Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Соединения для лечения нейродегенеративных заболеваний
1.1. Принципы действия препаратов для лечения болезни Альцгеймера 9
1.2. Основные подходы к созданию многоцелевых препаратов для лечения нейродегенеративных заболеваний
1.3. Применение и перспективы развития препаратов, содержащих фрагмент 1,2,4–тиадиазола
1.3.1. Новые препараты на основе 1,2,4–тиадиазола, применяемые для лечения болезни Альцгеймера
1.3.2. Краткий обзор препаратов на основе 1,2,4–тиадиазола,
применяемых при заболеваниях, не носящих нейродегенеративный характер
1.4. Свойства некоторые производных 1,2,4-тиадиазола 25
1.4.1. Свойства, определяющие биологическую активность 25
1.4.2. Процессы распределения соединений между парами
несмешивающихся растворителей 1-октанол/буфер (pH 7.4) и н- 29
гексан/буфер (pH 7.4) 37
1.4.3. Мембранная проницаемость производных 1,2,4-тиадиазола 30
1.4.4. Корреляции между параметрами распределения 31
1.4.5. Взаимосвязь между коэффициентами мембранной проницаемости и биологической активностью
1.4.6. Поиск алгоритмов для прогнозирования молекулярных структур с оптимальной биодоступностью
I.5 Подход к синтезу производных 1,2,4-тиадиазола 37
I.6. Подходы к описанию топологии сеток водородных связей 38
1.7 Некоторые методы для вычисления энергий кристаллических решеток 40
1.7.1 Ван–дер–Ваальсовские взаимодействия 41
1.7.2 Кулоновские (электростатические) взаимодействия 42
1.7.3 Энергия водородных связей 42
1.8 Основные понятия об энантиомерах 43
ГЛАВА II. Описание растворителей, моделирующих биологические среды
11.1. Водные буферные растворы с физиологическими значениями pH 46
11.2. 1-Октанол 47
11.3. н–Гексан 51
11.4. Коэффициенты распределения 1–октанол/вода, н–гексан/вода 51
11.4.1. Коэффициент распределения 1–октанол/вода 51
11.4.2. Коэффициент распределения н–гексан/вода з 55 55 60
ГЛАВА III. Описание используемых в работе экспериментальных методик
111.1. Метод переноса вещества инертным газом– носителем 55
111.1.1. Установка для измерения давления насыщенного парамолекулярных кристаллов
111.1.2. Расчет давления насыщенного пара и термодинамических параметров сублимации
111.1.3. Процедура пересчета экспериментальных значений энтальпий сублимации
111.2. Определение растворимости методом изотермического насыщения 63
111.2.1. Установка по измерению растворимости 63
111.2.2. Спектрофотометрический метод определения растворимости 64 111
2.3. Определение термодинамических параметров процесса растворения 77 93
111.3. Определение коэффициентов распределения 66
111.4. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 68
111.5. Рентгеноструктурный анализ 69
111.6. Характеристика изучаемых веществ 71
Результаты и обсуждение 74
ГЛАВА IV. Анализ кристаллического состояния 1,2,4-тиадиазолов
IV.1. Анализ конформационных состояний молекул 1,2,4–тиадиазолов в кристаллах
IV.2. Анализ водородных связей и кристаллической структуры 1,2,4-тиадиазолов
IV.3. Оценка конформационных напряжений в молекулах производных 1,2,4-тиадиазола
IV.4. Термодинамика сублимации и термофизические характеристики кристаллов производных 1,2,4-тиадиазола
ГЛАВА V. Термодинамика растворения, сольватации и переносов производных 1,2,4–тиадиазола
V.1. Процессы растворения и сольватации исследуемых соединений в растворителях, моделирующих биологические среды
V.1.1. Процессы растворения и гидратации в буферном растворе 116
V.1.1.1. Процессы растворения 117
V.1.1.2. Процессы гидратации 121
V.1.2. Процессы растворения и сольватации в 1-октаноле 126
V.1.2.1. Процессы растворения 126
V.1.2.2. Процессы сольватации 129
V.1.3. Процессы растворения и сольватации в н-гексане 141
V.2. Термодинамика процессов переноса молекул 1,2,4-тиадиазолов из буферной среды в 1-октанол и н-гексан
Основные результаты работы и выводы 154
Список литературы
- Новые препараты на основе 1,2,4–тиадиазола, применяемые для лечения болезни Альцгеймера
- Коэффициенты распределения 1–октанол/вода, н–гексан/вода
- Определение растворимости методом изотермического насыщения
- Процессы растворения и гидратации в буферном растворе
