UNIVERZITET U TRAVNIKUFARMACEUTSKO ZDRAVSTVENI FAKULTETSMJER: Farmaceutski

TETRACIKLINI-seminarski rad-

Kandidat: Mentor:Anida Novokmet (794/13) Prof. dr. Boo BanjaninAmar Kuni (709/13)Travnik, oktobar 2015.

SADRAJ1.UVOD22.HEMIJSKA STRUKTURA TETRACIKLINA33.HEMIJSKE OSOBINE I STABILNOST TETRACIKLINA64.ODNOS STRUKTURE I ANTIMIKROBNE AKTIVNOSTI TETRACIKLINA105.PRIRODNI TETRACIKLINI116.POLUSINTETSKI TETRACIKLINI116.1.Derivati oksitetraciklina116.2.Derivati tetraciklina127.ANTRACIKLINI138.NOVIJI ANTRACIKLINI149.MITOMICINI1410.AKTINOMICINI1511.ANSAMICINI1512.ZAKLJUAK1713.LITERATURA18

1. UVOD

Tetraciklini su antibiotici koji su dobili ovaj zajedniki naziv na osnovu tetracikline strukture. Prvi prirodni tetraciklin, hlortetraciklin, izolovan je iz fermentacione smjee mikroorganizma Streptomyces aureofaciens. U skupinu tetraciklina spada vie antibiotika koji imaju istu osnovnu strukturu i djelovanje. Neki od njih su izolovani iz kultura streptomiceta (tetraciklin, oksitetraciklin i hlortetraciklin), dok su drugi dobijeni modifikacijom njihovog molekula (demeklociklin, metaciklin, oksiciklin). Svi tetraciklini su amfoterne, kristalne supstancije, slabo rastvorljive u vodi, osim rolitetraciklina koji je dobro rastvorljiv. U terapiji se koriste u obliku hlorida, iji se posebno spravljeni i puferovani rastvori koriste za parenteralnu primjenu.Tetraciklini inhibiraju rast bakterija, rikecija i hlamidija, odnosno imaju iroko antimikrobno djelovanje. Djeluju uglavnom bakteriostatski.Kliniki se koriste za lijeenje infekcija izazvanih rikecijama i hlamidijama, nekih mikoplazmi, kao i za lijeenje lajamske bolesti. Daju se lokalno za lijeenje nekih infekcija koe.

2. HEMIJSKA STRUKTURA TETRACIKLINA

Tetraciklini su antibiotici tetracikline strukture, derivati naftacena. Parcijalno hidrirani naftacen je oktahidronaftacen. Tetraciklini su derivati oktahidronaftacena.[footnoteRef:1] [1: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.]

Temeljna struktura tetraciklinske molekule ukljuuje kromoforni ketoenolni sistem u prstenovima A, B, C, D i bazinu grupu u prstenu A to je vaan preduvjet za antibiotiku aktivnost. Zadravanje konfiguracije asimetrinih centara C-4, C-4a i C-12a je jako bitno, dok konfiguracija na C-5, C-5a i C-6 moe biti promijenjena. Amidni vodik moe biti zamijenjen s metilnom grupom dok vee grupe imaju toksian uinak osim onih koje se spontano eliminiraju u vodi. Dimetilamino grupa moe biti zamijenjena primarnom amino grupom, bez gubitka aktivnosti in vitro, ali sve ostale promjene znaajno smanjuju antibakterijsku aktivnost.[footnoteRef:2] [2: Tetraciklinski antibiotici i odreivanje njihovih rezidua u hrani, S. Makovec., B. Kos., J. ukovi., N. Bilandi., 2014.]

Slika 1. Osnovna hemijska struktura tetraciklinskih antibiotika (izvor: Tetraciklinski antibiotici i odreivanje njihovih rezidua u hrani, S. Makovec., B. Kos., J. ukovi., N. Bilandi., 2014.)

Hidrofobni dio molekule tetraciklina od C-5 do C-9 moe biti promijenjen primjerice modifikacijom na C-6 i C-7 te se tada dobiju proizvodi velike hemijske stabilnosti s poveanom antibiotikom aktivnou. Za tetraciklinske antibiotike karakteristino je da pod odreenim uvjetima podlijeu reverzibilnoj izomerizaciji na C-4 atomu. Utvreno je da do epimerizacije na C-4 atomu dolazi u vodenim otopinama pri pH od 2 do 6, a pospjeuje je i prisutnost aniona fosfata, citrata ili acetata. Epimerizacija rezultira serijom supstancija naziva 4-epitetraciklini koji su u konanici nepoeljni radi slabije antibiotike aktivnosti.[footnoteRef:3] [3: Tetraciklinski antibiotici i odreivanje njihovih rezidua u hrani, S. Makovec., B. Kos., J. ukovi., N. Bilandi., 2014.]

