Результат интеллектуальной деятельности: α,ω-ДИБРОМПОЛИОКСАПЕРФТОРАЛКАНЫ, СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ЭМУЛЬСИИ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ИХ ОСНОВЕ

Изобретение относится к области фармацевтической химии и биотехнологии, а именно к синтезу α,ω-дибромполиоксаперфторалканов общей формулы BrCF₂CF₂O[CF(CF₃)CF₂O]_mCF(CF₃)CF(CF₃)[OCF₂CF(CF₃)]_nOCF₂CF₂Br (1), где m и n = 2, 3, в качестве самостоятельных средств для наружного применения и исходных соединений для получения высокодисперсным эмульсий терапевтического назначения , в частности в качестве основы кремов, мазей, линиментов, а также газопереносящего компонента культуральных сред биотехнологического назначения.

Ранее было показано, что перфторорганические соединений и их эмульсии, в частности, перфтороктилбромида, перфтордекалина или его смеси с перфторметилциклогексилпиперидином (препарат перфторан), перфтордекалина в смеси с перфтортрипропиламином (препарат перфукол) при местном применении ускоряют процесс заживления различных ран и язв, могут быть использованы в качестве основы для изготовления кремов и мазей лечебной и декоративной косметики, в том числе для защиты от солнечного и ультрафиолетого излучения. Ключевые механизмы получаемых изделий заключаются в значимом улучшении кровотока у животных и у людей за счет сосудорасширяющего действия низкомолекулярных S-нитрозотиолов (образующихся в результате микрокатализа в гидрофобной фазе перфторуглеродных частиц с участием NO), модификации мембран эндотелия сосудов, клеток и внутриклеточных органелл вследствие высокого сродства липофильных бромированных перфторуглеродов к липидам и растворения их в фосфолипидах мембран, экранирования клеточных мембран и рецепторов от действия повреждающих токсических и механических факторов, подавление вторичного повреждения, вызываемого активными формами кислорода, которые продуцируют гиперактивированные лейкоциты, уменьшении гнойной инфильтрации, и соответствующем ускорении регенерации тканей и заживления раневых поверхностей [RU 2237473, RU 2225209, RU 2259819; КЛИГУНЕНКО Е.Н. и др. 1999; Хрупкий В.И. и др. 1997].

Однако эмульсии вышеперечисленные перфторуглеродов имеют ряд существенных недостатков, наиболее значимым из которых является недостаточная стабильность дисперсии. Это обусловлено, в первую очередь, физико-химическими свойствами используемых перфторуглеродов: температуры кипения этих перфторуглеродов находятся в интервале от 130°С (перфтортрипропиламин) до 185°С (перфторметилциклогексилпиперидин), давление насыщенного пара этих соединений превышает 10 мм рт.ст.), то есть обладают они достаточно высокой летучестью, эмульсии не выдерживают тепловой стерилизации при 121°С и не могут сохраняться без замораживания (единственная разрешенная для широкого клинического применения эмульсия перфтордекалина и перфторметилциклогексилпиперидина - препарат Перфторан - должна храниться при при -4°С ÷ -24°С), адсорбционный слой частиц эмульсии в кровотоке нестабилен (период полувыведения из организма составляет 6-9 час)

Целью настоящего изобретения является разработка метода синтеза перфторорганических соединений, характеризующихся пониженной летучестью, повышенной липофильностью, образующих стабильные эмульсии, устойчивые к тепловой обработке и способные храниться без замораживания, а также подобно другим перфторуглеродам растворяющие повышенные количества биологически важных газов, в том числе кислород, диоксид углерода, NO, СО и H₂S.

Указанная цель достигается за счет синтеза ранее неописанных α,ω-дибромполиоксаперфторалканов общей формулы BrCF₂CF₂O[CF(CF₃)CF₂O]_mCF(CF₃)CF(CF₃)[OCF₂CF(CF₃)]_nOCF₂CF₂Br (1), где m и n = 2, 3, образующихся при анодном окислении (электросинтез Кольбе) ω-бромполиоксаперфторкарбоновых кислот (2) общей формулы BrCF₂CF₂O[CF(CF₃)CF₂O]_mCF(CF₃)COOH (m = 2,3). Кислоты 2 легко получаются омылением соответствующих фторангидридов общей формулы BrCF₂CF₂O[CF(CF₃)CF₂O]_mCF(CF₃)COF (3), описанных в пат. РФ №2497801 (2013) [1].