Введение к работе
Актуальность темы. 1,2,4-Тиадиазолы представляют важный класс гетероциклических соединений и вызывают огромный интерес благодаря их высокой специфической активности в широком диапазоне концентраций. Тиадиазольные фрагменты являются основой целого ряда синтетических препаратов, обладающих биологической активностью к рецепторам, определяющим нейродегенеративные заболевания и расстройства центральной нервной системы, что позволяет их использовать при разработке новых лекарственных соединений для лечения и профилактики болезни Альцгеймера (БА). К сожалению, многие из данных веществ плохо растворимы в водных средах, что существенно снижает биодоступность препаратов и ограничивает область их применения. Проблема выбора оптимальной растворимости и мембранной проницаемости определяется отсутствием четкого понимания закономерностей влияния кристаллической структуры вещества и строения молекулы на термодинамические характеристики процессов растворения, сублимации, сольватации и распределения. В связи с этим, изучение влияния упаковки молекул в кристалле, их конформационного состояния и топологии сеток водородных связей на процессы сублимации и растворения в биологических средах, а также структуры молекул на процессы распределения и сольватации является актуальной задачей современной физической химии. Решение поставленных задач позволит создать лекарственные препараты нового поколения с малыми терапевтическими дозами и отсутствием побочных эффектов.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научным
направлением Федерального государственного бюджетного учреждения науки
Института химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук
«Разработка научных основ создания нейродегенеративных и
противовоспалительных лекарственных соединений и форм с высокой растворимостью и мембранной проницаемостью» (номер гос. регистрации 01200950827). Проведенные исследования поддержаны Программой Президиума РАН №21 П «Фундаментальные науки – медицине», Грантами РФФИ № 09-03-00057-а, № 12-03-00019-а, № 13-03-00348-а, 7-ой Рамочной Программой Евросоюза, FP7-PEOPLE-2009-IRSES, код проекта 247500, Грантом Президента Российской Федерации для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ РФ № МК-7097.2012.3.
Цель работы. Целью работы явилось выявление основных закономерностей изменения физико-химических свойств кристаллов и растворов производных 1,2,4-тиадиазола в зависимости от структуры вещества и его кристаллического строения для получения растворимых и биодоступных лекарственных соединений.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
вырастить монокристаллы производных 1,2,4-тиадиазола, провести их рентгеноструктурный анализ и расшифровать кристаллические структуры, проанализировать упаковку молекул, топологию сеток водородных связей и конформационные состояния молекул в кристалле, провести сравнительный анализ конформационных напряжений выбранных молекул в кристаллах;
получить термодинамические характеристики процессов сублимации и плавления молекулярных кристаллов исследуемых соединений;
изучить процессы растворения и сольватации 1,2,4-тиадиазов в растворителях, имитирующих биологические среды, охарактеризовать процессы переноса в системах (буфер рН 7.4 / 7-октанол), (буфер рН 7.4 / я-гексан), и проанализировать их термодинамические характеристики;
найти закономерности изменения термодинамических характеристик процессов сублимации, плавления, растворения и переноса от физико-химических и структурных дескрипторов.
Научная новизна. Впервые выращены монокристаллы производных 1,2,4-тиадиазола, проведен их рентгеноструктурный анализ и расшифрована структура кристаллических решеток. Осуществлен сравнительный анализ кристаллических структур, конформационных состояний молекул 1,2,4-тиадиазолов, геометрии и топологии сеток водородных связей. Построены энергетические профили для торсионных углов.
Получены термодинамические характеристики процессов сублимации и плавления исследуемых соединений. Выявлены закономерности их изменения от кристаллической структуры 1,2,4-тиадиазолов.
