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Influência do Par Iónico na Influência do Par Iónico na Partição de FluoroquinolonasPartição de Fluoroquinolonas
Ana Isabel Caço
Orientadora: Profª. Doutora Isabel M. Marrucho
ResumoResumo
• Introdução Geral
• Objectivos
• Determinação das Constantes de Ionização
• Determinação do Coeficiente de Partição
• Influência do Par Iónico na Partição
• Conclusões
FluoroquinolonasFluoroquinolonas
Elevado potencial terapêutico
Amplo espectro de actividade
Boa distribuição ao nível dos tecidos
Baixa incidência de efeitos secundários
Classe de compostos Classe de compostos
antibacterianos sintéticosantibacterianos sintéticos
FluoroquinolonasFluoroquinolonas
Ácido NalidíxicoCinchona officinalis
Quinina
gram-negativos Excelente
gram-positivos Excelente
estirpes resistentes
gram-negativos Boa
gram-positivos Boa
estirpes resistentes 2ª Geração
gram-negativos Excelente
gram-positivos Limitada
gram–negativos Moderada
Actividade
idênticas às da 2ª geraçãoexcelentes resultados no aparelho respiratório
GatifloxacinaMoxifloxacinaGemifloxacinaSitafloxacinaSarafloxacina
4ª
idênticas às da 2ª geraçãodestaque no aparelho respiratório
OrbifloxacinaLevofloxacinaSparfloxacinaGrepafloxacina
3ª
aparelhos urinário, respiratório, sexual, gastrointestinal, infecções da pele e ossos
NorfloxacinaCiprofloxacinaOfloxacinaEnoxacina
2ª
aparelho urinário
Ácido nalidíxicoÁcido oxolínicoCinoxacinaÁcido pipemídico
1ª
AplicaçõesFluoroquinolonasGeração
FluoroquinolonasFluoroquinolonas
Estrutura-ActividadeEstrutura-Actividade
X N
O
F
R7
R5
R1
COOH
1
345
6
78
R2
2
Essencial na ligação à DNA-girase.
Muito próximo à
ligação da DNA-
girase.
Controla a potência Global
Grupos volumosos aumentam
a actividade
Ex:
F
F
Ex: H
Controla a actividade gram- positivos
Ex: NH2
OH
CH3
Essencial
no transporte destas
moléculas para
o interior das
células
Controla a potência
global, actividade
e propriedades
farmacocinéticas
Ex:
N
H2N
NNH
Controla prop.
farmacocinéticas
e actividade anaeróbia
Ex: CF, CCl, CH, N
X N
O
F
R7
R5
R1
COOH
1
345
6
78
R2
2
Essencial na ligação à DNA-girase.
Controla a potência Global
Grupos volumosos aumentam
a actividade
Ex:
F
F
Controla a actividade gram- positivos
Ex: NH2
OH
CH3
Essencial
no transporte destas
moléculas para
o interior das
células
Controla a potência
global, actividade
e propriedades
farmacocinéticas
Ex:
N
H2N
NNH
Controla prop.
farmacocinéticas
e actividade anaeróbia
Ex: CF, CCl, CH, N
Infecções do aparelho urinário
Infecções da aparelho respiratório
Infecções gastrointestinais
Infecções dos ossos
Infecções da pele e mucosas
Suplementos Alimentares
Agentes Terapêuticos
AplicaçõesAplicações
Acumulação nos tecidos corporais
Eliminação de grandes quantidades de fármaco
Doses Elevadas / Baixa Absorção
MotivaçãoMotivação
Desenvolvimento de resistência bacteriana
ObjectivosObjectivos
Determinar as constantes de ionização de duas fluoroquinolonas:
a moxifloxacina e a sarafloxacina
Descrever detalhadamente a distribuição das microespécies em
solução aquosa em função do pH
Determinar os coeficientes de partição aparente e verdadeiro,
no sistema 1-octanol/sol. aquosa na gama de pH de 3,0 a 9,0
Determinar a influência de par iónico na lipofilicidade destas
fluoroquinolonas na mesma gama de pH usando diferentes contra-
iões
Moxifloxacina / SarafloxacinaMoxifloxacina / Sarafloxacina
N
O
OH
O
F
HN
N
O
H3C
. HCl
N
F
O
OH
O
N
HN
F
. HCl