Получение алканов 1 анодным окислением смеси кислот 2 связано с тем, что синтез исходных фторангидридов 3 реакцией бромдифторацетилфторида с окисью гексафторлропилена в присутствии фторидов щелочных металлов приводит к образованию смеси теломер-гомологов 3 (m = 2-4) [1]. Использование нами смеси теломер-гомологов 3 (m = 2-3) в качестве исходных соединений для получения кислот 2 позволяет упростить процедуру их выделения и существенно повысить коэффициент использования фторорганического сырья (до 75-80%, вместо 35-45%). Кроме того, в ходе анодного окисления смеси кислот 2 образуется смесь гомо- и кросс-димеров Кольбе 1 [m = n = 2 (1a); m = n = 3 (1b); m = 2, n = 3 (1с)], выкипающих в широком интервале температур (т.кип. 1а 117-119°С/1 Torr; т.кип. 1b 184-187°С/1 Torr; т.кип. 1с 150-153°С/1 Torr). Это позволяет составлять смеси с регулируемой летучестью.

разнообразные смеси, обладающие заданной летучестью различной летучестью. Очистка дибромидов 1a-с до фармакопейной чистоты (содержание фторид-иона не более 5×10^-5 вес. %) достигается с помощью последовательного выполнения ряда процедур: обработкой растворов дибромидов 1a-с в хладоне 113, водным 40%-ным раствором K₂СO₃, последующим отделением фторорганической фазы за счет большей удельной плотности, осушкой ее MgSO₄ и перегонкой в вакууме.

Получаемые соединения способны растворять значительные количества O₂ (53 об. % при рО₂ 760 мм рт.ст.), в присутствии неионогенных и фосфолипидных эмульгаторов при экструзии под высоким давлением образуют 10% и 20% водные субмикронные эмульсии, стабильные при длительном хранении без замораживания при 4÷8°С, выдерживающие стерилизацию в автоклаве при 121°С.

Внутривенное введении прямых субмикронных эмульсий дибромидов 1a-с в водно-солевом растворе, изотоничном плазме крови, полученных с помощью гомогенизатора высокого давления (модель «Донор»), со средним диаметром частиц от 30 до 120 нм (лазерный наносайзера Coulter 15, Becman-Соulte, США), оказалось безопасным. Крысы линии Wistar легко перенесли дозы по 50 мл на кг массы тела без каких-либо признаков токсического воздействия. После внутривенного введения полученных эмульсий в дозе 20 мл на кг кроликам, отличающихся чрезвычайно высокой чувствительностью к эмульсионным препаратам, все животные выжили без признаков повреждения и прожили более года до эвтаназии.

Использование дибромидов 1a-с в качестве оксигенирующего компонента питательной среды при глубинном культивировании S. purpurogeniscleroticus ВБМ 81 (по методике, описанной в работе [1]) привело к ускорению роста и увеличению выхода биомассы стрептомицета в ~3,5 раз и выхода даунорубицина в ~10 раз. После отделения полученной биомассы легко подвергаются вторичной нехимической очистке. Потери дибромидов 1a-с в цикле культивирование-стерилизация составляют не более 0,5%. Таким образом, полученные данные свидетельствуют об эффективности применения дибромидов 1a-с в биотехнологических процессах.

Примеры, иллюстрирующие заявляемый предмет изобретения.

Пример 1. Получение кислот 2.

К смеси 30 г (44 ммол) BrCF₂CF₂O[CF(CF₃)CF₂O]₂(CF₃)COF (3а) и 10 мл гептана прибавили 5 мл (280 ммол) воды, интенсивно перемешивали 30 мин, прибавили 5 мл H₂SO₄, нижний органический слой отделили, перегнали в вакууме, собирая фракцию, кипящую в интервале 90-150°/1Torr. Повторной перегонкой получили 24,7 г (82,6%) 11-бром-3,6,9-триоксаперфтор-2,5,8-триметилундекановой кислоты (2а), т.кип. 133-135°/17Torr. Найдено %: С 20,00; Н 0,20; F 56,37; Br 11,36. C₁₁BrHF₂₀O₅. Вычислено %: С 19,61; Н 0,15; F 56,43; Br 11,89.

Аналогично из BrCF₂CF₂O[CF(CF₃)CF₂O]₃(CF₃)COF (3b) получена 14-бром-3,6,9,12-тетраоксаперфтор-2,5,8,11-тетраметилтетрадекановая кислота (2b), выход 84%, т.кип. 118-122°С/0,1Торр.. Найдено %: С 20,31; Н 0,15; F 59,02; Br 8,49. C₁₄BrHF₂₆O₆. Вычислено %: С 20,02; Н 0,12; F 58,87; Br 9,53.

