СИНТЕЗ ПОЛУСИНТЕТИЧЕСКИХ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ ПРИРОДНОГО ЗЕАКСАНТИНА
SYNTHESIS OF SEMISYNTHETIC ESTERS OF NATURAL ZEAXANTHIN

Изобретение относится к фармации, в частности, к химико-фармацевтической отрасли и касается способа получения новых полусинтетических сложных эфиров зеаксантина и может использоваться для получения лекарственных препаратов на основе этих соединений.
В периодической научной литературе отсутствуют данные по получению полусинтетических производных зеаксантина.
Зеаксантин проявляет антиоксидантную активность, доказано его протективное действие в отношении ишемической болезни сердца, инсульта, катаракты и возрастной макулярной дегенерация (ВМД). Зеаксантин не обладает активностью провитамина A [Krinsky N. Carotenoids in health and disease. New York: Dekker, 2004. P. 503.]. Макулярные ксантофиллы - зеаксантин и лютеин избирательно накапливаются в сетчатке глаза, что объясняется участием в их транспорте специфичных лютеинсвязывающего (StARD3) и зеаксантинсвязывающего (GSTP1) белков [Horvath М.Р., George E.W., Tran Q.T., Baumgardner K., Zharov G., Lee S., Sharifzadeh H., Shihab S., Mattinson Т., Li В., Bernstein P.S./ Structure of the lutein-binding domain of human StARD3 at 1.74 A resolution and model of a complex with lutein // Struct. Biol. Commun. 2016. Vol. 72: N 8. P. 609-618., Jirayu Tanprasertsuk, Binxing Li, Paul S. Bernstein, Rohini Vishwanathan, Mary Ann Johnson, Leonard Poon, Elizabeth J. Johnson / Relationship between concentrations of lutein and StARD3among pediatric and geriatric human brain tissue // PLOS ONE. 2016. Vol.11. N 7. e0159877, Billsten, H.H.; Bhosale, P.; Yemelyanov, A.; Bernstein, P.S.; Polivka, T. / Photophysical properties of xanthophylls in carotenoproteins from human retina // Photochem. Photobiol. 2003. Vol. 78. N 2. P. 138-145, Ana Gabriela Murillo, Siqi Hu, Maria Luz Fernandez / Zeaxanthin: metabolism, properties, and antioxidant protection of eyes, heart, liver, and skin // Antioxidants 2019. Vol. 8. N 9. P. 390]. Следует подчеркнуть, что в периферической зоне сетчатки соотношение лютеин : зеаксантин составляет 2:1, а в макулярной зоне у 90% людей в возрасте от 3 до 95 лет зеаксантин является доминирующим макулярным каротиноидом [Mares J. / Lutein and zeaxanthin isomers in eye health and disease // Annu Rev Nutr. 2016. Jul 17. N 36. P. 571 - 602, Britton G. Carotenoids. Nutrition and Health. Basel; Boston; Berlin:  Verlag, 2009. Vol. 5. P. 464]. ВМД является одной из первопричин слепоты пожилых людей в развитых странах мира, например, согласно данным National Eye Institute [National Eye Institute USA: https://nei.nih.gov.] к 2050 году только в США число страдающих этой нозологией возрастет до 5,4 млн человек. Существует прямая взаимосвязь между высоким уровнем потребления макулярных ксантофиллов и снижением риска возникновения ВМД [Ong В.В., Ah-Fat F.G. / Age-related macular degeneration // Br. J. Hosp.Med. - (Lond.). - 2016. - Vol. 77, N 2. P. 18-21].
Учитывая то, что организм человека не способен синтезировать зеаксантин, а потребность в нем может восполняться только с продуктами питания или лекарственными средствами [Krinsky N. Carotenoids in health and disease. New York: Dekker, 2004. P. 503.], то, что природный этерифицированный зеаксантин имеет более высокую биодоступность, чем его свободная форма [Breithaupt, D.E.; Weller, P.; Wolters, M.; Hahn, A. / Comparison of plasma responses in human subjects after the ingestion of 3R,3R'-zeaxanthin dipalmitate from wolfberry (Lycium barbarum) and non-esterified 3R,3R'-zeaxanthin using chiral high-performance liquid chromatography // Br. J. Nutr. 2004. Vol. 91. N 5. P. 707-713] и то, что зеаксантин имеет высокую специфичность локализации в организме человека [Mares J. / Lutein and zeaxanthin isomers in eye health and disease // Annu Rev Nutr. 2016. Jul 17. N 36. P. 571-602], мы сочли целесообразным получить полусинтетические эфиры природного зеаксантина.
