Analýza blízkých protonačních rovnovah léčiv Valsartanu a Baricitinibu

Bc. Aneta Pfeiferová

Master's thesis

Analysis of the Close Protonation Equilibria of the Drugs Valsartan and Baricitinib

Abstract:

Baricitinib se používá pro léčbu revmatoidní artritidy. Jde o selektivní a reverzibilní inhibitor Janusovy kinázy 1 a 2, které hrají důležitou roli v signalizaci prozánětlivé dráhy, aktivované u autoimunitních poruch, jako je revmatoidní artritida. pH-spektrofotometrická a pH-potenciometrická titrace umožnily měření tří nebo čtyř postupných disociačních konstant Baricitinibu. Chromofory Baricitinibu vykazovaly malé změny absorbance v UV/VIS-spektrech při změně pH, a proto odhady disociačních konstant byly vystaveny větší nejistotě než u potenciometrického stanovení. Baricitinib LH2 byl schopen protonace na dva rozpustné kationty LH42+, LH3+, neutrální molekulu LH2, a disociace na dva rozpustné anionty LH- a L2- v čisté vodě. Graf molárních absorpčních koeficientů různě protonovaných částic proti vlnové délce indikoval, že spektra L, LH, LH2 byla pro částice téměř stejná a spektra LH4 a LH3 si byla rovněž podobná. V rozmezí pH 2 až 13 lze spolehlivě odhadnout čtyři pKa ze spekter programem REACTLAB (I = 0,0020 mol.dm-3): "pK" _"a1" ^"T" = 3,07, "pK" _"a2" ^"T" = 3,87, "pK" _"a3" ^"T" = 6,27, "pK" _"a4" ^"T" = 12,78 při 25 °C a "pK" _"a1" ^"T" = 3,00, "pK" _"a2" ^"T" = 3,79, "pK" _"a3" ^"T" = 6,12, "pK" _"a4" ^"T" = 12,75 při 37 °C a analýzou potenciometrické pH-titrace pro vyšší koncentraci 1 × 10-3 mol. dm-3 programem ESAB (I = 0,0001 mol.dm-3): "pK" _"a1" ^"T" = 3,69, "pK" _"a2" ^"T" = 3,81, "pK" _"a3" ^"T" = 4,73 při 25 °C a "pK" _"a1" ^"T" = 3,62, "pK" _"a2" ^"T" = 3,73, "pK" _"a3" ^"T" = 4,43 při 37 °C. Termodynamické parametry H0 a G0 byly vypočteny z teplotní změny disociačních konstant. Ze spekter byly ze závislosti ln K na 1/T vyčísleny hodnoty molární entalpie H0, molární entropie S0 a Gibbsovy volné energie G0: pro pK1 s hodnotami H0 = 5,24 kJ?mol-1, S0 = -40,31 J?mol-1 a G0 = 12,02 kJ?mol-1 při 298,16 K, pro pK2 s hodnotami H0 = 19,78 kJ?mol-1, S0 = -6,56 J?mol-1 a G0 = 1,98 kJ?mol-1 při 298,16 K, pro pK3 s hodnotami H0 = 55,53 kJ?mol-1, S0 = 62,91 J?mol-1 a G0 = 18,70 kJ?mol-1 při 298,16 K a pro pK4 s hodnotami H0 = 23,78 kJ?mol-1, S0 = -167,40 J?mol-1 a G0 = 49,94 kJ?mol-1 při 298,16 K. Potenciometrickou titrací byly ze závislosti ln K na 1/T vyčísleny pro pK1 s hodnotami H0 = 41,91 kJ?mol-1, S0 = 69,58 J?mol-1 a G0 = 21,09 kJ?mol-1 při 298,16 K, pro pK2 s hodnotami H0 = 40,30 kJ?mol-1, S0 = 51,23 J?mol-1 a G0 = 25,12 kJ?mol-1 při 298,16 K, pro pK3 s hodnotami H0 = 18,54 kJ?mol-1, S0 = -29,89 J?mol-1 a G0 = 27,40 kJ?mol-1 při 298,16 K. Valsartan se používá k léčbě vysokého krevního tlaku, městnavého srdečního selhání a k prodloužení života po infarktu myokardu a ke snížení úmrtnosti lidí s dysfunkcí levé komory po infarktu myokardu. Regresní analýzou pH spekter programy REACTLAB a titrační pH křivky ESAB byly stanoveny dvě blízké disociační konstanty. MARVIN a ACD/Percepta předpověděly dvě protonační místa. Ve vodě tvoří rozpustný anion L2- dvě mírně rozpustné částice LH- a LH2. Přestože změna pH méně ovlivnila spektrální změny v chromoforu, byly stanoveny "pK" _"a1" ^"T" = 3,70 0,12, "pK" _"a2" ^"T" = 4,82 +- 0,08 při 25 °C a "pK" _"a1" ^"T" = 3,44 +- 0,08, "pK" _"a2" ^"T" = 4,67 +- 0,02 při 37 °C ve vodném prostředí fosfátového pufru. Regresní analýzou pH-potenciometrických titračních křivek byly stanoveny "pK" _"a1" ^"T" = 3,51 +- 0,01 "pK" _"a2" ^"T" = 4,63 +- 0,01 při 25 °C a "pK" _"a1" ^"T" = 3,44 +- 0,03, "pK" _"a2" ^"T" = 4,51 +- 0,03 při 37 °C ve vodném prostředí. Pozitivní hodnoty entalpie H0(pKa1) = 10,33 kJ?mol1, H0(pKa2) = 17,70 kJ?mol1 ukázaly, že disociační proces byl endotermický. Změny Gibbsovy energie byly vyčísleny G0(pKa1) = 20,03 kJ?mol1, G0(pKa2) = 26,43 kJ?mol1 při 25 °C a změna entropie S0 byla S0(pKa1) = -32,56 J?K1?mol1, S0(pKa2) = -29,26 J?K1?mol1 při 25 °C a S0(pKa1) = -30,01