Впервые получены термодинамические характеристики процессов растворения, сольватации и переноса производных 1,2,4-тиадиазолов в растворителях, моделирующих биологические среды. Выявлены закономерности изменения термодинамических функций процессов распределения в зависимости от физико-химических дескрипторов.
Практическая значимость. Полученные в работе экспериментальные данные дают возможность описания термодинамического состояния изучаемых соединений в кристаллах и растворах. Высокая точность экспериментальных значений позволяет использовать их как справочный материал. Результаты экспериментов по сублимации могут быть использованы для разработки новых и усовершенствования уже существующих алгоритмов теоретической оценки энергий кристаллических решеток. Результаты по растворимости и распределению 1,2,4-тиадиазолов в биологических средах могут быть использованы для целенаправленного отбора биодоступных соединений-кандидатов.
Рентгеноструктурные данные внесены в Cambridge Crystallographyc Data Center. Копии этих данных могут быть получены в качестве свободного обмена при обращении в CCDC, 12 Union Road, Cambridge CB2 1EZ, UK (Fax: +44-1223/336 - 033, E-mail: ).
Личный вклад автора состоит в непосредственном получении и обработке экспериментальных данных, анализе литературы. Обсуждение результатов проведено автором при участии соавторов публикаций и научного руководителя.
Автор считает своим долгом выразить благодарность руководителю д.х.н., проф. Перловичу Г.Л., к.х.н. Сурову А.О. и к.х.н. Волковой Т.В. (ИХР РАН) за помощь на всех этапах работы. Автор также благодарен к.ф.-м.н. Ткачёву В.В. (ИПХФ РАН) и Русселю П. (Университет науки и технологии, Лиль, Франция) за проведение рентгеноструктурных экспериментов.
Дифференциальная сканирующая калориметрия выполнена на
оборудовании центра коллективного пользования "Верхневолжский региональный центр физико-химических исследований".
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались на 14th International Symposium on Solubility Phenomena (Leoben, Austria, 2010); International conference “Drug Transport and Delivery” (Gothenburg, Sweden, 2010); VI, VII Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации» Иваново, 2010, 2012); XIX, ХX Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов» (Москва, 2012, 2013); Всероссийской научной конференции «Химия и Медицина, Орхимед-2009» (Уфа, 2009); VII, VIII Всероссийской школе-конференции молодых ученых “Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем” (Крестовские чтения) (Иваново, 2012, 2013); IX Всероссийской конференции «Химия и медицина» (Уфа, 2013); Студенческой научной конференции «Фундаментальные науки – специалисту нового века» (Иваново, 2009, 2010, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК Российской Федерации для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, и тезисы 14 докладов на международных, всероссийских и региональных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит 166 страниц и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, основных выводов, списка цитируемой литературы (113 источника). Работа содержит 50 рисунков, 12 таблиц.
Новые препараты на основе 1,2,4–тиадиазола, применяемые для лечения болезни Альцгеймера
В настоящее время для лечения болезни Альцгеймера (БА) используется целый ряд препаратов. Основной фармакологический эффект этих соединений направлен на улучшение когнитивных способностей, сниженных при данном заболевании за счет гипофункции холинэргической нейромедиаторной системы, а их нейропротективные свойства выражены довольно слабо. Вместе с тем, особый интерес в настоящее время уделяется подходам, которые опираются на представления о молекулярных механизмах развития БА и позволяют направленно создавать препараты, сочетающие в себе когнитивно– стимулирующие и нейропротекторные свойства [1].
Принцип направленного поиска препаратов для лечения БА и сходных с ней нейродегенеративных расстройств подразумевает изучение биохимических и структурных закономерностей взаимодействия физиологически активных веществ с биологическим аппаратом нервной системы, участвующим в развитии этих патологий. В соответствии с этим принципом по своему действию препараты подразделяются на группы.
1) Холиномиметические средства, направленные на прямую компенсацию гипофункций холинэргической системы при лечении БА. Для улучшения когнитивных функций у больных БА к настоящему времени предложен целый спектр подходов, основной целью которых является компенсация дефицита активности холинэргической нейромедиаторной системы в центральной нервной системе (ЦНС).
