ЭНТАЛЬПИЙНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛЬВАТАЦИИ ГИДРОКСИПРОПИЛ-β-ЦИКЛОДЕКСТРИНА И ЕГО МОЛЕКУЛЯРНОГО КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ С РУТИНОМ И КВЕРЦЕТИНОМ В ВОДНО-ЭТАНОЛЬНЫХ РАСТВОРИТЕЛЯХ
Аннотация
Энтальпии растворения гидроксипропил-β-циклодекстрина (HPβCD) в воде и в водно-этанольных смешанных растворителях были определены методом изотермической калориметрии растворения. При переходе от воды к водно-этанольным растворителям экзотермичность растворения гидроксипропил-β-циклодекстрина уменьшается: ΔsolH° (HPβCD) = -53,91; -41,14; -17,84; -22,07; -26,13; -28,28 кДж/моль при X(EtOH) = 0; 0,05; 0,1; 0,2; 0,6; 0,9 мол. д. соответственно. С использованием литературных данных и результатов, полученных в данной работе, проведен анализ сольватационных вкладов реагентов в изменение энтальпии реакций молекулярного комплексообразования между HPβCD рутином и кверцетином в водно-этанольных растворителях состава 0,0-0,1 мол.д. этанола. Установлено, что эндотермичность энтальпии переноса циклодекстринов превышает изменения энтальпии переноса реакций в водно-этанольном растворителе изученного состава. Аналогичная тенденция наблюдается для молекулярных комплексов аминокислот с 18-краун-6 (18C6): во всех ранее изученных системах эндотермичность переноса 18C6 превышает экзотермичность энтальпий реакции максимум в два раза во всем диапазоне составов водно-этанольного растворителя. Для комплексообразования HPβCD с RUT и QCT эндотермичность энтальпий переноса HPβCD превышает изменения энтальпии переноса реакций образования молекулярных комплексов [RUT⊂HPβCD] и [QCT⊂HPβCD] примерно в 10 раз. Анализ изменений энтальпии сольватации и реакций образования молекулярных комплексов между аминокислотами и 18C6 показал, что увеличение концентрации неводного сорастворителя преимущественно влияет на энтальпии реакции за счет увеличения положительных значений энтальпии переноса 18C6. Можно предположить, что в случае комплексообразования HPβCD с RUT и QCT энтальпийный вклад HPβCD будет определять изменение энтальпии комплексообразования [QCT⊂HPβCD] и [RUT⊂HPβCD] во всем диапазоне составов водно-этанольных растворителей.
Литература
Zhang W., Gai H., Zhang Q., Zhang D., Zheng S., Zhu G. Preparation, characterization and properties of quercetin cyclodextrin nanosponges. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem. 2024. V. 105. P. 23-34. DOI: 10.1007/s10847-024-01263-z.
Quan X., Wang Sh., Lu J., Zhu X., Hua Y. Glimepiride/hydroxypropyl-β-cyclodextrin inclusion com-pound: preparation, characterization, and evaluation. Drug Develop. Ind.. Pharm. 2025. V. 51. P. 1-42. DOI: 10.1080/03639045.2025.2479748.
Salman Z., Al-Ani I., Al Azzam Kh.M., Majeed B.J.M., Abdallah H.H., Negimm El-S. Enhancement of apixaban's solubility and dissolution rate by inclusion complex (β-cyclodextrin and hydroxypropyl β-cyclodextrin) and compu-tational calculation of their inclusion complexes. ADMET DMPK. 2023. V. 11. P. 533-550. DOI: 10.5599/admet.1885.
Lavania Kh., Garg A. Inclusion complex of chrysin with hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) preparation, char-acterization, and dissolution study. Bio. Nano. Sci. 2023. V. 13. P. 1-9. DOI: 10.1007/s12668-023-01106-0.
Brewster M.E., Anderson W.R., Loftsson T., Huang M.J., Bodor N., Pop E. Preparation, characterization, and anesthetic properties of 2- hydroxypropyl-β-cyclodextrin complexes of pregnanolone and pregnenolone in rat and mouse. J. Pharm. Sci. 1995. V. 84. N 10. P. 1154-1159. DOI: 10.1002/jps.2600841004.
Ipatova O.M., Torkhovskaya T.I., Medvedeva N.V., Prozorovsky V.N., Ivanova N.D., Shironin V., Baranova V.S., Archakov A.I. Bioavailability of oral drugs and the methods for its improvement. Biochem. Suppl. Ser. B.: Bio-med. Chem. 2010. V. 4. P. 82-94. DOI: 10.1134/S1990750810010117.
