Исследование комплексообразования некоторых производных пиперидина с b-циклодекстрином

Изучение состава и структуры комплексных соединений включения b-циклодекстрина с производными 4-этинил-пиперидин-4-ола. Сравнительный анализ возможности комплексообразования с производными на основании квантово-химических расчетов равновесной геометрии.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Кафедра общей, неорганической химии и информационно-вычислительных технологий в химии

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ (ДИПЛОМНАЯ) РАБОТА

Исследование комплексообразования некоторых производных пиперидина с b-циклодекстрином

Работу выполнил К.С. Шарапов

Научный руководитель

канд. хим. наук, доц. В.А.Волынкин

Краснодар 2013

Реферат

Дипломная работа: 57 стр., 26 рис., 16 табл., 53 источника литературы.

Объект исследования: Комплексообразование некоторых производных пиперидина с в-циклодекстрином.

Цель работы: Целью данной работы является изучение состава и структуры комплексных соединений включения в-циклодекстрина с производными 4-этинил-пиперидин-4-ола.

В дипломной работе проводится анализ структуры и состава полученных соединений методами ЯМР спектроскопии и квантово-химических расчетов.

Представленные в работе данные позволяют сделать предположительные выводы о структуре комплексов.

СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ, ПРОИЗВОДНЫЕ ПИПЕРИДИНА, АНЕСТЕТИКИ, ЦИКЛОДЕКСТРИНЫ, ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ, КОМПЛЕКС ВКЛЮЧЕНИЯ, ЯМР СПЕКТРОСКОПИЯ, КВАНТОВАЯ ХИМИЯ.

Введение

В связи с активным развитием супрамолекулярной химии повышенный интерес в настоящее время вызывают молекулярные комплексы включения типа «хозяин-гость». Важное место среди веществ, способных выступить в качестве хозяина комплекса типа «хозяин-гость» занимают циклодекстрины (ЦД). Этим свойством циклодекстрины обладают благодаря своему строению: их молекулы имеют гидрофильную внешнюю поверхность и сквозную гидрофобную полость, по своим размерам сопоставимую с величиной многих органических и неорганических соединений. ЦД связывают молекулу «гостя» главным образом путем, так называемых, гидрофобных взаимодействий. Использование циклодекстринов в системах доставки лекарственных препаратов, особенно сильнодействующих и токсичных - актуальная проблема в современной фармацевтической химии. Несмотря на огромный арсенал имеющихся лекарств, проблема изыскания новых высокоэффективных лекарственных средств остается актуальной. Наиболее актуальной проблемой современной медицины является создание наиболее эффективного анальгетика, с минимальным наркогенным потенциалом, так называемого идеального анальгетика. Наиболее известными и перспективными являются вещества на основе производных пиперидина.

В качестве объектов исследованиябыли выбраны производные пиперидина, которые выступают в роли «гостей» в супрамолекулярных комплексах включения, и в-циклодекстрин являющийся в этих соединениях молекулой «хозяином». Эти соединения представляют интерес как новое высокоэффективное лекарственное средство, с минимальным наркогенным потенциалом.

Перечисленные выше обстоятельства в совокупности позволили сформулировать цели и задачи данного исследования.

Целью данной работы является изучение состава и структуры комплексных соединений включения в-циклодекстрина с производными 4-этинил-пиперидин-4-ола.

Были поставлены следующие задачи:

Получить комплексные соединения в-циклодекстрина с 4-этинил-1-метил-пиперидин-4-олом, 1-(3-н-бутоксипропил)-4-винилацетилен-4-бензоилоксипиперидином, 1-(2-этоксиэтил)-4-этинил-4-бензоилоксипиперидином.

Исследовать состав и структуру получившихся комплексов методами ЯМР.

Провести сравнительный анализ возможности координации с вышеуказанными производными в-циклодекстрина на основании квантово-химических расчетов равновесной геометрии комплексов различного типа.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