2) Средства, воздействующие на процессы образования и свойства бета– амилоидного пептида. Анти–амилоидная стратегия поиска новых препаратов и способов коррекции болезни Альцгеймера рассматривается как наиболее перспективная и обоснованная [2,3]. Поиск высокоэффективных средств для лечения и предупреждения болезни Альцгеймера в ряду лигандов глутаматэргической системы, обладающих оптимальным соотношением нейропротекторных и когнитивно–стимулирующих свойств рассматривается в настоящее время в качестве одного из перспективных направлений фармакотерапии болезни Альцгеймера. 3) Средства, активирующие другие нейромедиаторные системы и оп оср едованно компенсирующие дефицит холинэргических функций. Существуют препараты, характеризующиеся комплексным действием на ЦНС, обладающие ноотропными, нейромодулирующими и нейротрофическими свойствами, способные регулировать метаболические процессы в нервных клетках и сочетать когнитивно–стимулирующее и нейропротекторное действие. 4) Ингибиторы нейрофибриллярных образований. Наряду с образованием амилоидных бляшек важнейшей патоморфологической чертой болезни Альцгеймера является наличие в мозге характерных нейрофибрилярных образований, которые состоят из парных филаментов, представляющих собой специфические ассоциированные тау–белки. Это дает право рассматривать поиск препаратов, действие которых направлено на уменьшение и стабилизацию нормального уровня фосфорилированных тау–белков, как обоснованную стратегию поиска анти–альцгеймеровских препаратов [4]. 5) Противовоспалительные средства, действие которых направлено на купирование негативного ответа нервных клеток на патологический процесс. Известно, что нейродегенеративные изменеия в мозге в ходе развития БА сопровождаются воспалительной реакцией ЦНС. В литературе имеются работы, посвященные подробному изучению нейровоспалительных процессов при БА и способов их коррекции [5].
Таким образом, обзор сведений показал, что многообразие причин, вызывающих нарушения, приводящие к возникновению и прогрессированию БА, создает настоятельную необходимость разработки широкого спектра лекарственных средств для ее терапии. I.2. Основные подходы к созданию многоцелевых препаратов для лечения нейродегенеративных заболеваний
Большое количество сведений о возможных механизмах развития патологии типа болезни Альцгеймера, создает очень широкий спектр подходов к фармакологической коррекции подобных нейродегенеративных заболеваний, что объясняется комплексным характером самой патологии. Действительно, подобные заболевания развиваются с участием широкого круга различных внутри- и экстра- клеточных биологических систем, которые могут являться объектом фармакологического воздействия потенциальных лекарственных препаратов. Помимо подобного «прямого» вмешательства в патогенез нейродегенеративных заболеваний существует возможность коррекции развившейся патологии за счет активации компенсаторных механизмов ЦНС, что значительно увеличивает общий набор потенциальных способов в сфере их терапии. В рамках формализованных представлений потенциальные лекарственные препараты можно разделить на следующие основные группы (по направлению фармакологического действия): 1) протекторы, блокирующие на различных стадиях развитие нейропатологии; 2) препараты, компенсирующие (прямым и опосредованным образом) возникший дефицит функций дегенерированных нейрональных систем; 3) иммунные вакцины и, возможно, трофические факторы, которые стимулировали бы функциональное восстановление (реабилитацию) пораженных нервных клеток. Однако реальные препараты действуют, как правило, не на одну биологическую мишень, а сам биологический объект участвует в регуляции целого комплекса взаимосвязанных процессов, что, во многих случаях, приводит к формированию целого комплекса нейрофармакологических свойств у каждого конкретного вещества.
Коэффициенты распределения 1–октанол/вода, н–гексан/вода
Как отмечалось в литературе [82], структуру 7-октанола и его смесей с водой однозначно определить сложно. Большинство разнообразных спектральных методов позволяет анализировать только косвенные данные [83,84]. Дифракционные методики хоть и позволяют получать прямую структурную информацию [85,86], тем не менее задача создания подходящей модели на основе дифракционных данных особенно сложна для жидкофазных систем. Подробное изучение структуры чистого и гидратированного октанола методами молекулярной динамики [87] показало, что внутренняя структура среды жидкого 1 -октанола может быть разделена на четыре уровня структурной классификации: 1) индивидуальные молекулы; 2) связанные водородными связями агрегаты или кластеры; 3) области, содержащие относительно повышенную или пониженную концентрацию полярных групп; 4) инвертированные мицеллярные образования.
