РАСТВОРИМОСТЬ СОПОЛИМЕРОВ МЕТАКРИЛАТА БЕТУЛИНА И МЕТОКСИОЛИГО(ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ)МЕТАКРИЛАТОВ

РАСТВОРИМОСТЬ СОПОЛИМЕРОВ МЕТАКРИЛАТА БЕТУЛИНА И МЕТОКСИОЛИГО (ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬ)МЕТАКРИЛАТОВ

Ермолаев Игорь Дмитриевич

студент, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева,

РФ, г. Нижний Новгород

Орехов Дмитрий Валерьевич

канд. хим. наук, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева,

РФ, г. Нижний Новгород

SOLUBILITY OF THE COPOLYMERS OF BETULIN METHACRYLATE AND METHOXYOLIGO (ETHYLENE GLYCOL) METHACRYLATES

Igor Ermolaev

Student, Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev,

Russia, Nizhny Novgorod

Dmitriy Orekhov

PhD in Chemistry, Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev,

Russia, Nizhny Novgorod

АННОТАЦИЯ

Целью исследования было создание новых водорастворимых полимеров на основе метоксиолиго(этиленгликоль)метакрилатов и метакрилата бетулина. Для получения полимеров был использован метод растворной радикальной полимеризации в органическом растворителе. Был определен состав и молекулярно-массовые характеристики полимеров, а также растворимость в воде при температуре 20 и 37 °С.

ABSTRACT

The aim of the study was to create new water-soluble polymers based on methoxyoligo (ethylene glycol) methacrylates and betulin methacrylate. To obtain polymers, the method of solution radical polymerization in an organic solvent was used. The composition and molecular weight characteristics of the polymers were determined, as well as the solubility in water at temperatures of 20 and 37 ° C.

Ключевые слова: метакрилат бетулина; сополимеризация; метоксиолиго(этиленгликоль)метакрилаты; растворимость.

Keywords: betulin methacrylate; copolymerization; methoxyoligo (ethylene glycol) methacrylates; solubility.

Тритерпеноиды, встречающиеся во многих видах растений, являются одним из важнейших классов природных соединений. В течение последних нескольких лет производные этого класса соединений изучались на предмет их использования в качестве эффективных терапевтических агентов для лечения многих заболеваний. Известно, что бетулин и его производные обладают широким спектром биологической активности, включая антиретровирусную, антибактериальную, противовоспалительную, противораковую, антиоксидантную, противомалярийную и т.д. [1]. К сожалению, бетулиновая кислота и его метаболический предшественник бетулин практически нерастворимы в воде, что ограничивает их фармацевтическое применение. Многие исследования направлены на получение и исследование различных производных бетулинового ряда с улучшенными свойствами [2].

В последние десятилетия разработка новых составов для доставки лекарств на основе полимерных носителей стала важным фармацевтическим подходом. Большинство таких систем в первую очередь предназначались для использования в качестве носителей противоопухолевых или противовоспалительных агентов. Конъюгация лекарственного средства с гидрофильным или амфифильным полимерным носителем или его включение в носители наночастиц значительно влияет на фармакокинетику лекарственного средства, например, продлевает время циркуляции в крови, улучшает его растворимость и биодоступность, тем самым снижая серьезные побочные эффекты и повышает терапевтическую эффективность. Наноразмерные полимерные носители преимущественно накапливаются в солидных опухолях из-за эффекта повышенной проницаемости и удерживания, вызванного структурными различиями между здоровыми и злокачественными тканями. Было опубликовано лишь несколько статей, описывающих конъюгаты производных бетулина с полимерами; например конъюгированный восьмилепестковый поли(этиленгликоль)-бетулиновая кислота [3] или модифицированный поли(N-2-гидроксипропилметакриламид) [4]. Целью данной работы было получение сополимеров метоксиолиго(этиленгликоль)метакрилатов (МОЭГМ) с мономерным производным бетулина (МБЕТ) и исследование растворимости в воде. Сополимеры метоксиолиго(этиленгликоль)метакрилатов, обладают хорошей биосовместимостью и низкой токсичностью [5]. На рисунке 1 представлена структура исследуемых сополимеров.

Рисунок 1. Структурная формула исследуемых сополимеров

Для получения сополимеров использовали метоксиолиго(этиленгликоль)метакрилаты со средним числом оксиэтильных звеньев n = 8,5 (фирмы Aldrich) и со средним числом оксиэтильных звеньев n = 12 (фирмы Cognis). Метакрилат бетулина получали путем этерификации метакриловой кислоты. В 8 мл тетрагидрофурана растворялось 4 ммоль бетулина, 6 ммоль дициклогексилкарбодиимида, 0,2 ммоль 4-диметиламинопиридина и 4,3 ммоль триэтиламина. Раствор охлаждался до –20ºС, и к нему при интенсивном перемешивании в течение 2 часов прикапывался раствор метакриловой кислоты (9 ммоль в 5,3 мл тетрагидрофурана). Далее реакционная смесь выдерживалась 24 часа при комнатной температуре. Для удаления остатка непрореагировавшего дициклогексилкарбодиимида к смеси добавлялся избыток метакриловой кислоты. Осадок образовавшейся дициклогексилмочевины удалялся центрифугированием. Затем к реакционной смеси добавлялось 13 мл ацетона, после чего продукт высаждался в 260 мл дистиллированной воды, отделялся центрифугированием, промывался дистиллированной водой на фильтре и высушивался под вакуумом до постоянной массы при температуре 75ºС. Полученный продукт перекристаллизовывали из гексана для очистки от примеси диметакрилата бетулина.