Moxifloxacina Sarafloxacina
Moléculas Anfotéricas
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] )aq()aq(0
)aq()aq(2)aq( QHQHQQHHQ −±+ +++=
Compostos hidrofílicos e dipróticos
Sarafloxacina
N
F
O
OH
O
NHN
F
N
F
O
OH
O
NH2N
F
N
F
O
O-
O
NHN
F
N
F
O
O-
O
NH2N
F
HQo
HQ±
Q-
k12k11
K1 K2
k22k21
H2Q+
N
O
OH
OF
HN
N
OH3C
N
O
O-
O
FHN
N
OH3C
N
O
OH
OF
H2N
N
OH3C
N
O
O-
OF
H2N
N
OH3C
K2
k22
k12k11
K1
k21
HQo
HQ±
Q-
H2Q+
Moxifloxacina / SarafloxacinaMoxifloxacina / Sarafloxacina
Equílibrio de Protonação
Moxifloxacina
Constantes de IonizaçãoConstantes de Ionização
[ ] [ ]{ } [ ][ ]+
+± +=
QH
H HQ HQ K
2
o
1
[ ] [ ][ ] [ ]{ }o
2
HQ HQ
H QK
+=
±
+−
[ ] [ ][ ]+
+
=QH
H HQk
2
o
11
[ ] [ ][ ]o
12
HQ
H Qk
+−
=[ ] [ ]
[ ]±
+−
=HQ
H Qk22
[ ] [ ][ ]+
+±
=QH
H HQk
2
21
21111 kkK +=
22122 k
1
k
1
K
1+=
2221121121 kkkkKK ===β
Mac
roco
nst
ante
sM
acro
con
stan
tes
Mic
roco
nst
ante
sM
icro
con
stan
tes
[ ][ ] [ ]2
1 HH KQf
++
−
++β
β=
[ ] [ ][ ] [ ]2
1
21
HH K
HkHQf
++
+±
++β=
[ ] [ ][ ] [ ]2
1
110
HH K
HkHQf
++
+
++β=
[ ] [ ][ ] [ ]2
1
2
2
HH K
HQHf
++
++
++β=
Moxifloxacina
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
pH
frac
ção
mic
roes
péc
ies
fracção positiva fracção negativa fracção anfotérica fracção neutra
pI = 7,8
Constantes de IonizaçãoConstantes de Ionização
SarafloxacinaMoxifloxacina
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
240 260 280 300 320 340 360 380
λ (nm)
Ab
s
pH = 2,90
pH = 6,04
pH = 9,11
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
240 260 280 300 320 340 360 380λ (nm)
Ab
s
pH = 2,90
pH = 6,04
pH = 9,11
( ) ( ) ( )
( ) ( )COOHCOO
COOHpH
COO
AA
AApH
−
−α
−
− = ( ) [ ][ ] [ ] 211
2
2121
COO
KKHKH
KKHkpH
++
+α
++
+
− =<=>
λ = 300,0 nm λ = 284,0 nm
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
2.5 4.5 6.5 8.5 10.5pH
α(C
OO
-)
Moxifloxacina
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
2.5 4.5 6.5 8.5 10.5pH
α(C
OO
-)
Sarafloxacina
Constantes de IonizaçãoConstantes de Ionização
Sarafloxacina
Constantes ionização Moxifloxacina Sarafloxacina
Macro
pK1
pK2
6,23
9,08
4,12
6,78
Micro
pk11
pk12
pk21
pk22
7,53
7,78
6,26
9,05
5,58
6,79
4,11
5,32
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0
pH
frac
ção
mic
roes
péci
es
fracção positiva fracção negativa fracção anfotérica fracção neutra
pI = 5,5
Coeficiente de PartiçãoCoeficiente de Partição
1-Octanol
Sol. aquosa
[X](o)
[X](aq)
T, P
água
oloc
X
XPartiçãodeeCoeficient
][
][ tan=
Parâmetro físico-químico que caracteriza a lipofilicidade
Para as Fluoroquinolonas
Verdadeiro Aparente
Coeficiente de PartiçãoCoeficiente de Partição
Método da Agitação
Volumes iguais (5mL)
Sol. antib. + 1-Octanol
Depois de separadas ambas
as fases foram analisadas por
espectrofotometria UV
Sujeitos a agitação 24 h
Agitador orbital
T = 25,0 ± 0,1 ºC
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0
pH
log
(Pap
p)
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
1.0 3.0 5.0 7.0 9.0 11.0
pH
log
(Pa
pp
)
Coeficiente de PartiçãoCoeficiente de Partição
Coeficiente de Partição Aparente
Moxifloxacina Sarafloxacina
Distribuição com perfil parabólico em função do pH
Máximo de lipofilicidade quando pH ≈ pI
pI = 5,5pI = 7,8
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.50.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0
pH
Lo
g(P
ap
p)
SarafloxacinaMoxifloxacina
-2.0
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0
pH
log
(Pap
p)
Coeficiente de PartiçãoCoeficiente de Partição