В работе Стефена с соавторами [88] показано, что с повышением температуры увеличивается общее количество кластеров, при этом среднее количество молекул 7-октанола в одном кластере уменьшается с 10.4 при 400 С до 7.4 при 750 С. Повышение температуры приводит к уменьшению относительного количества циклических структур и повышению доли линейных и разветвленных цепей, а также к росту количества мономеров. Хотя в чистом 1-октаноле могут существовать агрегаты очень большого размера (порядка 70 молекул при 400 С и 40 молекул при 750 С), однако выявлена тенденция к преимущественному образованию четырех-, пяти- и шестичленных кластеров и заметен дефицит двух- и трехчленных ассоциатов. В 1-октаноле обнаружены области, содержащие относительно повышенную или пониженную концентрацию полярных групп. Гидрофильные группы ассоциируются с другими гидрофильными группами, находящимися в непосредственной близости. В свою очередь, гидрофобные группы также имеют тенденцию к скоплению.
Оптимальное расположение и ассоциацию «похожих» (подобных) групп посредством образования агрегатов, имеющих сходство с инвертированными мицеллами, облегчается вследствие амфифильного характера строения молекулы 1–октанола. При этом наблюдается тенденция к образованиию областей с небольшими инвертированными мицеллообразными частицами, которые преобладают во всех составах, от инвидуального октанола до октанола, насыщенного водой. Такие агрегаты называют минимицеллами. Средний диаметр области полярного ядра, образуемого при агрегации чистого 1–октанола в инвертированные минимицеллы, оценивается в 7.75 , максимальный мицеллярный диаметр составляет 17.8 – 18.6 , что дает 11.0 – 12.7 молекул на одну минимицеллу. Углеводородная цепная часть молекулы октанола может удлиняться примерно на 9.5 , и значительная часть цепей полностью выпрямлена. Диаметры соседних минимицелл способны частично перекрываться в результате взаимного проникновения цепей, а также других эффектов упаковки.
Полярные ядра имеют тенденцию к образованию вытянутых эллипсоидов. С увеличением содержания воды в октаноле полярные области увеличиваются в диаметре и принимают сферическую форму. Хотя размер кластера с увеличением степени гидратации растет, его общая форма остается практически постоянной, образуя при этом вытянутый эллипсоид. С увеличением в системе содержания воды, распределение кластеров по размерам становится более однородным, приобретая тенденцию к образованию более крупных агрегатов. Это смещение отражается в среднем количестве молекул, приходящихся на один кластер, которое примерно в четыре раза больше в октаноле, насыщенном водой, чем в индивидуальном. Распределение кластеров по размеру в гидратированных системах также выявляет относительный дефицит двух- и трехчленных кластеров и, наоборот, обогащение кластерами, содержащими от 4 до 7 молекул, хотя это выражено не так явно. Таким образом, Жюстин с соавторами [82,87] сделали вывод, что при добавлении воды модель 1–октанола мало изменяется. При некотором изменении формы и размера молекулярных кластеров общая структура жидкости остается относительно неизменной, что подтверждается данными спектроскопических [89–92] и дифракционных [85] экспериментов.
Представленный анализ особенностей внутренней структуры среды индивидуального и гидратированного 1–октанола помогает выяснить механизм, определяющий его способность к удачному моделированию клеточной мембраны. Насыщенный водой 1–октанол имеет в своем составе водные – полярные (представленные полярными ядрами инвертированных мицеллярных тел) и неполярные алкильные «хвосты» молекул, которые группируются вне этих полярных областей. Молекула лекарства может распределяться между этими противоположными областями, избирательно мигрировать аналогично тому, как происходит распределение лекарственного соединения в аналогичных водных или липидных частях биологических мембран. Очевидно, что гидрофильные фрагменты будут преимущественно располагаться рядом или внутри полярного ядра инвертированной минимицеллярной области. Подобно этому, гидрофобные фрагменты будут преимущественно мигрировать к областям с преобладающим содержанием углеводородных алкильных «хвостов». Амфифильное вещество, каковыми является большинство лекарств и метаболитов, как можно ожидать, выберет некий компромисс, вероятно, путем распределения на границах ядра и периферии инвертированных мицеллярных агрегатов.
