Изучение физико-химических свойств супрамолекулярных комплексов глициризиновой кислоты с ментолом

АННОТАЦИЯ

Получены новые супрамолекулярные комплексы глицирризиновой кислоты с монотерпеноидом ментолом в различных молярных соотношениях. Изучены методы получения и  некоторые физико-химические свойства полученных супрамолекулярных комплексов. Идентификацию проводили методом тонкослойной хроматографии. Структуры полученных комплексных соединений изучены методом ИК-спектроскопии. Проведены качественный и количественный анализ супрамолекулярных комплексов методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

ABSTRACT

New supramolecular complexes of Glycyrrhizic acid, the main active substance of the Glycyrrhiza Gl. root in several different molecular ratios were obtained. Some physicochemical properties of the obtained complex compounds were studied. The structure of the obtained complexes was investigated using infrared spectroscopy. Qualitative and quantitative analysis of the obtained supramolecular complexes were carried out using high performance liquid chromatography (HPLC).

Ключевые слова: супрамолекулярные комплексы, глицирризиновая кислота, ментол, ИК-спектроскопия, высокоэффективная жидкостная хроматография, тонкослойная хроматография, «гост хозяин».

Keywords: supramolecular complex, glycerolic acid, menthol, infrared spectroscopy, high performance liquid chromatography, layer chromatography, «guest-host» system.

Введение

Лекарственные средства полученные на основе биологически активных растительных соединений, отличаются от синтетических, низкой токсичностью, не обладают побочными воздействием на организм и специфичностью. Одним из таких соединений является глицирризиновая кислота (ГК), основной пентациклический тритерпеноидный гликозид и его производные, которые являются основной действующей частью корня солодки - Glycyrrhiza. Были разработаны ряда препаратов на основе ГК и её некоторых солей, благодарья уникальной способности их сольюбилизировать [1-3].

Солодка остается одной из самых предписанных трав в китайской медицине. Существует много литературные данные о биологических эффектах основных биоактивных компонентов солодки, особенно с точки зрения их противоракового, противовоспалительного и против артритного действия [4, 5].

Различные препараты были разработаны на основе супрамолекулярных комплексов, на основе ГК и её солей [6].

Свойства молекул ГК в отношении образования клатратных соединений хозяин-хозяин были использованы для получения супрамолкулярных комплексов с рядом лекарственных препаратов, применяемых в медицине, для повышения их биологической активности и увеличения терапевтического индекса за счет увеличения их водорастворимости [7,8].

При образовании супрамолекулярных комплексов в основном участвуют не ковалентные взаимодействия, в том числе ионные, ион-дипольные, ван-дер-ваальсовые, гидрофобные взаимодействия и водородные связи. Этим супрамолекулярные системы отличаются от других молекулярных систем. Такие взаимодействия имеют относительно меньшую энергию (до 100 кДж/моль), чем ковалентные связи. Большое количество взаимодействий между «гость-хозяин» обеспечивают высокую стабильность супрамолекулярных ансамблей. Также следует отметить, что эти не ковалентные взаимодействия могут совместно образовывать высокостабильные системы [9].

Ментол (C₁₀H₂₀O) - монотерпеноид, содержащийся в основном эфирных маслах мяты перечной. Физическое состояние его кристаллическое, имеет прозрачный или белый цвет, которое при комнатной температуре является твердым, а при повышении температуры легко растворяется. Ментол имеет несколько изомеров, некоторые из них не имеют запаха, а некоторые имеют запах. Имеющий сильный запах в природе L (-) ментол называется (2R, 2C, 5R) -2-изопропил-5-метилциклогексанолом. Другие изомеры называются изо-ментолом, неоментолом, неоизоментолом и т.д. В настоящее время ментол и его соединения используются при производстве лекарственных препаратов, продуктов питании и в косметологии. При нанесении на кожу ментол оказывает охлаждающий эффект, поэтому его используют в качестве успокаивающего средства при головных болях. Он является отличным природным антисептиком при острых респираторных заболеваниях, а также входит в состав обезболивающих мазей [10].

(-) изомер ментола входит в состав мощных охлаждающих и освежающих агентов, (+) изомер имеет горький вкус и низкую чувствительность. Охлаждающее свойство L (-) ментола 4 раза выше, чем его (+) изомера [11].

Сольюбилизирующие свойства ГК и её солей использованы для получения клатратных соединений типа «гость-хозяин» с целью получения супрамолкулярных комплексов с лекарственными препаратами, для повышения их водорастворимости и увеличения их терапевтического индекса [12- 15].

Несмотря на это, супрамолекулярные комлексные соединения ментола с низкомолекулярными природными соединениями относительно мало изучено и проявляет интерес с точки зрения усиления ряда эффектов за счет комплексообразования.