Нами предлагается использовать в качестве кислот не только модельные соединения - бензойную, 4-метилбензойную (n-толуиловая), фенилгликолевую и никотиновую кислоты [Патент РФ 2702005 Синтез полусинтетических производных природных лютеина и атаксантина / Печинский С.В., Курегян А.Г., Степанова Э.Ф. опубликовано 03.10.2019, Бюл. №28. - 2 с., Печинский С.В., Курегян А.Г., Оганесян Э.Т., Степанова Э.Ф. // Журн. общ. Химии. 2019. Т. 89 (5). С. 721-725], но и лекарственные средства - салициловую кислоту, ибупрофен, кетопрофен.
Классическими условиями проведения реакции этерификации являются: водная среда, присутствие в реакционной среде металлов и сильных кислот, нагревание свыше 50°С Особенности структуры ксантофиллов, в частности, зеаксантина не позволяют проводить его этерификацию при таких параметрах синтеза. Решить это противоречие можно используя в качестве катализаторов энзимы.
В периодической литературе опубликованы результаты применения биокатализаторов в реакциях этерификации, гидролиза и синтеза лекарственных средств [Enzymatic esterification of oleic acid and propanol by Novozym 435 /Sawittree Mulaleea, Karnjana Senab, and Muenduen Phisalaphong // Applied Mechanics and Materials, 2015. - Vol. 705. - P. 29-33; Основные аспекты использования липаз для получения биодизеля (обзор) / А.В. Гарабаджиу, В.А. Галынкин, М.М. Карасев, Г.В. Козлов, Т.Б. Лисицкая // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), 2010. - №7 (33). - С. 63-67, Solvent free lipase catalyzed synthesis of butyl caprylate / Meera T Sose, Sneha R Bansode, Virendra K Rathod // J. Chem. Sci., 2017. - Vol. 129. - №11. - P. 1755-1760; High Enantioselective Novozym 435-Catalyzed Esterification of (R,S)-Flurbiprofen Monitored with a Chiral Stationary Phase / Tomasz  Debby Mangelings, Yvan Vander Heyden, Marta Ziegler-Borowska, Michal Piotr Marsza // Appl Biochem Biotechnol, 2015. - Vol. 175. - P. 2769-2785, Липазы в реакциях катализа в органическом синтезе (Обзор) / А.М. Безбородов, Н.А. Загустина // Прикладная биохимия и микробиология, 2014, том 50, №4, с. 347-373].
За прототип был принят способ получения сложных эфиров лютеина и астаксантина [Патент РФ 2702005 Синтез полусинтетических производных природных лютеина и атаксантина / Печинский С.В., Курегян А.Г., Степанова Э.Ф. опубликовано 03.10.2019, Бюл. №28. - 2 с., Печинский С.В., Курегян А.Г., Оганесян Э.Т., Степанова Э.Ф. // Журн. общ. Химии. 2019. Т. 89 (5). С. 721-725]. Согласно описанию сложные эфиры лютеина и астаксантина получали, используя в качестве растворителя толуол. Температура реакционной среды не должна превышать 37°С Время протекания реакции от 6 часов. В качестве ферментного катализатора авторы использовали липазу Novozyme 435 в количестве 1,0 г. Реакционную среду перемешивали в течение 6 часов при скорости вращения мешалки 30 об/мин, смену направления перемешивания осуществляли через 10 мин. Высушивание полученных соединений проводили при комнатной температуре над безводным сульфатом натрия, предохраняя от действия света. Анализ полученных сложных эфиров проводили методом ВЭЖХ.
Заявляемое изобретение ставит своей целью синтез полусинтетических производных природного каротиноида-ксантофилла - зеаксантина, в частности, его сложных эфиров:
зеаксантина и бензойной кислоты,
зеаксантина и n-метилбензойной кислоты (n-толуиловой кислоты),
зеаксантина и фенилгликолевой кислоты,
зеаксантина и никотиновой кислоты,
зеаксантина и салициловой кислоты,
зеаксантина и ибупрофена
зеаксантина и кетопрофена (рисунок 1).
