Исследование состояния некоторых цефалоспориновых антибиотиков в водных средах спектрофотометрическим методом

Как следует из вышеприведенных данных, при добавлении аргинина в водные растворы моноаминокарбоновых а - аминокислот, протонированных только по а-аминогруппе, имеющих рН = 6,64, наблюдается увеличение щелочности среды до рН=10,76. Следовательно, возможно титриметрически, по количеству оттитрованных ОН- ионов, определить содержание аргинина на фоне моноаминокарбоновых а-аминокислот. Эта цель и была реализована в данной работе. При этом достигается переход формы R+- в форму R++- аргинина на фоне не протонируемых в этих условиях форм R+- моноаминокарбоновых а-аминокислот (см. рис. 2, 4).

Для оценки правильности определения аргинина в смеси с Ala, Val, Gly, Ley был применен метод «введено-найдено». Для этого в смесь аминокислот вводилось разное коли -чество аргинина (табл. 2). Проведенные рН-потенциометрические определения показали, что в интервале концентраций, указанных на градуировочных графиках, возможно определение аргинина с относительной погрешностью, варьирующей от 3,0 до 5,5%.

Таблица 2

Пример определения аргинина в смешанном растворе (I) методом «введено-найдено»

Введено Arg, мг Найдено Arg, мг Sr ô,%

65,33 61,71±2,64 0,017 5,5

108,88 103,99±3,49 0,014 4,5

195,98 190,07±2,28 0,005 3,0

Проведенные исследования показали, что в интервале концентраций 43,6-217,8 мг возможно прямое избирательное рН-потенциометрическое определение аргинина в различных смешанных растворах моноаминокарбоновых а-аминокислот с погрешностью, не превышающей 5,5%.

Работа выполнена в рамках Госзадания Минобрнауки РФ в сфере научной деятельности (базовая часть) по Заданию № 2014/203, код проекта 1255, шифр « ПАВ» Метрология создания и анализа новых практически ценных многокомпонентных систем и материалов.

Список литературы

1. Kiss T., Sôvâgô I., Gergely A. Critical survey of the stability constants of complexes of glycine // Pure and Appl. Chem. 1991. Vol. 63, № 4. P. 597-638.

2. Berthon G. The stability constants of metal complexes of amino acids winh polar side chains // Pure and Appl. Chem. 1995. Vol. 67, № 7. P. 1117-1240.

3. Sôvâgô J., Kiss T., Gergely A. Critical survey of the stability constants of complexes of aliphatic amino acids // Pure and Appl. Chem. 1993. Vol. 65, № 5. P. 1029-1080.

4. Pettit L. D. Critical survey of formation constants of complexes of histidine, phenylalanine, tysosine, L-Dopa and tryptophan // Pure and Appl. Chem. 2009. Vol. 56, № 2. P. 247-292.

5. Yamauchi O., Odani A. Stability constants of metal complexes of amino acids wint charged side chains-Part I: Positively charged side chains // Pure and Appl. Chem. 1996. Vol. 68, № 2. P. 469-496.

6. Химическая энциклопедия : в 5 т. Т. 1. М. : Сов. эн-цикл., 1988.

УДК 543:615.33

ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ НЕКОТОРЫХ ЦЕФАЛОСПОРИНОВЫХ АНТИБИОТИКОВ В ВОДНЫХ СРЕДАХ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

О. И. Кулапина1, В. А. Каренко2, Е. Г. Кулапина2

1Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского 2Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского E-mail: kulapinaeg@mail.ru

Разработаны экспрессные спектрофотометрические методики оценки подлинности некоторых цефалоспориновых антибиотиков II и III поколений. Показана идентичность препаратов цефотаксима (Россия) и клафорана (Франция), цефу-роксима (Россия) и цефуроксим аксетила (Англия). Ключевые слова: цефотаксим, клафоран, цефуроксим, цефуроксим аксетил, лекарственные препараты, водная среда.

Research of a State of Some the Cephalosporin Antibiotics in Water Environments by Spectrophotometry

O. I. Kulapina, V. A. Karenko, E. G. Kulapina

An express authenticity estimation of some cephalosporin antibiotics of II and III generations are developed by spectrophotometry. An

identity of drugs such as cefotaxime (Russia) and claforan (France), cefuroxime (Russia) and cefuroxime axetil (England) is shown. Key words: cefotaxime, claforan, cefuroxime, cefuroxime axetil, drugs, water environments.

