БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ...

БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ

Институт по Минералогия и Кристалография

„Акад. Иван Костов“

Венцислав Милчов Дюлгеров

АВТОРЕФЕРАТ

на дисертационен труд, представен за присъждане на

образователна и научна степен „доктор“

на тема

СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И БИОЛОГИЧНА АКТИВНОСТ

НА СЪКРИСТАЛИ НА ОРГАНО-БОРНИ КИСЕЛИНИ С

ЛЕКАРСТВЕНИ ВЕЩЕСТВА

София, 2017 г.

Дисертацията е написана на 120 страници и съдържа 101

фигури, 15 таблици и са цитирани 126 литературни източника.

Дисертантa е бил редовен докторант в периода 01.10.2011 -

10.07.2015 към Института по Минералогия и Кристалография

„Акад. Иван Костов“ – БАН.

Специалност: 4.4. Науки за земята (Минералогия и

Кристалография)

Научен ръководител: Проф. д-р Борис Шивачев

Дисертационния труд е обсъден на семинар в Института по

Минералогия и Кристалография – БАН на 20.12.2016 г.

Защитата на дисертационния труд ще се проведе на 26.04.2017

г. от 11:00 часа в заседателната зала на Института по

Минералогия и Кристалография (ул. Акад. Г. Бончев, бл. 107) -

БАН

Научно жури: 1) Проф. д-р Ваня Куртева – ИОХЦФ-БАН

2) Проф. д-р Маргарита Апостолова – ИМБ-

БАН

3) Проф. д-р Огнян И. Петров – ФХФ-СУ

4) Доц. д-р Луиза Димова – ИМК-БАН

5) Проф. д-р Борис Шивачев – ИМК-БАН

Материалите по дисертационния труд са на разположение за

интересуващите се в библиотеката на Института по

Минералогия и Кристалография – БАН, ул. „Акад. Георги

Бончев“, бл. 107 всеки работен ден от 9.00 до 17.00 часа.

БЛАГОДАРНОСТИ

Изказвам искрените си благодарности към научния ми

ръководител Проф. д-р Борис Шивачев, към Проф. д-р Росица

Николова, Доц. д-р Луиза Димова, Доц. д-р Надя Петрова, Доц.

д-р Юрий Кълвачев, Проф. д-р Маргарита Апостолова, инж.

Владислав Григоров, инж. Виолета Самарджиева, маг. фарм.

Марияна Енева-Димитрова, на Софарма АД, на всички колеги

за оказаното съдействие при изработване на дисертационния

труд, както и на Европейския социален фонд и Република

България, Оперативна програма "Развитие на човешките

ресурси" 2007-2013 г., Договор № BG051PO001-3.3.06-0027 от

Юли 2013г.

1

1. Въведение

През последните години рентгеноструктурният анализ

се разви интензивно, на практика стана лесно достъпен за

неспециалисти в областта на кристалографията и

дифракционните методи, и това даде възможност на все повече

изследователи, работещи в различни области на науката, да

извличат разнообразни резултати: фазов състав, структура,

размер на кристалите и т.н. [1]. Конкретната и обективна

информация за структурата и молекулния строеж на

съединения с различна природа, получавана чрез този метод, е

основа за успешното разрешаване на такъв важен за химията,

физиката, биологията и други научни области въпрос, какъвто е

въпросът за установяване на структурата на веществата и

връзката между структура и свойства (SAR) [2]. Кръгът от

обекти, изучавани с помощта на рентгеноструктурния анализ,

непрекъснато се разширява. Методът позволява да се изследват

неорганични съединения, минерали, малки органични

молекули, комплекси и техни производни, ДНК, белтъци и т.н.

[3, 4]. С помощта на рентгеноструктурния анализ са определени

активните конформации на редица ензими и взаимодействието

на белтъци с активни фармацевтични форми/вещества. На

съвременния етап от развитие на метода, на практика

сложността на структурата на кристалното съединение не е

ограничение за приложимостта му [5]. Основният проблем,

който трябва да се реши, остава получаването на подходящ

(моно) кристал.

2

Активните фармацевтични съставки (АФС, или още

Active Pharmaceutical Ingredient - API) – или както се наричат

разговорно лекарствата – са в сърцевината на съвременната

медицина и са гръбнака на голяма част от ефикасните и

новаторски терапии, които се прилагат или са в процес на

разработка. Лекарствените препарати могат да съдържат и

повече от една АФС, втвърдители, стабилизатори, пълнители,

оцветители и други помощни вещества. Взаимодействието на

различните съставки много често е под съкристална форма,

целяща подобряване на устойчивост при съхранение,

разтворимост, стабилност, усвояемост и др. Съкристалите

съдържат повече от един тип на молекули в кристалната

решетка, което често води до промяна на физико-химичните им

и фармакологични свойства.

Целта на настоящата дисертационна работа е получаване,

структурно охарактеризиране и изследване на цитотоксичност

(биологична активност) на съкристали на известни лекарствени

препарати с органични борни киселини.

Задача 1

Дизайн на обектите на настоящата дисертация, органо-

борни съкристали с известни лекарствени субстанции, стъпващ

на концепцията за повторяемост и възпроизводимост на слаби

взаимодействия, водородни връзки и π взаимодействия, като

дял от кристалното инженерство [6-8] .

3

Задача 2

Получаване (израстване) на съкристали чрез бавно

изпарение от разтвор, охарактеризиране и разшифровка на

структурите на съкристалите (монокристален

рентгеноструктурен анализ) и определяне на физикохимични

характеристики с използване на ИЧ и ДТА методи.

Задача 3

Определяне на биологичната активност активност

(цитотоксичност) на получените съкристалите на лекарствени

субстанции с органо-борни киселини.

4

2. Кристално инженерство

Кристалното инженерство включва използване на

познанията за структурата на веществата, за комбиниране и

оптимизиране на свойствата на отделни съединения в „едно

цяло“, за специфични приложения като фармацевтични

продукти, катализатори и други [7-9]. Кристалното

инженерство намира приложение в разработването на нови

лекарствени форми, например посредством проектирането и

формирането на съкристали на лекарствени вещества [10, 11].

Фармацевтичните вещества (продукти) много често се

срещат под различни твърди структури (кристални форми) на

едно и също химично съединение: полиморфни форми, соли,

солвати (хидрати), съкристали и като аморфни вещества (Фиг.

1).

Според изследване, проведено от Стали (Stahly) [12]

въз основа на 245 фармацевтични вещества, 80% от тях се

откриват под различни форми. Често свойствата на различните

(твърди) форми на дадено лекарство не показват съществени

различия, но като цяло, във функция от разновидността на

лекарствената форма, се наблюдават вариации на важни

физикохимични свойства, включително разтворимост, които

могат да окажат влияние върху производствения процес,

стабилността на лекарствената форма (например хидратиране),

както и върху бионаличността и усвояването от организма [13,

14]. Основен фармацевтичен фактор на дадена лекарствена

5

субстанция в твърдо състояние е нейната разтворимост във

вода, което е предпоставка за ефективна абсорбция на

лекарството в стомашно-чревния тракт [15]. Така, за

получаване на максимална биологична активност с минимални

странични ефекти, не е достатъчно да се проследи само

биологичния ефект, а трябва да се съчетават биофармацевтични

свойства с подходящи физикохимични такива [16]. За

търговските фармацевтични продукти термодинамично най-

стабилната кристална форма при атмосферни (амбиентни)

условия обикновено е най-предпочитаната, разбира се има и

изключения [17]. Ето защо, за да се гарантира избора на

правилната фармацевтична субстанция с известни и

дефинирани свойства, е необходимо да се изследват „всички“

потенциални твърдотелни форми на дадена молекула [14].