Пример 2. Получение α,ω-дибромполиоксафторалканов 1

В электролизер, снабженный водяной рубашкой, магнитной мешалкой и обратным холодильником, загружают 9.8 г (0.014 М) кислоты 2а, 0.122 г (0.0022 М) KОН, 1 мл Н₂O и 29 мл CH₃CN. Анод - сплав платина +10% иридия (15 см²). Катод - нержавеющая сталь (2 см²). Плотность тока 51.6 мАсм^-2. Ток - 0.8А, температура электролиза 20°С. Теоретическое количество электричества в расчете на израсходование 0.0118 М кислоты (2а) составляет 0.32 А⋅час. Всего пропущено 0.37 А⋅час электричества. Исходное напряжение на электролизере 24 В. Конечное напряжение на электролизере после 28 минут электролиза составило 40 В. По окончании электролиза электролит промыли водой, водным раствором K₂СO₃, органический слой отделили, перегнали и получили 7,1г (80% по веществу) и (72% по току) 1,20-дибром-3,6,9,12,15,18-гексаоксаперфтор-4,7,10,11,14,17-гексаметилэйкозана (Iа) (смесь диастереомеров), т.кип. 117-119°С/1Torr. Найдено %: С 19,09; F 60,43; Br 12,38. C₂₀Br₂F₄₀O₆. Вычислено %: С 19,11; F 60,51; Br 12,74.

Спектр ¹⁹F ЯМР 1а:

BrCF₂CF₂OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)CF₂OCF(CF₃)CF(CF₃)OCF₂CF(CF₃)OCF₂CF(CF₃)OCF₂CF₂Br

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

-71,1 + -72,0 (2F¹ + 2F²⁰); -80,45 ÷ -86,14 (группа сигналов 30F^{2+4+5+7+8+10+12+13+15+16+18+19}); -143,2 (1F⁹ + 1F¹¹); 147-147,5 (1F^3+6+14+17)

_{Масс-спектр 2а (M/Z, отнесение): 727 [C12BrF24O3]⁺; 705 [C12BrF22O4]⁺; 667 [C12F25O3]⁺; 611 [C12BrF22O3]⁺; 551 [C10F21O2]⁺; 529 [C10F19O3]⁺; 511 [C8BrF16O2]⁺; 395 [C6BrF12O2]⁺; 385 [C8BrF16O2]⁺; 345 (C5BrF10O]⁺; 335 [C6F13O]⁺; 313 [C6F11O2]⁺; 285 [C5F11O]⁺; 229 [C3BrF6]⁺; 219 [C4F9]⁺; 179 [C2BrF4]⁺; 147 [C3F5O]⁺; 131 [C3F5]⁺; 100 [C2F4]⁺; 69 [CF3]⁺ (100%).}

Аналогично электролизом кислоты 2b получили 1,26-дибром-3,6,9,12,15,18,21,24-октаоксаперфтор-4,7,10,13,14,17,20,23-октаметилгексакозана (1b), т.кип. 183-187°С/1Torr. Выход 1b 72% по веществу и 56% по току. Найдено %: С 19,91; F 62,37. C₂₆Br₂F₅₂O₈. Вычислено %: С 19,66; F 62,21.

Масс-спектр 2b (M/Z, отнесение): 961 [C₁₈F₃₅O₅]⁺; 912 [C₁₅BrF₃₁O₄]⁺; 871 [C₁₄BrF₃₀O₄]⁺; 843 [C₁₄BrF₂₈O₄]⁺; 811 [C₁₅F₂₉O₅]⁺; 679 [C₁₃F₂₅O₃]⁺; 645 [C₁₂F₂₃O₄]⁺; 607 [C₁₂F₂₁O₄]⁺; 501 [С₉F₁₉O₂]⁺; 451 [C₈F₁₇O₂]⁺; 420 [C₇F₁₆O₂]⁺; 385 [C₇F₁₅O]⁺; 335 [C₆F₁₃O]*; 313 [C₆F₁₁O₂]⁺; 285 [C₅F₁₁O]⁺; 219 [C₄F₉]⁺; 179 [C₂BrF₄]⁺; 147 [C₃F₅O]⁺; 131 [C₃F₅]⁺; 97 [C₂F₃O]⁺; 69 [CF₃]⁺ (100%).