DOI: 10.18500/1816-9775-2016-16-2-130-135

Введение

Бета-лактамные антибиотики применяются для моно- или комбинированной терапии большинства инфекций и лежат в основе современной антибактериальной терапии. К ним относятся пенициллины, цефалоспорины, карбапенемы и монобактамы [1—3].

Основа всех цефалоспоринов представлена дигидротиазолидиновым кольцом, соединенным с ß-лактамным кольцом. Антимикробная активность природных цефалоспоринов (цефалоспорин-С) низкая, однако присоединение различных радикалов в положение 7 и в положение 3 резко усиливает их биологическую активность и устойчивость к ß-лактамазам [4]. Синтезировано более 50 лекарственных средств этой группы. В настоящее время цефалоспорины занимают ведущее место при лечении различных инфекций в стационаре [5, 6]. В схемах начальной эмпирической терапии инфекций различной локализации в большинстве случаев отдается предпочтение лекарственным средствам цефалоспоринового ряда, поскольку они имеют широкий спектр антимикробной активности, хорошие фармакокинетические характеристики, низкую токсичность и хорошую переносимость; хорошо сочетаются с другими антибактериальными лекарственными средствами; удобны в применении и дозировании (для большинства возможно внутримышечное или внутривенное введение с интервалом 8—12 ч). В зависимости от спектра антимикробной активности цефа-лоспорины разделяют на 4 поколения (I—IV) [6—9].

В настоящей работе рассматриваются представители цефалоспорина II и III поколений. Цефалоспорины II поколения - парентеральные (цефуроксим, цефатакситин) и пероральные (цефуроксим аксетил, цефаклор), активны в отношении грамотрицательных бактерий.

Цефалоспорины III поколения - парентеральные (цефотаксим, цефтазидим, цефтриак-сон) и пероральные (цефиксим, цефтибутен). Они преимущественно активны в отношении грамотрицательных микроорганизмов и стрептококков/пневмококков. Антипсевдомонадные цефалоспорины III поколения (цефтазидим, цефоперазон) активны в отношении нефермен-тирующих микроорганизмов [7, 8].

В связи с тем что на фармацевтическом рынке появляются фальсифицированные препараты, а также в связи с заменой дорогостоящих импортных лекарств на российские необходимо иметь способ экспрессной идентификации лекарственных препаратов различных фирм-производителей.

В настоящем исследовании разработаны экспрессные спектрофотометрические методики оценки подлинности препаратов цефотакси-ма (ОАО «Биосинтез» г. Пенза) и его аналога клафорана («Роуссел Лаборатори», Франция), цефуроксима (ОАО «АБОЛмед», Россия) и цефуроксим аксетила («Зиннат», Glaxo Operations UK Limited, Англия).

Экспериментальная часть

В работе использовались цефуроксим (це-фуробол), цефотаксим, клафоран - порошки для приготовления инъекционных растворов, цефуроксим аксетил («Зиннат») - таблетки.

Формулы используемых в работе антибиотиков представлены в табл. 1.

Растворы цефурабола, клафорана, цефотак-сима, цефуроксим аксетила 0,5 мг/мл готовили путем растворения навесок массой 0,0125 г в небольшом количестве дистиллированной воды, полученные растворы переносили в мерные колбы вместимостью 25 мл и доводили до метки дистиллированной водой. Рабочие растворы концентраций 50—10 мкг/мл готовили разбавлением исходных.

Раствор цефуроксим аксетила 0,5 мг/мл (с учетом содержание основного вещества [10]) готовили путем растворения навески (0,0193 г, содержащей 0,0125 г антибиотика) в небольшом количестве дистиллированной воды, фильтровали, полученный раствор переносили в мерную колбу вместимостью 25 мл и доводили до метки дистиллированной водой. Растворы концентраций 50 мкг/мл; 40; 30; 20; 10 мкг/мл готовили разбавлением исходного.

Спектроскопические измерения проводили на спектрофотометре Shiadzu UV-1800, совмещенном с IBM PC, использовали кюветы из кварцевого стекла. Кислотность растворов антибиотиков контролировали на рН-метре pX-150МП со стеклянным и хдоридсеребряным электродами.

Для изучения влияния кислотности на состояние антибиотиков к рабочим растворам (С = 50 мкг/мл) добавляли по каплям 0,1 М раствор гидроксида натрия, создавали рН 7, 8, 9, 10 или 0,1 М раствор HCl - рН 1—6.