Определение растворимости методом изотермического насыщения
Теплоемкости для многих кристаллических соединений измерены при 298.15 К [98]. Однако экспериментальные значения теплоемкостей для газового состояния таких веществ отсутствуют и могут лишь быть оценены в рамках статистической механики или с применением метода аддитивности функциональных групп. Использование последнего затруднено тем, что не для всех заместителей известны аддитивные групповые значения. Поэтому чаще всего используют следующий математический прием: второе слагаемое в правой части уравнения (III. 14) заменяется выражением, содержащим тот или иной температурный коэффициент, носящий универсальный характер [99]. Уравнения, содержащие такие коэффициенты, особенно ценны в тех случаях, когда частично отсутствуют аддитивные групповые значения или же величина теплоемкости кристалла для изучаемого соединения. Однако в других случаях наиболее подходящим, на наш взгляд, является выражение, содержащее величину теплоемкости кристаллической фазы, поскольку, тем самым, учитываются особенности молекулярной структуры изучаемого соединения: быть как экспериментальным, так и расчетным значением. Уравнение (III. 15) справедливо в интервале температур Т = 200 - 500 К. Следует отметить, разница между экспериментальным и стандартным значениями энтальпии сублимации обычно невелика и имеет одинаковый порядок с ошибкой эксперимента. Поэтому многие авторы принимают энтальпию сублимации независящей от температуры (разница между теплоемкостями газовой и твердой фаз стремится к нулю). С другой стороны, если энтальпия сублимации получена точным методом, то такое допущение может привести к появлению систематической ошибки. III.2. Определение растворимости методом изотермического насыщения III.2.1. Установка по измерению растворимости
Установка по измерению растворимости молекулярных кристаллов представляет собой воздушный термостат, адаптированный для измерения растворимости изучаемых веществ методом изотермического насыщения. Суть последнего сводится к определению концентрации исследуемого вещества в насыщенном растворе, т.е. находящемся в равновесии с твердой фазой при строго фиксированной температуре. На рис. III.4 представлена схема установки.
Избыток исследуемого вещества с некоторым количеством растворителя помещается в пробирку (6), вставленную в кассету (8), вращающуюся при помощи мотора (4). Температура внутри воздушного термостата задается измерителем– регулятором (7) и термопарой (2). В систему термостатирования входит нагреватель (1) (лампа на 100 Вт) и водный холодильник (5). Вентилятор (3) способствует равномерному прогреву внутреннего пространства термостата.
Схема установки для определения растворимости методом изотермического насыщения (нумерация представлена в тексте).
Середина участка «плато» кривой соответствовала временному интервалу 20- 24 часа для всех исследуемых растворов. После насыщения раствор центрифугировали с помощью термостатируемой центрифуги в течение 5 минут при соответствующей температуре эксперимента. Далее, полученный насыщенный раствор отделяли от донной фазы шприцем в стакан, откуда отбирали его необходимое количество и, разбавив соответствующим растворителем, исследовали на спектрофотометре CARY-50 в ультрафиолетовой области спектра, рабочий диапазон длин волн А, = 215 400 нм. При работе с буферными растворами после центрифугирования производилось дополнительное очищение исследуемых растворов от микроскопических частиц донной фазы фильтрованием через фильтры Acrodisc CR syringe filter, PTFE, с диаметром пор равным 0.2 мкм. Все фильтры, пипетки, шприцы и стеклянная посуда, непосредственно соприкасавшиеся с исходными растворами, были предварительно термостатированы при температуре эксперимента. Для каждого раствора проводилось не менее трех экспериментов, точность спектрофотометрических измерений составила 2 - 2.5 %.
Спектрофотометрический метод определения растворимости
Приготовление насыщенных растворов исследуемых объектов в 1-октаноле, н гексане и фосфатном растворе осуществлялось следующим образом: в пробирку объемом 2 мл помещали исследуемое вещество в количестве, необходимом для образования насыщенного раствора с наличием донной фазы, и приливали около 1.5 мл растворителя. Далее, пробирка помещалась в установку, описанную в рис. Ш.4., в которой 20- 24 часа происходило постоянное перемешивание. После этого, раствор центрифугировали, скорость вращения была равна 10.0 об-мин1, время центрифугирования составляло 5 мин. Далее, полученный насыщенный раствор разбавляли тем же растворителем. Разбавленный раствор затем исследовали на спектрофотометре, измерения осуществлялись в ультрафиолетовой области спектра, в диапазоне волн 1= 215 -400 нм. Для каждого раствора снималось не менее трех точек, воспроизводимость экспериментов составила 2 - 2.5%. Одновременно с определением оптической плотности проводилось измерение плотности насыщенного раствора методом взвешивания. Для этого, в предварительно взвешенную пробирку с помощью микропипетки помещали 20 мкл насыщенного раствора и взвешивали на весах Sartorius ВР 211 D (Германия) с погрешностью взвешивания +0.05мг. С помощью полученных данных о плотности насыщенного раствора (г-см-3) и оптической плотности разбавленного раствора, вычисляли значение растворимости (моль -л-1) и мольную долю растворенного вещества.
Процессы растворения и гидратации в буферном растворе
Как и для процесса растворения, введение периферийных заместителей в фенильное кольцо молекулы в бльшей степени влияет на энтропийную составляющую процесса гидратации (рис. V.1 (б)). Поскольку все термодинамические параметры гидратации/сольватации имеют отрицательные значения, то на диаграммах области, где наблюдаются отрицательные знаки, соответствуют увеличению абсолютных обсуждаемых величин по сравнению с незамещенным. В свою очередь, области положительного знака показывают увеличение абсолютных термодинамических значений. В дальнейшем, все изменения в процессе гидратации/сольватации обсуждаются только по абсолютным значениям.
Для дизамещенных изомеров (2-Me-5-Cl-(XII) и 3-Cl-4-Me-(VIII)) наблюдается уменьшение энтальпии гидратации по сравнению с незамещенным соединением. Таким образом, в гидратной оболочке молекулы этих соединений взаимодействуют с молекулами воды слабее, чем молекулы незамещенного соединения. Вероятно, это объясняется стерическими эффектами и связано с уменьшением (по сравнению с I) доступной для взаимодействий с водой поверхностью молекул вследствие наличия объемных гидрофобных заместителей. Что касается энтропии процесса, то для 2-Me-5-Cl-(XII) энтропия уменьшается на 38 Джмоль-1К-1, а для 3-Cl-4-Me-(VIII) эта разница близка к нулю. Это говорит о разной степени упорядоченности молекул воды в гидратной оболочке этих изомеров.
Введение метил- группы в мета- или пара- положение фенильного кольца (получаются соединения 3-Ме-(X) и 4-Ме-(II), соответственно) приводит к увеличению энтропии и энтальпии гидратации по сравнению с незамещенным соединением. Причем набольшее увеличение данных величин наблюдается для пара- положения (II) чем для мета- положения (X). Эта картина изменения обсуждаемых величин полностью повторяется при введении хлор- атома в мета-или пара- положение (получаются соединения 3-Cl-(XI) и 4-Сl-(IX), соответственно). Таким образом, при введении таких заместителей (метил-группа, хлор- атом) взаимодействие молекулы веществ с водой и степень упорядоченности молекул воды в гидратных оболочках веществ увеличиваются. Можно предположить, что в гидратных оболочках силы водородных связей между молекулами этих изомеров и молекулами воды сильнее чем для (I).