Фигура 1. Представяне на различни форми на дадено лекарство.

6

При проектирането и разработването на съкристалите

от настоящата дисертационна работа, кристалното инженерство

беше използвано в частта, базирана на слаби взаимодействия –

водородни връзки – между молекулите на органо-боратите и

лекарствените вещества.

Рентгено-структурният анализ е един от най-често

използваните методи за охарактеризиране на съкристали.

Изискването е наличие на монокристал за експеримента.

3. Органични борни киселини.

Органичните борни киселини са кислород съдържащи

тривалентни съединения на бора, свързани с един алкилов,

винилов или арилов остатък посредством проста σ-въглерод-

бор (C-B) връзка. Останалите две валенции на бора са свързани

с две хидроксилни групи, които обуславят киселинните

свойства на органоборните киселини. Борният атом се намира в

sp2 хибридно състояние.

Използвайки възпроизводимостта на водородните

връзки и други слаби взаимодействия (при карбоксилни

киселини, борни киселини и други органични фрагменти),

направихме допускане за очакваните такива, показани на Фиг. 2

органо-борни киселини, които бяха използвани за

съкристализация с лекарствени субстанции:

7

a) 3-карбоксифенил-

борна киселина

b) 4- карбоксифенил-


c) 4-хлорофенилборна

киселина

d) 4-ацетамидофенил-


Фигура 2. Представяне на потенциални взаимодействия при

използванитe органо-борни киселини.

8

4. Използвани лекарствени вещества

По-долу са представени използваните от нас

лекарствени вещества.

5.1. Теофилин.

За първи път теофилинът бил извлечен от чаени листа

около 1888 година от немския биолог Албрехт Косел [18].

Структурата на съединението е установена през 1896 година

[19] и впоследствие синтезирано от друг немски учен Вилхелм

9

Траубе [20]. През 1950 година теофилинът за първи път

намерил клинично приложение за лечение на астма.

Теофилинът, известен още като диметилксантин е

метилксантиново лекарство, което под различни търговски

марки се използва при лечението на дихателни заболявания

като астма или хронично обструктивно белодробно заболяване.

Поради множеството си странични ефекти, днес лекарството

все по-рядко се назначава за клинична употреба.

Анализът на центровете на Теофилина, които потенциално

могат да участват във водородни и други слаби

взаимодействия, е представен на Фиг.3.

Фигура 3. Геометрия на потенциални водородни връзки при

Теофилин, HBD – донор водородна връзка, HBD-акцептор

водородна връзка, AR аромтано π взаимодействие.

5.2. Аминофилин (Теофилин-етилендиамин).

Аминофилин е медикамент, който принадлежи към

групата на ксантините. Представлява комплексно съединение

10

на теофилина (80%) с етилендиамина (20%), което в

биологична среда се дисоциира и освобождава теофилин. Той е

достъпен под формата на 2,4% инжекционен разтвор, таблетки

за орално приложение и ректални свещички.

5.3. Кофеин (или още Кафеин).

Кофеинът е психостимулант, който има много добра

стомашно-чревна резорбция, метаболизира се в черния дроб и

се отделя чрез бъбреците [21, 22]. Кофеинът премахва

чувството на умора и сънливост, подобрява активното

внимание и повишава психическата и физическата

работоспособност. В основата на това негово действие стои

прякото му стимулиращо действие върху кората на главния

мозък.

Фигура 4. Възможности за образуване на водородни и π

взаимодействия при Кофеин .

Разликата между Кофеина и Теофилина е наличието на

една метилна група в повече при последния. Така при

11

Кофеина могат да се осъществят 3 класически водородни

връзки в две от които той е акцептор, а при една донор на

протон. Аналогично на Теофилина, спрегнатото ядро на

Кофеина може да участва в Х … π (Х = СН, π)

взаимодействия.

5.4. Нитрофурал.

Нитрофурал е локален препарат с антиинфекциозно

действие, който се използва за лечение на ушни инфекции,

причинени от различни патологични агенти. Той повлиява Грам

(+) и Грам (-) микроорганизми. Може да се прилага локално и

системно. Използва се най–често под формата на мехлем.

Фигура 5. Потенциални донори и акцептори и водородни

взаимодействия при молекулата на Нитрофурал. PI – позитивен

йонизационен потенциал (N+).

12

Трябва да отбележим, че изследваният от нас

Нитрофурал се явява като структурен фрагмент от

Нитрофурантоина (Nitrofurantoin) [23].

5.5. Амикацин.

Амикацин принадлежи към групата на

аминогликозидните антибиотици [24]. Притежава изразено

антимикробиално действие спрямо грам-отрицателните

бактерии [25-27] (включващи Pseudomonas, Escherichia coil) и

малка част от грам-положителните бактерии.

Фигура 6. Потенциални донори, акцептори и водородни

взаимодействия в молекулата на Амикацин.

13

5.6. Клонидин.

Клонидинът е алфа-2-адренергичен агонист, който

преминава кръвно-мозъчната бариера и се свързва с рецептори

в продълговатия мозък [28-30]. Действа централно чрез

намаляване симпатикусовата дейност, което води до спадане на

диастолното и систолното кръвно налягане и намаляване на

сърдечната честота.

a) b)

Фигура 7. а) Центрове на взаимодействие на Клонидин в

човешкия организъм [31] ; b) Потенциални донори, акцептори и

водородни взаимодействия в молекулата на Клонидин, където

H е хидрофобна част.

Клонидин се използва самостоятелно или с други

лекарства за контрол на високо кръвно налягане (хипертония).

14

5.7. Дилтиазем.

Дилтиазем принадлежи към лекарствената група на

така наречените калциеви антагонисти [32, 33]. Той води до

намалено навлизане на калциеви йони в клетките на сърцето и

кръвоносните съдове, като по този начин предизвиква

разширение на съдовете, увеличение притока на кръв към

сърцето и подобрява снабдяването му с кислород, забавя

сърдечната честота и понижава артериалното налягане.

Фигура 8. Потенциални донори и акцептори и водородни

взаимодействия в молекулата на Дилтиазем.

5.8. Парацетамол.

Той е нестероидно обезболяващо и

температуропонижаващо средство. Има много слабо

противовъзпалително действие [34, 35]. Фармакологично

представлява COX-2 инхибитор. Притежава добре изразен

аналгетичен и антипиретичен ефект и малък, практически

неизползваем, противовъзпалителен ефект.

15


взаимодействия в молекулата на Парацетамол.

5.9. Метилпреднизолон хидрогенсукцинат.

