CC BY
62
УДК 615.31:547.294.061:543.429.23
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ИКС И ЯМР 1Н АНАЛИЗА ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ НОВОГО БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА ПРОИЗВОДНОГО ГАМК: 4-АМИНО-3-(ПИРИДИЛ-3)-БУТАНОВОЙ КИСЛОТЫ ДИГИДРОХЛОРИДА
© 2013Беликов В.Г. j Боровский Б.В., Ларский М.В. [email protected]
Пятигорский медико-фармацевтический институт - филиал ГБОУ ВПО ВолгГМУ Минздрава России,
г. Пятигорск
На основании измеренных ИК и ЯМР ]Н спектрах субстанции 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты дигидрохлорида, проведена интерпретация полос поглощения и установлены структурные фрагменты анализируемого соединения. Полученные результаты позволили рекомендовать эти методы исследования для использования в фармацевтическом анализе как субстанции, так и лекарственного препарата, для установления структуры и идентификации исследуемого вещества.
Ключевые слова: производные гамма-аминомасляной кислоты, инфракрасный спектр, ЯМР ]Н анализ, идентификация, пиридиновое кольцо, первичная аминогруппа, карбоксильная группа.
Введение
Одним из перспективных путей создания новых лекарственных препаратов остается принцип модификации структуры эндогенных физиологически активных соединений, в том числе и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК).
С этой целью сотрудниками кафедры органической химии Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена (г. Санкт-Петербург) было синтезировано новое гетероциклическое производное ГАМК: 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты дигидрохлорида. Учёными Волгоградского государственного медицинского университета проведены доклинические исследования, которые показали, что данное химическое соединение обладает кардиопротекторным и анксиоседатив-ным действием, а также ноотропной и нейропротекторной активностью [5].
По мере развития фармации предъявляются все более высокие требования к обеспечению качества и безопасности лекарственных средств. В связи с этим возникает необходимость использования в фармацевтическом анализе методов исследования позволяющих достигать максимальной специфичности и достоверности результатов. Поэтому в проекты нормативной документации, как на фармацевтические субстанции, так и на лекарственные препараты все шире вводятся требования использования ИК спектрометрии и ЯМР :Н анализа.
Целью настоящей работы явилось выявление возможности применения ИКС и ЯМР :Н для идентификации 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты дигидрохлорида.
Материалы и методы
Объектом исследования являлись перекристаллизованные и хроматографически очищенные образцы субстанций 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты дигидрохлорида и стандартные образцы исследуемого вещества, предоставленные разработчиками.
Экспериментальную работу проводили на ИК спектрофотометре Varian Excalibur 3100 FT-IR (Япония). Образцы для записи спектров готовили методом прямого прессования с оптически чистым калия бромидом, измеряли спектры в режиме пошагового сканирования в диапазоне 3800-600 см-1 [2]. Определение проводили в шестикратной повторности, при этом каждый раз готовили новый образец. На рисунке 1 приведены ИК спектры поглощения 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты дигидрохлорида стандартного и исследуемого образца.
Экспериментальную работу по определению ЯМР спектров исследуемого вещества проводили на Spectrometer JNM-ECX400A. Навеску стандартного и анализируемого вещества 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты дигидрохлорида, массой 70 мг, растворяли в 0,7 мл дейтерированного диметил-сульфоксида (ДМСО^6). Регистрацию спектров ЯМР 1Н проводили при рабочей частоте 400 МГц в диапазоне от 5=0,00 до 5=9,00 м.д. В качестве внутреннего стандарта измерений использовали тетраметил-силан. Полученные спектры ЯМР 1Н анализируемого вещества представлены на рисунке 2: а-стандартного и б-исследуемого образца.
Результаты и их обсуждение
Спектральные кривые ИК-спектров поглощения (рис. 1) позволили составить таблицу отнесения полос поглощения к функциональным группам для подтверждения структуры.
По результатам изучения спектров была составлена таблица 1 отнесения полос поглощения к некоторым структурным фрагментам анализируемой молекулы.
