Регистрация / Вход
Прислать материал

Физико-химические свойства стероидных гормонов: преднизолона и гидрокортизон ацетата

Сведения об участнике
ФИО
Гусарова Екатерина Вадимовна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Химия и химические технологии
Раздел области наук
Физическая химия. Электрохимия. Физические методы исследования химических соединений
Тема
Физико-химические свойства стероидных гормонов: преднизолона и гидрокортизон ацетата
Резюме
В калориметре сгорания измерены энергии сгорания гидрокортизон ацетата и преднизолона при Т=298 К. Рассчитаны энтальпии сгорания и образования данных веществ при Т=298 К и p=0.1MПа. Проведен термохимический расчет реакции получения гидрокортизон ацетата. Получена полиморфная модификация преднизолона. Изучена организация структуры кристаллов всех форм преднизолона. Методом низкотемпературной порошковой рентгенографии определены коэффициенты теплового расширения гидрокортизон ацетата, преднизолона в формах I и II и его сесквигидрата.
Ключевые слова
Гидрокортизон ацетат, преднизолон, низкотемпературная порошковая рентгенография, коэффициент теплового расширения, калориметрия сгорания, энтальпия образования
Цели и задачи
Цель проекта:
Физико-химическое исследование стероидных гормонов: преднизолона и гидрокортизон ацетата.
А именно калориметрическое исследование, поскольку термодинамические функции могут быть использованы для описания биохимических процессов и в развитии фармацевтической промышленности. А также низкотемпературные исследования, позволяющие судить о величине термической деформации и наличии полиморфных модификаций при различных температурах, что говорит о термической стабильности и возможности предотвращения потери биологической активности данных соединений.

Задачи:
1. Получение полиморфных модификаций преднизолона методом перекристаллизации;
2. Анализ кристаллических структур всех форм преднизолона методом молекулярных полиэдров Вороного-Дирихле;
3. Изучение поведения кристаллографических ячеек БАВ с ростом температуры методом порошковой низкотемпературной рентгенографии;
4. Определение энтальпий образования гидрокортизон ацетата и преднизолона методом калориметрии сгорания.
Введение

Гидрокортизон ацетат и преднизолон являются синтетическими гормонами коры надпочечников. Эти вещества входят в перечень жизненноважных лекарственных препаратов, а также наиболее широко применимы в медицине в качестве противовоспалительных средств. В настоящее время не предложены оптимальные и термодинамически обоснованные методы их синтеза. Большинство методик получения данных соединений подобраны опытным путем и представляют собой сложные многостадийные процессы, в ходе которых образуется множество побочных продуктов, не представляющих коммерческого интереса. Одним из путей решения этой проблемы является создание физико-химической модели синтеза БАВ, основанной на математическом аппарате химической термодинамики.

Методы и материалы

Объектом исследования являлись стероидные гормоны: преднизолон и гидрокортизон ацетат, приобретенные в фирме Fluka и, согласно паспорту на реактив, являющиеся индивидуальными соединениями с содержанием основного вещества не менее 99%.

Для решения поставленных задач предполагается:

1. Получение всех известных модификаций преднизолона методом перекристаллизации;

2. Провести фазовую идентификацию полученных веществ методом порошковой рентгенографии;

3. Изучение низкотемпературных фазовых переходов и теплового расширения исследуемых БАВ в температурном интервале 150-450 К методом низкотемпературной порошковой рентгенографии. Расчет коэффициентов теплового расширения веществ в программном комплексе DTC;

4. Определение энергий и энтальпий сгорания изучаемых соединений при стандартном давлении и Т=298 К методом калориметрии сгорания и последующий расчет стандартной энтальпии образования;

5. Изучение кристаллических структур полиморфных модификаций преднизолона и получение их кристаллохимических харакеристик методом молекулярных полиэдров Вороного-Дирихле с помощью программного комплекса TOPOS.

Описание и обсуждение результатов

В ходе проведения данной работы были получены значения энтальпий сгорания и образования гидрокортизон ацетата и преднизолона при стандартном давлении и Т=298 К. Сопоставив значения ранее изученных энтальпий образования стероидных гормонов с их молекулярными массами, мы пришли к выводу, что данная зависимость имеет линейный характер и полученные нами значения энтальпий образования гидрокортизон ацетата и преднизолона находятся в хорошем согласии с имеющимися статистическими данными. Проведен термохимический анализ реакции получения гидрокортизон ацетата ацелированием гидрокортизона уксусной кислотой. Рассматриваемая реакция является экзотермической.