Той е мощен противовъзпалителен стероид с по-голям

противовъзпалителен ефект от преднизолон и с по-ниска

тенденция към предизвикване на задръжка на натрий и вода от

преднизолон [35, 36].

16


взаимодействия в молекулата на Метилпреднизолон.

5.10. Индометацин.

Той принадлежи към група лекарства, наречени

антиревматични или нестероидни противовъзпалителни.

Индометацин облекчава симптомите на възпаление - болката и

отока [35].

a) b)

Фигура 11. a) Потенциални донори, акцептори и водородни

взаимодействия в молекулата на Индометацин; b)

Наблюдавани взаимодействия в кристалните структури на

двете полиморфни форми на Индометацин.

17

5.11. Серин.

Структурата на серина (AGU, AGC) е установена през

1902 г. [37]. Първоначално е получена от копринен протеин, от

където произлиза и името й (от латинското наименование на

коприната, sericum). Това е една от природно-срещащите се

протеиногенни аминокиселини. Серин e условно неесенциална

(заменима) аминокиселина, която се синтезира в тялото на

базата на глицин, за което е необходимо да присъстват големи

количества фолиева киселина, витамин В3 и витамин В6 [38].

Освен от храната, серинът може да се набави и от хранителни

добавки, под формата на таблетки, прах или капсула. Може да

се приема както самостоятелно, така и в комбинация с други

аминокиселини.

Фигура 12. Потенциални донори и акцептори и наблюдавани

водородни взаимодействия в молекулата на Серин.

5.12. Пролин

Пролинът (съкр. Pro или P) e хетероцикична α-

аминокиселина (по-точно, иминокиселина). Съществува в две

18

оптически изомерни форми — L и D, а също и във вид на

рацемична смес. Представлява безцветни, лесно разтворими във

вода кристали, които се топят при температура около 220 °C.

Добре се разтварят също в етанол, по-слабо в ацетон и бензол, и

е неразтворим в диетилов етер.

Фигура 13. Двете възможни форми на Пролина и

потенциалните донори, акцептори и водородни взаимодействия

в молекулата на Пролин.

Аналогично на Серина (на аминкиселините) Пролинът

се среща под формат на вътрешна сол (цвитер йон).

5. Дизайн на съкристали на органо-борати с

фармацевтични молекули

19

Дизайнът - с цел получаване на съкристали на органо-

борати и фармацевтични вещества беше използвано кристално

инженерство, което се основава на концепцията за

повторяемост и възпроизводимост на слаби взаимодействия

(водородни връзки и π взаимодействия) [6-8].

6. Получаване (кристализация) на

съкристали

На базата на известните в литературата съкристални

вещества, структурите налични в базата данни (Cambridge

Structural Database – CSD) и допуснатите възможности

(моделите) за образуване на водородни взаимодействия от

кристалното инженерство, ние проведохме кристализационни

експерименти с различни лекарствени вещества (субстанции) и

различни органо-борни киселини. Най-общо могат да се

обобщят в Таблица 1.

Таблица 1. Обобщение на кристалографските резултатите от

проведените опити.

Органо-борна

киселина

Лекарствена

субстанция

Резултат/продукт

Съкристал/изходни/друго

1. Фенил борат Теофилин Кристали на изходни в-ва

2. 3-карбоксифенил

борат Теофилин Съкристал 1:1


борат Теофилин Кристали на изходни в-ва

4. 4-хлорофенил

борат Теофилин Съкристал 1:1

20

5. Фенил борат Кофеин Кристали на изходни в-ва


борат Кофеин Кристали на изходни в-ва


борат Кофеин Кристали на изходни в-ва


борат Кофеин Съкристал 2:1

9. Фенил борат Пролин Съкристал 1:1


борат Пролин Кристали на изходни в-ва

11. 4-карбоксифенил борат

Пролин Кристали на изходни в-ва


борат Пролин Кристали на изходни в-ва

13. Фенил борат Нитрофурал Кристали на изходни в-ва


Нитрофурал Кристали на изходни в-ва


борат Нитрофурал Кристали на изходни в-ва

16. 4-хлорофенил борат

Нитрофурал Съкристал 2:1

17. Фенил борат Дилтиазем Кристали на изходни в-ва


борат Дилтиазем Кристали на изходни в-ва


борат Дилтиазем Кристали на изходни в-ва


Дилтиазем Кристали на изходни в-ва

21. Фенил борат Аминофилин Кристали на изходни в-ва


борат Аминофилин Кристали на изходни в-ва


Аминофилин Реакция + полиморф на

Теофилин


борат Аминофилин Кристали на изходни в-ва

25. Фенил борат Серин Кристали на изходни в-ва


борат Серин Кристали на изходни в-ва





29. Фенил борат Метилпреднизолон

водородсукцинат Кристали на изходни в-ва


борат

Метилпреднизолон


31. 4-карбоксифенил Метилпреднизолон Кристали на изходни в-ва

21

борат водородсукцинат


борат

Метилпреднизолон


33. Фенил борат Парацетамол Кристали на изходни в-ва


борат Парацетамол Кристали на изходни в-ва


Парацетамол Кристали на изходни в-ва


борат Парацетамол Кристали на изходни в-ва

37. Фенил борат Индометацин Кристали на изходни в-ва


борат Индометацин Кристали на изходни в-ва


борат Индометацин Кристали на изходни в-ва


Индометацин Кристали на изходни в-ва

41. Фенил борат Амикацин Кристали на изходни в-ва


борат Амикацин Кристали на изходни в-ва





45. Фенил борат Клонидин Кристали на изходни в-ва


борат Клонидин Кристали на изходни в-ва


Клонидин Кристали на изходни в-ва


борат Клонидин Кристали на изходни в-ва


Натриев ацетат Съкристал (MOF)

50. 3-ацетамидофенил

борна киселина Теофилин Кристали на изходни в-ва

51. 3-ацетамидофенил борна к-на

Кофеин Кристали на изходни в-ва


борна к-на Кофеин Кристали на изходни в-ва

53. 3-ацетамидофенил борна к-на

От етанол Полиморф1


борна к-на От хлороформ Полиморф2

22

7. Дискусия

7.1 Теофилин и 3-карбокси фенилборна киселина

Извършеният предварителен анализ на възможните

водородни взаимодействия между Теофилин и 3-карбокси

фенилборна киселина предположихме три възможности за

потенциално взаимодействие. Разшифровката на кристалната

структура показва следните взаимодействия (Фиг. 14):

Фигура 14. Образуване на димер R22 (16) в молекулите на 3-

карбокси фенилборната киселина и последващо генериране на

тетрамер R44 (12).