Таблица 1

Формулы используемых в работе антибиотиков

Антибиотик Формула М, г/моль Производитель

Цефурабол Cefurl (цефуроксим) O^y-v 424 ОАО «АБОЛмед» Россия

Цефуроксим аксетил Cefur2 510 Glaxo Operations UK Limited, UK

Цефотаксим Клафоран Ctox 455 ОАО «Биосинтез», г. Пенза; «Роуссел Лаборатори», Франция

Результаты и их обсуждение

Спектрофотометрическое исследование состояния антибиотиков в водных средах. Исследуемые в работе антибиотики относятся к разным поколениям, имеют сложную химическую структуру. Цефуроксим относится к антибиотикам кислотного типа, представляет собой кислоту, а цефуроксим аксетил-эфир в водных растворах гидролизуется и превращается в цефуроксим. На рис. 1 представлены спектры поглощения водных растворов цефуроксима и цефуроксим аксетила при различной концентрации.

Интервал линейной зависимости оптическая плотность - концентрация антибиотиков -10-50 мкг/мл. Сравнение спектров поглощения антибиотиков показало идентичность цефуроксима (^шах = 279 нм, е = 1,5 10-4л/мольсм) и цефуроксим аксетила.

Обычно антибиотики кислотного типа содержат одну карбоксильную, реже - две карбоксильных группы, либо карбоксильную и сульфоновую группы. В водных растворах эти антибиотики ведут себя как органические кис-

А

X, нм

Рис. 1. Спектры поглощения свежеприготовленных водных растворов цефуроксим аксетила, цефурабола при различных концентрациях, мкг/мл: 10

лоты, диссоциирующие в одну или две стадии (рК1 и рК2 близки [11]).

Все антибиотики этой группы полностью диссоциируют по кислотному типу при рН 5 и выше. В крови человека (т. е. при рН около 7) присутствуют в виде одно- или двухзарядных анионов.

Схема равновесий в растворе цефуроксима:

Цефотаксим и клафоран относятся к анти- разными производителями. На рис. 2 пред-

биотикам амфотерного типа с карбоксильными ставлены спектры поглощения водных раство-

и аминотиазольными группами, имеют одина- ров цефотаксима и клафорана при различной

ковую химическую структуру, выпускаются концентрации.

А А

2.0 -1

16

1.2 -

0 8  _---

04 - I

0 0 -

220 240 260 230 300 320 340 360

Я, нм

220 240 260 280 300 320 340 360

X, НМ

б

Рис. 2. Спектры поглощения свежеприготовленных водных растворов: а - цефотаксима, б - клафорана при различных

концентрациях, мкг/мл: 10

Сравнение спектров поглощения исследо- (^ = 232 нм, £1 = 1,6 10-4, л/моль-см; ^ = 262 нм, ванных антибиотиков показало идентичность це- £2 = 1,4 10-4, л/моль-см).

фотаксима (^ = 232 нм, £1 = 1,6 10 4, л/моль-см;

Основные оптические характеристики анти-

Х2 = 262 нм, £2 = 1,5 10 4, л/моль-см) и клафорана биотиков представлены в табл. 2.

Основные оптические характеристики водных растворов антибиотиков

Таблица 2

Антибиотик X, нм £•10 4, л/моль-см у = а + Ьх Коэффициент корреляции, К2

Цефурабол 274 1,5 у = 0.0371х - 0.0149 0.9998

Цефуроксим аксетил 279 1,4 у = 0.0318х + 0.0152 0,9997

Цефотаксим 232 1,6 у = 0.0367х + 0.0105 1

262 1,5 у = 0.0326х + 0.0024 1

Клафоран 232 1,6 у = 0.0339х + 0.0106 0,9983

262 1,4 у = 0.0296х + 0.0068 0,9958

Исследовано влияние кислотности среды на состояние антибиотиков в водных средах. В течение 7 суток измеряли рН серии растворов антибиотиков (С = 10; 20; 30; 40; 50 мкг/мл) с помощью универсальной индикаторной бумаги. Для

раствора с наибольшей концентрацией (50 мкг/мл) рН контролировали на рН-метре со стеклянным и хлоридсеребряным электродами. Показано, что кислотность растворов (С = 50 мкг/мл) незначительно изменяется во времени (табл. 3).

Изменение кислотности (pH) водных растворов антибиотиков во времени, С = 50 мкг/мл

Таблица 3

Препарат Сутки

1 2 3 4 5 6 7

Цефурабол 6,16 6,20 6,24 6,27 6,28 6,30 6,31

Цефуроксим аксетил 6,36 6,45 6,58 6,67 6,75 6,81 6,89

Цефотаксим 6,00 6,12 6,16 6,18 6,24 6,26 6,29

Клафоран 6,15 6,18 6,21 6,24 6,26 6,30 6,33

Спектры поглощения цефуроксим аксетила и при различной кислотности среды - на рис. 4. цефуроксима идентичны представлены на рис. 3, Спектры антибиотиков идентичны при различ-спектры поглощения цефотаксима и клафорана ной кислотности среды (рН 7,00-10,00).

