Influência do Par Iónico na Partição de Fluoroquinolonas

(1)

Influência do Par Iónico na

Partição de Fluoroquinolonas

Ana Isabel Caço

(2)

Resumo

• Introdução Geral

• _Objectivos

• Determinação das Constantes de Ionização

• Determinação do Coeficiente de Partição

• _{Influência do Par Iónico na Partição}

• Conclusões

(3)

Fluoroquinolonas



Elevado potencial terapêutico



Amplo espectro de actividade



Boa distribuição ao nível dos tecidos



Baixa incidência de efeitos secundários

Classe de compostos

antibacterianos sintéticos

(4)

Fluoroquinolonas

Ácido Nalidíxico

Cinchona officinalis

(5)

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 geração

excelentes resultados no aparelho respiratório Gatifloxacina Moxifloxacina Gemifloxacina Sitafloxacina Sarafloxacina 4ª idênticas às da 2ª geração

destaque no aparelho respiratório Orbifloxacina

Levofloxacina Sparfloxacina Grepafloxacina

3ª

aparelhos urinário, respiratório, sexual, gastrointestinal,

infecções da pele e ossos Norfloxacina Ciprofloxacina Ofloxacina Enoxacina 2ª aparelho urinário Ácido nalidíxico Ácido oxolínico Cinoxacina Ácido pipemídico 1ª Aplicações Fluoroquinolonas Geração

Fluoroquinolonas

(6)

Estrutura-Actividade

X N O F R7 R5 R1 COOH 1 3 4 5 6 7 8 R 2 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 N NH Controla prop. farmacocinéticas e actividade anaeróbia Ex: CF, CCl, CH, N X N O F R7 R5 R1 COOH 1 3 4 5 6 7 8 R 2 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 N NH Controla prop. farmacocinéticas e actividade anaeróbia Ex: CF, CCl, CH, N

(7)



Infecções do aparelho urinário



Infecções da aparelho respiratório



Infecções gastrointestinais



Infecções dos ossos



Infecções da pele e mucosas

Suplementos Alimentares

Agentes Terapêuticos

Aplicações

(8)

Acumulação nos tecidos

corporais

Eliminação de grandes

quantidades de fármaco

Doses Elevadas / Baixa Absorção

Motivação

(9)

Objectivos

 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 iões

(10)

Moxifloxacina / Sarafloxacina

N O OH O F H N N O H₃C . HCl N F O OH O N HN F . HCl Moxifloxacina Sarafloxacina

Moléculas Anfotéricas

[

]

[

]

[

]

[

]

(aq)

[ ]

(aq) 0 ) aq ( ) aq ( 2 ) aq (

H

Q

HQ

Q

HQ

=

+

±

+

−

(11)

Sarafloxacina N F O OH O N HN F N F O OH O N H2N F N F O O -O N HN F N F O O -O N H2N F HQo HQ± Q -k₁₂ k₁₁ K₁ K2 k₂₂ k₂₁ H₂Q+ N O OH O F H N _N O H₃C N O O -O F H N _N O H₃C N O OH O F H₂ N _N O H₃C N O O -O F H₂ N N O H₃C K₂ k₂₂ k₁₂ k₁₁ K₁ k₂₁ HQo HQ± Q -H₂Q+

Moxifloxacina / Sarafloxacina

Equílibrio de Protonação

Moxifloxacina

(12)

Constantes de Ionização

[

] [ ]

{

}

[ ]

[

+

]

+ ± ₊ = Q H H HQ HQ K 2 o 1

[ ][ ]

[

] [

]

{

o

}

2 HQ HQ H Q K + = ± + −

[ ][ ]

[

+

]

+ = Q H H HQ k 2 o 11

[ ][ ]

[ ]

o 12 HQ H Q k + − =

[ ][ ]

[ ]

± + − = HQ H Q k₂₂

[

][ ]

[

+

]

+ ± = Q H H HQ k 2 21 21 11 1 k k K = + 22 12 2 k 1 k 1 K 1 + = β=K1K2 =k11k12 = k21k22 M ac ro co n st an te s M ac ro co n st an te s M ic ro co n st an te s M ic ro co n st an te s

[ ]

[ ] [ ]

2 1 H H K Q f + + − + + β β =

[

]

[ ]

[ ] [ ]

2 1 21 H H K H k HQ f + + + ± + + β =

[

]

[ ]