Допускането за образуване на R22(9) мотив, включващо

N-H…O като донор и О-Н…ОС=О (акцептор), бе направено въз

основа на голямата повтаряемост на R22(8) мотива в базата

данни CSD и при Hoogsten водородни връзки при ДНК. Трябва

да отбележим, че при R22(8) мотива разстоянието между двете

23

водородни връзки е ~2.4 Å, докато при R22(9) мотива имаме

~3.0 Å (NH и С=О от Теофилин) и ~2.4 Å (при R-COOH и R-

B(OH)2). Разликата от ~0.6 Å изисква „увеличаване“ на ъгъла

между D-H…A (или увеличаване на разстоянието D…A), което

означава и по-малка енергия на свързване. От статистическа

гледна точка формирането на водородни връзки с участието на

2 молекули е по-вероятно, отколкото това с участието на 3, 4

или повече молекули, но, както се вижда при формирането на

Теофилин и 3-карбокси фенилборна киселина, енергетичният

фактор надделява (Таблица 2). Молекулите 3-карбокси

фенилборна киселина образуват димер, R22(16), като всеки

димер взаимодейства със съседен, генерирайки тетрамер

R44(12). На практика всички донори и акцептори от R-COOH

фрагмента участват в междумолекулни връзки на 3-карбокси

фенилборната киселина. От друга страна, един донор от R-

B(OH)2 фрагмент не взима участие във формирането на

мрежата от водородни взаимодействия (с 3-карбокси

фенилборна киселина). Максимизирането на енергетичната

стабилизация налага формирането на О-Н…О=С между 3-

карбокси фенилборна киселина и Теофилин. Всеки Теофилин

(освен с 3-карбокси фенилборна киселина) е свързан със

съседите си посредством N-H…N и С=О ….С (или С=О…π).

Веригите Теофилин и 3-карбокси фенилборна киселина

образуват псевдо слой. Псевдо слоевете са свързани

посредством СН3… π и π … π слаби взаимодействия (Фиг.16 и

Фиг.17).

24

Таблица 2. Водородни връзки между Теофилин и 3-карбокси

фенилборна киселина

D H A d(D-H)/Å d(H-A)/Å d(D-A)/Å D-H-A/°

C11 H11 O121 1.01(4) 2.25(4) 3.217(5) 158(3)

O2 H2 O42 0.84(5) 1.92(5) 2.756(3) 175(5)

O1 H1A O113 0.92(5) 1.90(5) 2.822(4) 177(4)

O3 H3 O24 0.95(6) 1.78(7) 2.675(4) 157(5)

N1 H1 N25 0.92(4) 1.90(4) 2.813(4) 172(4)

симетрична операция: 1-X,1/2+Y,3/2-Z; 2+X,-1+Y,+Z; 31-X,-1/2+Y,3/2-Z; 4-X,1-Y,1-Z; 5-X,-

1/2+Y,3/2-Z

Фигура 15. Водородни връзки между молекулата на Теофилина

и 3-карбокси фенилборна киселина.

25

Фигура 16. π-π взаимодействие между псевдослоевете при

Теофилина и 3-карбокси фенилборна киселина.

Фигура 17. Образуване на псевдо слой между молекулите на

Теофилин и 3-карбокси фенилборна киселина.

26

7.2 Теофилин и 4-хлоро фенилборна киселина

Фигура 18. Възможни водородни взаимодействия между

Теофилин и 4-хлоро фенилборна киселина.

При извършения предварителен анализ на възможните

водородни взаимодействия между Теофилин и 4-хлоро

фенилборна киселина предположихме три възможни

взаимодействия. Запазване на взаимодействието

B(OH)2…(OH)2B, R22(8), свързване на Теофилина по

страничните вериги и замяна на борната молекула в

страничната верига на разширената мрежа от водородни

връзки при 4-хлорофенилборната киселина. Запазване на

взаимодействието Теофилин с Теофилин през NH…O и

взаимодействието на борната киселина с останалите N и O

атоми, формиращо мотив R22(10). Боратът взаимодейства на

две места посредством водородни връзки (Таблица 3).

27

Разшифровката на кристалната структура показа

налично второто наше допускане, а именно – запазване на

взаимодействието Теофилин с Теофилин през NH…N (или

NH…O) и взаимодействие на борната киселина с останалите

N и O атоми. В допълнение на допуснатите от нас

взаимодействия могат да се наблюдават още два вида

взаимодействия CH3…O (C17HC17…O1 - 3.432Å;

C17H17a…O1 - 3.321Å) и CH…Cl. (3.667Å).

Таблица 3. Водородни връзки между Теофилин и 4-хлоро



O1 H1A O111 0.82 2.03 2.809(2) 158.2

O2 H2 N2 0.82 2.09 2.859(3) 155.7

N1 H1 O122 0.86 1.95 2.775(2) 161.4

C11 H11 Cl13 0.93 2.85 3.667(2) 147.1

C17 H17C O1 0.96 2.51 3.337(3) 144.3

симетрична операция: 1-X,2-Y,-Z; 2-X,3-Y,1-Z; 31-X,1-Y,1-Z

В структурата не се наблюдават CH3…π

взаимодействия за разлика от структурата на Теофилин и 3-

карбоксифенил борната киселина. Наблюдава се формирането

на псевдо слоеве, дължащо се на π…π взаимодействия между

отделните молекули, формиращи слоя Фиг.19.

28

Фигура 19. Образуване на псевдо слой между молекулите на

Tеофилин и 4-хлоро фенилборната киселина.

7.3 Кофеин и 4-хлоро фенилборна киселина


водородни взаимодействия между Кофеин и 4-хлоро

фенилборна киселина предположихме три възможни

взаимодействия. От кристалната структура се вижда, че

очакваните предположения са изпълнени и получаваме

взаимодействие в съотношение 2:1 борат-кофеин.

29

Таблица 4. Водородни връзки между Кофеин и 4-хлоро



O42 H42 O621 0.82 2.06 2.826(5) 155.5

O21 H21 N532 0.82 2.02 2.796(5) 157.4

O11 H11 O123 0.82 1.95 2.754(5) 167.2

O32 H32 O514 0.82 1.96 2.729(4) 154.9

C66 H66B O415 0.96 2.58 3.510(6) 163.9

C58 H58B Cl316 0.96 2.98 3.910(5) 164.3

C58 H58C O417 0.96 2.60 3.436(6) 145.8

C68 H68A O318 0.96 2.51 3.352(8) 146.6

C68 H68B Cl417 0.96 2.88 3.494(6) 122.8

C68 H68C O61 0.96 2.63 3.124(9) 112.3

O41 H41 O615 0.75(4) 2.11(4) 2.833(5) 164(4)

O22 H22 O219 0.74(5) 2.09(5) 2.829(5) 171(5)

O31 H31 O528 1.08(6) 1.75(6) 2.814(5) 164(5)

O12 H12 N63 0.89(6) 2.01(6) 2.793(5) 146(5)

симетрична операция: 11+X,-1+Y,+Z; 2-X,-Y,1-Z; 3-1-X,1-Y,1-Z; 4+X,+Y,-1+Z; 51-X,1-Y,2-Z; 61-X,-Y,1-Z; 7-1+X,+Y,+Z; 81-X,1-Y,1-Z; 9-1-X,-Y,1-Z

Фигура 20. Възможни водородни взаимодействия между

кофеин и 4-хлоро фенилборна киселина.

30

Боратният фрагмент образува водородни връзки с

Кофеина N-H…O като донор и формира връзки на две места

при O-H…O (Фиг.54). В допълнение на допуснатите от нас

взаимодействия, могат да се наблюдават още два вида

взаимодействия CH3…O и CH…Cl. Наблюдава се и

формирането на псевдослоеве дължащи се на π…π

взаимодействия между отделните молекули формиращи слоеве

(Фиг.21).

