Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 10
1.1. Общие аспекты характеристики фторхинолонов 10
1.2. Кристаллическая структура соединений металлов с фторхинолонами 13
1.3. Состав и протолитическое поведение фторхинолонов в водной среде 17
1.4. Спектрально-люминесцентные свойства фторхинолонов и соединений с лантаноидами 21
1.5. Антимикробная активность и фототоксичность хинолонов 25
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть 32
2.1. Исходные вещества и методы синтеза координационных соединений хинолонов с Au(III), Sb(III), Еи(Ш), ТЬ(Ш) 32
2.2 Методы исследования и используемая аппаратура 35
2.3 Методика определения антибактериальной активности фторхинолонов и их металлокомплексов 37
ГЛАВА 3. Состав, строение и спектрально-люминесцентные свойства координационных соединений хинолонов 39
3.1 Спектроскопические свойства к кристаллическая структура тетрахлорида Sb(III) с налидиксовой кислотой 39
3.2 Фотолюминесценция и кристаллическая структура пентахлорида Sb(III) с ципрофлоксацином 49
3.3 Кристаллическая структура тетрахлорида Аи(Ш) с ципрофлоксацином 57
3.4 Состав и спектрально-люминесцентные свойства комплексных соединений норфлоксацина, ципрофлоксацина и налидиксовой кислоты с Еи(Ш), ТЬ(Ш), Sm(III), Tm(III) 59
ГЛАВА 4. Фотохимическое поведение соединений фторхинолонов 69
4.1. Фотохимическое поведение налидиксовой кислоты 70
4.2 Фотохимическое поведение норфлоксацина и ципрофлоксацина 79
4.3 Фотохимическое поведение офлоксацина 87
4.4 Влияние УФ облучения и комплексообразования на антибактериальную активность фторхинолонов 98
4.5 Спектрально-люминесцентные свойства и фотоустойчивость соединений Eu(III) с фторхинолонами в полимерных матрицах 104
Выводы 114
Литература 116
Приложение 128
- Спектрально-люминесцентные свойства фторхинолонов и соединений с лантаноидами
- Методика определения антибактериальной активности фторхинолонов и их металлокомплексов
- Состав и спектрально-люминесцентные свойства комплексных соединений норфлоксацина, ципрофлоксацина и налидиксовой кислоты с Еи(Ш), ТЬ(Ш), Sm(III), Tm(III)
- Влияние УФ облучения и комплексообразования на антибактериальную активность фторхинолонов
Введение к работе
Актуальность. Большую и чрезвычайно важную в практическом отношении группу органических соединений составляют антибиотики. Открытие и применение антибиотиков в 40-е годы прошлого столетия произвело революцию в лечении инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями. Но существует ряд проблем, связанных с их применением. Во- первых, нерациональное использование антибиотиков привело к резкому росту резистентных форм микроорганизмов ко всем доступным препаратам. Во-вторых, до сих пор не выяснены механизмы антибактериального действия с позиций электрон-протонного обмена, что затрудняет направленный синтез соединений с заданными свойствами. В-третьих, все антибиотики в той или иной степени токсичны для макроорганизма, а некоторые фторхинолоны фототоксичны, фотомутагенны и фотоканцерогенны. Механизм этих процессов пока остается невыясненным. Широкое использование антибиотиков, и в том числе фторхинолонов, в сельском хозяйстве для лечения животных и в качестве стимуляторов роста ставит проблему аналитического исследования этой группы веществ в объектах окружающей среды. Кроме того, существует проблема утилизации непригодных антибиотиков, а в будущем она встанет еще более остро. Все препараты группы хинолонов, независимо от наличия или отсутствия фтора в молекуле, объединены одним механизмом действия на микробную клетку: их основной мишенью является ДНК-гираза - один из ключевых ферментов клетки, определяющий нормальный процесс биосинтеза ДНК и деления клетки, поэтому данный класс веществ часто обозначают общим термином «Ингибиторы ДНК-гиразы».
