Методы качественного и количественного определения некоторых антибактериальных химиотерапевтических препаратов ряда пенициллинов и ни

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Биолого-химический факультет

Кафедра неорганической и аналитической химии

 

 

 

 

Допущена к  защите

«____»_______________2012 г.

Зав. кафедрой: д.х.н., профессор

__________________ / Корнев В.И.

 

 

 

 

КВАЛИФИКАЦИОННАЯ (ДИПЛОМНАЯ) РАБОТА

на  тему

МЕТОДЫ КАЧЕСТВЕННОГО  И КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ  НЕКОТОРЫХ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ ХИМИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ РЯДА ПЕНИЦИЛЛИНОВ И НИТРОФУРАНОВ

 

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил:

студентка О-011000-51 гр. Васильева М.Ю.

 

 

Научный руководитель:

ст. преподаватель Перевощикова Н. Б.

 

 

 

 

 

Ижевск, 2013 г. 
СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ВВЕДЕНИЕ

Антибактериальные химиотерапевтические средства в настоящее время являются основными средствами лечения бактериальных инфекций и в большинстве развитых стран занимают ведущее место по объему производства и потребления среди всех других групп лекарственных препаратов. Несмотря на известные годовые колебания, связанные с уровнем и этиологией заболеваемости, наблюдается постоянная тенденция к увеличению выпуска антибиотических препаратов. Постоянно возрастающее количество применяемых в медицине антибактериальных средств, рост фальсифицированной продукции на рынке медицинских препаратов делает все более актуальным усовершенствование имеющихся и разработку новых методик качественной и количественной идентификации данной группы препаратов, основанных, в том числе, на знаниях их взаимодействия с различными катионами переходных металлов, в частности с катионами меди(II) [1].

В России, к сожалению, до сих пор процветает торговля фальсифицированными лекарствами: чем популярнее препарат, тем больше риск нарваться на подделку, опасную для здоровья. По данным «Химико-фармацевтического журнала», около одной третьей всех подделок – это фальшивые антибиотики, в том числе и пенициллины – самые распространенные из антимикробных средств [1].

Структура молекул  и химические свойства ряда пенициллинов довольно близки. Практически одинакова и форма упаковки: порошки белого цвета с характерным «пенициллиновым» запахом в стандартных флаконах или таблетки. Поэтому различить их достаточно трудно. Подлинность фармакопейных препаратов подтверждают с помощью современных физико-химических методов, такими, как жидкостная хроматография и капиллярный электрофорез. Для подобной проверки, однако, нужны сложное дорогостоящее оборудование и высококвалифицированный персонал. Более просты и доступны методики с применением тонкослойной хроматографии, но в этом случае анализ занимает несколько часов и требует использования небезопасных органических растворителей.

Целью данной работы явилось сравнение методик качественного анализа на примере пенициллинов, сульфаниламидных и синтетических препаратов в виде лекарственных форм, освоение методик качественного и количественного определения антибактериальных химиотерапевтических средств, разработка методик качественного и полуколичественного (тест-метода) анализа лекарственных форм антибактериальных химиотерапевтических препаратов на основе их кислотно-основных свойств и характера взаимодействия с катионами металлов.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи: 1) провести сравнительный анализ современных подходов к оценке качества лекарственных средств; 2) определить основные показатели качества этих групп лекарственных средств, анализ по которым способствует выявлению фальсификатов; 3) освоить методы оценки качества лекарственных средств производных β-лактамидов, нитрофурана и сульфаниламидных препаратов; 4) освоить методику количественного определения антибактериальных химиотерапевтических средств на примере фурацилина и ампициллина.

 

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
2. Антибактериальные химиотерапевтические средства

Химиотерапевтические средства используют для уничтожения микроорганизмов и паразитов, находящихся в тканях и органах человека и животных. Характерной чертой химиотерапевтических средств является избирательное действие на определенные виды возбудителей.