Tetraciklini su prema svojoj hemijskoj strukturi aromatski poliketidi te se njihova biostinteza odvija na multienzimskom kompleksu poliketid sintetazi (PKS) koji katalizira kondenzaciju jednostavnih karboksilnih kiselina aktiviranih s koenzimom A. Hemijske strukture najznaajnijih predstavnika prve (A), druge (B) i tree (C) generacije tetraciklinskih antibiotika prikazane su na slijedeoj slici.

Slika 2. (A) Prirodni tetraciklini; (B) Druga generacija polusintetskih tetraciklina; (C)Trea generacija tetraciklina, glicilciklini, dobiveni kao derivati minociklina (Izvor: Tetraciklinski antibiotici i odreivanje njihovih rezidua u hrani, S. Makovec., B. Kos., J. ukovi., N. Bilandi., 2014.)

Prema nainu dobijanja tetraciklini mogu biti: prirodni tetraciklini (tetraciklin, oksitetraciklin, hlortetraciklin i demeklociklin) polusintetski tetraciklini, dobijaju se hemijskim transformacijama prirodnih proizvoda.Hemijska struktura tetraciklina, stereohemija na asimetrinim centrima i nomenklatura predstavljene su planarnom formulom. Molekuli tetraciklina koji imaju terapijski znaaj nisu planarni. Planarna i konformaciona formula tetraciklina moe se predstaviti na slijedei nain:[footnoteRef:4] [4: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.]

Slika 3. Planarna i konformaciona formula tetraciklina (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Tetraciklin se hemijski oznaava kao 4-dimetilamino-1,4,4a,5,5a,611,12a-oktahidro-3,6,10,12,12-a-pentahidroksi-1,11-diokso-6-metil-2-naftacenkarboksamid.3. HEMIJSKE OSOBINE I STABILNOST TETRACIKLINA

Tetraciklini su uto obojene, gorkaste, kristalne i fotosenzitivne supstancije. Prirodni tetraciklini su slabo topivi u fiziolokom pH podruju. Imaju amfoterna svojstva zbog OH skupina i bazne dimetil amino grupe na C-4 atomu i CONH2 skupine na C-2 atomu. Tvore soli sa bazama i kiselinama (Ca2+, Mg2+, HCl). Stabilni su u otopinama pH od 2 do 9. Dobro su topivi u vodi pri pH 2 (20C) 5 mg/ml.U neutralnim rastvorima zastupljen u obliku cviter jona. Gradi veoma nestabilne fenolenolatne soli sa alkalnim hidroksidima, koje se lako degradiraju reakcijama oksidacije. Tetraciklini grade nerastvorene soli sa zemnoalkalnim metalima i drugim polivalentnim jonima. Protolitike grupe tetraciklina su predstavljene na slijedeoj slici.

Slika 4. Protolitike grupe tetraciklina (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Izoelektrina taka tetraciklina je pri pH oko 5. Gradi soli sa bazama i kiselinama. Stabilne su soli sa kiselinama. Soli sa bazama su nestabilne, podlijeu degradacionim reakcijama. Sa dvovalentnim i trovalentnim jonima metala grade stabilne, u neutralnoj sredini manje rastvorne helatne komplekse (Ca 2+, Mg 2+, Zn 2+, Al 3+, Fe 3+).Sposobnost graenja helata smanjuje biodistribuciju tetraciklina prilikom per-os primjene. U graenju helatnih kompleksa uestvuje fenol-keto-enolna struktura (C10-C12), koja ima pKa oko 7,5.

Slika 5. Helatni kompleks tetraciklina sa dvovalentnim jonima (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Tetraciklini su bidentatni helatni ligandi koji od zavisnosti uslova reakcije kompleksiranja i koncentracije analita, grade stehiometrijski razliite komplekse.Hemijska nestabilnost tetraciklina je uslovljena reakcijama epimerizacije na poloaju C4, dehidratacije i drugim viestepenim reakcijama degradacije u kiseloj i baznoj sredini ili fotohemijski katalizovanom degradacijom.Epimerizacija tere. dietilamino grupe na C4 vri se pod utjecajem okso-enol-karboksamidne funkcionalne grupe ciklusa A tetraciklina u neutralnoj i slabo kiseloj sredini. Protolizom enola poloaja C1 nastaje intermedijerni konjugovani dienoksid-anjon, koji se rezonantno stabilizuje protonizacijom u C4.[footnoteRef:5] [5: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.]

