Судебно-медицинская экспертиза отравлений наркотическими веществами, психотропными средствами и алкоголем. Сборник научных трудов по материалам Всероссийского совещания судебно-медицинских экспертов, наркологов и криминалистов с участием представителей правоохранительных органов (г.Казань, 11-14 сентября 2001 г.)

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КАННАБИНОИДОВ.

Катаев С.С.

Пермское областное бюро судебно-медицинской экспертизы (нач.-Перминов В.И.)

В теоретической химии широкое распространение получило применение различных программ для расчетов свойств атомов, молекул и направлений реакций. В большинстве своем данные программы используются в фундаментальной химии. В то же время, в последние годы появились прикладные программы, которые могут найти широкое применение в судебной и токсикологической химии для разработки методов изолирования и выделения новых наркотических и лекарственных препаратов, а так же мало изученных метаболитов многих известных веществ из биологического материала. Оптимальные условия выделения исследуемых соединений, помимо знания процессов распределения, метаболизма и выведения, зависят от комплекса факторов: константы диссоциации, коэффициента распределения октанол/вода, очевидного коэффициента распределения октанол/вода, коэффициента адсорбции, растворимости в воде при различных значениях рН. Для ряда наиболее широко распространенных соединений имеются данные, полученные экспериментальным путем, которые приведены в известных справочниках [1, 2]. Однако, когда речь идет о новых или мало изученных веществах (в том числе и метаболитах) для построения схемы анализа последних, эксперту немалую помощь может оказать использование прикладных программ для расчета физико-химических свойств.

В данной работе с использованием программ ACD/Labs приведены результаты расчетов рКа, log Р, растворимости в воде для трех хорошо изученных соединений: морфина, фенобарбитала и амфетамина. Данные расчетов сопоставлены с литературными данными. Так же приведены результаты расчетов физико-химических свойств каннабиноидов: ТГК, КНД, КНБ и основных метаболитов ТГК: 11-ОН-ТГК, 8,11-диОН-ТГК, ТГК-кислота, глюкоуронид ТГК, глюкоуронид ТГК-кислоты.

Методы.

Результаты расчетов получены с использованием "ACD/I-Lab service" (Advanced Chemistry Development Inc., Toronto, Canada) по программам ACD/LogP v4.5, ACD/pKa v4.56, ACD/LogD v4.56, ACD/Aqueous Solubility v4.0, ACD/Adsorption Coefficient v4.0.

Результаты и обсуждение.

В таблице 1 приведены результаты расчетов физико-химических свойств (рКа, log Р, растворимости в воде) и их значения, полученные экспериментальным путем, для фенобарбитала, морфина, амфетамина.

Таблица 1. Результаты расчетов и экспериментальные значения рКа, log Р, растворимости в воде.
 

Соединение

рКа

Log Р

Растворимость в воде

Расчет

Лит-ра

Расчет

Лит-ра

Расчет, г/л*

Лит-ра

Фенобарбитал

7,63± 0,2

12,34± 0,5

7,23; 

11,77 [2]

1,71± 0,28

1,4 [1]

0,34

1:1000 [3]

Морфин

8,16± 0,4

9,72± 0,6

8,0;

9,9 [1]

1,27± 0,66

1,03 [4]

2,45

1:5000 [1]

Амфетамин

9,94± 0,1

9,9 [1]

1,81± 0,2

1,8 [1]

1326

1:50 [1]

* значение приведено для рН 7.

Как видно из таблицы 1 результаты расчетов рКа, log Р близки к величинам приведенным в литературе. Результаты расчета растворимости имеют некоторое расхождение с литературными данными. Это может быть обусловлено заданными условиями расчета (рН и температура), что в условиях эксперимента зависит от множества факторов и может изменяться в течении времени, как в случае амфетамина, при растворении которого в воде будет происходить смещение рН, за счет его основных свойств. И если при рН 7 растворимость амфетамина по результатам расчета составит 1326 г/л, то при рН 9 растворимость снижается до 24,9 г/л.

В таблицах 2 и 3 приведены результаты расчетов рКа, log Р, растворимости в воде, очевидного коэффициента распределения log D и коэффициента адсорбции log Koc для каннабиноидов (ТГК, КНД, КНБ) и основных метаболитов ТГК.

Таблица 2. Результаты расчетов значений рКа, log Р, растворимости в воде для каннабиноидов и основных метаболитов ТГК.
 