Принимая во внимание вышесказанное, с нашей точки зрения, одной из актуальных проблем являются научные исследования, направленные на повышение свойств по его растворимости в воде и дозировки супрамолекулярных комплексов, образованных ГК с ментолом и изучение физико-химических свойств.

Поэтому целью данной работы является получение супрамолекулярных комплексов глицирризиновой кислоты с ментолом в различных молярных соотношениях и изучение их физико-химических и спектральных свойств.

Экспериментальная часть

Методы исследования. Экстракция, концентрирование, сушка, лиофилизирование,  высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), тонкослойная хроматография (ТСХ) и ИК-спектроскопия.

Химические реактивы, материлы и оборудования. Для исследования использованы следующие реактивы и материалы и оборудования: глицирризиновая кислота.  получен из корня Glycyrrhizas, по ранее известному методу [7]), L- (-) - ментол его получен из эфирного масла мяты, органические растворители (этиловый спирт, бензол, растворы уксусной кислоты, а также щелочные растворы и ряд растворимых солевых растворов): ацетон (ч.д.а), спирт (х.ч.), ледяная уксусная кислота (х.ч.), этилацетат (х.ч..), бензол (х.ч.), ацетонитрил для ВЭЖХ, гидроксид аммония, гексан (х.ч.) и гидроксид натрия (х.ч.); колонка Agilent Zorbax Eclipse XDB -C18 (5мкм, 4,8мм×150мм) и пластины силуфол (для проведения тонкослойной хроматографии); хроматограф (Agilent Technologies – 1200), ИК-Фурье 2000 фирмы «Perkin-Elmer с приставкой НПВО» (для изучения структуры супрамолекулярных комплексов); магнитная мешалка ММ-5 (для непрерывноого перемешивания); роторный испаритель ИР-1М2 (для выпаривания органических растворителей). Лиофильное устройство AutomaticFREEZE-Dryer10-010 (для сушки); устройство PTP (ТУ 25-11-1144) - для измерения температуры жидкости веществ.

Приготовление раствора элюента. В мерную колбу 100 мл добавили 50 мл деионизированной воды и 0,5мл ледяной уксусной кислоты и раствор доводили до метки с помощью деионизированной водой. На хроматографе стоит градиентный насос и соотношение растворителей  определяется в соответствии с методом.

Приготовление рабочего стандартного раствора глицирризиновой кислоты. Точную навеску 0,1г глицирризиновой кислоты взвешивали на аналитических весах и переносили в мерную колбу объемом 100 мл. Заливали этанола (10 мл, 96%), тщательно встряхивали и после растворения доводили д ометки водой деионизированной (раствор А). Раствор перемешивали. Взяли  1 мл аликвоты и разбавляли 9 мл растворе элюента (рабочий стандартный раствор Б, 0,1 мг/мл). Раствор Б анализировали на хроматографе.

Получение супрамолекулярных комплексов ментола с ГК в соотношений 1:2. Навеску 1,68 г глицирризиновой кислоты (2×10^-3 моль) растворяли в спирте (25 мл 96% этанол) при 50-60 ° С и разбавляли водой 1:1. После этого добавили 0,156 г (10^-3 моль) ментола с последующим сильным перемешиванием на магнитной мешалке в течений 5-6 часов. После из реакционноой смеси органическую часть удаляли на роторном испарителе, а водную часть сушили лиофильным способом.

ИК- спектроскопия ментола и комплексов. ИК-спектры были сняты с помощью приставки НПВО.

Тонкослойная хроматография ГК и комплексов. Тонкослойную хроматографию проводили на пластинке силуфол в системе бензолол:хлороформ 3:1. В качестве "проявителя использован 10 % -ный спиртовый раствор серной кислоты и йодная камера.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ). Условия хроматографирования: Хоматограф (Agilent Technologies – 1200) с автодозатором, колонка Agilent Zorbax Eclipse XDB -C18 (5мкм, 4,8мм×150мм), элюент- ацетонитрил: буфер (35:65), детектор - УФ (254 нм), Режим-изократический, температура колонки – 25 °С,  вкол-5 мкл.

Результаты и их обсуждение

Супрамолекулярные комплексы глицирризиновой кислоты с ментолом в молярных соотношених 2:1, 4:1 и 9:1 получены в системе вода – этанол, по схеме указанной в рисунке 1. Из рисунка 1 видно, что с увеличением количества “хозяина” (ГК), больше вероятности, что для молекулы “гостья” увеличивается молекулярное пространство, в которую может поместиться гостьевая молекула.

Рисунок 1. Общая схема получения супрамолекулярных комплексов глицирризиновой кислоты с ментолом. Здесь n- 2, 4, 9

Продукты (супрамолекулярные комплексы ГК с Мт получен в трех молярных соотношениях) являются порошоками светло-желтого цвета:

1. ГК: Mт - (2:1), T_{жидкость} = 218-220 ° С, R_f = 0,8, химический выход - 95%

2. ГК: Mт - (4:1), T_{жидкость} = 220-225 °С, R_f = 0,9 (1), химический выход - 90%.

3. ГK : Мт - (9:1), T_{жидкость} = 228-230 °С, R_f = 0,8, химический выход - 85%.

Таблица 1.

Некоторые физико-химические характеристики супрамолекулярных комплексов глицирризиновой кислоты с ментолом. Соотношение системы бензол : хлороформ - 3:1

Изучены некоторые физико-химические свойства супрамолекулярных комплексов. Полученные данные приведены в таблице 1. Из данных, приведенных в таблице 1 видно, что все соединения хорошо растворяются в воде. Температура плавления относительно высокая и находятся в пределах от 200 до 230 °С и происходит с разложением.

Известно что при изучении химической структуры супрамолекулярных комплексов широко используются физические методы, основанные на взаимодействии органических молекул с электромагнитным излучением. Одно из таких методов является ИК-спектроскопия. Поэтому химическую структуру полученных супрамолкулярных комплексов исследовали методом ИК-спектроскопии сравнивая спектрами исходных соединений.

Рисунок 2. ИК-спектр супрамолекулярного комплекса глицирризиновой кислоты с ментолом

В ИК-спектрах наблюдаются характерные валентные колебания гидроксильных групп в супрамолекулярных комплексов наблюдаются 3500-3400 см^-1, а валентные колебания карбонильных групп в ГК наблюдаются при 1725- 1690 см.^-1. Надо отметит то, что валентные колебания карбонильных групп смещены на 20-30 см^-1 в сторону уменьшение энергии которое указывает, что при комплексообразовании участвует карбонилные группы ГК, которое согласуется с литературными данными [16].

Рисунок 3. ИК-спектр ментола

Также в ИК  спектрах наблюдаются асимметричные валентные колебания группы -CH₃ при 2924 - 2927 см^-1и при  2857-2860 см^-1 наблюдаются слабые симметричные валентные колебания группы СН₂.  Эти данные показывают, что супрамолекулярные комплексы ГК с ментолом стабилизированы в основном за счет межмолекулярных водородных связей.

Рисунок 4. Хроматограмма рабочего стандартного раствора глицирризиновой кислоты

В рисунке 4 приводится хроматограмма рабочего стандарного образца ГК. Для идентификации и количественного определения использован метод ВЭЖХ. При этом были подобраны оптимальные системы растворителей, условия проведения хроматографии и колонка. При хроматографировании скорость потока использован 1 мл/мин, оптимальным в качестве элюента использован ацетонитрил: ацетатная буферная система. 35:65. Хроматографирование проводилась при  температуре 25 ⁰С. При этих условиях наблюдалось повторяемость и воспроизводимость метода с пределах ±0,5%. Полученные результаты показали, что количественное содержание глицирризиновой кислоты в супрамолекулярных комплексах соответсвует теоретическому с  коэффициентом ошибок  ± 1,5%.

Рисунок 5. Хроматограмма супрамолекулярного комплекса глицирризиновой кислоты с ментолом (соотношение - 2: 1)

В рисунке 5 приведен хроматограмма ГК с ментолом в соотношений 2:1. Расчеты были сделаны относительно к площади пика рабочего стандартного образца  ГК. Анализ проводилась 3 раза. Обычными спектроскопическими методами нелья обнауржит  мелукулу ментола, так как он не имеет хромофорных групп.  Поэтому в наших экспериментах  использовали ГК. Сравнительные данные качественного и количественного определения по площади пика  и по времени удерживания в колонке приведены  в табл. 2.

Таблица 2.

Сравнительные данные количественного содержания ГК супрамолекулярных комплексах

Из данных приведенных в таблице 2 видно, что практический полученные данные соответсвуют к теоретически рассчитанным данным.  полученные супрамолекулярные комплексы соответствуют практическим результатам, и их различия не превышают 1,0-1,5%. Это позволяет использовать методов ВЖЭХ для стандартизации супрамолекулярных комплексов.

Заключение

Таким образом, впервые получены новые супрамолекулярные комплексы ментола с ГК в молярных соотношениях 2:1, 4:1 и 9:1. Были изучены некоторые физико-химические свойства полученных супрамолекулярных комплексов, предложена наиболее вероятная химическая структура супрамолекулярных комплексов была исследована методом ИК-спектроскопии. Разработан метод ВЭЖХ качественного и количественного определения содержания ГК.