Jansook P., Loftsson T. Self-assembled γ-cyclodextrin as nanocarriers for enhanced ocular drug bioavailability. Int. J. Pharm. 2022. V. 618. P. 121654. DOI: 10.1016/j.ijpharm. 2022.121654.
Agafonov M.A., Delyagina E.S., Terekhova I.V. Influ-ence 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.
Parker V. Thermal properties of aqueous univalent electro-lytes. U.S. Department of commerse national bureau of standards 2. 1965. Washington. DOI: 10.6028/NBS.NSRDS.2.
Bai L., Wu Y., Xu H., Yang J., Lu Y., Yang W., Hu Y. Preparation of K-carrageenan/polylactic acid nanofiber mem-branes encapsulating Vitamin C/Hydroxypropyl-beta-cyclodextrin inclusion complexes by electrostatic spinning for blueberry preservation. Food Biosci. 2025. V. 69. P. 106894. DOI: 10.1016/j.fbio.2025.106894.
Lu X., Zhang J., Zuo W., Cheng D., Dong R., Wang W., Lu L. A dissolving microneedle patch loaded with plum-bagin/hydroxypropyl-β-cyclodextrin inclusion complex for infected wound healing. Colloids Surf. B: Biointerfaces. 2025. V. 246. P. 114377. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2024.114377.
Chen Y., Liu An. Skin-whitening effect of hydroxypropyl-β-cyclodextrin/glabridin inclusion complex loaded on a dual thermo/pH-sensitive hydrogel. Polymer. 2025. V. 316. P. 127788. DOI: 10.1016/j.polymer.2024.127788.
Radeva L., Kalampalika E., Yordanov Y., Petrov P.D., Tzankova V., Yoncheva K. Formulation of caffeine–hydroxypropyl-β-cyclodextrin complex in hydrogel for skin treatment. Gels. 2025. V. 11. N 5. P. 326-339. DOI: 10.3390/gels11050326.
Kapustin M.A., Gavrilenko N.V., Kurchenko V.P. Prepa-ration and properties of cyclodextrin inclusion complexes with phthalic acid dimethyl ether. Izv. Beloruss. Gos. Univer. 2011. V. 6. N 2. P. 126-133 (in Russian).
Wehl L., Muggli K., Möller K., Engelke H., Bein T. Cross-linked cyclodextrin-based nanoparticles as drug deliv-ery vehicles: synthesis strategy and degradation studies. ACS Omega. 2025. V. 10. N 10. P. 10352–10365. DOI: 10.1021/acsomega.4c10200.
Dai Z., Yang H., Yin P., Liu X., Zhang L., Dou Y., Sun S. Applications of cyclodextrin-based drug delivery systems in inflammation-related diseases. Pharmaceutics. 2025. V. 17. N 3. P. 378-395. DOI: 10.3390/pharmaceutics17030378.
Nicolaescu O.E., Belu I., Mocanu A.G., Manda V.C., Rău G., Pîrvu A.S., Ionescu C., Ciulu-Costinescu F., Popescu M., Ciocîlteu M.V. Cyclodextrins: enhancing drug delivery, solubility and bioavailability for modern therapeu-tics. Pharmaceutics. 2025. V. 17. P. 288-324. DOI: 10.3390/pharmaceutics17030288.
Chatjigakis A.K., Cecile D., Coleman A.W., Cardot P. Solubility behavior of β-cyclodextrin in water/cosolvent mix-tures. Anal. Chem. 1992. V. 64. N 14. P. 1632–1634. DOI: 10.1021/ac00038a022.
Krestov G.A. Ionic solvation. Ed. by E. Horwood. New-York-London-Toronto-Sydney-Tokyo-Singapore. 1994.
Sharnin V.A., Usacheva T.R., Kuzmina I.A., Gamov G.A., Aleksandriiskii V.V. Complex formation in non-aqueous media: A solvation approach to describing the role of a solvent. M.: LENAND. 2019 (in Russian).
Shormanov V.A., Sharnin V.A. Achievements and prob-lems of solvation theory. Structural and thermodynamic as-pects. Ed. by A.M. Kutepov. M.: Nauka. 1998. 173-207 p. (in Russian).
Isadiartuti D., Rosita N., Ekowati J., Syahrani A., Ari-yani T., Rifqi M.A. The thermodynamic study of p -methoxycinnamic acid inclusion complex formation, using β-cyclodextrin and hydroxypropyl-β-cyclodextrin. J. Basic Clinic. Phys. Pharm. 2021. V. 32. P. 663-667. DOI: 10.1515/jbcpp-2021-0008.
Usacheva T.R., Gamov G.A., Kuranova N.N., Zavalishin M.N., Kabirov D.N., Alister D.A., Grazhdan K.V., Gushchina A.S., Isaeva V.A., Kashina O.V., Kuzmina I.A., Tukumova N.V., Sharnin V.A. Thermodynamics of intermolecular inter-action reactions of biomolecules in water and water-organic solvents. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 59-75 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607.6842j.
Pradhan P., Rai V.K., Halder J., Kar D., Prusty S.K., Rout S.K., Monoharadas S., Palanisamy S., Dash P., Das S., Kar B., Ghosh G., Rath G. Development and char-acterization of chitosan nanoparticles containing quercetin-β-cyclodextrin inclusion complex for improved solubility, brain targeting, and neuroprotective potential against epilepsy. AAPS PharmSciTech. 2025. V. 26. N 5. DOI: 10.1208/s12249-025-03119-2.
Dai K., Wu J., Liu X., Wang S., Liu Y., Li H., Wahd H. Inclusion complex of quercetin with sulfobutylether β-cyclodextrin: preparation, characterization, antioxidant and antibacterial activities and the inclusion mechanism. RSC Ad-vances. 2024. V. 14. P. 9472-9481. DOI: 10.1039/D3RA08936C.
Lytkin A.I., Chernikov V.V., Krutova O.N., Skvortsov I.A. Standard enthalpies of formation of L-lysine and the products of its dissociation in aqueous solutions. J. Therm. Anal. Calorim. 2017. V. 130. P. 457–460. DOI: 10.1007/s10973-017-6134-6.
Kilday M.V. The enthalpy of solution of SRM 1655 (KCl) in H2O. J. Research NBS. 1980. V. 85. N 6. 467 p. DOI: 10.6028/jres.085.027.
Usacheva T.R., Sharnin V.A. A thermodynamic study of reactions of amino acids with crown ethers in nonaqueous media as examples of guest—host molecular complex for-mation. Russ. Chem. Bull. 2015. V. 64. P. 2536-2544. DOI: 10.1007/s11172-015-1189-7.2.
Pham Thi Lan, Usacheva T.R., Kuzmina I.A., Nguyen Thi Ngoan, Thai Hoang, Volkova M.A., Le Hai Khoa, Nguyen Tuan Dung, Volynkin V.A., Tran Dai Lam. Ef-fect of cyclodextrin types and reagents solvation on the sta-bility of complexes between β-cyclodextrins and rutin in wa-ter-ethanol solvents. J. Mol. Liq. 2020. V. 318. P. 114308. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.114308.
Usacheva T.R., Kuz'mina I.A., Dzhumasheva M.O., Sidorenko N.S., Sharnin V.A. Thermodynamics of solva-tion of ether 18–crown–6 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., Sidorenko N.S., Voronina S.I. The influence of solvation on the for-mation of Ag+ complexes with 18-crown-6 ether in water-dimethyl sulfoxide solvents. Russ. J. Phys. Chem. 2011. V. 85. N 6. P. 952–954. DOI: 10.1134/S0036024411060331.
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 characteris-tics of complex formation of 18-crown-6 ether with glycine. Russ. J. Phys. Chem. 2011. V. 85. N 6. P. 948–951. DOI: 10.1134/S003602441106032X.
Matteoli E., Lepori L., Usacheva T.R., Sharnin V.A. Thermodynamics of complex formation in mixed solvents. K and ΔH for the formation reaction of [Gly18C6] at 298.15 K. J. Therm. Anal. Cal. 2009. V. 97. N 3. P. 811–817. DOI: 10.1007/s10973-009-0231-0.
Badelin V.G., Smirnov V.I. Influence of the composition of aqueous–alcohol solvents on the thermodynamic characteris-tics of L–Phenylalanine dissolution at 298.15 K. Thermo-chim. Acta. 2011. V. 526. P. 46–49. DOI: 10.1016/j.tca.2011.08.022.
Usacheva T.R., Pham Thi L., Terekhova I.V., Kumeev R.S., Sharnin V.A. Application of isothermal titration calo-rimetry for evaluation of water–acetone and water–dimethylsulfoxide solvents influence on the molecular com-plex formation between 18–crown–6 and triglycine at 298.15 K. J. Therm. Anal. Cal. 2015. V. 121. P. 975–981. DOI: 10.1007/s10973-015-4630-0.