Фторхинолоны образуют хелатные комплексные соединения с ионами металлов. Представляет интерес синтез новых координационных соединений фторхинолонов с металлами не только как лекарственных препаратов, но и активаторов с ветотранс формирующих материалов. На наш взгляд, перспективы рациональной утилизации снятых по тем или иным причинам с производства антибиотиков могут реализоваться путем применения таких препаратов и соединений на их основе в качестве люминофоров-активаторов светотранс формирующих материалов, рабочих тел перестраиваемых фотохимических лазеров, люминесцентных индикаторов и т.д. Такой комплексный подход, кроме того, может способствовать улучшению экономических показателей при утилизации продуктов промежуточного синтеза хинолонов, обладающих собственной люминесценцией и способностью сенсибилизировать люминесценцию ионов металлов, в первую очередь, редкоземельных.
Важной проблемой при утилизации антибиотиков по прямому назначению является их побочное действие, проявляющееся в виде фототоксичности. Изучение влияния УФ облучения на спектральные характеристики и антибактериальные свойства хинолонов, предпринятое в данной работе, может способствовать более глубокому пониманию природы фототоксического действия лекарств.
Цель работы: изучение физико-химических и фотохимических свойств некоторых соединений ряда хинолонов, способности к комплексообразованию с металлами, исследование состава и структуры их комплексов, влияния УФ облучения и комплексообразования на антибактериальные свойства хинолонов.
Для достижения поставленной в диссертационной работе цели были решены следующие задачи:
Исследование условий синтеза, спектрально-люминесцентных и фотохимических свойств координационных соединений фторхинолонов с Eu(III), Tb(lII), Sm(III), Au(III), Sb(III);
Изучение кристаллической структуры хинолинатов Sb(III), Au(III) при комнатной и низкой температурах;
3. Изучение первичных фотохимических реакций фторхинолонов в Щ водных растворах;
4. Исследование воздействия интенсивности УФ-излучения и различных концентраций ионов металлов на антибактериальную активность фторхинолонов;
Научная новизна исследования
1. Синтезирован и исследован ряд новых координационных соединений фторхинолонов с Eu(III), Tb(III), Sm(III), Au(III), Sb(III). 'j^r 2. Впервые изучена кристаллическая структура хинолинатов Sb(III), Au(III) при комнатной и низкой температурах.
Установлено, что первичными фотохимическими реакциями фторхинолонов в водных растворах является фотоперенос протона и фотодимеризация соединений, сопровождающиеся изменением спектрально-люминесцентных свойств.
Проанализирована связь между составом, строением, фотохимическими и антибактериальными свойствами хинолонов в присутствии ионов металлов.
Щ 5. Выявлена степень воздействия интенсивности УФ-излучения на антибактериальную активность фторхинолонов. 6. Установлена возможность использования фторхинолонов и их комплексов в качестве активаторов светотрансформирующих материалов.
Практическая значимость работы ^ 1. Выявление закономерностей взаимосвязи состава, строения и антибактериальных свойств фторхинолонов и координационных
8 соединений на их основе позволит вести целенаправленный поиск новых препаратов, обладающих широким спектром антибактериального действия.
Выявление закономерностей фотохимического поведения и антибактериальной активности фторхинолонов будет способствовать поиску новых антибиотиков с низкой фототоксичностью
Изучение условий комплексообразования фторхинолонов в водном растворе при различном мольном отношении fqH - Еи(Ш) с целью усиления линейчатой люминесценции иона-комплексообразователя может способствовать использованию системы fqH - Eu(III)-H20 в качестве высокочувствительной люминесцентной метки при анализе фторхинолонов в объектах окружающей среды.
Использование фторхинолонов и их соединений с Еи(Ш) и ТЬ(ТП) в качестве активаторов светотрансформирующих материалов.
