CC BY
13
УДК 66.091.7
Мендруль В.В., Серегина Т.С., Ивановская Е.В., Деревнин И.А., Дятлов В.А.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛЮЧЕВЫХ САЙТОВ СВЯЗЫВАНИЯ ГОССИПОЛА С ДИАЛЬДЕГИДПОЛИСАХАРИДАМИ
Мендруль Виктория Васильевна, магистрант 1 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов, email: [email protected];
Серёгина Татьяна Сергеевна, студентка 3 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов; Деревнин Игорь Алексеевич, студент 3 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов; Ивановская Екатерина Владиславовна, студентка 1 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов;
Дятлов Валерий Александрович, д-р хим. наук, профессор, РХТУ им. Д.И. Менделеева;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Миусская площадь, 9, Москва, Россия
Исследование посвящено определению ключевых сайтов для связывания госсипола с диальдегидполисахаридами, которые используются в качестве полимеров-носителей лекарственных средств. Обнаружено, что в условиях реакции нафтахинон присоединяется как к окисленным звеньям, так и к гидроксильным группам восстанавливающих концов полисахаридов с образованием полуацетальных связей.
Ключевые слова: диальдегиддекстран; диальдегидкарбоксиметилцеллюлоза; деалкилирование госсипола; гликозилирование госсипола.
DETERMINATION OF THE KEY SITES FOR COVALENT BONDING OF GOSSYPOL TO DIALDEHYDE POLYSACCHARIDES
Seregina T. S., Mendrul V.V., Ivanovskaia E.V., Kharitonova V.G., Derevnin I. A., Dyatlov V. A. D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
This study is devoted to determination of the key sites for covalent bonding of gossypol to dialdehyde polysaccharides, which are used as conventional drug carriers. It has been found that gossypol irreversibly interacts with hemiacetal cycles of oxidized units and reducing terminal groups via aldehyde moiety only. The products of gossypol glycosilation have been synthesized and used as low molecular mass models to determine the bonding sites and chemical structure of resulting polymers.
Key words: dialdehydedextran; dialdehydecarboxymethylcellulose; gossypol dealkylation; gossypol glycosilation.
Госсипол - природный полифенол, токсин хлопчатника, выделяемый из корней и листьев этого растения. Он и его производные обладают множеством видов биологической активности, включая противоопухолевую, антиоксидантную, противовирусную и другие [1]. В тоже время госсипол относится к классу высокотоксических соединений действующих на быстро делящиеся клетки. Он угнетает мужскую фертильность, а в более высоких дозах вызывает токсический синдром. Высокая цитотоксичность госсипола обусловлена наличием двух альдегидных групп, способных сшивать белки и нуклеиновые кислоты. Одним из подходов, позволяющих существенно снизить токсичность, является иммобилизация на биодеградирующие полимеры [2]. Весьма эффективными носителями госсипола оказались диальдегиддекстран и
диальдегидкарбоксиметилцеллолюлоза, получаемые периодатным окислением соответствующих природных и полусинтетических полимеров [3, 4]. Целью работы было определение ключевых сайтов для ковалентной связи госсипола с диальдегидполисахаридами.
Окисленные полисахариды имеют несколько потенциальных сайтов для связывания активного вещества, содержащего ароматическую альдегидную группу.
Первый - это окисленное глюкозное кольцо существующее в виде циклических полуацеталей. ДАКМЦ содержит единственный тип окисленных звеньев (рисунок 1, сайты а), в то время как ДАД имеет три типа (рисунок 1, сайты Ь, с, d). Второй потенциальный сайт - остатки неокисленных ангидроглюкозных звеньев. Этот сайт имеет особое значение для полимеров с высокой молекулярной массой, содержащих относительно небольшое количество окисленных звеньев. Конденсация может протекать с вовлечением первичных (С6) и вторичных (С2-С4) спиртовых -ОН групп (рисунок 1, сайты е, Г, §).
Третий сайт - полуацетальные -ОН группы восстанавливающих концов макромолекул (С1). Этот сайт имеет особое значение для низкомолекулярных полисахаридов, которые могут содержать до 1-2 мол.% (рисунок 1 , сайты Ь, 1).
но
^С-ОГ.-О-СК
(ноКн, "5с-снго-сн
е 1 8 Ь 1
Рисунок 1 - Потенциальные сайты для присоединения госсипола к ДАКМЦ и ДАД
Конденсация госсипола с сайтами первого типа была изучена с использованием полисахаридов содержащих не менее 60% окисленных звеньев. В ЯМР 13С спектре полимеров, полученных в водном щелочном растворе при эквимольном соотношении госсипола и диальдегидполисахаридов, химические сдвиги ключевых атомов углерода С1" и С11" подтверждают образование химической связи между госсиполом с носителями, с образованием продуктов конденсации ацетального типа. Гемиацетальные -ОН группы окисленных полисахаридов являются ключевыми сайтами для взаимодействия с госсиполом. Окисленные звенья ведут себя как монофункциональные фрагменты в используемых экспериментальных условиях, только одна -ОН группа может реагировать с госсиполом с образованием продукта гликозилирования. Взаимодействие с двумя фрагментами молекулы госсипола не происходит по стерическим причинам. Бифункциональная молекула госсипола может взаимодействовать с окисленными звеньями одной и той же или разных макромолекул носителя, однако спектральные исследования не позволяют определить разницу и это остается вне сферы данного исследования.