Сополимеры были синтезированы методом радикальной полимеризации в толуоле при 80 °С. Начальная концентрация мономеров в реакционной смеси составляла 20 % масс. В качестве инициатора использовался азобисизобутиронитрил - 2 % мол. от содержания мономеров. Полимеризация проводилась в стеклянном реакторе с перемешиванием и продувкой реакционной смеси азотом в ходе синтеза. Конверсию мономеров определяли методом ВЭЖХ с использованием хроматографической системы Shimadzu Prominence, оснащенной рефрактометрическим и матричным детекторами, термостатом, колонкой Kromasil 100-5-C18 4.6 x 250 mm. В качестве элюента использовался ацетонитрил, расход 0.9 мл/мин, температура колонки 50 °С. Сополимеры МОЭГМ выделялись многократным высаждением гексаном из толуольных растворов.

Молекулярно-массовые характеристики полимеров определялись гель-проникающей хроматографией с использованием прибора Хромос ЖК-301 с изократическим насосом Alpha – 10, рефрактометрическим детектором Waters 410  и двумя эксклюзионными колонками  Phenogel 10E4A и 10E6A фирмы Phenomenex (с диапазоном измерений молекулярной массы полимеров от 1,5•10³ до 10⁶), элюент - тетрагидрофуран.

Растворимость полимеров определяли при температуре 20 и 37 °С. В виалу помещали навеску полимера и добавляли дистиллированную воду в количестве необходимом для получения 5%-ного раствора. Содержимое виал выдерживали при постоянной температуре и перемешивании в течение 24 часов. Полученные растворы фильтровали с помощью шприцевых фильтров (материал фильтра – PTFE, диаметр пор 0,2 мкм). Из полученного фильтрата отбирали 1мл в чистую виалу и высушивали под вакуумом до постоянной массы. Полученный полимер растворяли в 2 мл тетрагидрофурана и анализировали с помощью ГПХ. Концентрацию полимеров определяли по площади, для каждого полимера предварительно была получена градуировочная зависимость.

В таблице 1 представлены составы и молекулярно-массовые характеристики синтезированных сополимеров. Образцы №1-4 были получены на основе МОЭГМ со средним числом звеньев n = 8,5, образец №5 на основе МОЭГМ со средним числом звеньев n = 12.

Таблица 1.

Состав и молекулярно-массовые характеристики синтезированных сополимеров

Мольная доля звеньев метакрилата бетулина в сополимере превышает мольную долю МБЕТ в исходной мономерной смеси, что говорит о его более высокой активности в процессе сополимеризации по сравнению с МОЭГМ. Число оксиэтильных звеньев также влияет на состав образующегося полимера, образец №5 на основе МОЭГМ c n =12 сильнее обогащен звеньями МБЕТ чем образец  № 3 на основе МОЭГМ с n =8,5.  Кроме того стоит отметить, что с увеличением содержания МБЕТ в исходной смеси растет молекулярная масса полимера. В таблице 2 представлены данные по растворимости сополимеров.

Таблица 2.

Растворимость сополимеров в дистиллированной воде

Как видно из представленных данных сополимеры с содержанием звеньев МБЕТ до 28% мол. хорошо растворимы в воде (навеска полимера, взятая в расчете на приготовление 5%-ного раствора полностью растворилась). Дальнейшее увеличение доли звеньев МБЕТ приводит к резкой потери растворимости. Так образец №4  с содержанием звеньев МБЕТ 43,5 % мол. полностью не растворим в воде. Увеличение длинны оксиэтилированной цепочки в звеньях МОЭГМ позволяет несколько повысить растворимость. Так образец №5 имеет большую растворимость по сравнению с образцом №3 даже несмотря на большую долю звеньев МБЕТ. Полученные данные будут использованы для дальнейших исследований таких сополимеров.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук (проект МК-4120.2021.1.3)

Список литературы:

1. Amiri S., Dastghaib S., Ahmadi M., Mehrbod P., Khadem F., Behrooj H., Aghanoori M., Machaj F., Ghamsari M., Rosik J., Hudecki A., Afkhami A., Hashemi M., Łos M., Mokaram P., Madrakian T., Ghavami S. (2020). Betulin and its derivatives as novel compounds with different pharmacological effects. Biotechnology Advances. 38.
2. Hodoň J, Borkova L., Pokorny J., Kazakova A., Urban M. (2019). Design and synthesis of pentacyclic triterpene conjugates and their use in medicinal research. European Journal of Medicinal Chemistry. 182. 111653.
3. Dai L., Cao X., Liu K., Li C., Zhang G., Deng L-H., Chuanling S., He J., Lei J. (2015). Self-assembled Targeted Folate-conjugated Eight-arm-Polyethylene glycol-Betulinic acid Nanoparticles for Co-delivery of Anticancer Drugs. Journal of Materials Chemistry B. 3.
4. Lomkova E., Chytil P., Janouskova O., Lucas H., Filippov S., Trhlíková O., Aleshunin P., Skorik Y., Ulbrich K., Etrych T. (2016). Biodegradable Micellar HPMA-Based Polymer-Drug Conjugates with Betulinic Acid for Passive Tumor Targeting. Biomacromolecules. 17.
5. Lutz J-F., Akdemir O., Hoth A. (2006). Point by Point Comparison of Two Thermosensitive Polymers Exhibiting a Similar LCST: Is the Age of Poly(NIPAM) Over?. Journal of the American Chemical Society. 128. 13046-7.