[ ][ ]
+++=
+
+11
12
11
21appow
k
H
H
k
k
k1PK
Coeficiente de Partição Verdadeiro
[ ] )aq(0
owapp HQfKP ×=
Considerando as fluoroquinolonas compostos neutros para pH ≈ pI
• Moxifloxacina log(kow) = 1,01
• Sarafloxacina log(kow) = 0,864
A Moxifloxacina é mais lipofílica que a Sarafloxacina
Acetato (Ac)
Deoxicolato (Doc)
Mesilato (Mes) Hidrogenomaleato (Hmal)
Contra-iões
Influência Par IónicoInfluência Par Iónico
)o(2)aq(2)aq()aq(2 )Y QH()Y QH(YQH −+−+−+ ⇔⇔+
Sistema 1-octanol /solução aquosa
Formação de pares iónicos
(H2Q+ Y-)
Reduzir ou neutralizar a carga
electrostática global
Aumentar a lipofilicidade
das
Fluoroquinolonas
Objectivo
Influência Par Iónico : pHInfluência Par Iónico : pH
Moxifloxacina
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
5.0 7.0 9.0pH
Pa
pp
Branco Ac Mes Doc
pH = 5,0 Papp aumentou 1,4x com o Ac
pH = 7,0 Papp aumentou 1,3x com o Ac
pH = 9,0 Papp diminuiu
pH = 3,0 Papp aumentou 2,0x com o Ac
pH = 5,0 Papp aumentou 1,3x com o Mes
pH = 7,0 Papp aumentou 1,5x com o Doc
Sarafloxacina
0
0.2
0.4
0.6
3.0 5.0 7.0pH
Pa
pp
Branco Ac Mes Hmal Doc
Influência Par Iónico : Influência Par Iónico : QAQA++/Y/Y--
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1:1 1:10 1:50 1:100QA+/Y-
Pa
pp
Branco Ac Mes
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1:1 1:10 1:50 1:100QA+/Y-
Pap
p
Branco Ac Mes Doc
pH=5,0
pH=7,0
MoxifloxacinaMoxifloxacina
Ac → aumento gradual Papp
Mes → máximo de Papp para 1/50
Ac
Mes máximo de Papp para 1/10
Doc
Ac → máximo de Papp para 1/1
Mes → máximo de Papp para 1/50
Ac → efeito nulo em Papp
Mes → máximo de Papp para 1/50
Doc → máximo de Papp para 1/1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
1:1 1:10 1:50 1:100QA+/Y-
Pa
pp
Branco Ac Mes
pH=5,0
pH=3,0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
1:1 1:10 1:50 1:100QA+/Y-
Pap
p
Branco Ac Mes Hmal
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
1:1 1:10 1:50 1:100QA+/Y-
Pap
p
Branco Ac Mes Doc
pH=7,0
Influência Par Iónico : Influência Par Iónico : QAQA++/Y/Y--
SarafloxacinaSarafloxacina
Ac → máximo de Papp para 1/10
Mes → máximo de Papp para 1/50
Hmal → máximo de Papp para 1/50
ConclusõesConclusões
• As fluoroquinolonas são compostos anfotéricos com equilíbrios de protonação complexos
• Em solução aquosa podem existir sob a forma de 4 microespécies, cuja concentração relativa depende do pH
• A distribuição do Papp apresenta uma forma parabólica com o valor máximo próximo do pI
• A moxifloxacina é um composto mais lipofílico do que a sarafloxacina
• É possível aumentar a lipofilicidade das fluoroquinolonas através da formação de pares iónicos, na presença de contra-iões adequados
• Moxifloxacina aumentou 1,4x o Papp a pH = 5,0 com o ião acetato• Sarafloxacina aumentou 2,0x o Papp a pH = 3,0 com o ião acetato
Trabalho FuturoTrabalho Futuro
• Determinação experimental de propriedades termodinâmicas de outras fluoroquinolonas
• Desenvolvimento de modelos QSAR
• Estudo do efeito de par iónico com outras fluoroquinolonas e outros contra-iões
• Utilização de técnicas como o RMN ou FTIR para compreensão a nível molecular de alguns efeitos produzidos pelos contra-iões
• Estudo da lipofilicidade das fluoroquinolonas noutros sistemas, como por exemplo lipossomas/solução aquosa
• Desenvolvimento de novos compostos com actividade biológica baseados em líquidos iónicos usando as fluoroquinolonas como princípio activo farmacêutico.
