Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,736

NMR SPECTROSCOPIC STUDY OF SUPRAMOLECULAR NANOCOMPLEX CYTAFATUM WITH β-CYCLODEXTRIN

Nurkenov O.A. 2 Seilkhanov T.M. 1 Fazylov S.D. 2 Issayeva A.Z. 2 Kabieva S.K. 3 Takibayeva A.T. 3
1 Kokshetauskiy state University Sh. Ualikhanov
2 Institute of organic synthesis and coal chemistry of the Republic of Kazakhstan
3 Karagandinski state technical University
В статье приведены данные по изучению и подробно интерпретированы одномерные (1Н и 13С) и двумерные (COSY, HMQC) спектры ЯМР цитафата (О,О-диметил-N-цитизинилфосфат), β-циклодекстрина и их супрамолекулярных комплексов. По изменениям значений химических сдвигов ядер 1Н и 13С цитафата и β-циклодекстрина установлено вхождение субстрата в полость рецептора a-пиридоновым фрагментом молекулы с образованием инклюзионного комплекса состава 1:1.
The article presents data on studying dimensional (1H and 13C) and two-dimensional (COSY, HMQC) NMR spectra of cytafat (О,О-dimethyl -N-cytisinilphosphate), β-cyclodextrin and their inclusion complexes were studied and interpreted in detail. The occurrence of substrate in the inner sphere of the receptor by a-pyridone moiety of the molecule to form the inclusion complex of 1:1 was found by a change in the values ​​of 1H and 13C chemical shifts of cytafat and β-cyclodextrin.
cytafatum
β-cyclodextrin
NMR spectroscopy

В настоящее время в связи с интенсивным развитием фармацевтической индустрии разработка новых форм лекарственных средств приобретает огромное значение. Мировые тренды использования лекарственных средств показывают постепенно происходящую замену устаревших препаратов на более эффективные и безопасные лекарственные средства новых поколений. Фарминдустрия сегодня и в будущем большие перспективы связывает с капсулированием лекарственных средств эффективными рецепторами, которые позволяют получать твёрдые лекарственные формы из жидких, способствуют стабилизации активных веществ к действию света и тепла, увеличивают растворимость препарата, улучшают его биодоступность, маскируют нежелательные запахи и вкус [6]. Капсулирование фармпрепаратов позволяет получать лекарства пролонгированного, программированного и трансдермального воздействия и увеличивает возможность целенаправленного транспорта лекарства в организме непосредственно к месту его воздействия. В этой связи получение супрамолекулярных нанокапсулированных форм фармацевтически активного цитафата (О,О-диметил-N-цитизинилфосфат) с β-циклодекстрином (β-ЦД) и установление их структуры является актуальной задачей современной химии и медицины.

Цель исследования

ЯМР-спектроскопическое изучение супрамолекулярного нанокомплекса цитафата с β-циклодекстрином.

Материалы и методы исследования

Спектры ЯМР 1Н и 13С цитафата, β-ЦД и их супрамолекулярного комплекса снимали в ДМСО-d6 на спектрометре JNN-ECA 400 (400 и 100 МГц на ядрах 1Н и 13С) компании «Jeol» производства Японии. Химические сдвиги измерены относительно сигналов остаточных протонов или атомов углерода дейтерированного диметилсульфоксида.

Результаты исследования и их обсуждение

Одним из основных методов исследования супрамолекулярных комплексов включения в настоящее время является спектроскопия ЯМР [2, 3]. Данный метод был использован нами для изучения лекарственной формы фармацевтически активного цитафата с β-ЦД (рис. 1).

Среди известных в настоящее время для фармпрепаратов капсулирующих рецепторов β-ЦД (рис. 2) [5] отличается рядом замечательных свойств, обусловленных его структурой. β-ЦД является циклическим олигосахаридом, состоящий из семи звеньев D-глюкопиранозы. Молекула β-ЦД имеет форму усечённого конуса, во внутренней гидрофобной связывающей поверхности которого размещены протоны Н-3 и Н-5, а на внешней – Н-2 и Н-4. Важнейшей чертой β-ЦД является способность его к гидрофобному связыванию молекулы гостя в своей полости в водной среде.