Slika 6. Epimerizacija tetraciklina (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Degradacija tetraciklina odvija se usporeno u prisustvu vlage u vrstom stanju i u vodenim rastvorima u neutralnoj sredini, pri emu nastaje epitetraciklin. Uspostavlja se ravnoteno stanje diastereoizomera, koje se zavisno od vremena i uslova uvanja pomjera prema veem masenom udjelu epitetraciklina.Iz razloga to je epitetraciklin neaktivan proizvod dolazi do znaajnog smanjenja aktivnosti tetraciklina. Prema propisima farmakopeje, identifikacija i kvantifikacija epitetraciklina se vri primjenom visokoefikasne tene hromatografije i drugih separacionih tehnika.Za razliku od epimerizacije, dehidratacija tetraciklina odvija se u jako kiseloj sredini pri emu nastaje toksini anhidrotetraciklin. Anhidrotetraciklin je neaktivan, ima izraajniju apsorpciju u vidljivom dijelu spektra, intenzivnije je ut.

Slika 7. Degradacioni proizvodi tetraciklina (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Degradacija u baznoj sredini se vri pri pH iznad 8,5 pri emu dolazi do otvaranja prstena C i graenja laktona kao degradacionog proizvoda.Izotetraciklin je neaktivan i nije toksikoloki znaajan. Redoslijed reakcija graenja epitetraciklina i anhidrotetraciklina u kiseloj sredini moe biti i obrnut. Krajnji proizvod navedenih reakcija je epianhidrotetraciklin, koji je neaktivan i toksian.Tetraciklini koji nemaju hidroksilnu grupu u poloaju C6, kao to su doksiciklin i minociklin, ne podlijeu ovoj vrsti degradacije i imaju relativno manji toksikogeni potencijal.Oksitetraciklin i analozi oksitetraciklina podlijeu i dodatnoj degradaciji ciklusa B, graenjem ,-apotetraciklina, laktona anhodrooksitetraciklin-12-karboksilne kiseline, koji nastaje cjepanjem veze C12-C12a. Ovaj degradacioni proizvod je prisutan u znatnom masenom udjelu kao neistoa, ako se oksitetraciklin uva u neadekvatnim uslovima, izloen svjetlosti i povienoj temperaturi.[footnoteRef:6] [6: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.]

Reakcije degradacije oksitetraciklina u kiseloj i baznoj sredini kao i graenje ,-apotetraciklina predstavljene su na slijedeoj slici.

Slika 8. Degradacija oksitetraciklina u kiseloj i baznoj sredini (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)

4. ODNOS STRUKTURE I ANTIMIKROBNE AKTIVNOSTI TETRACIKLINAZa antimikrobnu aktivnost tetraciklina vana je prisustvo keto-enol-dikarbonilne strukture C1-C3 u prstenu A. Zamjena amidne skupine poloaja C2 aldehidnom, nitrilnom ili N-monoalkilovanje Mannichovom reakcijom daje polusintetske derivate tetraciklina koji su polarniji. U biosredini, ovi derivati hidrolizuju do polaznih proizvoda. Stereohemija u poloajima C4, C5, C12 kao i supstituenti u poloajima C1, C2, C3, C4, C10, C11, C12 su uslov za antimikrobnu aktivnost.

Slika 9. Farmakofore tetraciklina (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Uslov za antimikrobnu aktivnost tetraciklina jeste - orjentacija dimetilamino grupe u poloaju C4. Epimerizacijom se gubi antimikrobna aktivnost. Alkilovanjem N4 duim radikalima gubi se antimikrobna aktivnost. Esterifikacija ili alkilovanje enolne grupe C11, dovodi do gubitka antimikrobne aktivnosti.5. PRIRODNI TETRACIKLINIPrirodni tetraciklini zbog nepovoljnih farmakokinetikih osobina imaju manji terapijski znaaj u humanoj medicini.

Slika 10. Prirodni tetraciklini (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Tetraciklin kristalie kao trihidrat, koji suenjem prelazi u bezvodni oblik. U rastvorima stabilan. Djeluje na osjetljive bakterije, rikecije, toksoplazmoze i hlamidije. Oksitetraciklin ima najizraenije hidrofilne osobine. U obliku soli termostabilan, gubi oko 5% aktivnosti zagrijavanjem. Hlorotetraciklin se dobro rastvara u slabo alkalnoj sredini pri pH 8,5. Derivat hlorotetraciklina demeklociklin, predstavlja sekundarni alkohol koji je stabilniji od tetraciklina. Derivati tetraciklina koji imaju hlor u poloaju C7 apsorbuju jedan dio vidljivog spektra, fotohemijskom aktivacijom stvaraju se slobodni radikali.6. POLUSINTETSKI TETRACIKLINI6.1. Derivati oksitetraciklinaDerivati oksitetraciklina su 6-deoksitetraciklin i 6-demetiltetraciklin. Stabilniji su u kiseloj i baznoj sredini. Liposolubilniji od prirodnih tetraciklina.