Фигура 21. Формиране на слоеве от Кофеин и 4-хлоро

фенилборат.

31

Освен образуването на псевдослоеве наблюдаваме и

ясното изпъкване на два основни мотива от кристалната

структура (Фиг.22), а именно мотив 1 – типичен боратен

фрагмент и мотив 2 – образуване на водородни взаимодействия

между Кофеин и 4-хлоро фенилборна киселина.

Фигура 22. Формиране на двата основни мотива в кристалната

структура на Кофеин и 4-хлоро фенилборна киселина.

32

7.4 Нитрофурал и 4-хлоро фенилборна киселина

Таблица 5. Водородни връзки между Нитрофурал и 4-хлоро


D H A d(D-H)/Å d(H-

A)/Å d(D-A)/Å D-H-A/°

O2 H2 O131 0.82 2.02 2.782(2) 155.1

O1 H1 O21 0.82 1.99 2.801(2) 170.8

N3 H3 O1 0.86 2.55 3.245(2) 139.0

N3 H3 O132 0.86 2.39 3.031(2) 131.3

N4 H4A O133 0.86 2.05 2.911(2) 174.6

C16 H16 O114 0.93 2.50 3.117(3) 124.0

симетрична операция: 12-X,2-Y,1-Z; 22-X,1-Y,1-Z; 33-X,1-Y,1-Z; 41+X,+Y,+Z


водородни взаимодействия между Нитрофурал и 4-хлоро

фенилборна киселина предположихме две места при които

борната киселина може да взаимодейства с Нитрофурала (Фиг.

23). Освен тези взаимодействия предположихме и потенциално

електростатично взаимодействие при нитрогрупата на

Нитрофурала (неутрализиране на положителния заряд на N-

атом от Cl-атом на 4-хлоро фенилборна киселина).

33

Фигура 23. Потенциални взаимодействия при структурата на

Нитрофурал и 4-хлоро фенилборна киселина.

При структурата на Нитрофурала и 4-

хлорофенилборната киселина наблюдаваме образуването на

водородни връзки между молекули на 4-хлорофенилборат в

основния мотив, а в страничния наблюдаваме свързване на

Нитрофурал с Нитрофурал. Димерите Бор-Бор взаимодействат

с димери Нитрофурал.

Наблюдаваме образуването на псевдослоеста структура

(Фиг.24).

34

Фигура 24. Формиране на псевдослоеве в молекулата на

Нитрофурал.

8.5 Пролин и Фенилборна киселина

В кристалната структура на Пролин и Фенилборна

киселина наблюдаваме образуването на водородни връзки по

страничната верига между NH2…борат (Фиг. 25). При Пролина

и Фенилборната киселина няма ясни π…π взаимодействия, но

за сметка на това се образуват т.нар. CH…π взаимодействия,

дължащите се на пакетирането на слоевете (Фиг. 26)

35

Таблица 6. Водородни връзки между Пролин и фенилборна

киселина


O1 H1 O31 0.94 1.77 2.672(5) 159.7

O2 H2 O31 0.98 2.64 3.459(5) 142.1

O2 H2 O41 0.98 1.66 2.590(5) 157.9

N1 H1A O12 1.03 2.2 3.050(5) 138.3

N1 H1A O4 1.03 2.03 2.616(6) 113.3

N1 H1B O23 0.89 2.29 2.924(6) 127.6

N1 H1B O34 0.89 2.47 3.205(6) 140.8

симетрична операция: 1-1+X,+Y,-1+Z; 2+X,+Y,1+Z; 3-X,-1/2+Y,1-Z; 4-1+X,+Y,+Z

Фигура 25. Образуване на водородни връзки между молекулите

на Пролин и CH…π взаимодействие между Фенилборат и

Пролин.

7.6 Теофилин - нов полиморф и реакция на N-формилиране

между N-N'-диформамид, Кадмиев ацетат, Фенилборна

киселина и Теофилин.

36

Представлява неочакваното получаване на N,N`-(етан-

1,2-диил) диформамид. Реакцията е проведена в N,N –

Диметилформамид на 100º С и изходните съединения са

кадмиев ацетат, 3-карбоксифенилборна киселина и

Аминофилин (2:1 смес от 1,3 – диметилксантин и

етилендамин). N,N`-(етан-1,2-диил) диформамид, се получава в

резултат на реакция на формилиране, катализирана от кадмий и

висока температура. Структурата на съкристала е

стабилизирана от междумолекулни водородни връзки (Фиг. 26-

b). Останалият Теофилин кристализира в нова полиморфна

форма (Фиг.26-a).

a) b)

Фигура 26. Полиморфна форма на Теофилин и образуване на

водородни връзки в молекулата на Теофилин.

Реакция на N-формилиране между N,N'-диформамид,

Кадмиев ацетат, Фенилборна киселина и Теофилин може да се

изрази най-общо със следната схема (Фиг.27):

37

Фигура 27. Реакция на N-формилиране.

Формамидите са широко използвани в органичния

синтез като междинни съединения при получаването на

фармацевтични препарати, като защитни групи в синтеза на

пептиди и други. Методите при които се използват формамиди

страдат от редици недостатъци, като например използването на

скъпи и вредни формилиращи агенти или катализатори, високи

температури на протичане на реакциите, както и образуването

на редица странични продукти. Последните изследвания на N-

формилиране на амини са фокусирани върху използването на

неорганични, твърди оксиди като катализатори, но те все още

не са достатъчно добре проучени.

7.7 Полиморфна форма на 3-ацетамидофенил борна киселина

38

Фигура 28. Полиморфни форми на 3-ацетамидофенил борна

киселина.

Фигура 29. DTA/TG криви за съединение 1 и съединение 2.

От приложените на Фиг. 29 DTA/TG криви за

съединение 1 и съединение 2 се вижда, че те имат

приблизително еднакви температури на стапяне от около 1500

C, което прави двете полиморфни форми неразличими една от

друга.

39

Фигура 30. ИЧ спектри на съединение 1 и 2.

От приложения ИЧ спектър (Фиг.30) на съединение 1 и

2 също не се забелязва съществена разлика между двете

полиморфни форми и те не могат да бъдат разграничени едно

от друго. Тяхното разграничаване може да се извърши с

помощта на рентгеноструктурен анализ. (Предимство пред

другите два метода.)

Фигура 31. 3-ацетамидофенил борна киселина (полиморф 1 и

полиморф 2 насложени един върху друг).

40

Насложени една върху друга, двете полиморфни форми

се различават по своето пространствено разположение, а

именно: - едната е в състояние „ЦИС“, а другата в състояние

„ТРАНС“ (Фиг.31, a и b).

Фигура 32. Образуване на водородни връзки в основния мотив

B(OH)2...амид и страничния мотив B(OH)2...B(OH)2 мотив.

При двете полиморфни форми наблюдаваме

образуването на водородни връзки, както в основния мотив

B(OH)2….амид, така и в страничния мотив B(OH)2….B(OH)2.