На защиту выносятся:
Состав и строение соединений хинолонов с Eu(IIT), Tb(ITT), Sb(III), Аи(Ш).
Результаты исследования спектрально-люминесцентных свойств координационных соединений Eu(TII), Tb(III), Sm(III), Sb(III), Au(III) с фторхинолонами.
Обнаруженные закономерности в положении и интенсивности полос оптических спектров и их интерпретация при изменении кислотности среды и воздействии УФ-излучения.
Особенности влияния ряда ионов металлов и УФ-облучения на антибактериальную активность антибиотиков.
Возможность использования фторхинолинатов Еи(ПТ), ТЬ(Ш) в качестве активаторов светотрансформирующих материалов.
9 Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на III международном симпозиуме «Химия и химическое образование» (Владивосток, 2003г.),
IX Международной конференции по проблемам сольватации и комплексообразования в растворах (Плёс, Россия, 2004), XIII Молодежной конференции по проблемам химии и биологии (МЭС ТИБОХ, Владивосток, 2004), Межрегиональной конференции по проблемам экологии и рационального природопользования Дальнего Востока (Владивосток, Россия, 2004), Международном симпозиуме по вопросам изучения свойств антибактериальных веществ и резистентности (Сеул, Республика Корея, 2005), Международной конференции «Рациональное использование антибактериальных препаратов» (Блед, Словения, 2005), III Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, Россия, 2005), а так же изложены в 3 печатных и 1 электронной статье.
Спектрально-люминесцентные свойства фторхинолонов и соединений с лантаноидами
В работах [33-39] приводятся спектры УФ абсорбции и люминесценции некоторых хинолонов и их комплексов с металлами с целью их аналитического определения в биологических объектах. Однако исследования УФ-абсорбционных и эмиссионных спектроскопических свойств этих соединений в зависимости от характера среды не систематизированы. Между тем, информация о внутри- и межмолекулярных процессах переноса протона (ПП) с образованием протолитических форм молекул в основном (So) и возбужденном Si , Ті электронных состояниях, имеет большое фундаментальное и прикладное значение.
В основном электронном состоянии в нейтральной среде (рН 7) в водном растворе фторхинолоны находятся в нейтральной (енольной) и цвиттер-ионной форме. Анализ спектров поглощения растворов выявляет три максимума полос разной интенсивности, лежащие в области 200-400 нм. Как правило, наиболее часто упоминается о двух интенсивных полосах в области 250-270 нм и 310-330 нм.
Критический анализ литературных расчетных данных органических соединений с шестичленными ароматическими циклами [40] с большой степенью достоверности позволяет наиболее интенсивную полосу поглощения в области 250-270 нм отнести к п п электронному переходу, а 310-330 к п-тг переходу. Последняя, как правило, расщепляется на две компоненты 315 нм и 330 нм. По мнению [41], такое расщепление есть результат неодинаковости сопряжения двух соседних ароматических колец, с различным числом гетероатомов. Наличие или отсутствие пиперазинильного заместителя фторхинолонов и налидиксовой кислоты принципиально не меняет местоположения и интенсивности основных полос поглощения.
В случае замены растворителя, рН, температуры и УФ-облучения поведение каждой из указанных полос строго индивидуально. Влияние кислотности существенно сказывается на спектрально люминесцентных свойствах органических соединений. Все полосы поглощения в области 200-400 нм по мере увеличения кислотности видоизменяются [42].
