Исследование спектральными методами в твердой фазе строения химически модифицированных микробных полисахаридов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 15.00.02, кандидат химических наук Нейшлос Арье Леон

• Нейшлос Арье Леон
• кандидат химических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат химических наук Нейшлос Арье Леон

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Микробные полисахариды и их применение.

2.2. Химическая модификация лекарственных субстанций полисахаридами .:.

2.2.1. Требования к полимерным матрицам.

2.2.2. Основные направления химической модификации полисахаридов к 3. СПЕКТРАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ СТРОЕНИЯ ПОЛИСАХАРИДАЛЬГИДОВ И ПРОДУКТОВ ИХ ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ.

3.1. Исследование строения полисахаридальдегидов.

3.1.1. Отнесение сигналов 13С ЯМР спектров в декстранах.

3.1.2. Интерпретация ИК спектров декстрана в твердой фазе.

3.1.3. ЯМР и ИК спектральное исследование декстранполиальдегида.

3.1.4. Спектральное исследование родэксманполиальдегида в твердой фазе.

3.1.5. Спектральные исследования аубазиданполиальдегида.

3.2. Спектральное исследование продуктов взаимодействия декстранполиальдегида с гетероциклическими соединениями. 3.2.1. Исследование продукта реакции декстранполиальдегида (ДПА) с урацилом.

3.2.2. Исследование продукта взаимодействия ДПА с 6-аминоурацилом

3.2.3. Анализ структуры продукта взаимодействия ДПА с мафедином.

3.2.4. Исследование продуктов реакции ДПА с барбитуровой кислотой

3.3. Спектральное исследование продукта взаимодействия декстранполиальдегида с резорцином.

3.4. Исследование продуктов взаимодействия декстранполиальдегида с амидами карбоновых кислот.

3.4.1. Спектральное изучение твердого образца продукта

41 взаимодействия декстранполиальдегида с ацетамидом.

3.4.2. Спектральное исследование образца продукта ДПА-доксициклин

3.4.3. Исследование продуктов взаимодействия ДПА с диамидом малоновой кислоты.

3.5. Спектральное исследование продукта взаимодействия декстранполиальдегида с бензолсульфамидом.

4. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

4.1. Синтез образцов для исследования.

4.2. Квантово-механические расчеты с помощью пакета программ

GAMESS.

4.3. Пакет программ Advanced Chemistry Development (ACD) для расчета 13С ЯМР спектров.

4.4. ЯМР спектры высокого разрешения в твердой фазе.

4.4.1. Исторический обзор.

4.4.2. Химические аспекты твердотельных структур.

4.4.3. Магнитные взаимодействия в твердом веществе.

4.4.4. Выводы.

4.4.5. Основные характеристики экспериментов CP/MAS (метод кросс- . поляризации и вращения под магическим углом).

4.4.6. Некоторые практические советы.

4.4.7. Подавление и разделение боковых полос (TOSS).

4.4.8. Преимущества и недостатки твердотельной ЯМР-спектроскопии ,3С.

4.5. Инфракрасный спектр твердотельных образцов.

ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование спектральными методами в твердой фазе строения химически модифицированных микробных полисахаридов»

Актуальность темы. Модифицированные микробные полисахариды нашли широкое применение в биотехнологии, пищевой, косметической и фармацевтической отраслях промышленности. Полисахариды в ряде случаев стимулируют неспецифическую резистентность организма животных и человека к инфекциям, ингибируют рост злокачественных опухолей, проявляют гиполипидемическую, антикоагулянтную и другие виды активности. Химическая модификация полисахаридов низкомолекулярными фрагментами привела к созданию ряда ценных лекарственных средств (например, лакрисин, полифер, поликапран, терридеказа, стрептодеказа, пирогенал, продигиозан и ДР-)

Химическая фиксация лекарственных субстанций на полисахаридной матрице позволяет создавать пролекарства, новые препараты пролонгированного действия с низкой токсичностью и необходимым балансом липо-фильно-гидрофильных свойств.

В связи с этим, разработка эффективных схем и методов химической модификации полисахаридов низкомолекулярными соединениями для создания новых и совершенствования уже известных биологически активных веществ, а также разработка методов фарманализа и стандартизации полученных веществ имеет огромное значение и является актуальной задачей фармацевтической химии.

Работы в области модификации микробных полисахаридов в медицинских целях проводятся как в России, так и за рубежом. Следует, в частности, отметить новые методы химической модификации микробных полисахаридов, разработанные в Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии под руководством проф. Б.В.Пассета и проф. А.А.Иозепа [7, 22, 23-26,42, 43, 50, 51, 60, 61, 65 и др.].

