ВЛИЯНИЕ РАСТВОРИТЕЛЕЙ H2O-EtOH И H2O-DMSO НА СОЛЬВАТАЦИЮ γ-ЦИКЛОДЕКСТРИНА
Аннотация
Циклодекстрины представляют собой циклические молекулы, состоящие из звеньев D-глюкопиранозы, соединенных α-1,4-гликозидными связями. Циклодекстрины уже используются в составе препаратов для повышения растворимости фармакологически активных веществ и все более востребованы в технологиях разработки новых гибридных материалов для различных промышленных процессов. Особенностью строения молекул циклодекстринов является наличие гидрофобной полости, которая способна включать гидрофобные молекулы с образованием молекулярных комплексов как в растворе, так и в твердой фазе. Термодинамические параметры сольватации циклодекстринов необходимы для научного подбора растворителя и прогнозирования реакционной способности циклодекстринов с целью проведения процессов с наибольшей эффективностью. В связи с этим, в данной работе были определены коэффициенты распределения γ-цикло-декстрина методом распределения вещества между двумя несмешивающимися фазами: водно-диметилсульфоксидным растворителем переменного состава и н-гексаном, и водно-этанольным растворителем переменного состава и н-гексаном. Полученные значения коэффициентов распределения были использованы для расчета изменений энергии Гиббса переноса γ-циклодекстрина из воды в водные растворы этанола и диметилсульфоксида. Коэффициенты распределения γ-циклодекстрина в смешанных растворителях выше, чем в воде. Изменение энергии Гиббса при переносе γ-циклодекстрина из воды в ее смеси с диметилсульфоксидом и с этанолом свидетельствует об ослаблении сольватации макроцикла. Проведен сравнительный анализ влияния растворителей вода-этанол и вода- диметилсульфоксид с переменным содержанием воды на изменения в сольватном состоянии β-циклодекстрина, гидроксипропил-β-циклодекстрина и γ-циклодекстрина. Сделано предположение, что изменения в сольватном состоянии циклодекстринов оказывают ключевое влияние на устойчивость молекулярных комплексов циклодекстринов с флавоноидами рутином и кверцетином в водно-этанольных средах.
Для цитирования:
Куранова Н.Н., Усачева Т.Р., Алистер Д.А., Кушнир Р.А. Влияние растворителей H2O-EtOH и H2O-DMSO на сольватацию γ-циклодекстрина. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 10. С. 77-85. DOI: 10.6060/ivkkt.20226510.6697.
Литература
D’Aria F., Pagano B., Giancola C. Thermodynamic properties of hydroxypropyl β cyclodextrin/guest interaction: a survey of recent studies. J. Therm. Anal. Cal. 2022. V. 147. P. 4889–4897. DOI: 10.1007/s10973-021-10958-1.
Milman P.Y., Gilvanova E.A. Isopropanol as an effective complexing agent for cyclodestrin biotechnology. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 1. P. 76-82 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226501.6424.
Loftsson T., Duchêne D. Cyclodextrins and their pharma-ceutical applications. Int. J. Pharm. 2007. V. 329. N 1-2. P. 1-11. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2006.10.044.
Ipatova O.M., Torkhovskaya T.I., Medvedeva N.V., Prozorovsky V.N., Ivanova N.D., Shironin A.V., Baranova B.C., Archakov A.I. Bioavailability of oral dosage forms and ways to increase it. Biomed. Chem. 2010. V. 56. N 1. P. 101-119 (in Russian). DOI: 10.18097/pbmc20105601101.
Jansook P., Loftsson T. Self-assembled γ-cyclodextrin as nanocarriers for enhanced ocular drug bioavailability. Int. J. Pharm. 2022. V. 618. N 121654. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2022.121654.
Agafonov M.A., Delyagina E.S., Terekhova I.V. Influence of different types of solubilizers on pharmacologically important properties of silibinin. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 4. P. 47-55 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226504.6539.
Crini G., Lichtfouse E., Wilson L.D., Morin-Crini N. Conventional and non-conventional adsorbents for wastewater treatment. Environ. Chem. Lett. 2019. V. 17. P. 195-213. DOI: 10.1007/s10311-018-0786-8.
Tian B., Hua S., Tian Y., Liu J. Cyclodextrin-based adsorbents for the removal of pollutants from wastewater: a review. Environ. Sci. Pollut. Res. 2020. V. 12. P. 1-24. DOI: 10.1007/s11356-020-11168-2.
Yan J., Zhu Y., Qiu F., Zhao H., Yang D., Wang J., Wen W. Kinetic, isotherm and thermodynamic studies for removal of methyl orange using a novel β-cyclodextrin functionalized graphene oxide-isophorone diisocyanate composites. Environ. Sci. Pollut. Res. 2016. V. 106. P. 168-177. DOI: 10.1016/j.cherd.2015.12.023.
Liu W., Li C., Gu Y., Tang L., Zhang Z., Yang M. One-step synthesis of β‐cyclodextrin functionalized graphene/Ag nanocomposite and its application in sensitive determination of 4‐nitrophenol. Electroanalysis. 2013. V. 25. P. 2367-2376. DOI: 10.1002/elan.201300227.
Einafshar E., Khodadadipoor Z., Nejabat M., Ramezani M. Synthesis, characterization and application of α, β, and γ cyclodextrin conjugated graphene oxide for removing cadmium ions from aqueous media. J. Polym. Environ. 2021. V. 29. P. 3161–3173. DOI: 10.1007/s10924-021-02064-y.