В водных растворах спектры люминесценции ципрофлоксацина, офлоксацина и норфлоксацина представляют собой интенсивную бесструктурную широкую полосу с большим стоксовым сдвигом [41]. В органических растворителях интенсивность люминесценции офлоксацина и норфлоксацина низка, время жизни, по отношению к таковой в водной среде, удлиняется и появляется еще одна полоса в области 350-400 нм. В таких органических растворителях как СН3ОН и CH3CN наблюдается батохромный сдвиг максимума по сравнению с водным раствором. Спектры поглощения и люминесценции норфлоксацина, и особенно, офлоксацина практически не имеют зеркальной симметрии. Это говорит о незначительном изменении геометрии в органических растворителях. Для всех трех молекул изменения дипольного момента при возбуждении в газовой фазе незначительны. Наоборот, в водной фазе, эти изменения для офлоксацина и норфлоксацина очень велики. На основе экспериментальных данных и теоретических расчетов Park H-R at al. [1] предполагают, что молекулы офлоксацина и норфлоксацина существуют в воде, главным образом, в цвиттер-ионной форме, а в органических растворителях - в молекулярной форме. Т.к. скорость внутренней конверсии S— So для офлоксацина и норфлоксацина в органических растворителях очень высока, квантовый выход флуоресценции очень низок. Время жизни люминесценции офлоксацина и норфлоксацина в органических растворителях больше, чем в воде.
Офлоксацин и норфлоксацин имеют два атома азота, обладающих неподеленной парой электронов: один в положении 1 и другой азот пиперазинильной группы, присоединенной непосредственно к атому С-7 (N-16). В то же время атом кислорода карбонильной группы проявляет акцепторные свойства. Таким образом, обладая и донорными и акцепторными группами, офлоксацин и норфлоксацин являются донорно-акцепторными сопряженными молекулами. Можно предположить, что внутримолекулярный перенос заряда в возбужденном состоянии для офлоксацина и норфлоксацина происходит, как показано на схеме:
хотя ароматичность бензольного кольца при этом несколько нарушается. Это подтверждается значительными изменениями геометрии и дипольного момента вследствие возбуждения в водном растворе, как было описано выше. Следовательно, можно предположить, что красный сдвиг максимума спектра люминесценции офлоксацина и норфлоксацина в АОТ (аэрозоль-ОТ, натрий 1,4-бис(2-этилгексил)сульфокцинат) мицелле [28] связан с небольшой реорганизацией молекул воды, которая происходит после внутримолекулярного переноса заряда в возбужденном состоянии в этих молекулах.
Изучению состава и устойчивости комплексов лантаноидов с хинолонами посвящено весьма ограниченное число работ [11,17,43]. В работе [43] методом рН- потенциометрического титрования при 22С и ионной силе 0.1 определены ступенчатые константы устойчивости комплексов тербия с пефлоксацином, ломефлоксацином, офлоксацином, норфлоксацином, налидиксовой и пипемидиевой кислотами. Согласно данным титрования, исследуемые соединения являются слабыми одноосновными кислотами, значения рК которых находятся в интервале 7,3-8,8. Для ципрофлоксацина и налидиксовой кислоты определена прочность хелатов всего ряда лантаноидов. Комплексообразование сопровождается понижением рН, при подщелачивании выше рН 8,5 комплексы разрушаются вследствие гидролиза. Анализируя значения ступенчатых констант устойчивости комплексов тербия, авторы [43] выделяют две группы лигандов. Одна образует прочные соединения (lgKi больше 6), а вторая, к которой принадлежат офлоксацин, норфлоксацин и пипемидиевая кислота, -образуют хелаты, устойчивость которых примерно на три порядка ниже.
Для первой группы кислот наблюдается удовлетворительная корреляция их констант кислотной диссоциации с устойчивостью тербиевых хелатов, тогда как для другой группы существование подобной закономерности не наблюдалось. Наличие пиримидинового цикла в пипемидиевой кислоте, бензоксазинового цикла в офлоксацине и чисто хинолонового фрагмента в норфлоксацине делает их структуры слишком различающимися для проведения корректных сопоставлений.
Выделение комплексных соединений фторхинолонов с редкоземельными элементами из водных и водноорганических сред -трудоемкая задача, сопряженная с поиском состава и концентрации растворителей, исходных солей, оптимальной кислотности среды, температурного режима и т.д. Выпавшие осадки нередко сопровождаются соосаждением гидроокиси лантаноида. Работы по препаративным методам исследования подобных комплексов, изучению люминесцентно-спектроскопических и антибактериальных свойств представляют как научный, так и практический интерес в связи с перспективностью расширения их сфер применения.
