Вольтамперометрическое определение галонала, галодифа и мельдония на модифицированных углеродсодержащих электродах

Актуальность темы исследования. В последние годы наблюдается тенденция
ускорения процессов поиска и разработки методов синтеза биологически
активных формул, используемых в диагностике, профилактике и лечении
различных заболеваний. Поэтому проблема аналитического сопровождения
является крайне актуальной задачей на каждом этапе «жизни» лекарственного
вещества – с момента синтеза и доклинических исследований до контроля
качества при производстве каждой партии готового лекарственного средства.
Поэтому, одним из необходимых критериев, предъявляемых к современным
методам определения является универсальность, то есть возможность применения
данного метода для идентификации и количественного анализа органических
веществ, обладающих биологической активностью, в различных объектах:
фармацевтических субстанциях, готовых лекарственных формах, биологических
средах. Используемые методы должны обеспечивать широкий диапазон
определяемых концентраций, низкий предел обнаружения и определения
веществ.
Одним из перспективных инструментальных методов, который может быть
использован наряду с хроматографическими методами, является
вольтамперометрия, обладающая высокой чувствительностью определения (до
10-12 г/дм3), достаточной точностью, имеет возможность полной автоматизации
процесса определения при относительно умеренной стоимости аппаратурного
обеспечения. [1]. Разнообразие вольтамперометрических вариантов (прямой и
инверсионной) позволяет решать большое количество аналитических задач в
медицине и фармации: изучение биологической активности при учете сходного
протекания процессов окисления/восстановления in vivo, изучение
фармакокинетики и фармакодинамики вещества, а также контроль качества
готовых лекарственных форм [2].
Использование различных видов модификаторов позволяет расширить
область применения вольтамперометрии, и решать такие задачи в фармации, как:
взаимодействие в системе «лекарственное вещество:рецептор», изучение
энантиомерной принадлежности для оценки качества синтезированной партии
вещества, обнаружение контрафактной продукции, определение потерь активной
субстанции вещества при неправильном хранении либо транспортировке
вещества.
Объектами исследования являются лекарственные вещества
синтетического происхождения – галонал (5–этил–5-фенил-I-о-фтор-
бензоилбарбитуровая кислота), галодиф (1-[(3-хлорфенил)
(фенил)метил]мочевина) и мельдоний (3-(2,2,2-триметилгидразиний) дигидрат).
Галонал и галодиф – перспективные вещества для лечения алкоголизма и
купирования абстиненции, наряду с этим, в доклинических и клинических
исследованиях доказана эффективность галодифа как противосудорожного
препарата, не имеющего побочных эффектов, характерных для данной
фармакологической группы: сонливости, заторможенности, нарушений половых
функций и т.д. Мельдоний – вещество, эффективность которого доказана на
многочисленных исследованиях при таких заболеваниях, как: сахарный диабет,
сосудистые патологии, ишемическая болезнь сердца и др. Разработка методик
определения данных веществ необходима для проведения дополнительных
фармакологических исследований и дополнительного контроля содержания
данных веществ на всем цикле производства препаратов.
Таким образом, применение вольтамперометрии целесообразно в условиях
современной аналитической практики, поэтому целью данной работы является
проведение исследований по физико-химическому поведению некоторых
лекарственных веществ (галонал, галодиф и мельдоний) на модифицированных
углеродсодержащих электродах, а также разработка новых методик
вольтамперометрического определения изучаемых лекарственных веществ в
фармацевтических препаратах и биологических средах.
Для этого определены следующие задачи:
1) Осуществить выбор рабочих условий вольтамперометрического определения
галонала, галодифа, мельдония на углеродсодержащих электродах, в т.ч. и
модифицированных.
2) Разработать методики модификации поверхности графитовых и
стеклоуглеродных электродов арендиазония тозилатами для определения
галонала и мельдония;
3) Изучить закономерности физико-химических процессов окисления-
восстановления галонала, галодифа и мельдония на углеродсодержащих
электродах;
4) Провести оценку мешающего влияния вспомогательных компонентов на
аналитический сигнал определяемых лекарственных веществ, разработать
условия пробоподготовки таблеток и капсул;
5) Разработать методики количественного химического анализа лекарственных
препаратов на содержание галонала и галодифа, биологических жидкостей на
содержание мельдония методом вольтамперометрии. Рассчитать основные
метрологические характеристики разработанных методик.
Научная новизна:
1. Впервые разработаны вольтамперометрические условия определения
органических веществ (галонала на стеклоуглеродном и на модифицированном
стеклоуглеродном электродах на фоне 0,1М Na2SO3; галодифа на золото-
графитовом электроде на фоне боратного буферного раствора с рН 9,18;
мельдония на золото-графитовом электроде, модифицированного солями
арендиазония на фоне буферного раствора Бриттона-Робинсона);
2. Впервые для определения галонала и мельдония предложен способ
модифицирования углеродсодержащих электродов арендиазония тозилатами с
различными заместителями и проведено исследование поверхности электрода с
помощью зондовой микроскопии;
3. Предложен алгоритм хемометрической обработки вольтамперных кривых
для оценки содержания энантиомерных форм в субстанции галодифа;
4. Впервые исследована природа электрохимического процесса
бензоилпроизводных барбитуровой кислоты – определена как квазиобратимая;
установлен механизм реакции восстановления; рассчитаны следующие физико-
химические параметры: коэффициент диффузии, эффективный коэффициент
переноса катодного процесса; эффективные константы диссоциации галонала.