SgoS------~5Ш-------'ийо * *—stes— -----SfeS----- —2eBo--------5ш------"иЗо--------'т5о~“ <ю ‘ " i«ioo ' ' мбб 1 ‘ 'ООО Too ' ' в'эо
Рисунок 1 - ИК-спектры гидрохлорида 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты дигидрохлорида в таблетках калия бромида: а-стандартного и б-исследуемого образца.
Таблица 1 - Отнесение полос поглощения к структурным фрагментам молекул
Положение полосы, см-1 Отнесение
3209 - 2404 ш.с. v ([-NH3]4)
2943 с. v (C -Н пиридинового кольца)
1720 оч.с. v (С=О в группе СООН)
1632 сл. в as(NHs); Vas (COO-)
1585 с. у пиридиновое кольцо
1537 ср. Y пиридиновое кольцо
1462 ср. в - ножничные С - Н (СН2); vs (COO-)
1187 оч.с. Y (О - Н в группе СООН)
1125 ср. v (С - О в группе СООН)
813 ср. 5 ([-NH3]4)
777 ср. Y (C - Н - цикл)
Примечание: V - симметричные валентные, у - внеплоскостные деформационные,
в - плоскостные деформационные, д - деформационные колебания; полосы: ш. с. - широкая сильная, оч. с. - очень сильная, с. - сильная, ср. - средняя, сл. - слабая.
Полученные данные целесообразно рассмотреть для каждой спектральной области.
1. Область 4000 - 2000 см-1.
При рассмотрении данной спектральной области идентифицируются асимметричные и симметричные валентные колебания первичной алифатической аминогруппы анализируемого вещества. Наблюдение этих полос сильно затруднено из-за наложения полос поглощения С-Н- связей пиридинового цикла. При рассмотрении области валентных колебаний первичной алифатической аминогруппы исследуемого вещества нами была обнаружена широкая полоса поглощения с рядом максимумов на ней. В области 2404-3209 см-1 она была отнесена к валентным колебаниям v([-NHз]+), в то время как деформационные колебания проявляются в виде средней полосы в области 813 см-1. Одной из особенностей ИК спектров пиридинкарбоновых кислот является наличие полосы поглощения в области 2468 см-1, которая обусловлена, вероятно, возникновением димеров за счет образования водородной связи между азотом пиридинового ядра и карбоксильной группой [1]. Для рассматриваемого гетероциклического производного Г АМК можно предположить следующую структуру:
Таким образом, изучение области ИК спектра 4000-2000 см" позволяет получить важную и специфическую информацию о валентных колебаниях связей типа КН3; СН, а также о наличии внутри- и межмолекулярного взаимодействия.
2. Область 2000 - 600 см"1.
Анализируемая область содержит большое число полос поглощения, интерпретация которых имеет значение для структурных исследований.
Главной задачей является расшифровка деформационных колебаний иона КН3+. Нами были отмечены асимметричные деформационные колебания КН3+ в области 1632 см"1. Интенсивная полоса при 1720 см"1 принадлежит карбоксильной группе V СООН. В этой области также отмечаются плоскостные колебания скелета пиридинового цикла при 1537-1585 см"1. Полоса, лежащая в области 1462 см"1, соответствует ножничным колебаниям метиленовых групп. Веерные, крутильные и маятниковые колебания метиленовых групп мало интенсивны. В спектре наблюдается две средние полосы при 777 см"1 относящейся к 5КН3 и 813 см"1, которая принадлежит неплоским деформационным колебаниям двух смежных атомов водорода пиридинового кольца.
Основной задачей является расшифровка полос поглощения одинарной связи -С-Ы=. В литературе имеются различные сведения об этой полосе поглощения. Например, К. Наканиси считает, что эта полоса поглощения расположена в области 1250-1360 см"1[3]. Дайер Дж. отмечает, что связь -С-Ы= может иметь значение частоты при 1060-1140 см"1 [4]. В ИК спектре гетероциклического производного ГАМК полосы валентных колебаний -С-Ы= предположительно лежат в области 1252-1286 см"1. Кроме того, скелетные колебания в 2000-600 см"1 отчетливы, что свидетельствуют о том, что молекула анализируемого вещества находится в упорядоченном кристаллическом порядке.
Полученные ЯМР 1Н спектры (рис. 2а,б) позволили идентифицировать 4"амино"3"(пиридил"3)" бутановой кислоты по структуре вещества.