Основоположником  химиотерапевтии является немецкий ученый 
П. Эрлих, который первым в 1807 году синтезировал ряд соединений мышьяка и доказал их избирательное действие на возбудителей сифилиса. Важным этапом в развитии химиотерапевтии было открытие Г. Домагком в 1932 году лечебного действия стрептоцида при стрептококковых инфекциях. Это являлось началом синтеза большой группы сульфаниламидных препаратов [2]. В 1929 году английский микробиолог А. Флеминг открыл бензилпенициллин (тогда его называли просто пенициллиом), который в 1940 году был выделен в чистом виде английскими учеными Х. Флори и Дж. Чейном. В нашей стране пенициллин был выделен в 1942 году З. В. Ермольевой и Т. И. Балезиной [1].

К антибактериальным  химиотерапевтическим средствам относятся  следующие группы средств: антибиотики, сульфаниламидные препараты, синтетические антибактериальные средства разного химического состава и строения, противосифилитические средства, противотуберкулезные средства [3].

1. Антибиотики

Антибиотики –  это группа органических веществ  натурального (природного) или полусинтетического происхождения, оказывающие избирательное повреждающее или губительное действие на микроорганизмы [4].

Антибиотики могут  быть представлены следующими группами:

1. антибиотики, имеющие в структуре β-лактамное кольцо (пенициллины, цефалоспорины, имипены).
2. макролиды – антибиотики, структура которых включает макроциклическое лактонное кольцо (эритромицин, олеондомицин).
3. тетрациклины – антибиотики, структурной основой которых являются четыре конденсированных шестичленных цикла (окситетрациклин, метациклин, доксициклин, тетрациклин, морфоциклин).
4. производные диоксиаминофенилпропана (левомицитин).
5. аминоглюкозиды – антибиотики, содержащие в молекуле аминосахара (стрептомицин, канамицин, неомицин, амикацин, гентамицин, тобрамицин, мономицин, сизомицин).
6. антибиотики группы циклических полипептидов (полимиксины) [3].

Рассмотрим  более подробно антибиотики группы пенициллинов. В настоящее время группа пенициллинов представлена большим количеством препаратов. Часть из них получают из культурной среды, на которой произрастают определенные штаммы плесневелых грибов (Penicillium), являющихся продуцентами пенициллина. Это так называемые биосинтетические пенициллины. Кроме того, путем химической модификации 6-аминопенициллановой кислоты, являющейся структурной основой биосинтетических пенициллинов, создан ряд полусинтетических пенициллинов, молекулы которых соответствует общей структурной формуле, показанной на рис. 1 [5].

Рис. 1. Структурная формула пенициллинов

На различиях  в путях получения пенициллинов основывается проводимая классификация [3].

1. Препараты пенициллинов, получаемых путем биологического синтеза (биосинтетические пенициллины):

Бензилпенициллина натриевая соль;	Феноксиметилпенициллин.
Бензилпенициллина калиевая соль	Бициллин-1;
Бензилпенициллина новокаиновая соль	Бициллин-5;

2. Полусинтетические пенициллины:
1. Карбенициллина динатриевая соль;
2. Оксациллина натриевая соль;
3. Ампициллин.

По физическим свойствам препараты природных  пенициллинов и их синтетические аналоги представляют собой белые кристаллические порошки без запаха, горького или кисловато-горького (феноксиметилпенициллин) вкуса. Натриевая и калиевая соли бензилпенициллина, метициллина и оксациллина легко растворимы в воде, новокаиновая соль бензилпенициллина, феноксиметипентциллин и ампициллин мало растворимы в воде, натриевая и калиевая соли бензилпенициллина растворимы в этиловом и метиловом спиртах, а натриевые соли метилпенициллина и оксациллина трудно растворимы в спирте, практически нерастворимы в эфире. Ампициллин практически нерастворим в органических растворителях [6].

Структура ацильных радикалов и соответствующих  пенициллинов представлена в табл. 1.