Очевидно, что реализация достигнутых успехов и выпуск на фармацевтический рынок новых лекарственных средств невозможны без разработки методов анализа и стандартизации как целевых лекарственных субстанций, так и промежуточных продуктов для их синтеза.

Однако работы по изучению структуры модифицированных полисахаридов, их анализу и стандартизации сильно отстают от разработки методов химической модификации, что объясняется сложностью структуры изучаемых объектов и нерастворимостью их в большинстве растворителей.

Качество лекарственных средств (ЛС), их эффективность и безопасность гарантируются соблюдением стандартов на всех этапах сложного процесса создания ЛС: стандартов при проведении доклинических (правила вЬР) и клинических (вСР) испытаний, стандартов производства (вМР), государственных стандартов качества ЛС (ВФС, ФС).

Поэтому в исследованиях ведущих ученых РФ в области анализа химико-фармацевтических препаратов (А.П.Арзамазцев, Л.В.Акашкина, В.Л.Багирова, Т.Н.Боковикова, Н.Н.Дементьева, Н.С.Евтушенко и др.) прослеживается тенденция по введению более жестких требований к качеству субстанций, в частности по обязательному использованию новых спектральных методов исследования.

В нашей работе мы впервые применили для исследования строения

I <2 1С модифицированных микробных полисахаридов ЯМР Си Ы, а также ИК спектроскопию изучаемых субстанций в твердой фазе и показали эффективность этих новых методов.

Цель и задачи исследования. Целью исследования была разработка методов изучения строения химически модифицированных микробных полисахаридов с помощью ЯМР и ИК спектроскопии в твердой фазе, что объясняется как их нерастворимостью (или низкой растворимостью), так и необходимостью разработки методов стандартизации товарной продукции в твердой фазе.

Параллельно с этим, уточнялись и чисто химические аспекты синтеза (таутомерные переходы, изомерия, реакционная способность модифицированных полисахаридов, структура соединений и устойчивость в твердой фазе и т.п.).

Научная новизна. Впервые химически модифицированные полисахариды были исследованы ЯМР 13С, 15N и ИК спектральными методами в твердой фазе, что доказало эффективность и перспективность использования этих методов для исследования БАВ сложной структуры. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена химическая схема взаимных превращений различных форм альдегидных групп в декстранполиальдегидах (ДПА). Показано, что каноническая форма альдегидной группы в полисаха-ридполиальдегидах является наименее выгодной, а потому в продуктах химической модификации декстрана по альдегидной схеме встречается только в тех случаях, когда она стабилизирована водородными связями или иными факторами. Энергетически наиболее выгодной является гидратированная форма ДПА. Для продуктов химической модификации 2,4-окисленного декстрана в твердом виде предпочтительной оказывается циклическая полуаце-тальная структура, что необходимо учитывать при разработке реакций "подлинности" и методов количественного анализа целевых БАВ.

Впервые доказана химическая структура для большого числа БАВ -химически модифицированных декстранов.

Практическая значимость. Разработана методика исследования БАВ сложной структуры в твердой фазе ЯМР и РЖ спектральными методами. Показано, что для исследования нерастворимых или плохорастворимых БАВ (JIC, в частности), этот метод имеет существенные преимущества как по точности, так и по быстроте выполнения анализа. Разработанные методики являются необходимой предпосылкой для стандартизации JIC и промежуточных продуктов для их синтеза, выпускаемых в твердом виде. Установленные вышеупомянутыми новыми для данного класса соединений методами состав и структура БАВ должны учитываться не только при разработке методов их анализа и соответствующих стандартов, но также при изучении их биологической активности и механизма действия на живой организм.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на X Российском национальном конгрессе "Человек и лекарство" и на IV Международной научно-практической конференции "Здоровье и образование в XXI веке".

Публикации. По теме диссертации опубликована статья в Журнале прикладной химии и материалы 2-х докладов на конференциях.

Заключение диссертации по теме «Фармацевтическая химия и фармакогнозия», Нейшлос Арье Леон

выводы

1. ЯМР спектроскопия высокого разрешения в твердых телах в сочетании с ИК спектроскопией и приближенными квантово-химическими расчетами являются удобным и надежным методом изучения строения модифицированных полисахаридов и являются необходимой предпосылкой для разработки стандартов на модифицированные полисахариды медицинского назначения.

2. Декстранполиальдегиды (ДПА) и продукты их химической модификации в твердом виде находятся, в основном, в гидратированной или полу-ацетальной форме, которые являются энергетически наиболее выгодными структурами.