Аналогично электролизом эквимолярной смеси кислот 2а и 2b получили смесь дибромидов 1a-с (1а:1с:1b = 1:2:1) с суммарным выходом 74% по веществу и 64% по току. Дальнейшей ректификацией продуктов реакции выделен аналитический образец 1,23-дибром-3,6,9,12,15,18,21-гептаоксаперфтор-4,7,10,11,14,17,20-гептаметилтрикозана 1с, т.кип. 150-153°С/1 Torr. Найдено %: С 19,53; F 61,37. C₂₃Br₂F₄₆O₇. Вычислено %: С 19,41; F 61,46.

Масс-спектр 2с (M/Z, отнесение): 912 [C₁₅BrF₃₁O₄]⁺; 871 [C₁₄BrF₃₀O₄]⁺; 843 [C₁₄BrF₂₈O₄]⁺; 811 [C₁₅F₂₉O₅]⁺; 795 [C₁₅F₂₉O₄]⁺; 727 [C₁₂BrF₂₄O₃]⁺; 667 [C₁₂F₂₅O₃]⁺; 611 [C₁₂BrF₂₂O₃]⁺; 551 [C₁₀F₂₁O₂]⁺; 511 [C₈BrF₁₆O₂]⁺; 451 [C₈F₁₇O₂]⁺; 385 [C₈BrF₁₆O₂]⁺; 335 [C₆F₁₃O]⁺; 313 [C₆F₁₁O₂]⁺; 285 [С₅F₁₁О]⁺; 219 [C₄F₉]⁺; 179 [C₂BrF₄]⁺; 147 [C₃F₅O]⁺; 131 [C₃F₅]⁺; 100 [C₂F₄]⁺; 69 [CF₃]⁺ (100%).

Пример 3. Очистка дибромидов 1а-с.

К раствору 30 г дибромидов 1a-с, полученных совместным электролизом кислот 2а и 2b, в 30 мл хладона 113 прибавили 30 мл 40%-ного водн. раствора K₂СO₃, реакционную массу кипятили при интенсивном перемешивании 6 час, органический слой отделили, высушили MgSO₄, упарили, остаток перегнали в вакууме и получили 29 г смеси дибромидов 1a-с, выкипающих в интервале 115-189°С/1 Torr, с содержанием фторид-иона 9×10^-6 %.

Пример 4. Получение эмульсии на основе дибромидов 1a-с (вариант 1).

В 100 весовых частях дистиллированной воды растворяли 10 весовых частей неионогенного поверхносто-активного соединения Плюроника F68 и при постоянном интенсивном перемешивании на турбинной мешалке при скорости вращения 8000 об/мин к полученному раствору добавляли 20 объемных частей дибромидов 1a-с (индивидуальные соединения или их смеси). В результате получали грубодисперсную эмульсию с распределением частиц по размерам от 10 мкм до 1000 мкм. Грубодисперсную эмульсии измельчали путем экструзии под давлением от 350 до 800 ат (кг/см²) до достижения среднего размера 100 нм при распределении частиц по размерам от 30 до 160 нм. Далее полученную нанодисперную эмульсию, содержащую 20 об. % бромированного перфторуглерода, смешивали с равным объемом водно-солевого раствора. Таким образом получалась изотоничная биологическим жидкостям готовая форма, содержащая 10 об. % бромированного перфторуглерода, 4% Плюроника F68, 100 mM NaCl, 5 mМ KCl, 1 mМ MgCl₂, 2 mМ Na₂HPO₄, 8 mМ NaHCO₃, (рН 7,3).

Готовую форму 10%-ной эмульсии хранили без замораживания при температуре 2÷6°С.

Пример 5. Получение эмульсии на основе бромидов 1a-с (вариант 2).

Аналогично получена эмульсии на основе дибромидов 1a-с с использованием Проксанола 268 в качестве ПАВ со средним размером частиц 100 нм при распределении частиц в интервале 30-180 нм. Готовую форму 10% эмульсии хранили без замораживания при температуре 2÷6°С. Размер частиц контролировали с помощью лазерного наносайзера.

