ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 461, № 1, с. 41-43
== ХИМИЯ
УДК 543.545.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ УСТОЙЧИВОСТИ КОМПЛЕКСОВ ВКЛЮЧЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ БЕТУЛИНА С р-ЦИКЛОДЕКСТРИНОМ МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА
© 2015 г. О. В. Попова, В. В. Сурсякова, Г. В. Бурмакина, В. А. Левданский, А. И. Рубайло
Представлено академиком РАН В.Ф. Шабановым 07.07.2014 г. Поступило 07.07.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565215070154
Бетулин и его производные, относящиеся к пентациклическим тритерпеноидам лупанового ряда, обладают фармакологической активностью, включая ингибирование вируса иммунодефицита человека, а также антибактериальное, противомалярийное, противовоспалительное, антиокси-дантное и противораковое действия [1—3]. Однако их медицинское применение весьма ограничено из-за низкой растворимости в воде, которая затрудняет подготовку инъекционной формы для ввода в организм человека.
В настоящее время растворимость многих лекарственных и биологически активных соединений, их биодоступность повышают с помощью циклодекстринов (ЦД) [4, 5]. Циклодекстрины состоят из шести (а-ЦД), семи ф-ЦД) или восьми (у-ЦД) остатков Э-глюкопиранозы, связанных по типу "голова к хвосту" а-гликозидной связью. Молекула ЦД представляет собой полый усеченный конус. Все ОН-группы в ЦД находятся на внешней поверхности молекулы, поэтому их внутренняя полость является гидрофобной и способна образовывать комплексы включения с другими молекулами органической и неорганической природы. В комплексах включения кольцо циклодекстрина является "хозяином", включенное вещество — "гостем" [6].
К одному из важнейших параметров, характеризующих реакции комплексообразования, относят константы устойчивости. Для их определения в настоящее время все чаще используют современный метод капиллярного электрофореза (КЭ). Этот метод применяют для определения констант устойчивости растворимых в воде со-
Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской Академии наук, Красноярск
E-mail: popova-olesya25@yandex.ru
единений [7, 8]. Для практически нерастворимых в воде соединений метод КЭ ранее не использовали. Цель работы — получение данных о константах устойчивости комплексов включения растворимых и практически нерастворимых производных бетулина с Р-циклодекстрином методом КЭ.
Все измерения проводили на приборе Красноярского регионального центра коллективного пользования СО РАН — системе капиллярного электрофореза с диодно-матричным детектором Agilent 3DCE G1600A ('Agilent Technologies", Германия). Использовали немодифицированный кварцевый капилляр с внутренним диаметром 50 мкм (150 мкм в районе детектора), общей длиной 64.5 см и эффективной длиной 56 см. Капилляр термостатировали при 25°C. Детектирование проводили в УФ-области при 200 нм. В качестве маркера электроосмотического потока (ЭОП) использовали диметилсульфоксид. Перед работой капилляр последовательно промывали 0.1М раствором NaOH в течение 5 мин, затем дважды по 5 мин водой и 10 мин раствором фонового электролита, а между анализами — раствором фонового электролита в течение 3 мин. Результаты обрабатывали при помощи встроенного программного обеспечения HP ChemStation Rev.A.10.02. Использовали реактивы квалификации не ниже "ч.д.а.". Производные бетулина были синтезированы по методикам [9—12].
Для растворимых в воде производных бетулина (натриевые соли 3,28-дисульфата бетулина и 3-ацетато-28-сульфата бетулина) использовали фоновый электролит на основе 20 мМ фосфорной кислоты с различными добавками Р-ЦД (0—2 мМ), рН 2.5; напряжение —30 кВ; гидродинамическое давление 50 мбар; гидродинамический ввод пробы 50 мбар в течение 2 с. Для практически нерастворимых в воде производных бетулина (бетули-новая и бетулоновая кислоты) применяли фоно-
42
ПОПОВА и др.
-0.85
- -0.95
«
м
•е
.-1.05
Иэф V
_ Иб + ИбцдК ЦД ]
(1)
1 + К[ ЦД ]
где цБ — электрофоретическая подвижность производных бетулина без Р-ЦД, ЦБцд — электрофоретическая подвижность комплекса БЦД, [ЦД] — концентрация Р-ЦД в фоновом электролите.
Поправочный коэффициент на изменение вязкости (V) рассчитываем по уравнению
V =
»ЭОП1
»ЭОП2
62
(2)
где е1 и е2 — вязкость фонового электролита в присутствии и без Р-ЦД, ?ЭОП1 и ?ЭОП2 — время, требуемое для миграции маркера ЭОП (диме-тилсульфоксид) от входного конца до детектора в присутствии Р-ЦД и без него соответственно.
Для нахождения констант устойчивости уравнение (1) преобразуем в линейную форму [13]:
1
Иэф V - И Б
1
+
1
(3)
(-1.15
-1.25
12 3 4
1/[ЦД], мМ-1
Рис. 1. Экспериментальная зависимость для расчета [уравнение (3)] констант устойчивости комплексов растворимых производных бетулина с Р-ЦД. 1 — 3-ацето-28-сульфат бетулина, 2 — 3,28-дисульфат бетулина.
вый электролит на основе 10 мМ тетрабората натрия с добавкой 10% этилового спирта, рН 9.1; напряжение +10 кВ; гидродинамическое давление 50 мбар; гидродинамический ввод пробы 50 мбар в течение 50 с.