Определены закономерности влияния структур бензоильных производных
фенобарбитала на потенциал пика, определен вклад физической адсорбции в
электрохимический процесс;
5. Впервые разработан вольтамперометрический способ определения мельдония
в присутствии L-карнитина на золото-графитовом электроде, модифицированного
АДТ;
6. Предложен алгоритм методик вольтамперометрического определения галонала,
галодифа и мельдония в различных объектах.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость
работы заключается в выявленных закономерностях получаемого аналитического
сигнала производных бензоилбарбитуратов от вида заместителя и его положения;
установлении механизма электровосстановления галонала как представителя
бензоилбарбитуратов. Данные о дифференцировании сигналов энантиомеров
позволят дополнить научные знания в данной области. Разработанные методики
вольтамперометрического определения изучаемых препаратов рекомендованы
для применения в рамках фармакокинетических исследований, а также
определений для контроля содержания лекарственных веществ в биологических
объектах (кровь, моча) и фармацевтических препаратах, что и является
практической значимостью работы.
Личный вклад автора. Заключается в сборе, анализе и переработке
литературных данных, непосредственное выполнение экспериментальной части
исследовательской работы, статистической обработке полученных данных, а
также публикация полученных результатов в виде тезисов и статей.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследований вольтамперометрического поведения галонала,
галодифа и мельдония с учетом влияния различных факторов (материал
электрода, рН фонового электролита, и др.);
2. Результаты исследований о зависимости строения ряда
бензоилбарбитуратов на регистрируемый электрохимический сигнал, механизм
реакции восстановления галонала;
3. Способ модификации поверхности углеродсодержащих электродов для
вольтамперометрического определения мельдония, галодифа, и галонала;
4. Способ оценки соотношения содержания энантиомерных форм в образцах
галодифа с использованием хемометрической обработки данных;
5. Результаты исследований по оценке возможности одновременного
вольтамперометрического определения мельдония и L-карнитина.
6. Методики определения галонала, галодифа и мельдония в лекарственных
формах и биологических объектах.
Степень достоверности и апробация результатов. Основные результаты
диссертации обсуждались на XVII Международной научно-практической
конференции студентов и молодых ученых имени профессора Л.П. Кулева,
посвященной 120-летию Томского политехнического университета «Химия и
химическая технология в XXI веке» (Томск, 2016); XX Менделеевском съезде по
общей и прикладной химии (Екатеринбург, 2016); XIII Международной
конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития
фундаментальных наук» (Томск, 2016); IX Всероссийской конференции по
электрохимическим методам анализа с международным участием и молодежной
научной школой «ЭМА-2016» (Екатеринбург, 2016); X Всероссийской научной
конференции с международным участием «Аналитика Сибири и Дальнего
Востока» (Барнаул, 2016); XVIII Международной научно-практической
конференции имени профессора Л.П. Кулёва «Химия и химическая технология в
XXI веке» (Томск, 2017); VI Международной научной конференции
«Теоретическая и экспериментальная химия» (Караганда, 2017); V
Республиканской конференции по аналитической химии с международным
участием «Аналитика РБ – 2017» (Минск, 2017); XIX Международной научно-
практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва «Химия и химическая
технология в XXI веке» (Томск, 2018); XXI Всероссийской конференции молодых
ученых-химиков (с международным участием) (г. Нижний Новгород, 2018); VI
Республиканской конференции по аналитической химии с международным
участием «Аналитика РБ – 2018» (Минск, 2018); Международной научно-
практической конференции «Интеграция науки, образования и производства –
основа реализации Плана нации» (Сагиновские чтения № 10), (Караганда, 2018);
XX Международной научно-практической конференции имени профессора Л.П.
Кулёва «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2019).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 19 работ, из
них 3 статьи в журналах, индексируемых в базах Scopus и 1 статья в журнале,
рекомендованного ВАК. Получен 1 патент на изобретение.
Благодарности. Автор выражает огромную благодарность своему научному
руководителю, д.х.н., профессору Слепченко Галине Борисовне за полученные
знания, а также поддержку и советы; д.х.н., профессору Филимонову Виктору
Дмитриевичу за помощь в проведении квантово-химических расчетов и за
консультации по органической химии и механизмам ОВР, Хорсову Н.Н. за
проведение хемометрической обработки данных.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 126 страницах
машинописного текста, содержит 53 рисунка, 22 таблицы, состоит из введения, 4
глав, заключения, списка цитируемой литературы, включающего 107
наименований, и 3 приложения.