Slika 11. Metaciklin (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Doksiciklin se dobija katalitikom hidrogenizacijom metaciklina, pri emu nastaje 6-metil i 6-metil stereoizomeri. Aktivniji C6 stereoizomer je 6 -metiloksitetraciklin.

Slika 12. Doksiciklin (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)6.2. Derivati tetraciklinaPolusintetski derivati tetraciklina su minociklin i rolitetraciklin. Minociklin je liposolubilniji od ostalih polusintetskih derivata tetraciklina i oksitetraciklina.

Slika 13. MinociklinRolitetraciklin se dobija Mannichovom reakcijom kondenzacije tetraciklina. Dobijeni kondenzacioni proizvod ima izraajnije bazne osobine, gradi stabilnu so rolitetraciklin-nitrat, koji se dobro rastvara u vodi.

Slika 14. Rolitetraciklin (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)7. ANTRACIKLINIZajednika strukturna karakteristika antraciklina, mitomicina i metoksantrona jest prisustvo hinonske strukture, koja je strukturni uslov za antineoplastinu aktivnost. Hinonski dio molekule uslovljava karakteristinu obojenost. Antraciklini su tetraciklini aminoglikozidni antibiotici, koji sadre antraciklinon i aminoeer.Antraciklinon je derivat parcijalno redukovanog naftacena. Ciklusi A, B, C su planarni. Daunorubicin se metabolie u jetri do 13-hidroksi derivata, koji je aktivan metabolit, a zatim se cijepa glikozidna veza i javlja se i slobodni aglikon.

Slika 15. Daunorubicin (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)8. NOVIJI ANTRACIKLINIKao proizvodi metabolizma ili polusintezom, dobijeni su antraciklini koji imaju neta manje izraene citotoksine efekte prema zdravim elijama organizma od doksorubicinske grupe antraciklina, a razlikuju se i po farmakokinetikim osobinama. Kao prirodni proizvodi izolovani su 4-demetoksi i 4-demetil derivati daunorubicina.

Slika 16. Idarubicin (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Idarubicin je aktivniji u odnosu na daunorubicin i doksorubicin. 9. MITOMICINIStrukturno sadre veoma specifinu kombinaciju tri terapijske grupe: hidrohinon, karbamat, aziridinsku strukturu. Kristali su obojeni intenzivnom crvenoljubiastom bojom. Hemijskom ili enzimskom redukcijom u slabo sredini do odgovarajueg hidrohinona dobija se indolohidrohinon, koji je bifunkcionalni alkilujui agens. Mitomicini su nestabilni u jako kiseloj i baznoj sredini.

Slika 17. Mitomicin C (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)10. AKTINOMICINITo je grupa koja obuhvata veliki broj strukturno slinih prirodnih proizvoda za koje je prve ustanovljen antimikrobni efekat. Aktinomicini grupe C i aktinomicin D (daktinomicin) su najznaajniji predstavnici. U strukturi aktinomicina je zastupljen zajedniki hromofor, stupstituisana 3-fenoksazon-1,9-dikarboksilna kiselina, poznata pod nazivom aktinocin. Obe karboksilne skupine vezane za pentapeptidni lakton preko amino grupe L-treonina pentapeptida. Hidroksilna grupa L-treonina gradi lakton sa L-metilvalinom, petom aminokiselinom pentapeptida. D-valin ili D-aloizoleucin su neprirodne aminokiseline, a etvrta je sarkozin. Trea kiselina je promjenjiva, moe biti L-prolin, L-hidroksiprolin, L-oksoprolin. Aktinomicini koji imaju dva identina pentapeptidna laktona poznati su pod nazivom izoaktinomicini, a ako sadre razliite pentapeptidne laktone poznati su pod nazivom anizoaktinomicini. Svaki pentapeptidni lakton se pojedinano oznaava sa ili , u zavisnosti od orjentacije karboksilnih grupa u poloaju C1 i C9.

Slika 18. Daktinomicin (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)11. ANSAMICINIAnsamicini (rifampicini) su antibiotici sa karakteristinom strukturom koja se sastoji iz aromatinog biciklinog sistema koji je premoen drugim alkilenskim nizom.Naziv potjee od grke rijei ansa, to je kopa. Prihvaena su prema CAS nomenklaturi dva alternativna obiljeavanja u kojima se polazi od grupe R naftohinona rifamicina B ili se polazi od karbonila dihidrofuranona-3.