Замена метил- группы (4-Me) в пара- положении соединения II на CF3-группу (получается соединение IV) увеличивает энтропию и энтальпию гидратации самого соединения (II). Для обоих соединений (II и IV), наблюдается увеличение обсуждаемых величин по сравнению с соединением (I). Таким образом, в гидратных оболочках молекулы этих соединений взаимодействуют с молекулами воды сильнее, чем молекула (I), и степень упорядоченности системы увеличивается. Очевидно, прослеживается следующая закономерность: чем сильнее взаимодействие между молекулами растворителя с одной стороны и молекулами лекарственных соединений – с другой, тем более упорядочена их гидратная оболочка. Следует отметить, что изменение энтропийных и энтальпийных термов происходит по разному, в результате чего для соединения 4-Me-(II) энергия Гиббса гидратации повышается на 2.2 кДжмоль-1 по сравнению с незамещенным. В свою очередь, для 4-CF3-(IV) движущая сила процесса уменьшается на 8.1 кДжмоль-1
По движущей силе процесса, галоген- монозамещенные соединения (4-Cl (IX)/4-F- (V)) не отличается от соединения I. На диаграмме, разница в энергиях Гиббса между замещенными и незамещенным соединениями равна нулю. Это говорит о равной способности гидратироваться молекулами воды рассматриваемыми соединениями. В свою очередь, у энтропийных и энтальпийных термов, наблюдается увеличение этих вкладов по сравнению с соединением I. Для соединений с дополнительным присутствием центров водородного связывания, тенденции изменения энтропийных и этальпийных термов 123 неодинаковы по сравнению с незамещенным тиадиазолом. На рис. 7б видно, что соединение 4-OEt-(III) значительно контрастирует с 4-iso-EtOH-(VI) и 4-ОМе-(VII). Введение этокси- группы (III) приводит к увеличению энтальпии и энтропии гидратации и уменьшению движущей силы процесса, т.е. аналогично поведению молекул, не имеющих потенциальных центров водородного связывания. Для соединений 4-iso-EtOH-(VI) и 4-OМе-(VII) наблюдается обратная ситуация: уменьшение энергии Гиббса процесса по сравнению с I (увеличение движущей силы), которое сопровождается снижением величин энтальпийной и энтропийной составляющих. Можно предположить, что в молекуле 4-ОЕі-(III) атом кислорода в значительной степени “экранирован” этильным фрагментом и не принимает участия во взаимодействиях с молекулами воды. С другой стороны, увеличение движущей силы гидратации для 4-iso-EtOH-(VI) и 4-OМе-(VII) по сравнению с незамещенным соединением происходит за счет значительного уменьшения энтропийного вклада. Из таблицы V.2 следует, что относительная доля энтальпийной составляющей (usoh) в энергию Гиббса гидратации максимальна для рассматриваемых соединений (66.9 и 61.8 %, соответственно), несмотря на небольшие абсолютные значения Atfo/v. Все это указывает на особенности процесса гидратации 4-iso-EtOH-(VI) и 4-OМе-(VII), при котором, вероятно, реализуются отличные от остальных соединений взаимодействия растворенного вещества с растворителем.
Для прогнозирования энергий Гиббса гидратации данного класса соединений мы попытались построить корреляционную модель с использованием физико-химических дескрипторов HYBOT [62]. Анализ всевозможных дескрипторов показал, что наиболее подходящим является сумма донорной и акцепторной способности атомов в молекуле к образованию водородных связей, нормированная на поляризуемость молекулы ((Cad)/a). На рис. V.3 представлена данная зависимость.
![Пространственное строение молекул таутомероспособных 1,2,4-триазолов и бензопирано[4,3-b]пиридинов](/i/i/4336/298024.png "Пространственное строение молекул таутомероспособных 1,2,4-триазолов и бензопирано[4,3-b]пиридинов Миронова Екатерина Владимировна")
![Хемилюминесценция синглетного кислорода и его димоля (1O2)2 в реакциях пероксидов. Влияние 1,4-диазобицикло [2,2,2]октана на излучательные свойства (1O2)2](/i/i/4586/215021.png "Хемилюминесценция синглетного кислорода и его димоля (1O2)2 в реакциях пероксидов. Влияние 1,4-диазобицикло [2,2,2]октана на излучательные свойства (1O2)2 Мальцев Дмитрий Валентинович")