Abstract:

J?K-1?mol-1, S0(pKa2) = - 25,92 J?K-1?mol-1 při 37 °C.

Abstract:

Baricitinib is used for the treatment of rheumatoid arthritis. It is a selective and reversible inhibitor of Janus kinases 1 and 2, which play an important role in signaling the pro-inflammatory pathway activated in autoimmune disorders such as rheumatoid arthritis. The pH-spectrophotometric and pH-potentiometric titrations allowed the measurement of three or four successive dissociation constants of Baricitinib. Its chromophores showed small changes in absorbance in UV/VIS spectra within pH change, and therefore estimates of dissociation constants were exposed to greater uncertainty than those from potentiometric method. Baricitinib LH2 was able to protonate into two soluble cations LH42+, LH3+, the neutral LH2 molecule which dissociated into two soluble anions LH- and L2- in pure water. The graph of molar absorption coefficients of differently protonated particles versus wavelength indicated that the spectra L, LH, LH2 were almost the same for the particles and the spectra LH4 and LH3 were also similar. In the range of pH 2 to 13, four pKa´s of spectra analysis can be reliably estimated by REACTLAB (I = 0,0020 mol?dm-3): "pK"_"a1" ^"T" = 3,07, "pK"_"a2" ^"T" = 3,87, "pK"_"a3" ^"T" = 6,27, "pK"_"a4" ^"T" = 12,78 at 25 °C and "pK"_"a1" ^"T" = 3,00, "pK"_"a2" ^"T" = 3,79, "pK"_"a3" ^"T" = 6,12, "pK"_"a4" ^"T" = 12,75 at 37 °C and potentiometric pH-titration analysis for a higher concentration of 1 × 10-3 mol. dm-3 with ESAB (I = 0,0001 mol.dm-3): "pK"_"a1" ^"T" = 3,69, "pK"_"a2" ^"T" = 3,81, "pK"_"a3" ^"T" = 4,73 při 25 °C a"pK"_"a1" ^"T" = 3,62, "pK"_"a2" ^"T" = 3,73, "pK"_"a3" ^"T" = 4,43 při 37 °C. Molar enthalpy values H0, molar entropy S0 and Gibbs free energy G0 were calculated from the spectra from ln K to 1/T: for pK1 with values H0 = 5,24 kJ?mol-1, S0 = -40,31 J?mol-1 and G0 = 12,02 kJ?mol-1 at 298,16 K, for pK2 with values H0 = 19,78 kJ?mol-1, S0 = -6,56 J?mol-1 and G0 = 1,98 kJ?mol-1 at 298,16 K, for pK3 with values H0 = 55,53 kJ?mol-1, S0 = 62,91 J?mol-1 and G0 = 18,70 kJ?mol-1 at 298,16 K and for pK4 with values H0 = 23,78 kJ?mol-1, S0 = -167,40 J?mol-1 and G0 = 49,94 kJ.mol-1 at 298,16 K. With the use of potentiometric titrations were from dependence ln K on 1/T it was calculated for pK1 with values H0 = 41,91 kJ?mol-1, S0 = 69,58 J?mol-1 and G0 = 21,09 kJ?mol-1 at 298,16 K, for pK2 with values H0 = 40,30 kJ?mol-1, S0 = 51,23 J?mol-1 and G0 = 25,12 kJ?mol-1 at 298,16 K, for pK3 with values H0 = 18,54 kJ?mol-1, S0 = -29,89 J?mol-1 and G0 = 27,40 kJ?mol-1 at 298,16 K. Valsartan is used to treat high blood pressure, congestive heart failure and prolong life after myocardial infarction and to reduce mortality in people with left ventricular dysfunction after myocardial infarction. Two close dissociation constants were determined by regression analysis of pH spectra by REACTLAB and titration pH curve of ESAB. MARVIN and ACD/Percepta predicted two protonation sites. The water soluble anion L2- forms two slightly soluble particles LH- and LH2. Although the pH change less affected spectral changes in the chromophore, "pK" _"a1" ^"T" = 3,70 +- 0,12, "pK"_"a2" ^"T" = 4,82 +- 0,08 at 25 °C and "pK" _"a1" ^"T" = 3,44 +- 0,08, "pK"_"a2" ^"T" = 4,67 +- 0,02 at 37 °C in aqueous phosphate buffer. "pK" _"a1" ^"T" = 3,51 +- 0,01 "pK"_"a2" ^"T" = 4,63 +- 0,01 at 25 °C and "pK"_"a1" ^"T" = 3,44 +- 0,03, "pK"_"a2" ^"T" = 4,51 +- 0,03 at 37 °C in aqueous solution were determined by regression analysis of pH-potentiometric titration curves. Positive enthalpy values H0(pKa1) = 10,33 kJ?mol1, H0(pKa2) = 17,70 kJ?mol1 showed that the dissociation process was endothermic. Gibbs energy changes were calculated by G0(pKa1) = 20,03 kJ?mol1, G0(pKa2) = 26,43 kJ?mol1 at 25 °C and the entropy change S0 was S0(pKa1) = -32,56 J?K1?mol1, S0(pKa2) = -29,26 J?K1?mol1 at 25 °C and S0(pKa1) = -30,01 J?K-1?mol-1, S0(pKa2) = -25,92 J?K-1?mol-1 at 37 °C.

Keywords

Disociační konstanty, Baricitinib, Valsartan, spektrofotometrická titrace, pH-titrace, REACTLAB, SQUAD84, ESAB, Entalpie, Entropie, Gibbsova volná energie

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 7. 2020

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: prof. RNDr. Milan Meloun, DrSc.

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Master programme / field:
Special Chemical and Biological Programmes / Bioanalyst