Исследование методом спектроскопии ЯМР супрамолекулярных нанокомплексов включения цитафата с β-ЦД основано на определение разницы в значениях химических сдвигов 1Н и 13С субстратов и рецептора в свободном состоянии и в составе комплексов в результате межмолекулярного взаимодействия. По величине химсдвигов внутренних или внешних протонов β-ЦД можно выявить образование соответственно внутренних или внешних комплексов. Изменение химических сдвигов 1Н и 13С в спектрах субстрата позволяет определить направление вхождения последнего в полость β-ЦД [1, 4].

Как было отмечено ранее, изучение протонных спектров объектов исследования позволит выявить разницу в значениях химических сдвигов ядер 1Н, и тем самым сделать выводы о существовании комплекса и взаимодействующих атомах его составных частей. Для ПМР спектра β-ЦД (рис. 3, а) характерно проявление шести групп сигналов в области 3,23–3,32; 3,45–3,60; 4,47–4,49; 4,77–4,78; 5,66; 5,71–5,73 м.д. Наиболее низкопольный дублетный сигнал в диапазоне 5,71–5,73 м.д. с расщеплением 4 Гц принадлежит протону гидроксильной группы при атоме С-2. Также в области слабого поля резонирует протон ОН-группы соседнего атома (ОН-3), находящийся во внутренней полости молекулы β-ЦД (δ = 5,66 м.д., дублет). Дублетный сигнал в области 4,77–4,78 м.д. соответствует протону Н-1. Расположение указанного протона в более слабом поле по сравнению с протонами других СН-групп обусловлено влиянием со стороны атома кислорода. Гидроксильная группа ОН-6 резонирует, расщепляясь на триплет с центром 4,48 м.д. В области сильного поля (3,49–3,60 м.д.) наблюдается накопление сигналов Н-6 а, b метиленовой группы. Высокоинтенсивный сигнал при 3,45 м.д. соответствует протонам Н-3 и Н-5 гдюкопиранозного звена. В диапазоне от 3,23 до 3,32 м.д. проявляются метиновые протоны Н-2 и Н-4.

По результатам химические сдвиги ядер 1Н и 13С ЯМР-спектров цитафата и β-ЦД вне комплекса и в его составе (таблица) можно отметить, что все протоны глюкопиранозного звена β-ЦД в составе комплекса смещаются в сторону более слабого поля по сравнению с аналогичными протонами индивидуального комплексообразователя. Следует отметить, что наибольшая разница в значениях химического сдвига (∆δ(1Н) = 0,13–0,15 м.д.) свойственна протонам внутренней полости торообразной молекулы Н-3 и Н-5 вследствие взаимодействия указанных протонов с полярным лигандом и образованием внутреннего нанокомплекса.

Химические сдвиги (м.д.) ядер 1Н и 13С ЯМР-спектров цитафата и β-ЦД вне комплекса и в его составе

nur1a.tif nur1b.wmf

Рис. 1. Структурная формула цитафата

nur2.tif

Рис. 2. Структурная формула β-ЦД

 

Группа

В свободном состоянии (δ0)

В составе комплекса (δ)

∆δ(δ–δ0)

СНх

δ(1Н)

δ(13С)

δ(1Н)

δ(13С)

∆δ(1Н)

∆δ(13С)