[ ] [ ]

2 1 11 0 H H K H k HQ f + + + + + β =

[

]

[ ]

[ ] [ ]

2 1 2 2 H H K H Q H f + + + + + + 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 fr ac çã o m ic ro es p éc ie s

fracção positiva fracção negativa fracção anfotérica fracção neutra

(13)

Constantes de Ionização

Sarafloxacina Moxifloxacina 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) A b 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 1.0 240 260 280 300 320 340 360 380 λ (nm) A b s pH = 2,90 pH = 6,04 pH = 9,11 ( ) ( ) ( ) (COO ) (COOH) COOH pH COO A A A A pH − − α − − = ( )

[ ]

1

[ ]

1 2 2 2 1 21 COO K K H K H K K H k pH + + + α + + + − =

<=>

λ = 300,0 nm _λ_{= 284,0 nm}

(14)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 pH α (C O O -) Moxifloxacina 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 pH α (C O O -) Sarafloxacina

Constantes 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 fr ac çã o m ic ro es pé ci es

fracção positiva fracção negativa fracção anfotérica fracção neutra

(15)

Coeficiente de Partição

1-Octanol Sol. aquosa [X](o) [X](aq) T, P água ol oc

X

Partição

de

e

Coeficient

]

[

]

[

_tan

=

 Parâmetro físico-químico que caracteriza a lipofilicidade

 Para as Fluoroquinolonas

(16)

Coeficiente 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

(17)

-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 lo g (P a p 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 lo g (P a p p )

Coeficiente de Partição

Coeficiente de Partição Aparente

Moxifloxacina Sarafloxacina

 Distribuição com perfil parabólico em função do pH

 Máximo de lipofilicidade quando pH ≈ pI

pI = 5,5

(18)

-3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 pH L o g (P a p 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 lo g (P a p p )

Coeficiente de Partição

[ ]

        + + + = + + 11 12 11 21 app ow k H H k k k 1 P K

Coeficiente de Partição Verdadeiro

[

]

(aq) 0 ow

app K f HQ

P = ×

 Considerando as fluoroquinolonas compostos neutros para pH ≈ pI

• Moxifloxacina log(k_ow) = 1,01

• Sarafloxacina log(k_ow) = 0,864

(19)

Acetato (Ac)

Deoxicolato (Doc)

Mesilato

(Mes) Hidrogenomaleato (Hmal)

Contra-iões

Influência Par Iónico

) o ( 2 ) aq ( 2 ) aq ( ) aq ( 2

Q

Y

(

H

Q

Y

)

(

H

Q

Y

)

H

+

−

⇔

+ −

⇔

+ −



_{Sistema 1-octanol /solução aquosa}

Formação de pares iónicos (H₂Q+_Y-₎

Reduzir ou neutralizar a carga electrostática global

Aumentar a lipofilicidade das

Fluoroquinolonas

(20)

Influência Par Iónico : pH

Moxifloxacina 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 5.0 7.0 9.0 pH Pa p p

Branco Ac Mes Doc

 pH = 5,0 Papp aumentou 1,4x com o Ac

 pH = 9,0 Papp diminuiu

 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 7.0 pH Pa p p

(21)

Influência Par Iónico :

QA

_QA

+

/Y

_/Y

-

-0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1:1 1:10 1:50 1:100 QA+_/Y -Pa p p Branco Ac Mes 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 1:1 1:10 _QA+_/Y- 1:50 1:100 Pap p

Branco Ac Mes Doc

pH=5,0

pH=7,0

Moxifloxacina

_Ac_→_{aumento gradual Papp}

_Mes_→_{máximo de Papp para 1/50}

 Ac

 Mes máximo de Papp para 1/10

(22)

 Ac → máximo de Papp para 1/1

_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 _QA+_/Y- 1:50 1:100 Pap p Branco Ac Mes pH=5,0 pH=3,0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 1:1 1:10 _QA+_/Y- 1:50 1:100 Pa p p

Branco Ac Mes Hmal

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 1:1 1:10 _QA+_/Y- 1:50 1:100 Pa p p

Branco Ac Mes Doc pH=7,0

Influência Par Iónico :

QA

_QA

+

/Y

_/Y

-

-Sarafloxacina

Sarafloxacina

_Ac_→_{máximo de Papp para 1/10}

(23)

Conclusões

• 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

(24)

Trabalho 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.