3. Поскольку прямой переход гидратированной формы ДПА в полуаце-тальную энергетически невыгоден, химическая модификация ДПА должна протекать через образование альдегидной формы.

4. При химической модификации ДПА нуклеофилами продукт реакции стабилизируется в случае 2,4-окисленного ДПА, главным образом, в полу-ацетальной форме, а в случае 2,3-окисленного - в гидратированной.

5. Использование подхода, изложенного в п.1, позволило установить строение ряда перспективных биологически активных модифицированных полисахаридов. Разработанная методика может быть предложена как типовая.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Нейшлос Арье Леон, 2004 год

1. Алюшин М.Т., Грицаенко Т.С., Каменская М.В. Современное состояние научных исследований по применению полимеров в фармации. М.: Научн.тр. ВНИИ Фармации, 1990. № 28. С. 5-11.

2. Асскали Ф., Фестер X. Гидроксиэтилкрахмал из сырья различного происхождения: сопоставление фармакокинетики и фармакодинами-ки // Вестник интенсивной терапии. 1998. № 1.

3. Афиногенов Г.Е., Панарин Е.Ф. Антимикробные полимеры. СПб.: Гиппократ, 1993. С. 25-44.

4. Барашков Г.К. Сравнительная биохимия водорослей. М.: Пищевая промышленность, 1972. 336 с.

5. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.: Инлит, 1963. 590 с.

6. Бессонова Н.К. Разработка карбоксиэтильной схемы химической модификации полисахаридов с целью создания новых лекарственных веществ: Дисс. канд. хим. наук. СПб., 1998. 149 с.

7. Бондарев Г.Н., Дробченко С.Н. Способ получения производных дек-страна. A.c. 1541218 СССР, МКИ6 С 08 В 37/08. Л. ин-т яд. физ. № 4213517/05,

8. Бондарев Г.Н., Дробченко С.Н., Исаева-Иванова J1.C. // ВМС. 1994. Т. 36А. № 7. С. 1109-1112.

9. Бондарев Г.Н., Дробченко С.Н., Исаева-Иванова Л.С., ПМР-спектры1

10. Бранд Д., Эглинтон Г. Применение спектроскопии в органической химии. М., 1967. С. 207.

11. Васильев А.Е. Итоги науки и техники. Химия и технология высокомолекулярных соединений. М.: ВИНИТИ, 1987. Т. 16. С. 10-12.

12. Вирник А.Д., Хомяков К.П., Скокова И.Ф. Декстран и его производные // Успехи химии. 1975. Т. 44. № 7. С. 1280-1307.

13. Гауптман 3., Грефе Ю., Ремане X. Органическая химия. М., 1979.

14. Глинка JI.A., Кузнецова В.И., Ракова Г.В. Синтез и свойства гидрогелей на основе модифицированных крахмалов. // Полимеры-90. Сб. тр. юбил. конфер. отд. полимеров и композиц. материалов ИХФ АН СССР. Т.2 / АН СССР. Черноголовка. 1991. С. 117-120.

15. Дробченко С.Н., Исаева-Иванова JI.C., Грачев С.А., Бондарев Г.Н. Таутомерные структуры диальдегидцекстранов // ВМС. 1990. Т. 32. № 4. С. 254-258.

16. Дробченко С.Н., Исаева-Иванова JI.C., Кулинцева И.В., Ламакин A.B. Альдоенольная таутомерия диальдегидцекстранов // ВМС. 1990. Т. 32. № 4. С. 254-258.

17. Дробченко С.Н., Исаева-Иванова Л.С., Кулинцева И.В., Ламакин A.B., Носкин В.А., Форофонтова С.Д. // ВМС. 1991. Т. ЗЗБ. № 3. С. 220-224.

18. Блинов Н.П. Химия микробных полисахаридов. М.: Высшая школа, 1984. 256 с.

19. Жбанков В.Г. Инфракрасные спектры и структуры углеводов. Минск: Наука и техника. 1972. 456 с.

20. Ильина Т.Ю. Синтез и исследование замещенных амидов карбокси-метилдекстрана: Дисс. канд. фарм. наук. СПб., 1995. 206 с.

21. Иозеп A.A., Ильина Т.Ю., Пассет Б.В. Лактоны карбоксиметилдекст-рана. //ЖПХ. 1994. Т. 67. № 3. С. 467-469.

22. Иозеп A.A., Куприянова JI.H., Пономаренко М.Н., Ивин Б.А., Пассет Б.В. Синтез и анализ гидразидов карбоксиметилпроизводных некоторых микробных полисахаридов. // ЖПХ. 1996. Т. 69, № 9. С. 15371542.