А 1 0.9 0.8 0." 0 0 0.5 0 А 0 ? 0.2 0 1 о

250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350

X, нм

а

А

2 0

Рис. 3. Спектры поглощения свежеприготовленных растворов: а - цефуроксим аксетила, б - цефурабола при различных

рН: 7,00

А 2.0

16

1 2

0.8

0 4

0.0

1 2

220 240 260 280 100 320

340 X, нм

А 2.0 1.6 1 2 0.8 -0.4 0.0

220 240 260 280 300 320 340

X, нм

Рис. 4. Спектры поглощения свежеприготовленных растворов: а - цефотаксима, б - клафорана при различных рН:

7,00

Цефотаксим содержит в боковой цепи ами-нотиазольную группу [11]. Слабоосновный атом азота тиазольного цикла способен присоединять протон. Если молекула не содержит других активных в кислотно-основных взаимодействиях

групп, то для таких соединений определяются две константы кислотной диссоциации. При этом К1 соответствует диссоциации карбоксильной группы катиона с образованием цвиттер-иона Н2Ь± ^ Ь- + Н+, а К2 - диссоциации протона,

координированного аминотиазольнои группой, с образованием аниона НЬ± ^ Ь- + Н+ . Эти антибиотики существуют в виде катиона (в сильнокислой среде), цвиттер-иона (в слабокислой) и аниона (в нейтральной и щелочной). Некоторые цефалоспорины содержат одну аминотиазольную и две карбоксильные группы. Для этих соединений характерны три константы диссоциации. К соответствует диссоциации карбоксильной

Таким образом, проведенные исследования показали идентичность препаратов цефотаксима и клафорана, цефуроксима (цефурабола) и цефу-роксим аксетила (Зиннат).

Работа выполнена в рамках Госзадания Минобрнауки РФ в сфере научной деятельности (базовая часть) по Заданию № 4.121.22.2014/к, шифр «Флуорофор».

Список литературы

1. Савельев В. С., Гельфанд Б. Р. Антибактериальная терапия абдоминальной хирургической инфекции. М. : Литтерра, 2006. 168 с.

2. Романцов М. Г., Горячева Л. Г., Коваленко А. Л. Противовирусные и иммунотропные препараты в детской практике. СПб. : МедиКа, 2009. 119 с.

3. Шевола Д., Дмитриева Н. В. Антибиотикопрофилак-тика в медицинской практике. М. : Принт-Партнер, 2000. 128 с.

4. Солдатенков А. Т., Коледина Н. М., Шидрин И. В. Основы органической химии лекарственных веществ. М. : Мир ; Бином ; Лаборатория знаний, 2007. 191 с.

группы, связанной с цефем-группой, К2 - диссоциации карбоксильной группы боковой цепи, К3 - диссоциации протона, координированного тиазольным циклом. В кислой среде эти антибиотики существуют в виде катиона или цвиттер-иона, в нейтральной и щелочной - в виде аниона или, при наличии четвертичного атома азота, в виде цвиттер-иона.

Схема равновесий в растворе цефотаксима:

5. Егоров Н. С. Основы учения об антибиотиках. М. : Наука, 2004. 528 с.

6. Яковлев В. П., Яковлев С. В. Рациональная антимикробная фармакотерапия. М. : Литтерра, 2007. 784 с.

7. Богомолова Н. С., Орешкина Т. Д., Большаков Л. В. Перспективы использования цефалоспоринового антибиотика четвертого поколения в хирургии // Антибиотики и химиотерапия. 2003. Т .48, № 7. С. 20-22.

8. Яковлев В. П. Настоящее и будущее цефалоспорина IV поколения цефепима // Антибиотики и химиотерапия. 2003. Т. 48, № 7. С. 3-4.

9. Кулапина О. И., Кулапина Е. Г. Антибактериальная терапия. Современные методы определения антибиотиков в лекарственных и биологических средах. Саратов : Саратовский источник, 2015. 91 с.

10. КулапинаЕ. Г., КаренкоВ. А., Кулапина О. И. Определение основного вещества в препаратах цефалексина и цефуроксим аксетила // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2016. Т. 16, вып. 1. С. 25-28.

11. Алексеев В. Г. Бионеорганическая химия пеницил-линов и цефалоспоринов. Тверь : Изд-во Твер. гос. ун-та, 2009. 104 с.