Соединение

рКа

Log Р

Растворимость в воде, г/л

рН2

рН7

рН11

рН14

КНД

9,6± 0,5

11,1± 0,5

7,16± 0,34

4,5.10-6

4,5.10-6

2,2.10-4

0,41

КНБ

9,4± 0,4

7,35± 0,4

2,7.10-6

2,7.10-6

9,8.10-5

9,8.10-5

ТГК

9,8± 0,6

7,64± 0,35

1,2.10-6

1,2.10-6

2,0.10-5

2,0.10-5

11-ОН-ТГК

9,8± 0,6

5,96± 0,36

1,4.10-4

1,4.10-4

2,2.10-3

0,26

8,11-диОН-ТГК

9,7± 0,7

4,62± 0,38

6,0.10-3

6,0.10-3

0,1

24,6

ТГК кислота

4,6± 0,4

9,8± 0,4

6,12± 0,38

3,4.10-4

0,077

23,5

34,2

Глюкоуронид ТГК

2,8± 0,7

5,21± 0,49

6,3.10-4

3,56

4,1

49,9

Глюкоуронид ТГК к-ты

2,7± 0,7

6,12± 0,57

7,7.10-5

0,39

2,65

71,2

Таблица 3. Результаты расчетов значений log D, log Koc для каннабиноидов и основных метаболитов ТГК.
 

Соединение

Log D (± 1,0)

Коэффициент адсорбции log Koc (± 1,0)

рН2

рН7

рН11

рН14

рН2

рН7

рН11

рН14

КНД

7,2

7,1

5,5

2,2

5,3

5,3

3,6

0,3

КНБ

7,3

7,3

5,8

4,2

5,4

5,4

3,8

2,2

ТГК

7,6

7,6

6,4

4,5

5,5

5,5

4,3

2,4

11-ОН-ТГК

5,9

5,9

4,8

2,7

4,6

4,6

3,4

1,4

8,11-диОН-ТГК

4,6

4,6

3,4

1,0

3,9

3,9

2,7

0,3

ТГК кислота

6,2

3,8

1,3

1,2

4,7

2,4

0

0

Глюкоуронид ТГК

4,9

1,2

1,1

0,0

3,9

0,2

0,1

0

Глюкоуронид ТГК к-ты

5,8

2,1

1,2

-0,2

4,4

0,6

0

0

Несмотря на широкий интерес к каннабиноидам и родственным им соединениям со стороны исследователей, остается проблематичным изучение физико-химических свойств последних, по причине сложности получения, выделения и лабильности большинства названных соединений. В литературе имеются ограниченные данные лишь по свойствам ТГК: рКа 10,6; трудно растворим в воде (1 более чем в 10000) [1]. Однако константа диссоциации не всегда в достаточной мере может выражать свойства вещества в процессе исследования. Так ряд авторов, при анализе мочи и плазмы [5], проводили выделение ТГК, КНБ, КНД, гидроксильных метаболитов ТГК при pH 13, а ТГК кислоту при рН 4-5. Другие [6], при исследовании мекониума использовали реэкстракцию при рН14 для разделения "кислых" (ТГК кислота, 8,11-диОН-ТГК) и "нейтральных" (ТГК, моногидроксипроизводные ТГК) соединений. Данное противоречие между традиционным представлением в анализе о роли константы диссоциации, объясняется фактором высокой липофильности каннабиноидов и очевидным коэффициентом распределения октанол/вода. Из таблицы 3 видно как изменяется величина log D от рН среды, причем даже при значении рН 14 для ТГК и КНБ данная величина столь значительна, что данные соединения могут экстрагироваться в органическую фазу.

Липофильность - важное физико-химическое свойство вещества, являющегося предметом химико-токсикологического анализа. Данная величина во многом взаимосвязана с биологической доступностью, накоплением и выведением вещества из организма, а так же с методами изолирования и выделения в процессе химического исследования биологического материала. Новые современные методы, такие как обращенно-фазная ВЭЖХ, позволяют, используя незначительные количества субстратов, проводить определение log Р. В некоторых случаях они имеют более высокую достоверность, нежели традиционный экстракционный метод определения коэффициента распределения октанол/вода [7]. Последнее обусловлено низкой растворимостью каннабиноидов в воде и их адгезией на поверхности стекла. Tomas с коллегами [7] определили с помощью ВЭЖХ log Р для каннабиноидов (ТГК, КНБ, КНД) и активного метаболита ТГК - 11-ОН-ТГК, соответственно 6,97; 6,23; 5,79; 5,33. Аналогичным методом для ТГК кислоты была определена величина log Р, которая составила 7,95 [8]. Как видно из Таблиц 1 и 2 полученные в результате расчетов значения log Р сравнимы с экспериментальными данными. Это показывает возможность применения расчетов для предварительной оценки значения log Р. При этом, использование расчетов является быстрым и наглядным методом.