Комплексообразование растворимых соединений с Р-ЦД изучено методом аффинного КЭ. Метод основан на измерении электрофоретиче-ской подвижности комплексов в фоновых электролитах с различной концентрацией лиганда. Для лабильных систем всем ионным формам комплексов соответствует один пик, электрофо-ретическая подвижность (цэф) которого является средневзвешенной всех ее отдельных видов и связана с содержанием комплексов в фоновом электролите.
При 1 : 1-взаимодействии цэф связана с концентрацией лиганда следующим образом:
(Ибцд - Иб )К[ ЦД ] (Ибцд - Иб) Из экспериментальных данных цэф рассчиты
ваем следующим образом:
Иэф =
^общ ^эф ( 1
и
1
и, I
ЭО
(4)
где Хобщ — общая длина капилляра, Ьэф — длина капилляра от входного конца до детектора, и — прикладываемое напряжение, — время миграции комплекса.
По тангенсу угла наклона полученной экспериментальной зависимости (рис. 1) с использованием уравнения (3) определены константы устойчивости комплексов растворимых производных бетулина с Р-ЦД методом КЭ. Их значения составили 7500 ± 100 М-1 для 3,28-дисульфата бетулина и 10100 ± 500 М-1 для 3-ацетато-28-сульфата бетулина (п = 3, Р = 0.95).
Для определения констант устойчивости комплексов включения практически нерастворимых соединений методом КЭ предложен новый способ, который основан на измерении концентрации вещества, перешедшего в растворы с различной концентрацией Р-ЦД. Предложенный способ опробован на примере комплексов включения бе-тулиновой и бетулоновой кислот с Р-ЦД.
Образцы кислот в количестве, превышающем их растворимость в воде, перемешивали при комнатной температуре в водных растворах Р-ЦД с концентрацией 0, 2, 5, 10 и 15 мМ. Установлено, что оптимальной для метода КЭ является следующая пробоподготовка: смесь кислоты с Р-ЦД в водном растворе после перемешивания последовательно центрифугировали, фильтровали, затем снова центрифугировали. Для установления оптимального времени перемешивания образцы полученной смеси отбирали через 2, 4, 8, 24 и 48 ч и анализировали методом КЭ. Найдено, что равновесие наступает в течение 2 ч и более длительного перемешивания не требуется. Измерены концентрации кислот в отсутствие Р-ЦД и при различных его концентрациях, например, на рис. 2 — при 5 мМ ЦД. На основе полученных данных построены диаграммы растворимости и по методу Хигучи—Конорса, уравнение (5) (см. [14]),
1
2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТ УСТОЙЧИВОСТИ КОМПЛЕКСОВ
43
д е
3
у е,
и н е
3
о
о П
6 7 8 9
t, мин
Рис. 2. Влияние концентрации Р-ЦД на площадь пика бетулоновой кислоты.
рассчитаны константы устойчивости комплексов кислот с Р-ЦД:
S = KS0 [ ЦД ] + S0
(5)
где ^ — растворимость кислоты в присутствии Р-ЦД; — растворимость кислоты в воде; [ЦД] — концентрация Р-ЦД в растворе. Значения констант устойчивости составили 250 ± 20 М-1 для бетулиновой и 300 ± 20 М-1 для бетулоновой кислот (п = 3, Р = 0.95).
Таким образом, впервые методом КЭ изучено комплексообразование растворимых и практически нерастворимых производных бетулина с Р-ЦД. Предложен новый способ для определения констант устойчивости практически нерастворимых в воде соединений методом КЭ. Установлены
константы устойчивости комплексов включения производных бетулина с ß-ЦД.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Толстиков Г.А., Флехтер О.Б., Шульц Э.Э., Балтика Л.А., Толстиков А.Г. // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. № 13. С. 1—30.
2. Когай Т.И., Кузнецов Б.Н. // Химия раст. сырья. 2008. № 2. С. 95-98.
3. IsmailA-Z. B., RashidN.N.A., AhmadF.B.H. // Orient. J. Chem. 2011. V. 27. №. 3. P. 959-965.
4. Zielenkiewicz W., Terekhova I.V., Kozbial M., Wszela-ka-RylikM., Kumeev R.S. // J. Phys. Org. Chem. 2008. V. 21. P. 859-870.
5. Jullian C., Moyano L., Yanez C., Olea-Azar C. // Spec-trochim. acta. Pt A. 2007. V. 67. P. 230-251.
6. Szente L., Szeman J. // Anal. Chem. 2013. V. 85. P. 8024-8031.
7. Uselova-Vcelakova K., Zuskova I., Gas B. // Electrophoresis. 2007. V. 28. P. 2145-2154.
8. Ehala S., Kasicka V., Makrlik E. // Electrophoresis. 2008. V. 29. P. 652-657.
9. Левданский В.А., Левданский А.В., Кузнецов Б.Н. // Химия раст. сырья. 2013. № 1. С. 107-111.
10. Левданский В.А., Левданский А.В., Кузнецов Б.Н. // Журн. Сиб. фед. ун-та. Химия. 2012. Т. 5. № 3. С. 274-280.
11. Левданский В.А., Левданский А.В., Кузнецов Б.Н. // Химия раст. сырья. 2012. № 4. С. 79-83.
12. Шон Ле Банг, Каплун А.П., Шпилевский А.А., Андия-Правдивый Ю.Э., Алексеева С.Г., Григорьев В.Б., Швец В.И. // Биоорган. химия. 1998. Т. 24. № 10. С. 787-793.
13. Progent F., Taverna M., Potier L.I., Gopee F., FerrierD. // Electrophoresis. 2002. V. 23. P. 938-944.
14. TerekhovaI.V., Volkova T.V., Perlovich G.L. // J. Inclusion Phenomen. and Macrocicl. Chem. 2006. V. 55. P. 335-340.
5
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.