Slika 19. Prirodni ansamicini (Izvor: FARMACEUTSKA HEMIJA II DIO, S. Vladimirov., D. ivanov-Staki., 2006.)Rifamicini predstavljaju smjeu antibiotika sa karakteristinom ansa strukturom, u iji sastav ulazi hromofor naftohidrohinon povezan sa drugim alifatinim mostom preko najudaljenijih poloaja policiklinog sistema.Polusintetski ansamicini su dobijeni iz rifamicina B koji hemijski predstavlja 4-O-(karboksimetil) rifamicin. Rifamicin B se koristi kao polazni proizvod za dobijanje rifamicina SV, rifampina i drugih polusintetskih derivata. Reakcija dobijanja rifampina se moe podijeliti u dvije faze. Prva faza se odvija u kiseloj sredini uz kontrolisanu oksidaciju, do rifamicina S, koji je u ravnotei sa rifamicinom SV.

12. ZAKLJUAK

Tetraciklini su antibiotici koji su dobili ovaj zajedniki naziv na osnovu tetracikline strukture. U skupinu tetraciklina spada vie antibiotika koji imaju istu osnovnu strukturu i djelovanje. Neki od njih su izolovani iz kultura streptomiceta (tetraciklin, oksitetraciklin i hlortetraciklin), dok su drugi dobijeni modifikacijom njihovog molekula (demeklociklin, metaciklin, oksiciklin). Svi tetraciklini su amfoterne, kristalne supstancije, slabo rastvorljive u vodi, osim rolitetraciklina koji je dobro rastvorljiv. U terapiji se koriste u obliku hlorida, iji se posebno spravljeni i puferovani rastvori koriste za parenteralnu primjenu.Tetraciklini inhibiraju rast bakterija, rikecija i hlamidija, odnosno imaju iroko antimikrobno djelovanje. Djeluju uglavnom bakteriostatski.Kliniki se koriste za lijeenje infekcija izazvanih rikecijama i hlamidijama, nekih mikoplazmi, kao i za lijeenje lajamske bolesti. Daju se lokalno za lijeenje nekih infekcija koe.Tetraciklini su antibiotici tetracikline strukture, derivati naftacena. Parcijalno hidrirani naftacen je oktahidronaftacen. Tetraciklini su derivati oktahidronaftacena.Temeljna struktura tetraciklinske molekule ukljuuje kromoforni ketoenolni sistem u prstenovima A, B, C, D i bazinu grupu u prstenu A to je vaan preduvjet za antibiotiku aktivnost. Zadravanje konfiguracije asimetrinih centara C-4, C-4a i C-12a je jako bitno, dok konfiguracija na C-5, C-5a i C-6 moe biti promijenjena. Amidni vodik moe biti zamijenjen s metilnom grupom dok vee grupe imaju toksian uinak osim onih koje se spontano eliminiraju u vodi. Dimetilamino grupa moe biti zamijenjena primarnom amino grupom, bez gubitka aktivnosti in vitro, ali sve ostale promjene znaajno smanjuju antibakterijsku aktivnost. Prema nainu dobijanja tetraciklini mogu biti: prirodni tetraciklini (tetraciklin, oksitetraciklin, hlortetraciklin i demeklociklin) polusintetski tetraciklini, dobijaju se hemijskim transformacijama prirodnih proizvoda.Hemijska struktura tetraciklina, stereohemija na asimetrinim centrima i nomenklatura predstavljene su planarnom formulom. Molekuli tetraciklina koji imaju terapijski znaaj nisu planarni.13. LITERATURA1. Vladimirov, Sote,. ivanov-Staki, Dobrila. (2006). Farmaceutska hemija. Beograd;2. Varagi, Vladislav,. Miloevi, Milenko. (2012). Farmakologija. Beograd;3. Tetraciklinski antibiotici i odreivanje njihovih rezidua u hrani, S. Makovec., B. Kos., J. ukovi., N. Bilandi., 2014.4. http://www.msd-prirucnici.placebo.hr/msd-prirucnik/infektologija/bakterije-i-antibakterijski-lijekovi/tetraciklini, Anon. (1.11.2015);5. http://farmaceuti.com/tekstovi/farmakologija-2/tetraciklini/, Anon. (2.11.2015);6. http://lekovi.blogspot.ba/2010/03/tetraciklini-doksiciklin-minociklin.html, Anon. (28.10.2015);

1