В работе Takacsne [9] проведено сравнительное исследование ряда программ для расчета log Р и экспериментально полученных значений у 28 соединений, в котором корреляция предсказания для программы ACD/LogP составила 0,942, при интервале значений 0,983-0,909 для других программ.

Коэффициент адсорбции еще одна из величин, тесно связанных с липофильностью. Как видно из таблицы 3 в нейтральной и кислой среде большинство соединений имеют высокое значение log Koc. Для ТГК, КНБ и 11-ОН-ТГК даже при рН 14 эти величины столь значительны, что может вести к сорбции данных соединений из водного раствора поверхностью стекла или материалами, используемыми в процессе фильтрации. Именно с целью снижения потерь веществ за счет адсорбции, в анализе каннабиноидов и их метаболитов широко применяется силанизированная посуда. К адсорбции относятся и основные потери каннабиноидов, происходящие при хранении биологических образцов (крови, мочи) в стеклянной и полимерной посуде [10, 11]. Потери за счет сорбции удается снизить, если хранение образцов происходит в силанизированной стеклянной посуде, которая позволяет без переноса образца проводить анализ [12].

Как видно из предоставленных расчетов и известных свойств каннабиноидов, применение программ для расчета физико-химических величин: log Р, рКа, log D, log Koc, растворимости в воде, в совокупности, позволяет построить схему анализа и спрогнозировать поведение исследуемого соединения в процессах изолирования, жидкость-жидкостной, либо твердофазной экстракции.

Сокращения

8,11-диОН-ТГК - 8,11-дигидрокси-D 9-тетрагидроканнабинол;

11-ОН-ТГК - 11-гидрокси-D 9-тетрагидроканнабинол;

log D - логарифм очевидного коэффициента распределения октанол/ вода;

log Koc - логарифм коэффициента адсорбции;

log Р - логарифм коэффициента распределения октанол/ вода;

рКа - логарифм константы диссоциации;

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография

КНБ - каннабинол;

КНД - каннабидиол;

ТГК - D 9-тетрагидроканнабинол;

ТГК-кислота - 11-нор-9-карбокси-D 9-тетрагидроканнабинол.

Литература

  1. Clarke's isolation and identification of drugs. Second edit. The Parm. Press, London, 1986, 1224 P.
  2. Toxicologycal Analysis. Ed. Mueller R.K., MOLINApress Leipzig, 1995, p.388-389.
  3. Беркенгейм А.М. Практикум по синтетическим лекарственным и душистым веществам и фотореактивам. Гос. научно-техн. издательство хим. лит. Москва-Ленинград, 1942, с.35-36.
  4. Carmichael F., Israel Y.// J.Pharmacol Exp.Ther., 1973, Vol.186, p.253.
  5. Kemp P.M., Abukhalaf I.K, Manno J.E., and other // J.Analyt.Toxicol., 1995, Vol. 19, N 5, p.285-291.
  6. ElSohly M.A., Feng S. // J.Analyt.Toxicol., 1998, Vol. 22, N 4, p.329-335.
  7. Tomas B.F., Compton D.R., Martin B.R.// J.Pharmacol Exp.Ther., 1990, Vol.255, N 2, p.624-630.
  8. Nakahara Y., Takahashi K., Kikura R.// Biol. Pharm. Bull., 1995, Vol.18, N 9, p.1223-1227.
  9. Takacsne NK //Acta Pharm. Hung., 1998, Vol.68, N 1, p.39-48.
  10. Fraga S.G., Estevez J.F., Romero C.D. // Ann. Clin. Lab. Sci., 1998, Vol.28, №3, P.160-162.
  11. Paul B.D., McKinley R.M, Walsh J.K., and other // J.Analyt.Toxicol., 1993, Vol. 17, N 6, p.378-380.
  12. Moody D.E., Monti K.M., Spanbauer A.C., Hsu J.P. // J.Analyt.Toxicol., 1999, Vol. 23, N 6, p.535-540.

 

Катаев Сергей Сергеевич

E-mail:  forenschemist@narod.ru

На первую страницу



Hosted by uCoz