Интересното при тези полиморфи е, че може да се определи

енергията на връзката на преминаване от състояние „ЦИС“ в

състояние „ТРАНС“, равняваща се на 5.8 kcal mol-1.

41

Поради сходството си с 3-ацетамидофенил борна

киселина, Парацетамолът беше използван за нашите

изследвания. Идеята беше да се получи нова полиморфна

форма както при 3-ацетамидофенил борната киселина.

а) b)

Фигура 33. a) Сходство между 3-ацетамидофенилборна

киселина и Парацетамол; b) Наслагване на молекула

парацетамол върху молекула 3-ацетамидофенил борна

киселина.

42

8. Биологична активност

За да оценим токсичното действие на получените

съкристални, ние изследвахме концентрационната и времева

зависимост на приложението на всяко едно от тях спрямо

изходните Теофилин, Кофеин, Нитрофурал, Фенил борат, 3-

карбоксифенил борат, 4-хлорофенил борат, 4-карбоксифенил

борат). Аминокиселините не бяха обект на изследването,

защото се явяват част от хранителната среда на клетките.

Клетките бяха третирани с еднакви моларни концентрации на

всички вещества (съкристали, органо-борни киселини и

фармацевтични форми), разтворени в DMSO, в интервала от 1.0

μМ до 3mМ. Контролата е третирана с 1.0 mМ разтвор на

DMSO.

Методика: Разпределяне на клетките (1x105) в равни обеми по

0.1 ml/ямка в 96 – ямкови стерилни плаки. Клетките се

инкубират 24 часа. Следва третиране със съкристалите на

Фенил борат, 3-карбоксифенил борат, 4-хлорофенил борат, 4-

карбоксифенил борат и лекарствените вещества (субстанции)

Теофилин, Кофеин, Нитрофурал, в различни концентрации, в

интервала между 0.2 – 3.0 mМ. Третираните култури се

инкубират за 48 часа. След приключване на инкубационното

време към третираните клетки се добавя по 0.01 ml/ямка МТТ и

културите се инкубират още 3 часа на 37ºС. За разтваряне на

образуваните формазанови кристали беше използван

изопропанол – по 100μl/ ямка. Пробите се разбъркват добре,

докато се разтворят всички формазанови кристали.

43

Абсорбцията се измерва при дължина на вълната 580 nm на

ELISA-Reader (BioTech, USA). Измерването на абсорбцията се

извършва спрямо контролен разтвор, съдържащ 0.1ml среда,

0.01ml МТТ и еквивалентно количество разтворител.

Количеството на жизнените клетки се изчислява като

съотношение между абсорбцията на пробата, третирана със

съответния агент, и абсорбцията на нетретираната контрола,

изразено в проценти:

% жизнени клетки = ( А проба /А контрола ) * 100

MTT метод за оценка преживяемостта на клетъчните

култури

Получените резултатите са оформени графично чрез

програмите Microsoft Excel и Graphpadprism и са представени

на Фиг. 34.

Фигура 34. Преживяемост (МТТ метод) на MG-63 клетки след

третиране с Нитрофурал, съкристал на Нитрофурал - 4-

хлорофенил борат и 4-хлорофенил борат за 48ч.

44

Както се вижда от горната графика, най–силно

„инхибиращо“ действие (цитотоксичен ефект) върху

клетъчната линия – MG-63 оказва 4-хлорофенил борат, но при

високи концентрации надвишаващи 2 mM. Инхибиращото

действие при Нитрофуралът и съкристалът „Нитрофурал- 4-

хлорофенил борат“ не се наблюдава, като въздействието (слаб

цитостатичен ефект) е съпоставимо при различните

концентрации. Отчитайки, че при съкристала имаме

съотношение 1 : 1 mol или 156.37 : 198 (w/w), може да се

допусне, че се наблюдава синергичен ефект при съкристалната

форма, т.е. наблюдаваното действие при съкристалната форма,

съдържаща по-ниски концентрации на лекарствената форма, е

съпоставимо с ефекта от близо 2-а пъти по-голяма

концентрация на самата лекарствената форма (2 пъти по-

малката концентрация на 4- хлорофенил борат не оказва

влияние).

За разлика от Нитрофуралът, при третиране на MG-63

клетки с високи концентрации на Теофилин се наблюдава ясно

изразен цитотоксичен ефект, като пресметната концентрация за

IC50 е 1.080 mM (съпоставима със стойността от 30mg/l за

токсична доза). При съкристала „Теофилин- 4-хлорофенил

борат“ цитотоксичното действие се запазва но ефектът се

наблюдава при по-високи концентрации 1.878 mM. В този

случай е спорно да се говори за синергичен ефект защото

цитотоксичното действие се явява при близо 2 пъти по-голяма

45

концентрация – съответстваща на разреждане 1:1. За разлика от

„Теофилин- 4-хлорофенил борат“ при третирането на MG-63

клетки със съкристалите на „Кофеин - 4-хлорофенил борат“ не

се наблюдава цитотоксичен ефект, въпреки съотношението 2:1

mol Cl-PhB : Кофеин. При този съкристал освен допускането за

синергизим е необходимо да се провери и модел за “competitive

binding”.

При третиране на MG-63 клетки с високи

концентрации на 3-карбоксифенил борат (3СООН)

преживяемостта остава константа (85-100%) в целият

концентрационен интервал. Интересното е, че при третирането

на MG-63 клетки със съкристалът „3СООН-Теофилин“ липсва

типичният цитотоксичен ефект на Теофилина, а графиката

показва аналогично действие с това на 3-карбоксифенил борат.

47

Фигура 35. Преживяемост (МТТ метод) на MG-63 клетки след

третиране с Теофилин, Кофеин, Фенил борат, 3-карбоксифенил

борат, 4-хлорофенил борат, 4-карбоксифенил борат за 48ч.

48

9. Изводи

В заключение може да се каже, че е изпълнена целта на

настоящата дисертационна работа, а именно: получаване,

структурно характеризиране и изследване на цитотоксичност

(биологична активност) на фармацевтични съкристали на

известни лекарствени препарати с органични борни киселини.

Чрез рентгеноструктурен анализ са охарактеризирани и

разшифровани структурите на получените съкристали. От

биологичната активност се вижда, че получените съкристали на

лекарствените форми с органо-боратите предполагат

употребата на по-малки концентрации в сравнение с

лекарствените вещества и по-слабо изразена цитотоксичност

върху „здрави“ клетки. В резултат на казаното до момента

могат да се направят следните изводи:

1. Получени са (кристализирани) и структурно

разшифровани 10 нови вещества, а именно: фенил

борат и теофилин; 4-хлорофенил борат и теофилин;

фенил борат и кофеин; фенил борат и пролин; 4-

хлорофенил борат и нитрофурал; 4-карбоксифенил

борат и аминофилин ( реакция на N- формилиране +

полиморф на теофилин); 4-карбоксифенил борат и

натрий; две полиморфни форми на 3-

ацетамидофенилборна киселина.