Методика определения антибактериальной активности фторхинолонов и их металлокомплексов
Антибактериальная активность. Для определения антибактериальной активности соединений Ей (Си , Al , Zn , Cd , Ва ) с cfqH и nfqH в качестве тест-культур были выбраны обладающие природной чувствительностью к фторхинолонам грамотрицательные Escherichia Col і АТСС 15034, Proteus vulgaris KMM 432, Pseudomonas aeruginosa KMM 433 и грамположительные Staphylococcus aureus ATCC 21027. Был использован метод с применением лунок в толще агара. Культуры выращивали на питательной среде АГВ. В лунки вносили по 50 мкг растворов антибиотиков и разные количества европия хлорида ЕиС1з-6Н20. Инкубацию вели в течение 18 часов при 37С. Интерпретацию экспериментальных данных значений диаметров зон подавления роста микробных культур проводили согласно [77].
Метод последовательных серийных разведений был использован для определения антибактериальной активности облученных образцов антибиотиков. Основан на прямом определении величины минимальной ингибирующей концентрации (МИК), определяемой как минимальная концентрация, подавляющая видимый рост исследуемого микроорганизма. Для определения величины МИК заданные концентрации антибиотика вносят в питательную среду, которую затем засевают культурой исследуемого микроорганизма, после инкубации оценивают наличие или отсутствие видимого роста.
Из рабочих растворов cfqH и nfqH готовили серийные разведения данных антибиотиков. В ряд стерильных пробирок наливали по 2 мл бульона Миллер-Хинтона. В первую из них добавляли 2 мл рабочего раствора антибиотика. После чего переносили из первой во 2-ую, из 2-ой в 3-ю и т.д. по 2мл разведенного антибиотика. Таким образом, в каждой из последующих пробирок концентрация антибиотика была уменьшена в два раза. После чего в каждую из пробирок разведений антибиотиков вносили по 1мл культур микроорганизмов (микробная нагрузка 106 микробных клеток в 1 мл). В качестве тест-культуры был выбран Staphylococcus aureus АТСС 21027. Каждая серия опыта сопровождалась контролем культур (бульон Миллер-Хинтона + 1 мл 10 взвеси микроорганизмов), бульона и необлученного антибиотика. Посевы инкубировали в течение 18-24 часов при 37С. Учет результатов проводили визуально, отмечая наличие роста в контроле культуры, его отсутствие в контроле бульона и изменение мутности проб в соответствии с контролями. По результатам 30 измерений вычисляли среднее значение. В случае нечеткости результатов проводили высев на МПА (мясо-пептонный агар).
Цель получения соединений, включающих в качестве комплексообразователя Sb(III), Au(III), Eu(III), Tb(III) и другие РЗИ, ставилась, исходя из необходимости всестороннего изучения химических и антибактериальных свойств этого практически важного класса веществ, с одной стороны, и возможностью применения их в качестве люминофоров с высоким квантовым выходом люминесценции и линейчатой структурой спектров, с другой. Теоретический интерес представляет вопрос выявления координационных возможностей не только центрального иона, но и способности хинолонов выступать в качестве как внешнесферных катионов, так и ацидо- и нейтральных лигандов. Наиболее полный обзор рентге неструктурных данных по фторхинолонам и их комплексам с металлами дан в [7]. Ниже изложены результаты, которые впервые получены нами совместно с лабораторий строения вещества ИХ ДВО РАН и не были ранее опубликованы в зарубежной и отечественной литературе.
