Аминогликозиды

Глава 7. Анализ производных β-лактамидов и аминогликозидов 

Группа аминогликозидов объединяет родственные по химичес­кому строению и антимикробному спектру антибиотики олигосахаридной природы — стрептомицины, гентамицины, неомицины, канамицины, мономицины и др., а также полусинтетический ами­ногликозид — амикацин.

Общее название «аминогликозиды» принято для этой группы антибиотиков в связи с тем, что в составе их молекул содержатся аминосахара, связанные гликозидной связью с агликоном.

По механизму действия аминогликозиды являются ингибитора­ми синтеза белка. Аминогликозиды характеризуются широким спек­тром антимикробного действия.

Первый антибиотик этой группы — стрептомицин — был открыт С. Ваксманом (США) в 1942 г.; применяется в медицинской прак­тике с 1946 г.

В 1955 г. японскими учеными был выделен канамицин. Мономицин выделен в нашей стране Г.Ф.Гаузе в 1962 г. Гентамицин выде­лен и описан в США в 1962 г.; в нашей стране в медицинской прак­тике применяется с 1976 г.

Аминогликозиды получают методом микробиологического синтеза. Продуцентом стрептомицина является Streptomyces globisporus streptomycini; канамицина — Streptomyces kanamyceticus; гентамицина — Micro­spora purpurea. Амикацин получают полусинтетическим способом.

Многие аминогликозиды обладают ото- и нефротоксичностью.

Химическое строение, физические и физико-химические свойства

По химическому строению антибиотики-аминогликозиды явля­ются гликозидами, состоящими из агликона и сахаров, большин­ство из которых является аминосахарами.

Агликон аминогликозидов представляет собой циклогексановое кольцо с основными группами при C₁ и С₃ и гидроксильными груп­пами при С₄, С₅ и С₆:

По характеру агликона аминогликозиды делят на 2 группы: стреятидинсодержащие и дезоксистрептам иносодержащие. К 1-й группе относятся стрептомицин, дигидрострептомицин, агликоном у которых является стрентидин; ко 2-й группе — канамицины, ген­тамицины, неомицины, мономицины, амикацин; агликоном у них является 2-дезоксистреятамии, который отличается от стрептиди- на наличием аминогрупп вместо остатков гуанидина и отсутствием оксигруппы при С₂.

Аминогликозиды применяются в медицинской практике в виде солей — сульфатов.

Стрептомицина сульфат

Стрептомицин содержит в качестве агликона стрентидин — (1,3- дигуанидино-2,4,5,6-тетраоксициклогексан), который связан глико­зидной связью с дисахаридом стрептобиозамином. Стрептобиозамин состоит из N-метил -L-глюкозамина (2-дезокси-2-метиламияо-L-глю­козы) и L-стрептозы, которая, в отличие от других сахаров, содер­жит 2 альдегидные группы (при С₁ и при С₃, Таким образом, в 3-м положении остатка L-стрептозы молекулы стрептомицина содержится свободная альдегидная группа.

Стрептомицин представляет собой сильное трехкислотное осно­вание (за счет 2 гуанидиновых групп стрептидина и N-метильной группы NСметил-L-глюкозамина). Фармакопейным препаратом является стрептомицина сульфат (стрептомицин)₂ — 3H₂SO₄.

Канамицина моносульфат

Канамипина моносульфат — соль органического основания. Основание представляет собой аминогликозид, агликоном которого является 2-дезоксистрептамин (1,3-диамиио-4,5,6-тригидроксицик-логексан). С агликоном связаны 2 сахара: через гидроксил в 4-м по­ложении агликона присоединяется 6-глюкозамии (6-дезокси-6-амино-D-глюкоза), а через гидроксил в 6-м положении — 3-глюкозамин (3-дезокси-3-амино-D-глюкоза).

Фармакопейный препарат состоит в основном из канамицина А.

Однако в качестве примеси в препарате может быть более токсич­ный канамицин В, который отличается от канамицина A тем, что в остатке 6-глюкозамина во 2-м положении вместо гидроксила нахо­дится аминогруппа. Примесь канамицина В в канамицина моно­сульфате определяется микробиологическим методом после кис­лотного гидролиза.

Основание канамицина содержит 4 основных центра (две амино­группы в агликоне 2-дезоксистрептамина, а также аминогруппы в 3-глюкозамине и 6-глюкозамине). Поэтому формула канамицина моносульфата (основная соль): канамицин-Н₂SО₄, а канамицина сульфата (средняя соль) — канамицин-2 Н₂SО₄.

Гентамицина сульфат

Агликоном гентамицина является 2-дезоксистрептамин, который связан с 2 сахарами: по 4-му положению — с гарозамином, а по 6-му положению — с пурпурозамином. Основание гентамицина состоит из трех веществ, которые различаются по строению пурпурозамина.