49

2. Пет от структурите са съкристали на лекарствени

вещества и органо-борни киселини. ( фенил борат и

теофилин; 4-хлорофенил борат и теофилин; фенил

борат и кофеин; 4-хлорофенил борат и нитрофурал; 4-

карбоксифенил борат и аминофилин)

3. Три от структурите са полиморфни форми: една на

теофилин и две на 3-ацетамидофенилборна киселина.

4. Получена е метал органична мрежа (MOF) на органо-

борна киселина и Na.

5. Структура на теофилин и диформамид показва

възможна реакция на N-формилиране.

6. Резултатите от in vitro биологичните изследвания върху

MG63 клетки на съкристалите показват подобряване

на свойствата на лекарствените вещества: необходима

концентрация, цитотоксичен ефект и разтворимост) в

сравнение с чистите модификации.

7. Допускането за употребата на R-B(OH)2 за

формиране на нови лекарствени вещества се

потвъждава.

50

10. Публикации по време на дисертацията

Част от резултатите, получени при изработване на дисертацията

са отразени в следните публикации:

1. Ventsi Dyulgerov, Rositsa P. Nikolova, Louiza T.

Dimova and Boris L. Shivachev, „3-Carboxy-

phenylboronic acid–theophylline (1/1)”, Acta

Crystallogr Sect E Struct Rep Online. 2012 Aug 1;

68(Pt 8): o2320., Published online 2012 Jul 4. doi:

10.1107/S1600536812029467

2. V. M. Dyulgerov, L. T. Dimowa, K. Kossev, R. P.

Nikolova and B. L. Shivachev, „Solvothermal

synthesis of theophylline and N,N'-(ethane-1,2-

diyl)diformamide co-crystals from DMF

decomposition and N-formylation trough

catalytic effect of 3-carboxyphenylboronic acid

and cadmium acetate”, Bulgarian Chemical

Communications, Volume 47, Number 1 (pp. 311–

316) 2015

3. L. Dimowa, R. Nikolova, V. Dyulgerov, V.

Kostov-Kytin and B. Shivachev „Synthesis of

MOFs from Zn,Cd,Ni-4-carboxyphenylboronic

acid with DMF solvent“, Acta Cryst. (2014). A70,

C1129, doi: 10.1107/S2053273314088706

51

11. Забелязани цитати

3-Carboxy-phenyl-boronic acid-theophylline (1/1), Dyulgerov V.,

Nikolova R.P., Dimova L.T., Shivachev B.L. (2012) Acta

Crystallographica Section E: Structure Reports Online, 68 (8) , pp.

o2320.

1. Talwelkarshimpi, M., Öberg, S., Giri, L., Pedireddi,

V.R., Experimental and theoretical studies of molecular

complexes of theophylline with some phenylboronic acids

(2016) RSC Advances, 6 (49), pp. 43060-43068.

2. Hernández-Paredes, J., Olvera-Tapia, A.L., Arenas-

García, J.I., Höpfl, H., Morales-Rojas, H., Herrera-Ruiz,

D., Gonzaga-Morales, A.I., Rodríguez-Fragoso, L., On

molecular complexes derived from amino acids and

nicotinamides in combination with boronic acids, (2015)

CrystEngComm, 17 (28), pp. 5166-5186. Cited 3 times.

52

12. Участие в научни форуми във връзка с

дисертацията

1. Ventsislav M. Dyulgerov*, Louiza T. Dimowa,

Liliya V. Tsvetanova, Hristina I. Sbirkova, Nadia

L. Petrova, Rosica P. Nikolova and Boris L.

Shivachev, Poster, “Conformational

polymorphism in (3-acetamidophenyl)boronic

acid”, Дваседет и четвърта международна

научна конференция - Съюз на учените, Стара

Загора, България, 5 – 6 Юни 2014

2. V. M. Dyulgerov*, L. T. Dimowa, K. Kossev, R.

P. Nikolova, B. L. Shivachev, N,N’-(ethane-1,2-

diyl)diformamide – „Catalytic effect of 3-

carboxyhenylboronic acid, cadmium acetate and

theophylline“, Poster, V-th Nacional

Crystallogtaphic Symposium with Imtarnatiomal

Participation, September 25–27, 2014, Bulgaria

3. Louiza T. Dimowa*, Ventsislav M. Dyulgerov,

Rosica P. Nikolova and Boris L. Shivachev,

Poster, “ Carboxy phenylboronic acid potential

template for iso structural MOFs of terephtalic

acid”, Poster, V-th Nacional Crystallogtaphic

53

Symposium with Imtarnatiomal Participation,

September 25–27, 2014, Bulgaria

4. Ventsislav Dyulgerov*, Gergina Encheva, Louisa

Dimowa, Rosica P. Nikolova, M. D. Apostolova,

B. Shivachev , Доклад, „Molecular complexes

between boronic acids with pharmaceutical

crystals based on hydrogen bonding interactions“,

Двадесет и пета международна научна

конференция - Съюз на учените, Стара Загора'',

България, 4 – 5 Юни 2015

54

13. Използвана Литература

1. Waseda, Y., E. Matsubara, and K. Shinoda, X-ray

diffraction crystallography: introduction, examples and

solved problems. 2011: Springer Science & Business

Media.

2. Massa, W., Crystal structure determination. 2nd

completely updated ed. 2004, Berlin ; New York: Springer.

xi, 210 p.

3. Bergfors, T.M., Protein crystallization. IUL biotechnology

series. 2009, La Jolla, Calif.: International University Line.

xxvii, 474 p.

4. McPherson, A., Introduction to macromolecular

crystallography. 2nd ed. 2009, Hoboken, N.J.: Wiley-

Blackwell. x, 267 p.

5. Oganov, A.R., Modern methods of crystal structure

prediction. 2011, Weinheim, Germany: Wiley-VCH. xxi,

251 p.

6. Tiekink, E.R.T. and J.l. Zukerman-Schpector, The

importance of Pi-interactions in crystal engineering :

frontiers in crystal engineering. 2012, Hoboken, NJ:

Wiley.

7. Desiraju, G.R., J.J. Vittal, and A. Ramanan, Crystal

engineering : a textbook. 2011, New Jersey, N.J.: World

Scientific ; IISc Press. xiv, 216 p.

8. Tiekink, E.R.T., J.J. Vittal, and M. Zaworotko, Organic

crystal engineering : frontiers in crystal engineering. 2010,

Chichester, U.K.: Wiley. xvi, 319 p., 8 p. of plates.

9. Steed, J.W. and J.L. Atwood, Supramolecular chemistry.

2nd ed. 2009, Chichester, UK: Wiley. xxvi, 970 p., 8 p. of

plates.

10. Brittain, H.G., Polymorphism in pharmaceutical solids.

2nd ed. Drugs and the pharmaceutical sciences. 2009, New

York: Informa Healthcare. xi, 640 p.

11. Shattock, T.R., Crystal engineering of co-crystals and their

relevance to pharmaceutical forms. 2007: ProQuest.

12. Stahly, G.P., Diversity in single- and multiple-component

crystals. The search for and prevalence of polymorphs and

55

cocrystals. Crystal Growth & Design, 2007. 7(6): p. 1007-

1026.

13. Tong, W.-Q.T., et al., Salt screening and selection: new

challenges and considerations in the modern

pharmaceutical research and development paradigm.