Список литературы:
1. Г.А.Толстиков, Л.А.Балтина, Э.Э.Шульц, А.Г.Покровский // Глицирризиновая кислота. 1997. Т. 23. № 9. С. 691-709.
2. Юлдашеа Х.А., Мухамедиев М.Г., Далимов Д.Н., Гафуров М.Б., Михальчик Т.А. // Синтез молекулярных комплексов моноаммониевой соли глицирризиновой кислоты с бензойной и салициловой кислотами и исследование вязкости их водных растворов. Химия и химическая технология. 2011. №1. С. 24-26.
3. Назарова Ф.А., Гафуров М.Б., Тилябаев З., Абдуллаев Н. Д., Сагдуллаев Ш.Ш., Далимов Д.Н. // Антихолинэстеразные свойства супрамолекулярных комплексов дезоксипеганина с глицирризиновой кислотой и её моноаммониевой соли.-Вестник НУУз. 2015. №3/1. С. 245-247.
4. Стид Дж. В., Этвуд Дж. Л. // Супрамолекулярная химия. Том 1. Москва. ИКЦ «Академкнига», 2007. С. 480.
5. Al-Rawi A., Chakravarty H.L. // Medicinal plants of Iraq. Handbook. Iraq, Baghdad; 1988, P. 109.
6. Sell C. S. // A fragrant introduction to terpenoid chemistry. Royal Society of Chemistry UK. 2003, P. 432.
7. Кондратенко Р.М., Балтина Л.А., Михайлова Л.Р., Данилов В.Т., Габбасов Т.М., Муринов Ю.И., Толстиков Г.А. // Получение глицирризиновой кислоты и ее практически важных солей из экстракта солодкового корня. Хим. Фарм. Журн. 2005. Том 19. №2. С. 30-35.
8. Далимов Д.Н., Мухамедиев М.Г., Хамидова Г.Р., Гафуров М.Б., Абдуллаев Н.Дж., Левкович М.Г., Юлдашев Х.А., Матчанов А.Д. // Физико-химические свойства водных растворов клатратов моноаммониевой соли глицирризиновой кислоты с бензойной и салициловой кислотами. Современные проблемы науки о полимерах.-Ташкент. 2011-Б. C. 164-165.
9. Nazarova F.A., Gafurov M.B.,Tilyabaev Z., Dalimov D.N. // Supremolekular complexes of alkaloids exerting anti-cholinesterase activity.международная научная конференция “Актуальные проблемы развитие биорганической химии”.-Ташкент.-15-16 ноября 2013.-С.45-46.
10. Далимов Д.Н., Юлдашев Х.А., Гафуров М.Б., Выпова Н.Л., Иногамов У.К. // Синтез, строение и исследование биологической активносит супрамолекулярных комплексов глицирризиновой кислоты. Международная научная конференция “Актуальные проблемы развитие биорганической химии”. Ташкент. 15-16 ноября 2013. С.55.
11. Sell C. S. // A fragrant introduction to terpenoid chemistry. Royal Society of Chemistry UK. 2003, P. 432.
12. Кондратенко Р.М., Балтина Л.А., Михайлова Л.Р., Данилов В.Т., Габбасов Т.М., Муринов Ю.И., Толстиков Г.А. // Получение глицирризиновой кислоты и ее практически важных солей из экстракта солодкового корня. Хим. Фарм. Журн. 2005. Том 19. №2. С. 30-35.
13. Далимов Д.Н., Мухамедиев М.Г., Хамидова Г.Р., Гафуров М.Б., Абдуллаев Н.Дж., Левкович М.Г., Юлдашев Х.А., Матчанов А.Д. // Физико-химические свойства водных растворов клатратов моноаммониевой соли глицирризиновой кислоты с бензойной и салициловой кислотами. Современные проблемы науки о полимерах.-Ташкент. 2011-Б. C. 164-165.
14. Nazarova F.A., Gafurov M.B. Tilyabaev Z., Dalimov D.N. // Supremolekular complexes of alkaloids exerting anti-cholinesterase activity. Международная научная конференция “Актуальные проблемы развитие биорганической химии”. -Ташкент. -15-16 ноября 2013.-С.45-46.
15. Далимов Д.Н., Юлдашев Х.А., Гафуров М.Б., Выпова Н.Л., Иногамов У.К. // Синтез, строение и исследование биологической активносит супрамолекулярных комплексов глицирризиновой кислоты. Международная научная конференция “Актуальные проблемы развитие биорганической химии”. Ташкент. 15-16 ноября 2013. С.55.
16. Bappaditya R., Abhijit S., Aluri E., Arun K. N. // Time sensitive, temperature and pH responsive photoluminescence behaviour of a melamine containing bicomponent hydrogel. Soft Matter. 2010. V. 6 (14), P. 3337-3345.