Рисунок 2 - ЯМР Н-спектры 4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты в ДМСО- ё6: а-стандартного и б-исследуемого образца.
Важнейшей характеристикой спектра ЯМР1Н является химический сдвиг (5), который зависит от структуры молекулы. Электронная плотность протонов в молекулах определяется характером химической связи и индукционными эффектами окружающих групп, вследствие чего экранирование протонов становится различным и их сигналы проявляются в разных областях спектра [6]. Результаты отнесения полос к водородсодержащим функциональным группам молекул исследуемого вещества представлены в таблице 2.
дигидрохлорида
Вещество Группа атомов 5, м.д Отнесение сигналов
-СН- 8,93 т протон пиридиния
-СН- 8,87 т протон пиридиния
-СН- 8,б5 т протон пиридиния
-СН- 8,10 т протон пиридиния
4-амино-3-(пиридил-3)-бутановой кислоты -NH3 8,35 с протон аминогруппы
-Н- 3,7б с при "ЫН3
-ОН- 2,98 д при СООН
-СН- 3,10 к метиновый протон
-ОН- 2,82 д при СООН
— 2,55 ДМСО^
— 3,20 молекула воды
Обозначения: т - триплет, с - синглет, д - дуплет, к - квартет.
Из таблицы 2 следует, что пики находящиеся в слабопольной области спектров ЯМР1Н наблюдаются сигналы ароматических четырех протонов пиридинового цикла в виде триплета, пик при 5=8,35 м.д. принадлежит протонированной аминогруппе и наблюдается в виде синглета. В сильнопольной области наблюдаются пики, соответствующие метиленовым протонам при карбоксильной группе (5=2,98 м.д.) в виде дублета и протонированной аминогруппе (5= 3,76 м.д.) в виде синглета.
Выводы
Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что в ИК спектрах исследуемого вещества наблюдаются специфичные полосы в областях 3300-2500 см-1,1718 см"1, соответствующие: у а8МН3+ и уСООН, что указывает на целесообразность использования ИКС для идентификации исследуемого вещества в субстанции по указанным полосам поглощения. В результате проведенного ЯМР 1Н анализа была также подтверждена структура исследуемого и стандартного вещества, определены специфические пики, с помощью которых можно провести идентификацию 4"амино"3" (пиридил"3)"бутановой кислоты.
Показана возможность применения ИК и ЯМР спектроскопии для подтверждения подлинности 4"амино"3"(пиридил"3)"бутановой кислоты. Изучены ИК и ЯМР спектры нового биологически активного производного гидрохлорид 4"амино"3"(пиридил"3)"бутановой кислоты, дана интерпретация полос поглощения и пиков.
Литература
1. Смит А. Прикладная ИК - спектроскопия. - М.: Мир, 1982. - С.164" 292.
2. Государственная фармакопея РФ: Методы анализа (ОФС) / Минздравсоцразвития. - 12"е изд.,
доп. - М.: Медицина, 2008. - Вып. 1. - С.62"65.
3. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органических соединений: пер. с англ. / под ред.
А.А. Мальцева. "3"е рус. изд." М.: Мир, 1985." 352с.
4. Дайер Д. Приложение абсорбционной спектроскопии органических соединений: пер. с англ. / Д. Дайер 2"е рус. изд." М.: Химия, 1970." 164с.
5. Перфилова В.Н. Кардиопротекторные свойства структурных аналогов ГАМК: дис. ...д"ра. биол. наук. " Волгоград, 2009."348с.
6. Карташов В.С. Идентификация методом ЯМР1Н ароматических, алифатических карбоновых кислот и их производных с использованием персонального компьютера // Фармация. "1996. - Т 45, №4. " С.35-37.
Б еликов Владимир Георгиевич - доктор фармацевтических наук, профессор.
Боровский Борис Владимирович - кандидат фармацевтических наук, преподаватель кафедры физической и коллоидной химии Пятигорского медико-фармацевтического института - филиала ВолгГМУ. E-mail: [email protected].
Ларский Михаил Владимирович - кандидат фармацевтических наук, преподаватель кафедры ФТВ, гигиены и экологии Пятигорского медико-фармацевтического института - филиала ВолгГМУ.
