Н. Ю., Калачева Г. С., Титова Н. М., Редькина Е. С., Сквор-цова Г. П. Получение диацетата бетулина из бересты коры березы и изучение его антиокси-дантной активности // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2008. Т. 1. №2. С. 151-165.
2. Кузнецова С. А., Скворцова Г. П., Маляр Ю. Н., Соколенко В. А., Кузнецов Б. Н. Синтез дипропионата бетулина из бересты березы // Химия раст. сырья. 2011. №4. С. 77-82.
3. Кузнецова С. А., Кузнецов Б. Н., Скворцова Г. П., Васильева Н. Ю., Скурыдина Е. С., Калачева Г. С. Разработка способов получения диацилов бетулина из коры березы // Химия в интересах устойчивого развития. 2010. Т.18. С. 313-320.
4. Сымон А В., Веселова Н. Н, Каплун А. П, Власенкова Н. К, Федорова Г. А., Лютик А. И., Герасимова Г. К, Швец В. И. Синтез циклопропановых производных бетулиновой и бетуло-новой кислот и их противоопухолевая активность // Биоорганическая химия. 2005. Т. 31, № 3. С. 320-325.
5. Sugimoto M., Okagaki T., Narisawa S., Koida Y., Nakajima K. Improvement of dissolution characteristics and bioavailability of poorly water-soluble drugs by novel cogrinding method using water-soluble polymer. Int. J. Pharm. 1998. V.160. P. 11-19.
6. Liu R. (ed.) Water-Insoluble Drug Formulation. CRS Press. 2008. P. 669.
7. Shakhtshneider T.P., Boldyrev V.V. Mechanochemical synthesis and mechanical activation of drugs. "Reactivity of Molecular Solids". Ed. E. Boldyreva, V. Boldyrev. John Wiley & Sons LTD. England. 1999. P. 271-312.
8. Шахтшнейдер Т.П., Кузнецова С.А., Михайленко М.А., Маляр Ю.Н., Болдырев
B.В. Получение нетоксичных композитов бетулина с поливинилпирролидоном и полиэ-тиленгликолем // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2012. T.5, №1,
C. 52-60
9. Шахтшнейдер Т.П., Кузнецова С.А., Михайленко М.А., Маляр Ю.Н., Замай А.С., Болдырев В.В. Влияние механохимической обработки на физико-химические и противоопухоле-
вые свойства смесей диацетата бетулина с арабиногалактаном // Химия природных соединений. 2013. №3. С. 401-404.
10. Кузнецова С.А., Маляр Ю.Н., Шахтшнейдер Т.П., Михайленко М.А., Дребущак В.А., Болдырев В.В. Механохимическое получение композитов эфиров бетулина с арабиногалакта-ном и изучение их физико-химических свойств // Химия в интересах устойчивого развития. 2013. Т.21, № 6. С. 663-668.
11. Jonat S., Hasenzahl S., Drechsler M., Albers P., Wagner K.W., Schmidt P.C. Investigation of compacted hydrophilic and hydrophobic colloidal silicon dioxides as glidants for pharmaceutical excipients // Powder Technology. 2004. Vol. 141. No. 2. P. 31-43.
12. L.T. Zhuravlev. The surface chemistry of amorphous silica. Zhuravlev model // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2000. Vol. 173. No. 1-3. P. 1-38.
13. Gohel M. C. Improvement of nimesulide dissolution from solid dispersions containing croscarmellose sodium and Aerosil 200 // Acta Pharmaceutica. 2002. Vol. 52. No. 4. P. 227-241.
14. Патент 2436791 РФ. Способ получения диацетата бетулинола / С.А. Кузнецова, Б.Н. Кузнецов, Г.П. Скворцова; Заявлено 06.05.2010; Опубл 20.12.2011. Бюл. № 35. 6 с.
15. Патент 2469043 РФ. Способ получения дипропионата бетулинола/ С.А. Кузнецова, Г.П. Скворцова, Ю.Н. Маляр, Б.Н. Кузнецов; Заявлено 07.12.2011; Опубл. 10.12.2012. Бюл. № 34. 7с.