цитафат

2

>С=О

162,75

162,80

0,05

3

=СН-

6,19

116,19

6,20

116,18

0,01

– 0,01

4

=СН-

7,31

139,44

7,32

139,52

0,01

0,08

5

=СН-

6,12

104,94

6,13

105,07

0,01

0,13

6

>С=

151,17

151,17

0

7

>СН-

2,96

34,09

2,93

34,00

– 0,03

– 0,09

8

-СН2-

1,84

25,16

1,84

25,14

0

– 0,02

9

>СН-

2,34

26,83

2,34

26,79

0

– 0,04

10

-СН2-

3,70

49,46

3,70

49,48

0

0,02

11

-СН2-

3,01

51,03

3,02

51,02

0,01

0,01

13

-СН2-

2,99

52,16

2,99

52,15

0

– 0,01

14

О-СН3

3,29

52,71

3,28

52,75

– 0,01

0,04

15

О-СН3

3,17

52,54

3,16

52,57

– 0,01

0,03

β-циклодекстрин

1

>СН-

4,77

102,43

4,79

102,49

0,02

0,06

2

>СН-

3,27

72,87

3,28

72,97

0,01

0,10

3

>СН-

3,45

73,54

3,60

73,60

0,15

0,06

4

>СН-

3,30

82,00

3,34

82,11

0,04

0,11

5

>СН-

3,45

72,52

3,58

72,59

0,13

0,07

6

-СН2-

3,57

60,40

3,62

60,50

0,05

0,10

В области слабого поля ПМР спектра цитафата (рис. 3, б) отмечено проявление сигналов метиновых групп α-пиридинового ядра: δ(Н-5) = 6,11–6,13 м.д., дублет; δ(Н-3) = 6,18–6,20 м.д., дублет; δ(Н-4) = 7,30–7,33 м.д., триплет. Ввиду несимметричности протонов при атоме С-10, наблюдаются сигналы аксиального и экваториального атомов в области 3,63–3,84 м.д., причем сигнал На смещен в более сильное поле. Высокоинтенсивные сигналы при 3,14–3,29 м.д. являются следствием резонирования неэквивалентных протонов метокси-групп у атома фосфора. Четыре протона метиленовых групп, связанных с NH-группой, и метиновая группа при атоме С-7 дают сигналы в диапазоне от 2,93 до 3,02 м.д., расщепляясь под влиянием соседних атомов на триплеты и мультиплет соответственно. Сигналы сильнопольной части спектра (δ = 1,84 м.д., δ = 2,34 м.д.) соответствуют протонам Н-8 и Н-9.

Анализ спектров DEPT и 13С (таблица), а также двумерных спектров COSY (1Н-1Н) и HMQC (1Н-13С) (рис. 4) подтвердил наличие корреляций, свойственных структуре молекулы цитафата.

nur3a.tif

а)

nur3b.tif

б)

nur3c.tif

в)

Рис. 3. ЯМР 1Н спектры β-ЦД (а), цитафата (б) и их комплекса включения (в)

nur4a.tif nur4b.tif

а) б)

Рис. 4. Корреляции COSY (а) и HMQC (б) в молекуле цитафата

По данным таблицы видно, что происходит смещение сигналов Н-3, Н-4, Н-5 и Н-7 молекулы субстрата при комплексообразовании в результате взаимовлияния протонов β-ЦД. Аналогичная картина наблюдается и для атомов углерода β-пиридонового кольца. Учитывая эти результаты ЯМР-исследования, а также данные о размерах молекул цитафата и β-ЦД (рис. 1, 2), можно предположить о вхождении субстрата в полость рецептора a-пиридоновым фрагментом молекулы с образованием инклюзионного комплекса состава 1:1 (рис. 5).

nur5.tif

Рис. 5. Схематическое представление комплексообразования цитафата с β-ЦД

Выводы

Изучены и подробно интерпретированы одномерные (1Н и 13С) и двумерные (COSY, HMQC) спектры ЯМР цитафата (О,О-диметил-N-цитизинилфосфат), β-циклодекстрина и их супрамолекулярных комплексов. По изменениям значений химических сдвигов ядер 1Н и 13С цитафата и β-циклодекстрина установлено вхождение субстрата в полость рецептора a-пиридоновым фрагментом молекулы с образованием инклюзионного комплекса состава 1:1.