Кристаллическая структура соединений Cu(II) и Zn(II) с налидиксовой кислотой (nlqH), атомы кислорода карбонильной и карбоксильной групп которой имеют прямые межатомные контакты с комплексообразователем, описаны [7]. Способность nlqH выступать в качестве внешнесферного катиона, в котором к атомам кислорода карбонильной и карбоксильной групп присоединены протоны, установлена при анализе рентгено-структурных данных соединения Сі2Н5СІ4 048Ь(таблЛП-4П). Соединение выделено в кристаллическом виде из концентрированного солянокислого раствора при соотношении реагирующих компонентов, близком к стехиометрическому. В воде разлагается вследствие гидролиза сурьмы. Температура, при которой проведен рентгеноструктурный анализ -173К, R-фактор = 0.03 (3%), плотность 1,91 г/см , относится к триклинной. Кристаллическая структура Ci2Hi3N203[SbCl4]-H20 состоит из анионов [Sb2Cl8] ", катионов C12H13N2O3 и молекул Н20 (рис.7).
Состав и спектрально-люминесцентные свойства комплексных соединений норфлоксацина, ципрофлоксацина и налидиксовой кислоты с Еи(Ш), ТЬ(Ш), Sm(III), Tm(III)
В периодической системе элементов Аи находится в подгруппе Си, Ag, Аи с конфигурацией 3d1481 11 и 5d6s соответственно. Для ионизованного состояния Аи(Ш) наблюдается конкуренция электронов по заполнению 6s и 5d - оболочек с тенденцией к образованию заполненной 3d10. Для конфигурации 5d96s2 Au рассчитаны и экспериментально установлены возбужденные уровни: D5/2 - 9161см" (1Л4эв) и Di/2 — 21435CM" (2.663B) [86]. Спектрально-люминесцентные характеристики ти-л и п-тс переходов, наблюдаемых в спектрах поглощения и спектрах возбуждения люминесценции, позволяют составить схему электронно-возбужденных состояний cfqH.
Результирующая схема основного и возбужденных состояний соединения (cfqH2)+[AuCl4] Н20 приведена на рис. 24.
Энергетический уровень Оз/2=21435 см" лежит чуть ниже Ттгл (cfqH). Поскольку межатомные расстояния Аи с С, F, О не превышают 5 А, это способствует прямому энергетическому обмену Au(III)-cfqH между выше указанными уровнями с последующим безызлучательным переносом в основное состояние.
Имеется небольшое число работ, посвященных изучению взаимодействия хинолонов с редкоземельными ионами (РЗИ) [43,87,88]. Как отмечалось в 1.4, в работе [1] методом рН-потенциометрического титрования определены константы ступенчатого комплексообразования РЗИ с некоторыми хинолинкарбоновыми кислотами и сделаны предположения об их составе, который может претерпевать изменения по ряду РЗИ.
Имеется ряд публикаций [87-89], посвященных методам анализа хинолонов, в том числе люминесцентным, с использованием лантанидов в качестве реагентов. Представляет интерес использование указанных соединений в качестве люминесцентного зонда [89]. В данном разделе исследованы условия комплексообразования и спектрально-люминесцентные свойства соединений некоторых РЗИ с cfqH, nfqH и nlqH.
Слабокислые растворы РЗИ и ципрофлоксацина при УФ облучении проявляют люминесценцию, характерную для фторхинолонов, спектр которой представляет собой широкую бесструктурную полосу с максимумом в голубой области (Рис.25.1). В области рНб (Рис. 26) в растворах Еи(Ш), Sm(IIl), Tb(III), Тт(Ш) с налидиксовой кислотой и ципрофлоксацином образуются комплексы, обладающие люминесценцией, характерной для каждого соответствующего РЗИ, интенсивность которой резко растет с увеличением рН до 8-9.