пиперидин циклодекстрин комплексообразование

1.1 Комплексы включения. Циклодекстрины

Из множества видов исследованных супрамолекулярных систем особое внимание исследователей уже несколько десятилетий привлекают циклодекстрины (ЦД). В последнее время циклодекстрины, представляющие собой регулярно построенные циклические олигосахариды, нашли самое широкое применение в различных областях химии, например, супрамолекулярной химии, тонком органическом синтезе, в различных междисциплинарных направлениях. Повышенный интерес к циклодекстринам обусловлен в первую очередь их циклической структурой и способностью за счёт внутренней полости образовывать многочисленные соединения включения с разнообразными гидрофобными «гостями». Среди других достоинств циклодекстринов следует отметить их нетоксичность, биоразлагаемость и относительную дешевизну. Особый интерес циклодекстрины представляют как вспомогательные вещества в биохимических исследованиях и фармакологии, где они примененяются, главным образом, для инкапсулирования различных лекарственных средств. Такое инкапсулирование (образование супрамолекулярных комплексов типа «гость-хозяин») обычно защищает лекарство от биоразложения, способствует повышению его растворимости в водной среде, а в ряде случаев доставке лекарств в нужное место эффективно и избирательно. Кроме включения известные успехи были достигнуты и при ковалентном («химическом») привязывании (коньюгировании) лекарственных соединений к циклодекстрину, что позволило создать новые, более эффективные лекарственные средства за счёт пролонгированного и целенаправленного действия. Причем использование объёмных наноразмерных циклодекстриновых комплексов и коньюгатов позволяет улучшить биодоступность, уменьшить токсичность и облегчить прохождение биологических барьеров [1].

Циклодекстрины это - природные олигосахариды, молекулы которых, в частности первых трех наиболее изученых представителей этого гомологического ряда, построены из шести, семи или восьми (n=6,7,8) d-глюкопиранозных звеньев связанных между собой 1,4- гликозидной связью и, соответственно, имеют названияб-, в- и г-ЦД [2,3].

Ниже представлены ихструктурныеформулы:

Геометрически молекулы циклодекстринов имеют форму усеченногоконуса (тора), полого внутри, в котором по окружности нижнего основания расположены 6-8 первичных OH-групп, а по окружности верхнего основания - 12-16 вторичных гидроксильных групп. Внутренняя полость ЦД является гидрофобной и способна образовывать комплексы включения с другими молекулами органической и неорганической природы (Рисунок 1).



Рисунок 1 - Схематическое изображение молекулы циклодекстрина

На рисунке 2 в качестве примера схематически представлено образование комплекса включения ЦД с элементным йодом.

Рисунок 2 - Формирование клатратного комплекса a-циклодекстрина с йодом.

Образование циклодекстринами комплексов включения способно радикально изменять физико-химические и биологические свойства включаемых молекул.

Образуемые циклодекстринами комплексы включения в воде распадаются на ЦД и исходное вещество, проявляя основные свойства последнего. При нагревании выше 50-60 °C комплексы обычно распадаются полностью и восстанавливают свою структуру при охлаждении.

Благодаря своим свойствам ЦД широко применяются в пищевых технологиях, фармацевтике, косметике, биотехнологии, аналитической химии и в процессах очистки воды [24].

Доминирующее количество лекарственных препаратов вводится в организм в растворе, поэтому большой интерес вызывает получение новой лекарственной формы на основе в-циклодекстрина и изучение структурных особенностей.

1.2 Анестетики

Несмотря на достижения современной анестезии, продолжаются поиски менее опасных средств для наркоза, разработка различных вариантов многокомпонентного избирательного наркоза, позволяющего значительно снизить дозы используемых средств, уменьшить их токсичность и побочные отрицательные влияния. Известно, что местноанестезирующие средства понижают чувствительность окончаний афферентных нервных волокон, и угнетают проведения возбуждения по нервным волокнам. Вызывают местную потерю чувствительности. И в первую очередь они устраняют чувство боли, в связи с чем их используют главным образом для местного обезболивания (анестезии)[25].

К анестезирующим средствам предъявляют определенные требования. Прежде всего они должны иметь высокую избирательность действия, не оказывая отрицательного влияния ни на нервные элементы, ни на окружающие ткани. Короткий латентный период, высокая эффективность при разных видах местной анестезии, определенная продолжительность действия. Желательно, чтобы они сужали кровеносные сосуды. Это существенный момент, так как сужение сосудов усиливает анестезию, понижает кровотечение из тканей, а так же уменьшает возможность токсических эффектов задерживая всасывание анестетика. Так же к числу важных характеристик относятся низкая токсичность и минимальные побочные эффекты [26].

В настоящее время в медицинской практике используется множество местноанестезирующих веществ с различной степенью активности и разной продолжительностью действия.

Обычно мы имеем дело не с лекарственным веществом как таковым, а так называемой лекарственной формой. Например, при введении лекарств с помощью инъекций водорастворимые препараты вводят в виде изотонических растворов, содержаих местный анестетик, а жирорастворимы...