Основание гентамицина содержит 5 основных центров: 2 амино­группы в агликоне (2-дезоксистрептамине), 2 аминогруппы в пурпурозамине и 1 метиламиногруппа в гарозамине. Поэтому фор­мула гентамицина сульфата: (гентамицин)₂ * 5Н₂8О₄.

Амикацин

Полусинтетический аминогликозид амикацин по химической струк­туре близок к канамицину, но отличается от него структурой аглико­на: в аминогруппе (1-е положение) 2-дезоксистрептамина атом водо­рода замещен на остаток 4-амино-2-гидроксимасляной кислоты.

С агликоном связаны 2 сахара: через гидроксил в 4-м положе­нии агликона присоединяется 6-глюкозамин, а через гидроксил в 6-м положении — 3-глюкозамин.

Основание амикацина содержит 4 основных центра: 2 — в остатке агликона (в 3-м и в 4-м положении гидроксибутирильного остатка) и по 1 аминогруппе — в остатках сахаров (3-глюкозамина и 6-глюкоза­мина). Поэтому формула амикацина: (амикацин-основание)-2Н₂SО₄.

Химическая структура, описание, растворимость, применение и лекарственные формы аминогликозидов представлены в табл. 24.

Лекарственные вещества данной группы оптически активны, так как содержат остатки D- или L-сахаров.

В НД нормируется значение удельного вращения этих лекар­ственных веществ (табл. 25).

Аминогликозиды не имеют характерных максимумов поглоще­ния в УФ-области спектра от 200 до 400 нм.

Для испытания на подлинность канамицина и гентамицина используют ИК-спектроскопию и спектроскопию протонного маг­нитного резонанса (ПМР-спектроскопию). ИК- и ПМР-спектры испытуемых и стандартных образцов должны быть идентичными.

Химические свойства аминогликозидов. Реакции подлинности

Все лекарственные вещества данной группы как гликозиды подвергаются гидролитическому расщеплению в кислой среде с образованием агликона и сахаров. Так, при кислотном гидролизе стрептомицина образуются агликон стрептидин и сахарная часть в виде биозы — стрептобиозамина:

Стрептобиозамин

Стрептидин представляет собой двухосновное соединение; при действии щелочью он превращается сначала в производное моче­вины, а затем — в стрептамин:

Стрептомицина сульфат

Стрептомицин, в отличие от других аминогликозидов, подвергает­ся гидролитическому расщеплению не только в кислой, но и в щелоч­ной среде. При щелочном гидролизе стрептомицина при нагревании из остатка L-стрептозы образуется мальтол, который открывается по получению окрашенного в фиолетовый цвет комплекса с солями же­леза (III).

Эта реакция используется для идентификации и количе­ственною определения препарата спектрофотометрическим или ФЭК- методом. Кроме того, при щелочном гидролизе из остатков гуанидина выделяется аммиак, который обнаруживают по запаху и по посинению влажной красной лакмусовой бумаги.

Реакция образования мальтола специфична для обнаружения стрептомицина. В основе реакции лежит превращение остатка L-стрептозы молекулы стрептомицина под действием гидроксида натрия в производное пирана — мальтол. Наличие в молекуле маль­тола енольного гидроксила (С₃) и карбонильной группы (С₄) по­зволяет получать окрашенные комплексы с солями железа (III):

Дигидрострептомицин, который вместо альдегидной группы в остатке L-стрептозы содержит оксиметильную группу, не образует мальтола, что отличает его от стрептомицина.

Наличие свободной альдегидной группы в остатке L-стрептозы молекулы стрептомицина обусловливает ряд характерных реакций: окисления — за счет восстанавливающих свойств альдегидной группы (с реактивом Фелинга, аммиачным раствором серебра нитрата, с реактивом Несслера); конденсации с фенолами и др.

С реактивом Фелинга образуется красный осадок оксида меди (I), с аммиачным раствором серебра нитрата — «серебряное зерка­ло» на стенках пробирки; с реактивом Несслера — темный осадок металлической ртути:

При взаимодействии с фенолами, например с резорцином, в при­сутствии концентрированной Н₂SО₄ образуется ауриновый краси­тель вишнево-красного цвета:

Остатки гуанидина в молекуле стрептомицина сульфата можно открыть с помощью реакции Сакагучи и реакции с окисленным нитропруссидом натрия (реактив Вебера).

В реакции Сакагучи реактивами на остатки гуанидина являются а-нафтол в щелочной среде и натрия гипобромит. Происходит окис­ление и бромирование α-нафтола, а затем— образование окрашен­ного в малиновый цвет нафтохинонимина:

С окисленным нитропруссидом натрия:

Nа[Fе(СN)₅NО] + К₃[Fе(СN)₆] + NaОН

(реактив Вебера) появляется красное окра­шивание.