Наиболее перспективными при исследовании процессов комплексообразования, состава и строения комплексов являются соединения европия, обладающие интенсивной люминесценцией и информативной линейчатой структурой спектров [90]. В спектре люминесценции раствора Еи3+ с cfqH при рН6 (Рис.25.2) наблюдаются 6 компонентов штарковского расщепления уровня F[ и более 5 для уровня F2 , что свидетельствует о присутствии, по крайней мере, двух неидентичных излучающих центров Еи3+. Такая картина связана с началом процесса ступенчатого комплексообразования. Наличие интенсивной полосы перехода D0- F0i большая величина расщепления Fj и F2 -уровней говорит о низкой симметрии окружения Ей , по крайней мере, в одном из излучающих центров.
При повышении рН в реакционной среде до значений 7,5 интенсивность свечения резко возрастает, расщепление го.ід -уровней энергии характерно для индивидуального соединения (Рис.25,3). При дальнейшем увеличении рН до 8-9 спектр не меняется, что говорит о достижении максимально возможного числа координированных лигандов вокруг иона европия. Штарковская структура спектра характеризуется низкой величиной расщепления F( и F2 уровней, переход D0- F0 практически не проявляется, свидетельствуя о высокой симметрии кристаллического поля лигандов вокруг центрального иона.
Мольное отношение EuxfqH в комплексах (Рис.27) определяли методом изомолярных серий в водных растворах при рН8 (боратный буфер), где за свойство принята интенсивность люминесценции Еи3+ (612нм). Общая концентрация реагирующих компонентов в растворе составляла 6x1 (Ґ м. Кривая состав-свойство имеет максимум при значении EuxfqH, равном 1:3. Это подтверждает предположение о координации к европию трех кислотных остатков ципрофлоксацина.
Соединения выделяли из водного раствора, промывали на бумажном фильтре этанолом, сушили в вакуумном сушильном шкафу при 100С. Осажденные из водного раствора соединения Еи(Ш) и ТЬ(Ш) с ципрофлоксацином не имеют кристаллической структуры, гигроскопичны и соответствуют составу Ln fq nH O, где Ln - Eu, Sm, Tb, Tm, n = 1-4.
Вычислено: Eu(cfq)34H20: %Eu= 12,5; %C=50,4; %H=4,8; %N=10,3. Анализ ИК-спектров выделенных соединений говорит о непосредственной координации cfqH редкоземельными ионами через атомы кислорода карбоксильных групп с замыканием металлоцикла. Об этом свидетельствует проявление колебательных частот 1387см" и 1556см"1 вместо 1700 см"1, характерных для карбоксильной группы ципрофлоксацина в свободном виде. При удалении растворителя интенсивность люминесценции комплексов возрастает на два порядка и в интервале температур 77-373К практически не подвержена температурному тушению. Спектры люминесценции и отнесение наиболее интенсивных полос приведены на рис.28.
Влияние УФ облучения и комплексообразования на антибактериальную активность фторхинолонов
Эффективность действия лекарственных веществ обусловливается способностью их проникновения к мишени. Для веществ, склонных к ионизации, биологическая активность может определяться долей неионизированных молекул или, наоборот, ионизированной частью вещества [25]. Например, в [7, 95] высказывается предположение, что цвиттер-ионная форма (с более высокой поляризацией зарядов) имеет повышенную антибактериальную активность по сравнению с нейтральной формой. Спектрально-люминесцентные методы диагностики для фторхинолонов, обладающих высоким квантовым выходом, - весьма чувствительные индикаторы смещения протолитического равновесия в водных растворах. Впервые изучены закономерности спектрально-люминесцентного поведения и исследована кинетика фотохимических реакций nlqH, nfqH, cfqH, ofqH.
Как нами установлено, для соединений фторхинолонов при переходе в возбужденное состояние не только увеличивается склонность молекулы к диссоциации, но и на практике реализуется возможность протекания сложных протолитических фотохимических реакций протоно-акцепторного типа, включая склонность к димеризации через посредство водородных связей.