Developing solid oral dosage forms--pharmaceutical theory

and practice. 1st edition. Elsevier, Inc, USA, 2009.

14. Llinas, A. and J.M. Goodman, Polymorph control: past,

present and future. Drug Discovery Today, 2008. 13(5-6):

p. 198-210.

15. Koradia, V., et al., Phase Transformations of Amlodipine

Besylate Solid Forms. Journal of Pharmaceutical Sciences,

2011. 100(7): p. 2896-2910.

16. Aaltonen, J., et al., Solid form screening - A review.

European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,

2009. 71(1): p. 23-37.

17. Miller, J.M., et al., Identifying the stable polymorph early

in the drug discovery-development process. Pharmaceutical

Development and Technology, 2005. 10(2): p. 291-297.

18. Kossel, A., Ueber eine neue Base aus dem Pflanzenreich.

Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 1888.

21(1): p. 2164-2167.

19. Fischer, E. and L. Ach, Synthese des Caffeïns. Berichte der

deutschen chemischen Gesellschaft, 1895. 28(3): p. 3135-

3143.

20. Traube, W., Der synthetische Aufbau der Harnsäure, des

Xanthins, Theobromins, Theophyllins und Caffeïns aus der

Cyanessigsäure. Berichte der deutschen chemischen

Gesellschaft, 1900. 33(3): p. 3035-3056.

21. Ferré, S., Mechanisms of the psychostimulant effects of

caffeine: implications for substance use disorders.

Psychopharmacology, 2016: p. 1-17.

22. Chavez-Valdez, R., et al., Mechanisms of modulation of

cytokine release by human cord blood monocytes exposed

to high concentrations of caffeine. Pediatric Research,

2016.

23. Bertolasi, V., et al., Structure and crystal packing of the

antibacterial drug 1-{[(5-nitro-2-

furanyl)methylene]amino}-2,4-imidazolidinedione

56

(nitrofurantoin). Acta Crystallographica Section C, 1993.

49(4): p. 741-744.

24. Carlier, M.-B., et al., Mechanism of aminoglycoside-

induced lysosomal phospholipidosis: in vitro and in vivo

studies with gentamicin and amikacin. Biochemical

pharmacology, 1982. 31(23): p. 3861-3870.

25. Meers, P., et al., Biofilm penetration, triggered release and

in vivo activity of inhaled liposomal amikacin in chronic

Pseudomonas aeruginosa lung infections. Journal of

Antimicrobial Chemotherapy, 2008. 61(4): p. 859-868.

26. Lu, Q., et al., Nebulized Ceftazidime and Amikacin in

Ventilator-associated Pneumonia Caused by Pseudomonas

aeruginosa. American Journal of Respiratory and Critical

Care Medicine, 2011. 184(1): p. 106-115.

27. Giamarellos-Bourboulis, E.J., et al., Clarithromycin co-

administered with amikacin attenuates systemic

inflammation in experimental sepsis with Escherichia coli.

International Journal of Antimicrobial Agents, 2005. 25(2):

p. 168-172.

28. Gold, M., D.E. Redmond, and H. Kleber, Clonidine blocks

acute opiate-withdrawal symptoms. The lancet, 1978.

312(8090): p. 599-602.

29. Katz, L., et al., [57-OR]: Clonidine versus captopril for

severe postpartum hypertension: A randomized controlled

trial. Pregnancy Hypertension: An International Journal of

Women's Cardiovascular Health, 2015. 5(1): p. 29-30.

30. Nahman-Averbuch, H., et al., Pain Modulation and

Autonomic Function: The Effect of Clonidine. Pain

Medicine, 2016: p. pnv102.

31. Raffa, R.B., et al., Netter's illustrated pharmacology. 1st

ed. 2004, Teterboro, NJ: Icon Learning Systems. xxvii, 411

p.

32. Mitchell, L.B., J.S. Schroeder, and J.W. Mason,

Comparative clinical electrophysiologic effects of

diltiazem, verapamil and nifedipine: A review. The

American Journal of Cardiology, 1982. 49(3): p. 629-635.

33. Kim, C.-J., Effects of Drug Solubility, Drug Loading, and

Polymer Molecular Weight on Drug Release from Polyox®

57

Tablets. Drug Development and Industrial Pharmacy, 1998.

24(7): p. 645-651.

34. Graham, G.G., et al., The modern pharmacology of

paracetamol: therapeutic actions, mechanism of action,

metabolism, toxicity and recent pharmacological findings.

Inflammopharmacology, 2013. 21(3): p. 201-232.

35. Cartwright, A.C., The British pharmacopoeia, 1864 to

2014 : medicines, international standards, and the state.

The history of medicine in context. 2015, Farnham, Surrey,

UK ; Burlington, VT, USA: Ashgate. xvii, 243 pages.

36. European Pharmacopoeia Commission. and Council of

Europe., Europäische Pharmakopoe. Schweizer Ausg. ed.

1973, s.l.: s.n. v.

37. Everett, M., The Columbia encyclopedia of useful

knowledge. 1907, Chicago,: The Columbia house. 17, 33-

336 p.

38. Stryer, L., Biochemistry. 3rd ed. 1988, New York: W.H.

Freeman. xxxii, 1089 p.

58

14. DISSERTATION SUMMARY

The purpose of the present dissertation is the cocrystallization,

structural characterization and cytotoxicity evaluation (biological

activity) of well-known pharmaceutical drugs with organic boric

acids.

The obtained co-crystals are characterized and structurally described

by X-ray diffraction analysis. The performed in vitro MTT assay on

MG-63 cells shows that the obtained co-crystals of the drugs with

organo-boric acids require the use of minor amounts and

concentrations than the drugs themselves.. The conclusion of the

present dissertation could be summarizes:

1. The crystallization experiments produced 9 Cocrystals

formulation that were structurally characterized by single

crystal analyses: phenyl borate and theophylline; 4-

chlorophenyl borate and theophylline; Phenyl borate and

caffeine; phenyl borate and proline; 4-chlorophenyl borate

and nitrofural; 4-caboxyphenyl borate and aminophylline,

polymorphic form of theophylline; 4-carboxyphenyl borate

and sodium; two polymorphic forms of 3-

acetylamidophenylboric acid.

2. Five of the structures are cocrystals of drugs and organo-

boric acids: phenyl borate and theophylline; 4-chlorophenyl

borate and theophylline; phenyl borate and caffeine; 4-

59

chlorophenyl borate and nitrofural; 4-carboxyphenyl borate

and aminophylline.

3. Three of the structures are polymorphic forms: one of

theophylline and two of triacetamidophenylboric acid.

4. A metal-organic framework (MOF) of organo-boric acis

and sodium has been obtained as a side product.

5. The structure of theophylline and diformamide shows a

possible reaction (e.g. N-formylation).

6. The results of in vitro biological tests on MG-63 cells with

cocrystals showed improved properties of the drugs

(decreased concentration, cytotoxicity and increased

solubility) than the pharmaceutical drugs.

7. The hypothesis that R-B(OH)2 is a suitable motif for the

formation of cocrystal with rugs has been confirmed.

БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ...

Documents