AlOthman Z.A., AlMasoud N., Mbianda X.Y., Ali I. Synthesis and characterization of γ-cyclodextrin-graphene oxide nanocomposite: Sorption, kinetics, thermodynamics and simulation studies of tetracycline and chlortetracycline antibiotics removal in water. J. Mol. Liq. 2022. V. 345. N 116993. DOI: 10.1016/j.molliq.2021.116993.
Kapustin M.A., Gavrilenko N.V., Kurchenko V.P. Preparation and properties of cyclodextrin inclusion complexes with dimethyl ether of phthalic acid. Tr. BGU. 2011. V. 6. N 2. P.126-133 (in Russian).
Jansook P., Ogawa N., Loftsson T. Cyclodextrins: Structure, physicochemical properties and pharmaceutical applications. Int. J. Pharm. 2018. V. 535. P. 272-284. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2017.11.018.
Usacheva T.R., Kuz’mina I.A., Dzhumasheva M.O., Sidorenko N.S., Sharnin V.A. Thermodynamics of 18-crown-6 ether solvation in a binary water-ethanol mixture. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2010. V. 53. N 12. P. 51-54 (in Russian).
Usacheva T.R., Kuz’mina I.A., Sharnin V.A., Chernov I.V., Matteoli E. The influence of the composition of an aqueous-acetone solvent on the thermodynamic characteristics of complex formation of 18-crown-6 ether with glycine. Russ. J. Phys. Chem. A. 2011. V. 85. N 6. P. 948-951. DOI: 10.1134/S003602441106032X.
Golikov A.N., Kuz’mina I.A., Sharnin V.A. Thermo-chemistry of 18-crown-6 ether solvation in mixtures of bina-ry solvents methanol-dimethylformamide. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2007. V. 50. N 9. P. 38-40 (in Russian).
Moshorin G.V., Repkin G.I., Sharnin V.A. The Gibbs energies of transfer of 2,2′-dipyridyl and pyridine from methanol into methanol-dimethylformamide mixed solvents. Russ. J. Phys. Chem. A. 2010. V. 84. N 4. P. 538-540. DOI: 10.1134/S0036024410040035.
Grazhdan K.V., Gamov G.A., Dushina S.V., Sharnin V.A. Complexation between iron(III) and nicotinamide in aqueous dimethyl sulfoxide. Russ. J. Coord. Chem. 2009. V. 35. N 12. P. 912-915. DOI: 10.1134/S1070328409120094.
Grazhdan K.V., Gamov G.A., Dushina S.V., Sharnin V.A. Coefficients of interphase distribution and Gibbs ener-gy of the transfer of nicotinic acid from water into aqueous solutions of ethanol and dimethylsulfoxide. Russ. J. Coord. Chem. 2012. V. 86. N 11. P. 1679-1681. DOI: 10.1134/S0036024412110131.
Pham T.L., Min V.S., Khoa L.H., Kabirov D.N., Ngoan N.G., Usacheva T.R. Complexation of β-cyclodextrin with benzoic acid and rutin in aqueous ethanol solvents: thermal and thermodynamic characteristics. Zhurn. Fizicvh. Khim. 2021. V. 95. N 5. P. 692-699 (in Russian). DOI: 10.31857/S0044453721050113.
Kuzmina I.A., Volkova M.A., Marov A.S., Usacheva T.R. Thermodynamics of the solvation of β-cyclodextrin in water–dimethylsulfoxide solvents. Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. V. 94. N 10. P. 1501-1504. DOI: 10.31857/S0044453720100180.
Pham T.L., Usacheva T.R., Kuz'mina I.A., Nguyen T.N., Thai H., Volkova M.A., Le H.K., Nguyen T.D., Volynkin V.A., Tran D.L. Effect of cyclodextrin types and reagents solvation on the stability of complexes between β-cyclodextrins and rutin in water-ethanol solvents. J. Mol. Liq. 2020. V. 318. P. 114308. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.114308.
Kuranova N.N., Usacheva T.R., Gushchina A.S., Alister D.A., Kabirov D.N., Pham T.L. Effect of water–dimethylsulfoxide solvent on the solvation of hydroxypropyl-β-cyclodextrine. Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. N 9. P. 1364-1369. DOI: 10.31857/S0044453721090107.
Chatjigakis A.K., Donze C., Coleman A.W., Cardot P. Solubility behavior of β-cyclodextrin in water/cosolvent mixtures. Anal. Chem. 1992. V. 64. P. 1632-1634. DOI: 10.1021/AC00038A022.
Krestov G.A. Ionic solvation. New York-London-Toronto-Sydney-Tokyo-Singapore: Ellis Horwood Ed. 1994. 347 p.
Sharnin V.A., Usacheva T.R., Kuzmina I.A., Gamov G.A., Alexandriyskiy V.V. Complex formation in non-aqueous media: A solvation approach to describing the role of a solvent. M.: Lenand. 2019. 304 p. (in Russian).
Liu M., Dong L., Chen A., Zheng Y., Sun D., Wang X., Wang B. Inclusion complexes of quercetin with three β-cyclodextrins derivatives at physiological pH: spectroscopic study and antioxidant activity. Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2013. V. 115. P. 854–860. DOI: 10.1016/j.saa.2013.07.008.
Razmara R.S., Daneshfar A., Sahraei R. Solubility of quercetin in water + methanol and water + ethanol from (292.8 to 333.8) K. J. Chem. Eng. Data. 2010. V. 55. N 9. P. 3934–3936. DOI:10.1021/je9010757.
Kuranova N.N., Kabirov D.N., Kashina O.V., Pham Thi Lan, Usacheva T.R. Thermodynamics of quercetin solva-tion in water-dimethylsulfoxide solvent. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 10. P. 23-29 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20206310.6285.