Возможность протекания фотохимических реакций переноса протона и димеризации под действием светового излучения демонстрируют кинетические кривые изменения интенсивности люминесценции и электронных спектров поглощения водных растворов фторхинолонов при различных значениях рН. Изучены кислотно-основные равновесия фторхинолонов в воде и возможность протекания реакций протонирования — депротонирования кислотно-основных форм. Впервые показано, что внутри- и межмолекулярный фотоперенос протона фторхинолонов зачастую сопровождается их димеризацией. Кроме того, ниже будет показано, что возможное взаимодействие возбужденной молекулы fqH с водной средой может осуществляться двояким образом, позволяющим разделить антибиотики на две группы: соединения - доноры протонов, кислотность которых увеличивается при возбуждении по схеме В данной работе впервые изучены закономерности спектрально-люминесцентного поведения и некоторые вопросы химизма фотопревращений налидиксовой кислоты (nlqH). 1 -Этил-1,4-дигидро-7-метил-4-оксо-1,8-нафтиридин-З -карбоновая кислота (налидиксовая кислота) является первым случайно полученным антибиотиком класса хинолонов [3], еще не модифицированным заместителями в положениях 6, 7, поэтому может служить исходным сравнительным объектом при изучении фторхинолонов. Молекула налидиксовой кислоты характеризуется структурной единицей нафтиридина, включающей два сопряженных ароматических кольца с гетероатомами азота, а также карбонильную и карбоксильную группы, склонные к протонизации в нейтральной и кислой средах: Спектрально-люминесцентные методы являются чувствительным индикатором для изучения фотохимического поведения хинолонов, обладающих фотолюминесценцией. Ниже будут представлены результаты воздействия УФ-облучения на водные растворы nlqH, изучены спектры УФ-абсорбции и спектрально-люминесцентные свойства растворов в зависимости от длины волны, длительности облучения и кислотности исходных растворов. Концентрация исследуемого соединения в водном растворе составляла 5 10" М. Опыты по облучению с последующей регистрацией спектров УФ абсорбции и люминесценции проводились при Х0бл = 254нм (Т0бл= Ю16 квант/см2 -с) и Зббнм (10бл= Ю15 квант/см2 -с) . Кислотность растворов варьировалась от рН 7 до Юн НС1, включая промежуточные значения, а именно, 1н, 2н, Зн, 4н, 5н, 6н, 7н, 8н, 9н НС1. В области рН2-9 налидиксовая кислота подвержена кислотной диссоциации, рКа=6 [7]. Налидиксовая кислота существует в недиссоциированной форме при рН 1.6-3,6 и, согласно [7], nlqH протонируется в сильнокислой среде с образованием нафтиридиниум-катиона, для этой реакции рК=0,86. При низких значениях рН, как было показано нами ( 3.1), возможно протонирование 3-карбонильной группы и NH- группы, как предполагают [26]. В таком случае схема протолитического равновесия различных форм может быть представлена: При смещении протолитического равновесия влево в результате протон ирования нейтральной формы, определенную роль начинают играть реакции ассоциативного характера, в первую очередь процесс димеризации. Так, на присутствие димерной формы реагента, указывает появление в длинноволновой части УФ спектра изобестической точки (к. = 340 нм) и новой полосы с максимумом 353 нм (Рис. 31).
Данные люминесцентной кинетической спектроскопии подтверждают наличие нескольких форм nlqH в водной среде. Налидиксовая кислота в нейтральном водном растворе обладает низкоинтенсивной люминесценцией, вследствие большого числа диссоциированных молекул, с максимумом в синезеленой области спектра (410-510нм), что согласуется с [96]. С ростом кислотности увеличивается концентрация нейтральных молекул и вплоть до 1н НС1 наблюдается усиление флуоресценции. Соединение не обладает люминесценцией в щелочной среде (анионная форма), а также в сильнокислых средах Зн-10н НС1, где существует в виде нафтиридиниум -катиона (м о нопротониро ванная форма), что согласуется с литературными данными [7] и результатами рентгеноструктурного исследования (см. 3.1).