Канамиципа моносульфат

Канамииина моносульфат как гликозид способен гидролизоваться в кислой среде; при кипячении с кислотами он подвергается гидролитическому расщеплению с полной потерей активности. В отличие от стрептомицина, канамипин устойчив в растворах ще­лочей. После кислотного гидролиза канамипин дает реакции на сахара (с реактивами Фелинга, Несслера, аммиачным раствором серебра нитрата).

При взаимодействии сахарных компонентов канамипина (на­пример, 6-глюкозамина) с концентрированной соляной кислотой образуется 5-аминофурфурол, который можно обнаружить с орци­ном в присутствии железа (III) хлорида. Предполагают, что реак­ция протекает следующим образом:

Гентамицина сульфат

Для определения подлинности гентамицина сульфата, который представляет собой смесь сульфатов гентамицина С₁, С₂ и С₁а, при­меняют метод ТСХ на стеклянных пластинках с закрепленным слоем силикагеля КСК N^: 2,5. Определение проводят параллельно с ис­пользованием стандартного образца гентамицина сульфата.

Три основных пятна на хроматограмме, полученные с испытуе­мым препаратом, должны соответствовать 3 пятнам на хромато­грамме, полученным со стандартным образцом.

Амикацина сульфат

Амикацина сульфат как гликозид подвергается гидролитическо­му расщеплению с полной потерей активности. После кислотного гидролиза амикацин дает реакции на сахара (с реактивами Фелин­га, Несслера, аммиачным раствором серебра нитрата и др.). Как и канамицина сульфат, амикацин при нагревании с концентриро­ванными минеральными кислотами образует из сахаров 5-амино-метилфурфурол, который открывают по цветной реакции с антро­ном:

В отличие от канамицина, амикацин за счет амидной группы образует окрашенные комплексы с солями тяжелых металлов. Для идентификации амикацина применяется реакция с кобальта нитратом после нейтрализации раствором натрия гидроксида (фиоле­товое окрашивание).

Испытания на чистоту

Поскольку аминогликозиды могут окисляться с образованием окрашенных и нерастворимых продуктов, в НД рекомендуется оп­ределение прозрачности и цветности. Раствор стрептомицина суль­фата должен быть прозрачным и бесцветным в течение 24 ч. Ра­створы канаминина моносульфата и гентамицина сульфата должны быть прозрачными, допускается окраска, которая не должна быть интенсивнее определенного эталона цветности.

В НД приводятся значения pH водных растворов аминогликози­дов (табл. 26).

Аминогликозиды гигроскопичны, поэтому в НД нормируется потеря массы при высушивании в вакуум-сушильном шкафу (для стрептомицина сульфата она не должна превышать 5,0%, для канамицина моносульфата — 4,0%, гентамицина сульфата — 18,0%, ами­кацина — не более 13,0%).

Аминогликозиды получают методом биосинтеза, поэтому в них определяют токсичность, а у стрептомицина, кроме того,— содер­жание веществ гистаминоподобного действия. Для лекарственных форм, предназначенных для парентерального применения, опреде­ляют стерильность и пирогенность.

В канаминина моносульфате регламентируется содержание бо­лее токсичного канамицина В — не выше 5,0%. Определение про­водится микробиологическим методом после кислотного гидроли­за. В процессе кислотного гидролиза канамицин А (лекарственное вещество) разрушается полностью, а канамицин В — на 4/5. После нейтрализации раствора щелочью до pH 8,0~8,8 и добавления аце­татного буфера определяют активность в нейтрализованном гидро­лизате.

Кроме того, в гентамицина сульфате выявляют специфические примеси и сульфаты. Определение специфических примесей про­водится методом УФ-спектрофотометрии после нагревания препа­рата с 40% раствором серной кислоты. Оптическая плотность полу­ченного раствора в УФ-области спектра при длине волны 280 нм должна быть не более 0,15.

Количество сульфатов определяют гравиметрическим методом после реакции с бария хлоридом; гравиметрическая форма ~ бария сульфат. Содержание сульфатов в препарате должно быть от 31,0 до 34,0%.

Методы количественного определения

Количественное определение аминогликозидных антибиотиков проводится микробиологическим методом диффузии в агар с определенным тест-микробом по соответствующему стандарту.

Для стрептомицина сульфата описаны также спектрофотометриче­ские методы в видимой области спектра, основанные па цветных реакциях (мальтольной, с нингидрином и др.). Канамицин можно определять по цветной реакции с орцином.

Для этих же препаратов разработаны методы ГЖХ, жидкостной хроматографии, полярографический метод и др.