23. Иозеп A.A., Суворова О.Б., Иозеп Л.И., Пассет Б.В. Спектрофотомет-рический метод анализа водорастворимых полисахаридальдегидов. // ЖПХ. 1998. Т. 71. № 7. С. 1202-1205.

24. Капуцкий Ф.Н. Юркштович Т.Д. Лекарственные препараты на основе производных целлюлозы. Минск: Университетское, 1989. 111 с.

25. Киселев О.И., Деева Э.Г., Слита A.B., Платонов В.Г. Антивирусные препараты для лечения гриппа и ОРЗ. Дизайн препаратов на основе полимерных носителей. СПб., 2000. 132 с.

26. Колева М.П., Блинов Н.П. Лауран стабилизатор суспензионных систем // Материалы 5-го Всероссийского съезда фармацевтов: Тез.докл., Ярославль, 15-16 сент., 1987. Ярославль.

27. Кочетыгов Н.И. Кровезаменители при кровопотере и шоке. Л., 1986.

28. Кренцель Л.Б., Шишлянникова Н.Ю., Вирник А.Д. Исследование строения производных целлюлозы, содержащих химически связанные антимикробные вещества, методом ИК-спектроскопии // Журн. Прикл спектроскопии. 1987. Т. 46. № 6. С. 973-981.

29. Лекарственные препараты на основе производных целлюлозы. -Минск, 1989. 111 с.

30. Маелаков Д.А., Эйсмонт К.А. Биологическая активность некоторых полисахаридов и их клиническое применение. Минск: "Беларусь", 1977. 128 с.

31. Мацудзаки X., Ямамото И. Производные глюкана. // Заявка 64-38401, Япония, МКИ4 С 08 В 37/00.

32. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Медицина. 1993. Ч. 1.736 с. 4.2. 688 с.

33. Машковский М.Д. Лекарственные средства. 14-е изд. Доп и перераб. М., 2002.

34. Методы исследования углеводов / Пер. с англ. под ред. Хорлина А.Я. М.: Мир, 1975.445 с.

35. Методы химии углеводов / Пер. с англ. под ред. Н.К.Кочеткова. М.: Мир, 1975.445 с.

36. Наджимутдинов Ш., Сарымсаков A.A., Усманов Х.У. Иследование некоторых закономерностей синтеза диальдегидов целлюлозы и ее простых эфиров // Cell. Chem. Technol. 1981. V. 15. № 6. P. 613-628.

37. Неницеску К.Д. Органическая химия. М., 1963. Т. 1.

38. Новикова Е.В., Тищенко Е.В., Иозеп A.A., Пассет Б.В. // ЖПХ. 2002. Т. 75. №6. С. 1003-1006.

39. Новикова Е.В. Реакция полисахаридальдегидов с амидами карбоно-вых кислоты новый путь синтеза ФАП: Дисс. . канд. хим. наук. СПб. 2003. 149 с.

40. Оиу Коумуро, Тошо Йосикадзу. Противоопухолевый препарат. // Заявка 62-252730, Япония, МКИ А61 К 37/02.

41. Перкинис Р.Я., Розе А.О. Модификация карбоксиметилцеллюлозы акролеином и введение в полимерную матрицу биологически активных веществ // Тез. докл. 6 Всес. конф. по физ. и хим. целлюлоз. Минск. 23-25 окт. 1990. Минск, 1990. С. 223.

42. Платэ H.A. Современное состояние и перспективы развития фундаментальных и прикладных исследований в области медицинских полимеров // Синтетические полимеры медицинского назначения. Ташкент, 1984. С. 14-38.

43. Платэ H.A., Васильев А.Е. Физиологически активные полимеры. М.: Химия, 1986. 294 с.

44. Платэ H.A., Либкин О.М. Макромолекулы в новых ролях. М.: Сов. Росс., 1984. 41 с.

45. Полимеры специального назначения: пер. с японского. / Под ред. Исэ Н., Табуси И. М.: Мир, 1983. 104 с.

46. Пономаренко М.Н. Синтез и исследование антибиотик- и ферментпо-лисахаридных конъюгатов: Дисс. . канд. фарм. наук. СПб, 1998. 167 с.

47. Сибикина О.В. Химическая модификация микробных полисахаридов биологически активными аминами: Дисс. . канд. хим. наук. СПб, 1998. 167 с!

48. Сивчик В.В., Жбанков В.Г., Астрейко М.В. Теоретическое исследоi