(шх н.{ сит
си, сн,
Ж " я
Н)С С11) (11., СВ]
Рисунок 2 - Госсипол, ковалентно связанный с цепью: ДАКМЦ (а) и ДАД (Ь)
НПч 1Ю-
Взаимодействие глюкозы с госсиполом использовали в качестве модельной реакции связывания нафтальдегида с неокисленными звеньями и восстановлювающими концевыми группами макромолекул. Реакцию проводили в водной среде при нейтральных и щелочных значениях рН. Борная кислота, введенная в реакционную среду, была использована для эффективного контроля стерео- и
региоселективности гликозилирования.
Ориентационный эффект комплекса Безекена, образовывающегося в борат содержащей водной среде, закрывает -ОН группы глюкозных циклов полисахаридов направленные в одну сторону, обеспечивая регеоселективность реакции
присоединения
Рисунок 3 - Образование боратного комплекса Безекена с глюкозой
Взаимодействие госсипола с глюкозой в боратном буфере приводит к конденсации с -ОН групп у анамерных атомов углерода С1". Вторичные спиртовые функциональные группы при атомах углерода С2, С3 и С4 остаются нетронутыми в вышеупомянутых условиях. Реакция дает смесь трех соединений (Рис. 4), которые могут быть выделены в виде боратных комплексов.
но—сн, )
Л /\
н,г си, 2 и,с сн,
Рисунок 4 - Продукты гликозилирования госсипола олигомерами глюкозы (целлобиозой) в водной боратсодержащей
среде
Взаимодействие глюкозы с госсиполом в спиртовой среде изучали, чтобы подтвердить стерическое затруднение в молекуле дизамещенного нафтальдегида. Конденсация с вовлечением сайта С1 достаточно высоко стерео- и региоселективна, что обусловлено стерическими затруднениями при гликозилировании двух альдегидных групп молекулы госсипола Присоединение двух молекул а-глюкозы, имеющей ОН группу при анамерном углеродном атоме в аксиальном положении не вызывает сильных стерических затруднений, в то время как замещение госсиполом экваториальной ОН-группы ß-глюкозы стерически невозможно. Спектр ЯМР 13С продукта конденсации демонстрирует существенные изменения в положении ключевых сигналов.
1. Сигнал анамерного атома углерода С(1) незамещенного а-гликозидного кольца 93,6 м.д. в спектре отсутствует, в спектре присутствует сигнал 96,4 м.д. малой интенсивности анамерного углерода С(1) ß-глюкозы, не вступающей в реакцию;
2. В спектре присутствует сигнал 101,22 м.д. замещенного анамерного атома углерода С(1) а-гликозидного кольца, вступившего в реакцию с госсиполом.
При проведении реакции в условиях избытка глюкозы образуется смесь моно- и дизамещенного продуктов в мольном соотношении 1:3. При равномольном соотношении и в условиях избытка госсипола образуется продукт
моногликозилирования.
Рисунок 5 - Продукт моногликозилирования госсипола в спиртовой среде
Таким образом, альдегидные функциональные группы являются ключевыми сайтами для связывания молекул госсипола с полисахаридными полимерами-носителями. В щелочной
боратсодержащей среде и спиртовом растворе госсипол существует в кетольной и альдегиной таутомерных формах соответственно. Гемиацетальные -ОН группы
диальдегидполисахаридов являются ключевыми сайтами для взаимодействия с госсиполом. Причем, окисленные звенья ДАКМЦ и ДАД реагируют как монофункциональные фрагменты в выбранных экспериментальных условиях. В реакции также участвуют восстанавливающие концевые группы макромолекул.
Борная кислота, введенная в реакционную среду, может быть использована для эффективного контроля стерео- и региоселективности гликозилирования.
Все три вторичные -ОН группы неокисленных ангидроглюкозных звеньев декстрана (С2-С4) и одна -ОН группа карбоксиметилцеллюлозы (С3) не участвуют во взаимодействии с госсиполом в выбранных экспериментальных условиях.
Список литературы:
1. V.G. Nesterenko, A.P. Suslov, V.A. Dyatlov, I.S. Kruppa. Gossypol polymer derivatives, methods for production thereof and pharmaceutical composition based thereon // Patent RU 2577539C2.2016.
2. V.A. Dyatlov, I.S. Kruppa, T.A. Grebeneva, V.V. Kireev, I.B. Sokol'skaya. Covalent Linkage of Gossypol and Dialdehyde Dextran // Chem. Nat. Compd. 2016, V. 52. I. 4. P. 628-633.
3. V.A. Dyatlov, V.I. Gumnikova, I.S. Kruppa, I.R. Rustamov, V.V. Kireev, T. A. Grebeneva, V.I. Maleev. Study of the chemical structure of dialdehyde carboxymethyl cellulose produced by periodate oxidation under different condition // Int. Polymer Sci. Tech. 2015. V. 42. I. 4. P. 19-26.
4. V.I. Gumnikova, V.A. Dyatlov, T.A. Grebeneva, I.S. Kruppa, V.V. Kireev, V.I. Bakhmutov. Study of the chemical structure of dialdehydedextran produced by periodate oxidation under different condition // Int. Polymer Sci. Tech. 2013. 6. I. 6. P. 44-50.