Таблица 1

Название и  строение пенициллинов

Название	Строение  радикала	Название	Строение  радикала
Бензилпенициллин (Bzp)		Ампициллин (Amp)
Карбенициллин (Carb)		Амоксициллин (Amx)

За счет карбоксильной  группы при С-3 пенициллины являются кислотами и могут образовывать соли со щелочными и другими металлами, а также с органическими основаниями [5]. Таким образом, можно предположить следующие структуры комплексных соединений (рис. 2 – 4) [6]:

Рис. 2. Предполагаемая структура комплексного соединения меди(II) с ампициллином

Рис. 3. Структура комплексного соединения меди(II) с амоксициллином и бензилпенициллином	Рис. 4. Структура комплексного соединения меди(II) с карбенициллином

Бензилпенициллин  в форме свободной кислоты  представляет собой кристаллическое  вещество, крайне гигроскопичное и  быстро инактивирующееся, поэтому для  практических целей его применяют в виде солей (натриевой, калиевой, новокаиновой и др.).

Наиболее лабильной  частью молекулы пенициллина является β-лактамное кольцо, которое подвергается гидролитическому разложению под действием щелочей, кислот, пенициллиназы, теряя при этом свою биологическую активность. Щелочи и пенициллиназа гидролизуют β-лактамное кольцо с образованием неактивной пенициллоиновой кислоты:

Реакция щелочного  гидролиза пенициллинов с образованием кислоты пенициллоиновой используется для количественного йодометрического определения суммы пенициллинов в природных и полусинтетических пенициллинах [7].

Препарата пенициллина  подвергают щелочному гидролизу, при  этом происходит раскрытие бета-лактамного кольца с образованием соответствующей  пенициллоиновой кислоты в открытой тиольной форме. Эта тиольная форма окисляется шестью эквивалентами йода до SO₃H – группы. Еще два эквивалента йода расходуются на окисление промежуточного продукта кислоты пенальдиновой до кислоты дегидропенальдиновой. Процесс окисления необходимо проводить при рН = 4,5 (ацетатный буфер). Схема инактивации и окисления представлена на рис.5 [6]:

Под действием  кислот пенициллины инактивируют с  образованием пенилловой и пеницилленовой кислот. Обе кислоты являются продуктами изомеризации пенициллина; кислота пенилловая образуется при рН ~ 2,0, а пеницилленовая при рН ~ 5,0.

Образование кислоты  пенилловой используется в реакции  идентификации натриевых солей  пенициллина, а образование солей  кислоты пеницилленовой с солями ртути(II) и меди(II) – в спектрометрическом количественном определении пенициллинов (рис. 6).

Общегрупповой реакцией на β-лактамиды является гидроксамовая реакция. При действии щелочного раствора гидроксиламина на пенициллины происходит реакция гидроксиламинолиза с образованием кислоты гидроксамовой, которая образует окрашенные соли (гидроксаматы) меди(II) и железа(III).

При выполнении гидроксамовой реакции следует  тщательно выполнять условия  методики (количество щелочи и кислоты), так как гидроксаматы тяжелых  металлов образуются только в определенных интервалах значений рН.

Данная реакция  малоспецифична, так как в нее  вступают сложные эфиры, лактоны, амиды  карбоновых кислот [5].

Рис. 5. Схема инактивации и окисления пенициллинов

 

Рис. 6. Схема инактивации пенициллинов под действием кислот

Поглощение  УФ-излучения. Пенициллины поглощают, хотя и не слишком интенсивно, электромагнитное излучение ближнего УФ – диапазона. Спектры поглощения пенициллинов в УФ-области можно рассматривать как сумму спектров поглощения 6-АПК¹ и ацильного остатка. На рис. 5 показаны спектры поглощения натриевой соли бензилпенициллина, 6-АПК и фенилуксусной кислоты. 6-АПК не имеет максимумов в рассматриваемом диапазоне длин волн, в то время как фенилуксусная кислота имеет несколько максимумов, связанных с поглощением бензольного кольца (рис.5) [8].