Методом РФА установлено, что приобретенный нами образец преднизолона находится в форме II. Методом перекристаллизации его из метанола получени сесквигидрат преднизолона, который подвергли дегидротации при Т=102°C и получили преднизолон в форме I. На каждом этапе проводили фазовую идентификацию соединений, подтвержная образование нужной формы преднизолона.

Построили молекулярные полиэдры Вороного-Дирихле всех форм преднизолона. Выяснили, что в целом межмолекулярные взаимодействия и внутримолекулярные невалентные контакты кристаллов схожи: основной вклад вносят дисперсионные взаимодействия, а на втором месте находятся водородные связи. Однако распределение вкладов различно.

Получили температурные зависимости параметров элементарных ячеек для гидрокортизон ацетата и преднизолона в форме I и II в температурном интервале 150-450 К и для сесквигидрата преднизолона в области температур 150-350 К. Выяснили, что кристаллографические ячейки гидрокортизон ацетата и преднизолона в форме I наиболее интенсивно расширяются в направлении, совпадающем с кристаллографической осью b. Ячейки преднизолона в форме II и его сесквигидрата наиболее интенсивно расширяются в направлении, совпадающем с кристаллографической осью a, также у II формы преднизолона происходит сильное расширение в направлении оси с. Однако параметры элементарной ячейки сесквигидрата преднизолона увеличиваются незначительно, по сравнению с другими его формулами.

В программном комплексе DTC рассчитали коэффичиенты теплового расширения. На основании полученных данных построили 2D и 3D фигуры коэффициентов теплового расширения при различным температурах. Наблюдали значительное увеличение фигур коэффициентов теплового расширения у гидрокортизон ацетата и преднизолона в форме I и II. Это свидетельствует о взаимодействии между молекулами в кристаллах, в частности в виде разветвленной сети слабых водородных связей. Фигуры коэффициентов теплового расширения сесквигидрата преднизолона увеличиваются незначительно. Это обусловлено тем, что гидротированная вода между молекулами в кристалле сесквигидрата образует дополнительные водородные связи, способствующие упрочнению структуры.

Используемые источники
1. Кирьянов К.В. Калориметрические методы исследования. Учебно-методический материал. Нижний Новгород, 2007, 76 с.
2. V. Suitchmezian, I. Jess, J. Sehnert, L. Seyfarth, J. Senker, C. Nather, Structural, Crystal Growth and Desing, 2008, 8, 1, 98 – 107.
3. Блатов В.А., Шевченко А.П., Сережкин В.Н. // Координац. химия. 1999. Т. 25. №7. С. 483.
4. Сережкин В.Н., Михайлов Ю.Н., Буслаев Ю.А. // Журн. неорган. химии. 1997. Т. 42. № 12. С. 2036.
5. Paoli, D.; Garrigues, J.-C.; Patin, H., C. R. Acad. Sci. Paris, 1969, 268, 780-783.
6. Johnson, W.H. J. Res. Natl. Bur. Stand. Sect. A:, 1975, 79, 493-496.
7. Afeefy HY, Liebman JF, Stein SE. Neutral thermochemical data. In: Linstrom PJ, Mallard WG, editors. NIST Chemistry Web-Book, NIST Standard Reference Database Number 69. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology. p. 20899.
Information about the project
Surname Name
Gusarova Ekaterina
Project title
Physico-chemical properties of steroid hormones: prednisolone and hydrocortisone acetate
Summary of the project
The energy of combustion of the hydrocortisone acetate and prednisolone has been measured at 298.15 K by combustion calorimetry. The enthalpy of combustion and the enthalpy of formation of the hydrocortisone acetate and prednisolone from simple substances at T = 298.15 K and p = 0.1 MPa have been calculated. The thermochemical analysis of the acylation reaction of hydrocortisone into hydrocortisone acetate was made. The polymorph modification of prednisolone was synthesized. Тhe organization structure of the crystals was studied for all forms of prednisolone. The low-temperature X-ray diffraction was used for the determination of coefficients of thermal expansion.
Keywords
hydrocortisone acetate, prednisolone, low-temperature X-ray diffraction, thermal expansion coefficients, combustion calorimetry, enthalpy of formation