Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ЯМР-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОГО НАНОКОМПЛЕКСА ЦИТАФАТА С β-ЦИКЛОДЕКСТРИНОМ

Нуркенов О.А. 2 Сейлханов Т.М. 1 Фазылов С.Д. 2 Исаева А.Ж. 2 Кабиева С.К. 3 Такибаева А.Т. 3
1 Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова
2 Институт органического синтеза и углехимии РК
3 Карагандинский государственный технический университет
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.
цитафат
β-циклодекстрин
спектроскопия ЯМР
1. Kemelbekov U., Saipov A., Abdildanova A., Ospanov  I., Luo Y., Guskov W., Saenger W., Imachova Sh., Nasyrova S., Pichkhadze G. Structure and pharmacological studies of the anaesthetic 1-(3-n-butoxypropyl)-4-benzoyloxypiperidin hydrochloride and its complex with β-cyclodextrin in solution. NMR and IR-spectroscopy data // J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. – 2013. – Vol. 77, № 1-4. – P. 249-257. DOI: 10.1007/s10847-012-0239-0.
2. Maheshwari A., Sharma M., Sharma D. Complexation of sodium picosulphate with beta cyclodextrin: NMR spectroscopic study in solution// J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. – 2013. – Vol. 77, № 1-4. P. 337-342. DOI: 10.1007/s10847-012-0251-4.
3. Nowakowski M., Ejchart A. Complex formation of fenchone with a-cyclodextrin: NMR titrations // J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. – 2014. – Vol. 79, № 3–4. – P. 337–342. DOI: 10.1007/s10847-013-0356-4.
4. Pirnau A., Floare C.G., Bogdan M. The complexation of flurbiprofen with b-cyclodextrin: a NMR study in aqueous solution // J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. – 2014. – Vol. 78, № 1-4. – P. 113-120. DOI: 10.1007/s10847-012-0277-7.
5. Rasheed A., Kumar A.S.K., Sravanthi V.V. Cyclodextrins as Drug Carrier Molecule: A Review // Sci. Pharm. – 2008. – Vol. 76, № 4. – P. 567–598. DOI: 10.3797/scipharm.0808-05.
6. Uekama K., Hirayama F., Irie T. Cyclodextrins Drug Carrier Systems // Chem. Rev. – 1998. – Vol. 98, № 5. – P. 2045-2076. DOI: 10.1021/cr970025p.

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.


Библиографическая ссылка

Нуркенов О.А., Сейлханов Т.М., Фазылов С.Д., Исаева А.Ж., Кабиева С.К., Такибаева А.Т. ЯМР-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОГО НАНОКОМПЛЕКСА ЦИТАФАТА С β-ЦИКЛОДЕКСТРИНОМ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 1-7. – С. 1134-1138;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35023 (дата обращения: 25.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074