Существенными отличительными признаками изобретения являются следующие особенности:
сложные эфиры получены на основе природного ксантофилла зеаксантина, который использован как спиртосоставляющая сложных эфиров;
сложные эфиры получены с салициловой кислотами, ибупрофеном, кетопрофеном;
растворитель - смесь толуола и метанола (50:3);
температура процесса - 40°С;
катализатор - или Новозим 435 (Novozyme 435), или Amano Lipase PS в количестве 0,2 г;
высушивание полученных соединений проводится в течение 2 ч в вакууме (20-25 мм рт. ст.);
подтверждение структуры полученных эфиров зеаксантина проведено - методом масс-спектрометрии:
+
+
54
64
4
выч.
масс-спектр соединения 1, m/z: 777.4853 [М+Н]. СНOН. М 777.4877;
+
+
52
62
2
4
выч.
масс-спектр соединения 2, m/z: 779.4766 [М+Н]. СНNOН. М 779.4782;
+
+
56
68
4
выч.
масс-спектр соединения 3, m/z: 805.4769 [М+Н]. СНOН. М 809.4776,
+
+
56
68
4
выч.
масс-спектр соединения 4, m/z: 805.5182 [М+Н]. CHOH. М 805.5190;
+
+
56
68
6
выч.
масс-спектр соединения 5, m/z: 837.5062 [М+Н]. СНOН. М 837.5089;
+
+
66
88
4
выч.
масс-спектр соединения 6, m/z: 945.6776 [М+Н]. СНOН. М 945.6755;
+
+
66
88
4
выч.
масс-спектр соединения 7, m/z: 1041.6005 [М+Н]. СНOН. М 1041.6028).
Предлагаемый способ включает следующие стадии:
1) эквимолярные навески зеаксантина и кислоты (или бензойной, или n-метилбензойной, или фенилгликолиевой, или никотиновой, или салициловой, или ибурофена, или кетопрофена) растворяют в 50 мл толуола и 3 мл метанола;
2) полученные растворы помещают в химический реактор, предварительно защищенный от воздействия света (оборачивание черной бумагой или другое);
3) в реакционную среду вносят катализатор или Новозим 435 (Novozyme 435) (кат. №L4777 Sigma-Aldrich), или Amano Lipase PS (кат. №708011-10G Sigma-Aldrich) в количестве 0,2 г;
4) реакционную среду нагревают до 40°С;
5) время протекания реакции 6 часов, скорость перемешивания 30 об/мин;
6) по истечении 6 часов раствор фильтруют через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм и анализируют методом ВЭЖХ, определяя количественное содержание продуктов реакции и остаточное содержание исходных компонентов;
7) полученную смесь охлаждают до 20°С;
8) промывают 95%-нным этиловым спиртом;
9) высушивают 2 ч в вакууме (20-25 мм рт. ст.) при 40°С
10) полученные вещества запаивают в ампулы темного стекла.
Пример получения сложного эфира зеаксантина с салициловой кислотой: 0,57 г зеаксантина (около 0,001 моль), 0,28 г (около 0,002 моль) салициловой кислоты (кат. №247588 Sigma-Aldrich), 50 мл толуола, 0,2 г Amano Lipase PS (кат. №708011-10G Sigma-Aldrich) помещали в реактор, предварительно обернув его черной бумагой, для предотвращения попадания света и продували азотом. Температура реакционной среды - 40°С, время протекания реакции - 6 часов, скорость перемешивания 30 об/мин. Полученный раствор фильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм и анализировали методом ВЭЖХ в следующих условиях: колонка Develosil С30 150 мм × 4,6 мм, подвижная фаза: ацетонитрил - хлороформ - метанол (80:18:2), детектирование 445 нм. Установлено, что при использовании катализатора Amano Lipase PS образуется эфир зеаксантина в количестве 60%, дальнейшее проведение реакции свыше 6 часов не приводило к значимому увеличению продукта.
Полученную смесь охлаждали до 20°С, промывали 95%-нным этиловым спиртом, высушивали 2 ч в вакууме (20-25 мм рт. ст.) при 40°С. Полученные вещества запаивали в ампулы темного стекла.
Предлагаемый способ синтеза полусинтетических производных природного зеаксантина позволяет получать его сложные эфиры с модельными кислотами (бензойной, фенил гиколиевой, 4-метилбензойной) и лекарственными средствами (никотиновой, салициловой, ибупрофеном, кетопрофеном). Полученные сложные эфиры могут в дальнейшем быть использованы для разработки новых оригинальных отечественных лекарственных средств.