ПРИМЕР 6

Фосфолипиды яичного желтка или сои в количестве 3 г смешивали с 100 мл водно-солевой среды изотоничной плазме крови и гомогенизировали с помощью турбинной мешалки при 8 тыс. об. в мин в течение 2 мин. Полученную грубую дисперсию фосфолипидов заливали в гомогенизатор высокого давления типа «Донор» и подвергали экструзии под давлением 100 атм для получения тонкой дисперсии фосфолипидов. Затем в эту дисперсию добавляли 20 мл дибромидов 1a-с (индивидуальные соединения или их смеси) и продолжали многократную экструзию под давлением, постепенно повышая его от 400 до 700 атм. Производили 10 последовательных экструзий до получения эмульсии дибромидов со средним размером частиц не более 200 нм. Эмульсию стерилизовали при 121°С в течение 40 мин. Полученная эмульсия сохраняла свою дисперсность при 4°÷6°С в течение года. Мышам и кроликам эмульсию вводили внутривенно по 25 мл/кг. Чрез 3 месяца после инфузии патологических изменений в общем состоянии животных и в органах, взятых при вскрытии, не зафиксировано.

Пример 7. Применение дибромидов 1a-с для лечения ожеговых ран.

Полученную по примеру 4 наноэмульсию с содержанием 20 об % фторгулеродной фазы без солевого раствора со средним размером частиц 120 нм в количестве 50 мл добавляли порционно по 5 мл в официнальную мазь, предназначенной для стимуляции заживления кожных покровов, полученную согласно описанию патента Российского патентна №2026072, перемешивали с помощью механической мешалки до получения однородной массы. Полученную модифицированную мазь в количестве 1 г. наносили дважды с интервалом 2 дня на обожженную кожу крыс в межлопаточной области. В контрольных экспериментах, выполненных на 7 крысах-самцах линии Вистар общей массой 300 г, использовали мазь исходной рецептуры. В опытной группе, также состоящей из 7 животных, использовали для лечения ожога модифицированную эмульсией мазь. При ежедневном контроле состояния ожоговой раны фиксировали изменение площади ожога и время освобождения раны от ожогового струпа. При использовании полученной согласно описанию модифицированной мази площадь ожога уменьшалась существенно быстрее так, что рана освободилась от струпа в опытной группе через 6-7 дней, тогда как в контрольной группе процесс эпителизации и освобождения раны от струпа занимал в среднем 11 дней.

Пример 8. Использование дибромидов 1a-с в качестве компонентов культуральных сред. Влияние дибромидов 1a-с на биосинтез даунорубицина культурой S. Purpurogeniscleroticus ВБМ 81.

Культивирование стрептомицета S. Purpurogeniscleroticus ВБМ 81 в среде на основе соевой муки (исходная концентрация микробной культуры - 0,5 мг/см³, инкубирование на шуттеле в течение 10 суток при 28-29°С, 230 об/мин) в присутствии 2 об. % дибромидов 1a-с (1а:1b:1с = 1:2:1) привело к увеличению биомассы стрептомицета в 3,5 раза и выхода даунорубицина в 10,5 раза по сравнению с контрольным опытом.

Литература

1. RU 2497801 Михайлова З.А., Тютюнов А.А., Игумнов С.М., Стерлин СР. Окса- и полиоксаперфторалкилбромиды и способ их получения.

2. А.Ю. Плетнёва. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук, М., МГА ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина, 2007.

3. RU 2237473 Дроботов В.Н. Кричевский А.Л.; Галеев И.К.; Лоскутников С.Ю.; Казанин К.С. СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ РАН.

4. RU 2225209 Захаров В.Ю. Горшков Ю.В. Дедов А.С. Любимов А.Н. Осипов А.П. Средство для лечения ожогов и ран.

5. RU 2259819 Кузнецова И.Н., Маевский Е.И., Германов Е.П. ЭМУЛЬСИЯ ПЕРФТОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ.

6. КЛИГУНЕНКО Е.Н. и др. Местное применение перфторана в комплексном лечении длительно заживающих ран, в кн.: Перфторорганические соединения в биологии и медицине. - Пущино, 1999, с. 146-149.

7. Хрупкий В.И. Писаренко Л.В. Мороз В.В. Хоменчук А.И. Использование эмульсии перфторуглеродов в местном лечении ран, осложненных хирургичекой инфекцией / Вестник хирургии им. И.И. Грекова. 1997, T. 156. N 4. - С. 53-55.

8. RU 2026072 Оксиноид О.Э„ Сидляров Д.П., Захаров В.В., Николаев А.В., Ахсянов У.У., Литвиненко Ю.А., Краснопольский Ю.М., Темиров Ю.П. СРЕДСТВО ДЛЯ СТИМУЛЯЦИИ РЕПАРАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ.