UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CINCIAS FSICAS E MATEMTICAS

CURSO DE PS-GRADUAO EM QUMICA

ESTUDOS DE FORMAO DE COMPLEXOS DE INCLUSO EM CICLODEXTRINAS

ROSANE MARIA BUDAL

Florianpolis/SC

2003

ROSANE MARIA BUDAL

ESTUDOS DE FORMAO DE COMPLEXOS DE INCLUSO EM CICLODEXTRINAS

Tese apresentada ao Curso de Ps-Graduao em Qumica da Universidade Federal de Santa Catarina, para obteno do grau de Doutor em Qumica Orgnica.

Orientador: Prof. Dr. Rosendo A. Yunes (DQ- UFSC) Co-orientadoras: Profa Dra Maria da Graa Nascimento (DQ- UFSC) Profa Dra Aida Jover Ramos (DQF-USC/Espanha)

Florianpolis/SC

2003

ii

ROSANE MARIA BUDAL

ESTUDOS DE FORMAO DE COMPLEXOS DE INCLUSO EM CICLODEXTRINAS

Esta tese foi julgada e aprovada para a obteno do ttulo de Doutor em Qumica no

Programa de Ps-Graduao em Qumica da Universidade Federal de Santa Catarina.

Florianpolis, 01 de dezembro de 2003.

____________________________________

Prof. Faruk Jos Nome Aguilera Coordenador do Curso de Ps-Graduao

BANCA EXAMINADORA

__________________________________ Rosendo Augusto Yunes

Orientador

__________________________________ Maria da Graa Nascimento

Co-orientadora

__________________________________ Ademir Farias Morel

__________________________________ Aura Echevarria Aznar

__________________________________ Marcus Csar Mandolesi S

__________________________________ Ricardo Jos Nunes

__________________________________ Miguel Soriano Balparda Caro

iii

Em especial aos meus queridos pais

Jarcy (in memoriam) e Amlia, e minha

querida filha Flvia, pelo amor, apoio,

compreenso e incentivo.

iv

AGRADECIMENTOS

A Deus, por Sua bondade e poder infinitos, dando sabedoria, coragem e serenidade

para enfrentar os momentos difceis desta jornada.

Aos professores Dr. Rosendo A. Yunes (orientador) e Dra Maria da Graa Nascimento

(co-orientadora), pelas orientaes e valiosas sugestes prestadas durante todas as etapas

deste trabalho. Pelo incentivo, apoio e amizade oferecidos durante todos estes anos.

Ao Prof. Dr Jos Vzquez Tato, Diretor do Grupo de Investigao do Departamento

de Qumica - Fsica da Universidade de Santiago de Compostela/Espanha, proporcionando a

realizao deste trabalho junto a este grupo de pesquisa, dando apoio, sugestes, orientaes e

amizade.

Profa Dra Aida Jover Ramos (co-orientadora), pela amizade, apoio, colaborao e

dedicao constantes durante todo o perodo e aps a realizao do trabalho na Universidade

de Santiago de Compostela.

Aos professores e colegas do Departamento de Qumica- Fsica/USC, Mercedes,

Wajih, Meijide e Pedro.

s companheiras cubanas Hayde e Minerva pela amizade e constantes palavras de

estmulo.

Aos professores pertencentes ao Departamento de Cincias Farmacuticas pelo

incentivo, apoio e amizade.

Aos professores e funcionrios do Curso de Ps-Graduao em Qumica da UFSC.

Aos companheiros de laboratrio em geral, pela amizade e incentivo.

Universidade Federal de Santa Catarina pelo apoio institucional.

CAPES pela oportunidade e apoio financeiro.

E a todos aqueles que direta ou indiretamente contriburam para a realizao deste

trabalho.

v

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS_____________________________________________________ VII

LISTA DE TABELAS ____________________________________________________XIII

LISTA DE ESQUEMAS __________________________________________________ XV

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ____________________________________XVI

RESUMO______________________________________________________________ XVII

ABSTRACT __________________________________________________________ XVIII

1 - INTRODUO _________________________________________________________ 1

1.1 - CICLODEXTRINAS _____________________________________________________ 3 1.1.1 - Estrutura __________________________________________________________________ 3 1.1.2 - Complexos de incluso _______________________________________________________ 6 1.1.3 - Aplicaes das ciclodextrinas na rea farmacutica ________________________________ 8 1.1.4 - Mtodos de obteno de complexos de Incluso. __________________________________ 16 1.1.5 - Complexao de Esterides __________________________________________________ 17 1.1.6 - Caracterizao dos complexos de incluso_______________________________________ 22 1.1.7 - Equilbrio de formao do complexo de incluso e a constante de estabilidade __________ 24

1.2 - SUBSTNCIAS DE INTERESSE PARA ESTUDO DOS COMPLEXOS DE INCLUSO ________ 25 1.2.1 - Furoato de diloxanida_______________________________________________________ 25 1.2.2 - Fusidato de sdio __________________________________________________________ 27 1.2.3 - Helvolato de potssio _______________________________________________________ 29 1.2.4 - CHAPS e CHAPSO _________________________________________________________ 31

2 - JUSTIFICATIVAS E OBJETIVOS _______________________________________ 33

3 - MTODOS E TCNICAS EXPERIMENTAIS _____________________________ 35

3.1 - DIAGRAMA OU ISOTERMA DE SOLUBILIDADE _______________________________ 35

3.2 - RESSONNCIA MAGNTICA NUCLEAR ____________________________________ 39 3.2.1 - RMN na determinao da estrutura do complexo__________________________________ 39 3.2.2 - Aplicaes da Ressonncia Magntica Nuclear no estudo de Processos de Incluso: estequiometria e constantes de associao. ____________________________________________ 41

3.3 - MTODO CINTICO ___________________________________________________ 49

vi

4 - PARTE EXPERIMENTAL ______________________________________________ 54

4.1 - MTODOS DE AVALIAO DE FORMAO DO COMPLEXO FUROATO DE

DILOXANIDA:-CD __________________________________________________ 55 4.2 - AVALIAO DE FORMAO DOS COMPLEXOS HELVOLATO DE POTSSIO, FUSIDATO

DE SDIO, CHAPS E CHAPSO EM - E - CD POR RMN._____________________ 57 5 - RESULTADOS E DISCUSSO __________________________________________ 59

5.1 - ESTUDO DO COMPLEXO DE INCLUSO FUROATO DE DILOXANIDA: -CD. _________ 59 5.1.1 - Diagrama ou Isoterma de Solubilidade _________________________________________ 59 5.1.2 - Mtodo Cintico ___________________________________________________________ 61 5.1.3 - Fluorescncia _____________________________________________________________ 70 5.1.4 - Ressonncia Magntica Nuclear_______________________________________________ 71

5.2 - RESOLUO DOS ESPECTROS POR RMN DE 1H E 13C_________________________ 74 5.2.1 - Helvolato de potssio _______________________________________________________ 75 5.2.2 - Fusidato de sdio __________________________________________________________ 84 5.2.3 - CHAPS __________________________________________________________________ 94 5.2.4 - CHAPSO _________________________________________________________________ 98 5.2.5 - Espectros de RMN de - e -CD ______________________________________________ 103

5.3 - ESTUDO DOS COMPLEXOS DE INCLUSO POR RMN _________________________ 106 5.3.1 - Complexos Fusidato de Sdio e Helvolato de Potssio : -CD_______________________ 107 5.3.2 - Complexos Fusidato de Sdio e Helvolato de Potssio : -CD ______________________ 114 5.3.3 - Complexos CHAPS e CHAPSO: -CD _________________________________________ 120 5.3.4 - Complexos CHAPS e CHAPSO:-CD _________________________________________ 127

6 - CONCLUSES _______________________________________________________ 151

7 - PERSPECTIVAS DE TRABALHO ______________________________________ 155

REFERNCIA __________________________________________________________ 156

ANEXOS _______________________________________________________________ 176

ANEXO A - OUTROS ESTUDOS SOBRE AGREGAO DE SAIS BILIARES ____ 177

ANEXO B CLCULO POR INTEGRAO DE REAS PARA AJUSTE DOS

SINAIS EM RMN _________________________________________________ 182

PRODUO CIENTFICA (PERODO AGO/1997-2003) _________________________ 196

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 - Ciclodextrinas naturais _____________________________________________ 4

Figura 1.2 - Representao esquemtica das ciclodextrinas. __________________________ 4

Figura 1.3 - Estrutura e dimenses das ciclodextrinas. ______________________________ 4

Figura 1.4 - Estrutura funcional da ciclodextrina_________________________________ 5 Figura 1.5 - Principais tipos de complexos de incluso ______________________________ 7

Figura 1.6 - Estrutura dos complexos 1:1 NaC/-CD e 1:2 NaDC/-CD.______________ 19 Figura 1.7 - Estrutura anfiflica dos cidos biliares.________________________________ 21

Figura 1.8 - Estrutura do furoato de diloxanida ___________________________________ 26

Figura 1.9 - Estrutura do fusidato de sdio ______________________________________ 27

Figura 1.10 - ons fusidato e colato: a (Fus) e b (NaC), frmulas estruturais; c (Fus) e d

(NaC), modelos espaciais com posio dos grupos polares na cor vermelha;

e (Fus) e f (NaC), interface ar-gua ou leo-gua. (Carey, 1971). __________ 28

Figura 1.11 - Estrutura do helvolato de potssio.__________________________________ 29

Figura 1.12 - Modelos espaciais da molcula de helvolato de potssio com todos os

grupos polares direcionados face _________________________________ 30 Figura 1.13 - Estrutura do CHAPS (R=H) e CHAPSO (R=OH). _____________________ 31

Figura 3.1 - Tipos de diagrama de solubilidade. __________________________________ 36

Figura 3.2 - Espectro ROE do complexo cido 6-(p-toluidin) naftalen-2-sulfnico

(TNS): -CD em D2O.____________________________________________ 40 Figura 3.3 - Representao esquemtica da formao dos complexos 1:1 e 2:1 para o

sistema -CD: TNS, deduzido a partir do experimento ROESY. ___________ 41

viii

Figura 3.4 - Sinais observados em RMN.________________________________________ 42

Figura 3.5 - Variao do deslocamento qumico de um determinado ncleo da

ciclodextrina em funo da frao complexada_________________________ 44

Figura 3.6 - Representao de Job para um complexo 1:1 em funo da frao molar de

ciclodextrina ou de hspede. _______________________________________ 45

Figura 5.1 - Diagrama de solubilidade do furoato de diloxanida em -CD com valor de Kc= 427,4 M-1; So=1,35x10-4; r=0,9959. ______________________________ 60

Figura 5.2 - Logartmo da constante de velocidade de primeira ordem em funo do pH

para a hidrlise do furoato de diloxanida em gua, -CD e -CD sulfatada, 37oC. ________________________________________________________ 62

Figura 5.3 - Variao da constante de velocidade de primeira ordem em funo de

concentraes crescentes de -CD para a hidrlise do furoato de diloxanida (6,66x10- 5M) em pH 10,75, = 0,5 M (KCl), = 260 nm e 37oC; ko = 1,76 x 10-3 s-1. ______________________________________________________ 63

Figura 5.4 - Variao da constante de velocidade de primeira ordem em funo de

concentraes crescentes de -CD sulfatada para a hidrlise do furoato de diloxanida (6,66x10-5 M) em pH 10,0, = 0,5 M (KCl), = 260 nm e 37oC; ko = 3,16 x 10-4 s-1. _______________________________________________ 65

Figura 5.5 - Espectros de UV para a reao de hidrlise do furoato de diloxanida por 7

dias, a pH 7,0 e 37oC.___________________________________________ 66

Figura 5.6 - Perfil de [-CD]/(ko - kobs) versus [-CD] para a hidrlise do furoato de diloxanida (6,66x10-5 M), pH= 10,75, = 0,5M (KCl), = 260nm 37oC. ___ 68

Figura 5.7 - Espectros de Fluorescncia do furoato de diloxanida (3,0x10-5M e 0,2% de

etanol) e -CD (1,2x10-2M); Ex = 338 nm. ___________________________ 70 Figura 5.8 - Espectro de 1H do furoato de diloxanida e -CD (4mM) em metanol/gua,

300MHz. ______________________________________________________ 72

Figura 5.9 - Espectro de 13C do furoato de diloxanida e -CD (10mM) em acetonitrila/gua, 75MHz. _________________________________________ 72

ix

Figura 5.10 - Espectros de RMN de 1H, furoato de diloxanida (4mM) e -ciclodextrina (4mM) em propores 10:0, 8:2, 6:4, 4:6 e 2:8 em sistema CD3OD/D2O

(50:50), 300MHz. _______________________________________________ 73

Figura 5.11 - Espectros de RMN de 13C de -CD/FD (10mM) em sistema CD3CN/D2O (40:60), 75MHz. ________________________________________________ 74

Figura 5.12 - Procedimento relativo ao assinalamento completo dos espectros de RMN. __ 75

Figura 5.13 -Espectros monodimensionais do helvolato de potssio 10mM: (a) 13C; (b)

DEPT 135; (c) DEPT 45; (d) DEPT 90; solues em D2O, 125 MHz._______ 76

Figura 5.14 -Espectro de 1H-RMN do helvolato de potssio 10mM em D2O, 500MHz. ___ 77

Figura 5.15 -Espectro de 1H-1H COSY do helvolato de potssio 10mM em D2O. ________ 79

Figura 5.16 -Espectro parcial de 1H-1H COSY do helvolato de potssio 10mM em D2O. __ 80

Figura 5.17 -Espectro de correlao 1H-13C do Helvolato de potssio 10mM em D2O. ____ 81

Figura 5.18 -Espectro ROESY do complexo helvolato de potssio- -CD 10mM, em D2O, 500MHz. __________________________________________________ 82

Figura 5.19 - Espectros monodimensionais do fusidato de sdio 10mM: (a) 13C; (b)

DEPT 135; (c) DEPT 90; (d) DEPT 45, em D2O, 125 MHz. ______________ 85

Figura 5.20 - Espectro de 1H-RMN do fusidato de sdio 10mM, em D2O, 500 MHz. _____ 86

Figura 5.21 - Espectro de 1H-1H COSY do fusidato de sdio 10mM, em D2O. __________ 87

Figura 5.22 - Espectro bidimensional COSY 1H-1H do fusidato de sdio 10mM, em

D2O. __________________________________________________________ 88

Figura 5.23 - Espectro de correlao 13C-1H do fusidato de sdio 10mM, em D2O. _______ 89

Figura 5.24 - Espectro J-resolvida do fusidato de sdio 10mM, em D2O._______________ 91

Figura 5.25 - Espectro Noesy 1H-1H do fusidato de sdio 10mM, em D2O. _____________ 92

Figura 5.26 - Espectros monodimensionais do CHAPS 10mM: (a) DEPT 135; (b) DEPT

90; (c) DEPT 45; (d) 13C, em D2O, 125 MHz.__________________________ 94

Figura 5.27 - Espectro de 1H do CHAPS 10mM em D2O, 500 MHz. __________________ 95

Figura 5.28 - Espectro bidimensional de 1H-1H COSY do CHAPS 10mM, em D2O.______ 97

x

Figura 5.29 - Espectro parcial bidimensional 1H-1H COSY do CHAPS 10mM, em D2O. __ 97

Figura 5.30 - Espectro de correlao 1H-13C do CHAPS 10 mM, em D2O.______________ 98

Figura 5.31 - Espectro monodimensional de 1H do CHAPSO 10mM, em D2O, 500

MHz. _________________________________________________________ 99

Figura 5.32 - Espectro bidimensional 1H-1H COSY do CHAPSO 10mM, em D2O.______ 100

Figura 5.33 - Espectro de correlao 13C-1H do CHAPSO 10mM, em D2O.____________ 102

Figura 5.34 - Espectro de 1H-RMN da -CD em soluo (10mM), D2O, 300 MHz, com supresso do solvente. ___________________________________________ 105

Figura 5.35 - Espectro de 13C da -CD em D2O, 75 MHz. _________________________ 105 Figura 5.36 - Curva de Job obtida com os deslocamentos qumicos dos carbonos da -

CD para o complexo (a) helvolato:-CD e (b) fusidato:-CD; [helvolato/fusidato]o= [-CD]o= 10mM); 75 MHz. _____________________ 108

Figura 5.37 - obs para diferentes tomos de carbono da -CD complexada com helvolato de potssio. [helvolato]o= [-CD]o= 10mM. __________________ 109

Figura 5.38 - obs para diferentes tomos de carbono da -CD complexada com fusidato sdico . [fusidato]o= [-CD]o= 10mM. _______________________ 110

Figura 5.39 - Espectro ROESY referente ao complexo de incluso helvolato: -CD em D2O 10mM, 500 MHz. __________________________________________ 113

Figura 5.40 - Modelos espaciais tericos do complexo (helvolato)1 : (-CD)1, com vistas laterais (a) e (b) e frontais (c) e (d). _________________________________ 114

Figura 5.41 - Curva de Job para os cinco carbonos de uma unidade de glicose de -CD para o complexo (a) helvolato: -CD e (b) fusidato: -CD. [helvolato/fusidato]o= [-CD]o= 10mM, 75 MHz. _____________________ 115

Figura 5.42 - obs para diferentes tomos de carbono da -CD complexada com helvolato de potssio; (a) ajuste para complexo 1:1, (b) ajuste para

complexo 1:2 __________________________________________________ 117

xi

Figura 5.43 - obs para diferentes tomos de carbono da -CD complexada com fusidato de sdio; (a) ajuste para complexo 1:1, (b) ajuste para complexo 1:

2. ___________________________________________________________ 117

Figura 5.44 - Estruturas esquemticas para os complexos formados entre (a) fusidato de

sdio e -CD; (b) helvolato de potssio e -CD; (c) helvolato de potssio e -CD; e (d) fusidato de sdio e -CD._______________________________ 120

Figura 5.45 - Curva de Job obtida com os deslocamentos qumicos dos carbonos da -CD para o complexo (a) CHAPS:-CD e (b) CHAPSO:-CD. ([CHAPS]=[CHAPSO]=[-CD]=10mM; 75 MHz. _____________________ 121

Figura 5.46 - obs para diferentes tomos de carbono da -CD complexada com (a) CHAPS e (b) CHAPSO. _________________________________________ 122

Figura 5.47 - Espectro ROESY do complexo CHAPS:-CD, em D2O, 500MHz.________ 124 Figura 5.48 - Espectro ROESY do complexo CHAPSO:-CD, em D2O, 500 MHz.______ 124 Figura 5.49 - Representao espacial do complexo CHAPS:-CD.___________________ 126 Figura 5.50 - Representao espacial do complexo CHAPSO:-CD. _________________ 127 Figura 5.51 - Espectros de 13C com diferentes concentraes de (a) CHAPS ou (b)

CHAPSO e -CD, na seguinte ordem: 10 mM -CD e 0 mM CHAPS, 7 mM -CD e 3 mM CHAPS, 5 mM -CD e 5 mM CHAPS, 1 mM -CD e 9 mM CHAPS; solues em D2O, pH natural (5,0-6,0), 75MHz. ___________ 130

Figura 5.52 - Espectros de 1H com diferentes concentraes de (a) CHAPS e (b)

CHAPSO com concentraes nos espectros em ordem decrescente de

10mM, 5 mM e 2 mM; solues em D2O, pH natural (5,0-6,0), 300MHz. __ 131

Figura 5.53 - Espectros de 1H sobrepostos de CHAPS 10 mM (vermelho) em soluo,

com a -CD 10 mM (preto) (solues em D2O, pH natural; 500 MHz). ____ 132 Figura 5.54 - Espectros de 1H com diferentes concentraes de CHAPS e -CD: azul

escuro: 1 mM -CD e 9 mM CHAPS; azul claro: 3 mM -CD e 7 mM CHAPS, verde: 5 mM -CD e 5 mM CHAPS; vermelho: 8 mM -CD e 2 mM CHAPS. Solues em D2O, pH 5-6 (natural da soluo), 500 MHz. ___ 133

xii

Figura 5.55 - Espectros de 1H com diferentes concentraes de CHAPS 1mM e -CD 9mM (vermelho), CHAPS 5 mM e -CD 5 mM (verde), CHAPS 7 mM e -CD 3 mM (azul claro) e CHAPS 10 mM (azul escuro). Solues em D2O, pH natural (5,0-6,0), 500 MHz. Os smbolos L indicam

hidrognios da substncia livre e C complexada. ____________________ 134

Figura 5.56 - Espectros de 1H parciais sobrepostos de CHAPS 2 mM e -CD 8 mM (vermelho), CHAPS 5 mM e -CD 5 mM (azul escuro), CHAPS 7 mM e -CD 3 mM (azul claro) e CHAPS 8mM e -CD 2 mM (verde); solues em D2O, pH natural (5,0-6,0), 500 MHz. ____________________________ 134

Figura 5.57 - Curvas de Job das reas dos hidrognios de CHAPS (a) 18, 25 e 12

complexados, (b) 19 complexado e (c) 5 complexado da -CD; solues em D2O, pH natural, 500 MHz. ____________________________________ 137

Figura 5.58 - Curvas de Job das reas dos hidrognios de CHAPSO (a) 18 e 25

complexados, (b) 19 complexado e (c) 5 complexado da -CD; solues em D2O, pH natural, 500 MHz. ____________________________________ 137

Figura 5.59 - ROESY de uma soluo 10 mM de -CD e 10mM de CHAPS (solues em D2O, pH natural ) 500 MHz. ___________________________________ 138

Figura 5.60 - ROESY de uma soluo 10 mM de -CD e 10mM de CHAPSO (solues em D2O, pH natural); 500MHz.____________________________________ 139

Figura 5.61 - Curvas experimentais e tericas da rea dos hidrognios do CHAPS (a) e

CHAPSO (c) regio da cadeia lateral, CHAPS (b) e CHAPSO (d) regio

do anel A; solues em D2O, pH natural. ____________________________ 143

Figura 5.62 - Curvas experimentais e tericas da rea do hidrognio 5 da -CD complexada com (a) CHAPS e (b) CHAPSO; solues em D2O, pH natural

(5,0-6,0). _____________________________________________________ 145

Figura 5.63 - Formao de um complexo 1:2 de um hspede ditpico a partir de dois

possveis complexos 1:1. _________________________________________ 146

Figura 5.64 - Representao espacial do complexo CHAPS:-CD. __________________ 149 Figura 5.65 - Representao espacial do complexo CHAPSO: -CD. ________________ 150

xiii

LISTA DE TABELAS Tabela 1.1 - Exemplos de alguns frmacos em forma de complexos de incluso. _________ 9

Tabela 3.1 - Posio do mximo de Job para alguns complexos de incluso. ____________ 46

Tabela 4.1 - Variveis utilizadas na Preparao das Solues para o Estudo de

Complexao por RMN. __________________________________________ 58

Tabela 5.1 - Dados de absorbncia e diferentes concentraes de furoato de diloxanida

(FD) e de -CD para construo do diagrama de solubilidade; T= 37oC, pH 7,0, = 260 nm. _________________________________________________ 60

Tabela 5.2 - Logartmo da constante de velocidade de primeira ordem em funo do pH

para a reao de hidrlise do furoato de diloxanida em gua, -CD e -CD sulfatada; [FD]= 6,66x10-5 M; = 260 nm; T= 37 oC; = 0,5 M (KCl) ______ 61

Tabela 5.3 - Constantes de velocidade de primeira ordem em funo da concentrao de

-CD no estudo da reao de hidrlise do FD em pH 10,75 e 37oC. ________ 62 Tabela 5.4 - Constantes de velocidade de primeira ordem em funo da concentrao de

-CD sulfatada no estudo da reao de hidrlise do FD em pH 10,0 e 37oC.__ 63 Tabela 5.5 - Perfil [-CD]/(ko kobs) vs [-CD] para estudo da reao de hidrlise do

furoato de diloxanida a pH 10,75 e 37 o C. ____________________________ 67

Tabela 5.6 -Deslocamentos qumicos dos espectros de 1H e 13C do helvolato de potssio

10mM em D2O, pH 7,5.___________________________________________ 83

Tabela 5.7 - Deslocamentos de 1H e 13C do Fusidato de sdio 10mM, em D2O. _________ 93

Tabela 5.8 - Deslocamentos de 1H e 13C do CHAPS e CHAPSO 10mM, em D2O, pH 5-

6. ___________________________________________________________ 103

Tabela 5.9 - Valores de max obtidos para os tomos de carbono da -CD na complexao com fusidato de sdio e helvolato de potssio. _____________ 111

xiv

Tabela 5.10 - Experimento ROE com as interaes entre os prtons (Pn) do helvolato ou

fusidato e os prtons (Hn) das ciclodextrinas - ou -CD. _______________ 112 Tabela 5.11 - Valores de max obtidos para os tomos de carbono da -CD aps

complexao com CHAPS e CHAPSO. _____________________________ 123

Tabela 5.12 - Interaes observadas no ROESY (solues 10 mM de -CD e 10mM de CHAPS ou CHAPSO, em D2O, pH natural ) entre prtons (Pn) do CHAPS

ou CHAPSO e prtons (Hn) da -CD._______________________________ 125 Tabela 5.13 - Relao entre as reas dos sinais das metilas nas posies 18 e 19 com a

rea dos prtons situados na cadeia lateral do CHAPS (31 e 32) e

CHAPSO (prton 12). ___________________________________________ 129

Tabela 5.14 - Interaes observadas no espectro ROESY (soluo em D2O, pH natural,

10 mM de -CD e 10 mM de CHAPS/CHAPSO), entre prtons (Pn) de CHAPS e CHAPSO e prtons (Hn) da -CD._________________________ 140

Tabela 5.15 - -Resultados dos ajustes das reas de prtons do CHAPS e CHAPSO, no

qual descreve um comportamento de complexo 1:1.____________________ 142

Tabela 5.16 - Resultados dos ajustes das reas dos prtons do CHAPS e CHAPSO na

qual descreve comportamento do pseudo-complexo 1:1. ________________ 145

xv

LISTA DE ESQUEMAS

Esquema 1.1 - Processo de absoro do complexo no trato gastrointestinal. ____________ 11

Esquema 3.1 - Equilbrios slido-lquido para a formao de um complexo de incluso. __ 36

Esquema 3.2 - Mecanismo cintico de hidrlise do furoato de diloxanida na presena e

ausncia de ciclodextrina (CD) _____________________________________ 50

Esquema 5.1 - Representao do mecanismo de catlise nucleoflica envolvendo o

centro reativo do furoato de diloxanida e a -CDSO3Na. _________________ 64 Esquema 5.2 - Reao de hidrlise do furoato de diloxanida (FD) versus complexao. ___ 65

xvi

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CD - ciclodextrina

-CD - alfa ciclodextrina -CD - beta ciclodextrina -CD - gama ciclodextrina -CDSO3Na - beta ciclodextrina sulfatada FD - furoato de diloxanida

1HRMN - Ressonncia Magntica Nuclear de 1H

13CRMN - Ressonncia Magntica Nuclear de 13C

COSY - Espectrometria bidimensional de correlao

NOE - Nuclear Overhauser Effect

ROE - Rotating-frame nuclear OverhauserEffect

DEPT - Distortionless Enhancement by Polarization Transfer

J - constante de acoplamento (Hz)

- deslocamento qumico (ppm) obs - variao de deslocamento qumico observado max - variao mxima observada de deslocamento K11 / Kc - constante de estabilidade ou equilbrio de formao do

complexo de incluso

fCD / fC - fraes de ciclodextrina livre e complexada

Cn / C11 / C12 - complexo de incluso 1:1 / 1:2

RMCD / CD - relao ou frao molar de ciclodextrina CHAPS - 1-propanosulfonato de 3-[(3-colamidopropil)dimetilamnio]

CHAPSO - hidroxi derivado de 1-propanosulfonato de 3-[(3- colamidopropil)dimetilamnio]

xvii

RESUMO

Ciclodextrinas so um grupo de oligossacardeos cclicos, os quais tm sido

reconhecidos como excipientes farmacuticos de grande utilidade. Apresentam uma cavidade

central hidrofbica, cuja estrutura permite formar complexos de incluso estveis. Neste

trabalho, foram utilizados mtodos de solubilidade e cintico para estudo do complexo de

incluso furoato de diloxanida/-ciclodextrina, bem como as tcnicas de RMN e de fluorescncia. Estudos cinticos e de solubilidade demonstraram estequiometria 1:1 para o

complexo FD/-CD. Os estudos de complexao dos antibiticos, fusidato de sdio e helvolato de potssio, bem como dos compostos 1-propanosulfonato de 3-[(3-

colamidopropil)dimetilamnio] (CHAPS) e seu hidroxi-derivado (CHAPSO) com as - e -CD foram feitos por tcnicas de RMN de 1H e 13C (mono e bidimensionais). Estes hspedes

com estruturas esteroidais em comum, formaram complexos 1:1 com a -CD. Na presena de -CD, fusidato de sdio e helvolato de potssio formaram complexos 1:1 e 1:2, enquanto que com CHAPS ou CHAPSO ocorreu formao de dois complexos 1:1 distintos em soluo.

Ambos os antibiticos fusidato de sdio e helvolato de potssio, comportaram-se como

hspedes monotpicos e ditpicos quando complexados com - e -CD, respectivamente. CHAPS e CHAPSO na presena de - e -CD, demonstraram comportamentos diferenciados de intercmbio do hspede em relao escala de tempo de RMN. Assim, com a -CD verificou-se um intercmbio rpido enquanto que com a -CD foi lento. Foram apresentados e analisados os espectros ROESY, os quais permitiram definir as interaes existentes entre as

molculas hspedes e as ciclodextrinas. No caso dos quatro compostos esteroidais, as

constantes de equilbrio foram discutidas em termos das estruturas propostas para os

complexos. Foram revisados os espectros de RMN do fusidato de sdio e apresentados os

assinalamentos completos do helvolato de potssio, CHAPS e CHAPSO, atravs dos

espectros de RMN de 1H e 13C.

xviii

ABSTRACT

Cyclodextrins are a group of cyclic oligosaccharides which have recently been

recognized as useful pharmaceutical excipients. They present an hydrophobic central cavity

whose structure allows the formation of stable inclusion complex. In this work, solubility and

kinetic methods, as well NMR and fluorescence techniques were used for studying the

inclusion complex of diloxanide furoate / -cyclodextrin. Kinetics and solubilities studies showed stoichiometry 1:1 for the FD/-CD complex. The complexation studies of two steroid antibiotics, sodium fusidate and potassium helvolate, as well as the compounds 3-[(3-

cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulphonate (CHAPS) and its hydroxy

derivative (CHAPSO) by - and -CD were by 13C and 1H NMR techniques (mono and bidimensional). These guests with steroid structures in common, formed 1:1 complexes by -CD. In the presence of -CD, sodium fusidate and potassium helvolate formed 1:1 and 1:2 complexes, while with CHAPS and CHAPSO were through two distinct 1:1 complexes in

solution. Both the antibiotics, sodium fusidate and potassium helvolate, behaved as monotopic

and ditopic guests when they complexed by - and -CD, respectively. CHAPS and CHAPSO showed different behaviors of interchange guest in relation to NMR time scale to both - and -CD. Therefore, with -CD a fast interchange was observed while by -CD it was slow. The ROESY spectra were also presented and analysed, which permited to define the interactions

between the guests and cyclodextrins. The obtained equilibrium constants were discussed in

terms of the proposed structures for the complexes to the four steroid compounds. NMR

spectra of sodium fusidate were revised, and a full assignment of the 1H and 13C NMR spectra

was presented for potassium helvolate, CHAPS and CHAPSO.

1 - INTRODUO

A procura por novos excipientes e tecnologias, tem levado a indstria farmacutica e a

comunidade cientfica pesquisa por novas formulaes que resultem em preparaes mais

estveis e melhoras teraputicas. As ciclodextrinas na forma de complexos de incluso tm

sido um dos principais recursos empregados dentro da rea farmacutica nestes ltimos anos.

Sua conformao espacial em forma de cone, com caractersticas hidroflicas em sua parte

externa e cavidade interna relativamente apolar, permite a formao de complexos de incluso

com vrias molculas. Na rea farmacutica, o encapsulamento molecular de princpios ativos

sem dvida a aplicao das ciclodextrinas que mais tem sido explorada. Muitos trabalhos

tm demonstrado as diversas aplicaes em termos de modificao das caractersticas fsico-

qumicas intrnsecas das molculas hspedes, no que se refere solubilidade, estabilidade,

biodisponibilidade, proteo contra a oxidao, reduo, racemizao, isomerizao,

polimerizao, hidrlise e/ou decomposio do princpio ativo, assim como converso de

substncias lquidas em microcristalinas, reduo das irritaes gastrointestinais ou oculares e

outros efeitos secundrios, alm da preveno a uma decomposio enzimtica.1- 4

Apesar da importncia da utilizao das ciclodextrinas em tecnologia farmacutica,

escasso o conhecimento das vantagens quanto utilizao destes complexos moleculares.

normal observar dentro da classe mdica, o desconhecimento das melhorias nas propriedades

fsico-qumicas destes complexos, como o caso dos antiinflamatrios no esteroidais,

Brexin e Cicladol (complexos de piroxicam com -ciclodextrina), comparados ao princpio ativo piroxicam (Feldene). Inmeros trabalhos demonstram os benefcios na complexao do piroxicam por -ciclodextrina, podendo-se citar melhora da hidrosolubilidade, biodisponibilidade e reduo dos efeitos irritantes sobre a mucosa

gastrointestinal.5-11

Dentro deste contexto, cabe ressaltar que os princpios ativos indicados como objetos

de anlise desta tese de doutorado, apresentam caractersticas peculiares que os colocam como

Introduo

2

sistemas apropriados ao estudo de complexao em ciclodextrinas, em concordncia aos

objetivos deste trabalho. Entre estas, destacam-se:

i) Os problemas de solubilidade e instabilidade em gua apresentados pelo furoato de

diloxanida, o que limita a possibilidade do alcance deste no fluido intestinal e provvel

eliminao do local onde deveria exercer seu efeito teraputico. 12, 13

ii) Efeitos secundrios apresentados pelo cido fusdico, relacionados com transtornos

do trato gastrointestinal. 14

iii) Efeitos txicos apresentados pelo cido helvlico no retardamento do crescimento

de gramneas,15 assim como a ao inibitria do epitlio ciliar respiratrio humano.16

iv) Os sais biliares triidroxlicos e dihidroxlicos ao serem complexados por -CD, comportam-se como hspedes monotpicos e ditpicos, respectivamente.17 Esta caracterstica

tem sido utilizada para demonstrar a formao de conglomerados supramoleculares.18-21 Estes

estudos sugerem a busca por novos hspedes ditpicos, a fim de obter-se complexos com a -CD mais estveis que com os sais biliares. Os possveis efeitos estricos oriundos da presena

da primeira molcula de -CD devem ser minimizados para que favorea a complexao por parte da segunda -CD. Estes fatores estricos impostos pela estrutura espacial de ambas as molculas de ciclodextrina contribuem negativamente na formao destes complexos. A

preveno a estes efeitos estricos definidos por Connors et al. 22, 23 atravs de parmetros de

cooperao, podem ser obtidos atravs da utilizao de hspedes esterides, cujos anis C e D

apresentem um baixo grau de incluso e os anis A e B (segunda posio da complexao),

estejam suficientemente livres para serem complexados pela segunda ciclodextrina. Esta

condio pode ser alcanada com os esterides cidos fusdico e helvlico, cujas cadeias

laterais rgidas e hidrofbicas, permitem o livre acesso complexao por parte da segunda

molcula de ciclodextrina. Do mesmo modo, aplicvel s molculas CHAPS e CHAPSO,

por possurem cadeias laterais alongadas em relao aos sais biliares. Cabe enfatizar que a

cooperatividade um processo de relevncia nas interaes moleculares frmaco-protena, o

que justificaria o uso destes sistemas como modelos para os processos de reconhecimento

molecular.24

Introduo

3

v) As caractersticas estruturais apresentadas pelos quatro esterides e cujas estruturas

esto apresentadas no item 1.2 p.25 (cidos fusdico e helvlico, CHAPS e CHAPSO),

permitem classific-los como timos sistemas para realizao de uma anlise global dos

deslocamentos qumicos dos sinais de RMN de 1H e 13C. Sabe-se que a RMN uma tcnica

instrumental bastante utilizada para a determinao da estrutura, estequiometria e constante de

equilbrio de formao dos complexos de incluso. No entanto, as publicaes existentes

mostram uma srie de deficincias relacionadas anlise dos dados experimentais. Nestes

casos, a anlise fica centrada unicamente em um nico sinal (prton ou carbono) ou quando

em mais de um feita de maneira independente, o que conduz muitas vezes a valores

inconsistentes. Em se tratando de estequiometrias mltiplas, como no caso de hspedes

ditpicos, a anlise individual no permite a determinao de mais de uma constante de

equilbrio envolvida em um nico processo de complexao.

O presente trabalho vem contribuir com o estudo dos complexos de incluso de

substncias de interesse em ciclodextrinas, atravs da anlise destes quanto estequiometria,

estrutura e constante de formao de equilbrio, utilizando as tcnicas de RMN de 1H e 13C

(mono e bidimensionais), bem como atravs de mtodos cintico e de solubilidade.

1.1 - Ciclodextrinas

1.1.1 - Estrutura

As ciclodextrinas so um grupo de molculas naturais cclicas constitudas por

unidades de glicopiranose unidas por ligaes (1,4). Estes oligossacardeos so obtidos por degradao enzimtica do amido sob ao da enzima glicosiltransferase (CGT amilase do

Bacillus macerans), que produz uma reao intramolecular sem a participao de uma

molcula de gua. Foram descobertas em 1891 por Villiers e os primeiros detalhes de sua

preparao foram descritos por Schardinger em 1903. 25

As ciclodextrinas naturais so macromolculas contendo um nmero de unidades de

glicose compreendidas entre 6 e 8, denominando-se respectivamente, -, - e -CD (Figura 1.1). A Figura 1.2 apresenta a representao esquemtica das ciclodextrinas mais usuais.

Introduo

4

O

H

H

HO

H

O

OHH

H

OH

O

H

H

HO

H

HO

H

H

OH

O

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H OH

HO

HO

H

H

OHO

H

H

OH

H

O

HOH

H

HO

O

H

H

OH

H

OH

H

H

HO

O

O

H

HHO

HO

OH

H

H

HO

O

H

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O

OH

H

H

OH

O

H

H

OH

H

O

HO

H

H

OH

O

H

H

OH

H

O

HOH

H

HO

O

H

H

OH

H

O

OH

H

H

HO

OH

H

HO

H

OOHH

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HO

O

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H OH

H

OHO

H

H

OH

O

H

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H

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H

H

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O

H

H

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H

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HHO

H

H

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O

OH

HOH

H

OHO

H

H OHO

H

H

OH

H

O

HOH

H

HO

O

H

H

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H

O

OH

H

H

HO

O

H H

HO

HOH

H

H

HO

O

OH

HHO

H

OOH

H

HHO

-CD -CD -CD

O

H

H

HO

H

O

OHH

H

OH

O

H

H

HO

H

HO

H

H

OH

O

O

H

H OH

HO

HO

H

H

OHO

H

H

OH

H

O

HOH

H

HO

O

H

H

OH

H

OH

H

H

HO

O

O

H

HHO

HO

OH

H

H

HO

O

H

H

HOH

O

OH

H

H

OH

O

H

H

OH

H

O

HO

H

H

OH

O

H

H

OH

H

O

HOH

H

HO

O

H

H

OH

H

O

OH

H

H

HO

OH

H

HO

H

OOHH

H

HO

O

H

H OH

H

OHO

H

H

OH

O

H

HHO

H

O

OH

H

H

HO

O

H

H

HO

H

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H

OH

O

H

H

HO

H

O

HO

H

H

OH

O

HH

OH

HHO

H

H

OH

O

OH

HOH

H

OHO

H

H OHO

H

H

OH

H

O

HOH

H

HO

O

H

H

OH

H

O

OH

H

H

HO

O

H H

HO

HOH

H

H

HO

O

OH

HHO

H

OOH

H

HHO

-CD -CD -CD

Figura 1.1 - Ciclodextrinas naturais

Figura 1.2 - Representao esquemtica das ciclodextrinas.

Mediante difrao de raios X, se determinou que as ciclodextrinas possuem uma

estrutura cnica truncada (Figura 1.3).

Figura 1.3 - Estrutura e dimenses das ciclodextrinas.

Introduo

5

As unidades de glicopiranose esto unidas em conformao 1-4 glicosdica, estando todos os grupos OH secundrios situados na parte mais larga, enquanto que os grupos OH

primrios na parte mais estreita (Figura 1.4). O interior da cavidade est constitudo por

hidrognios H3, H5 e H6 e oxignios glicosdicos. Os pares de eltrons no-ligantes destes

oxignios pertencentes a ligao glicosdica, se encontram orientados em direo ao interior

da cavidade, o que origina uma alta densidade eletrnica, deixando a molcula com

caractersticas de base de Lewis.

Figura 1.4 - Estrutura funcional da ciclodextrina

Os grupos hidroxilas secundrios OH(2) e OH(3) esto em posio equatorial, porm

com o OH(2) apontando para o interior e o OH(3) para o exterior da cavidade, bem como a

hidroxila primria OH(6). Isto faz com que exista o dobro de grupos OH voltados para fora do

que para dentro da cavidade, o que leva a um momento dipolar da molcula relativamente

grande.26 Devido distribuio dos grupos funcionais que formam a ciclodextrina, a parte

externa adquire carter hidroflico e a interna hidrfoba ou de natureza apolar. O grupo

OH(C2) de uma unidade de glicopiranose pode formar pontes de hidrognio com o OH(C3)

da unidade adjacente. No caso da -ciclodextrina, estas ligaes formam um cinturo secundrio completo, o que lhe confere uma estrutura bastante rgida. Esta uma possvel

explicao da menor solubilidade da -ciclodextrina com relao as restantes. No caso da -ciclodextrina, o cinturo formado a partir das ligaes de pontes de hidrognio no

completo, pois uma das molculas das unidades de glicopiranose est em uma posio

distorcida, de maneira que, somente quatro das seis possveis unies atravs de pontes de

hidrognio podem ser estabelecidas. No caso da -ciclodextrina, esta possui uma estrutura no coplanar, o que a torna mais flexvel e portanto a mais solvel das trs. 26

1

2 345

6

HOO

H

H

HOH

HO

OHH

H

OH

123

4 56

1

2 345

6

HOO

H

H

HOH

HO

OHH

H

OH

123

4 56

HOO

H

H

HOH

HO

OHH

H

OH

HOO

H

H

HOH

HO

OHH

H

OH

123

4 56

Introduo

6

1.1.2 - Complexos de incluso

Devido a sua cavidade hidrofbica, na qual substratos podem ser aprisionados para

formarem complexos de incluso, as ciclodextrinas podem hospedar distintos compostos, cuja

estequiometria mais usual 1:1. A qumica do fenmeno de incluso molecular demonstra um

sistema de complexidade estrutural dentro da qumica supramolecular, onde a ciclodextrina

o hospedeiro (em ingls, host) e o substrato o hspede (em ingls, guest), os quais se

mantm juntos principalmente atravs de foras de Van der Waals, interaes hidrofbicas e

pontes de hidrognio.26, 27 A formao do complexo de incluso facilita em alguns casos, a

solubilizao de substncias pouco solveis e em outros, precipita algum componente em

soluo ou suspenso. No primeiro caso tem-se como exemplo a solubilizao do

naproxeno,28 j a formao do complexo colesterol--CD, 29 conduz uma precipitao em soluo aquosa, caracterstica que tem sido utilizada para extrao do colesterol em alimentos.

Esta caracterstica peculiar de formao de complexos de incluso estveis, tem levado a

diversas aplicaes, como por exemplo na indstria de alimentos, farmacutica, cosmtica,

biotecnologia, qumica analtica, agricultura e tecnologia ambiental. 26, 30, 31 Em soluo, a

molcula hspede vai estar localizada, inteira ou parcialmente, dentro da cavidade da

ciclodextrina, estando o complexo solvatado ou rodeado por molculas do solvente,

geralmente a gua. No estado cristalino, a molcula hspede pode estar localizada, no

somente dentro da cavidade da ciclodextrina, mas tambm nos espaos intersticiais formados

pela rede cristalina do complexo. As molculas includas normalmente ficam orientadas de

modo que se alcance o mximo contato entre a parte hidrofbica da molcula hspede e a

cavidade da ciclodextrina de natureza apolar. 26

Quando em uma soluo aquosa de ciclodextrina se adiciona um composto menos

polar que a gua, tendo ambos forma e dimenso compatveis, as molculas de gua que

preenchem a cavidade da ciclodextrina, estando em um estado energeticamente menos

favorvel, so substitudas pela nova molcula. A cavidade central da ciclodextrina vai atuar

ento como uma molcula hospedeira, podendo alojar uma molcula hspede total ou

parcialmente, caso haja compatibilidade para formar o complexo de incluso. 26

Introduo

7

As ciclodextrinas formam complexos de incluso com substncias que possuem

tamanho, polaridade e forma geomtrica compatveis com a dimenso de sua cavidade.

Alternativas para a formao de complexos com molculas significativamente maiores que

sua cavidade, podero ser atravs de uma interao parcial do hspede ou mediante a

formao de complexos ciclodextrina-hspede de estequiometria diferente de 1:1. Conforme

Figura 1.5, os complexos de incluso so classificados em: 32

Figura 1.5 - Principais tipos de complexos de incluso

Completa: quando a molcula hspede de tamanho pequeno e entra totalmente na cavidade da ciclodextrina (Figura 1.5 a).

Parcial: quando a molcula somente entra parcialmente na cavidade da ciclodextrina (Figura 1.5 c).

Axial: quando a molcula hspede de tamanho longo e estreito e se estende atravs do eixo mediano da ciclodextrina (Figura 1.5 b).

Tipo sandwich: quando a molcula hspede muito grande e necessita de duas molculas de ciclodextrina para formar o complexo (Figura 1.5 d).

Complexos de estequiometria superior: so exemplificados pela incluso 1: 2, onde duas molculas hspede interagem com uma ciclodextrina (Figura 1.5 e) ou duas molculas

hspedes para duas ciclodextrinas (Figura 1.5 f).

Outros compostos formam complexos de ordem superior, podendo-se mencionar:

rotaxanos e polirrotaxanos, 33 catenanos, 34 estruturas tubulares, 35 teres coroas,36 polmeros

supramoleculares de incluso, 19, 20 dendrmeros, etc. 18, 37

Introduo

8

1.1.3 - Aplicaes das ciclodextrinas na rea farmacutica

Nos ltimos anos tm havido um grande interesse na melhoria da qualidade das

formulaes farmacuticas. A pesquisa de formulaes que melhorem a eficcia de novos

princpios ativos, assim como de alguns frmacos j conhecidos, tm levado aplicao de

complexos de incluso em ciclodextrinas. A razo para o crescimento do nmero de

publicaes e patentes dentro da rea farmacutica tambm se deve ao custo bastante baixo na

obteno das -, - e -ciclodextrinas. O tamanho favorvel do dimetro interno da cavidade das ciclodextrinas permite a formao de complexos de incluso com a maioria dos frmacos,

cuja melhoria das suas propriedades fsico-qumicas 26, 31, 38 esto expressas pelas seguintes

vantagens:

compostos lquidos transformados em formas cristalinas slidas eliminao de incompatibilidades entre o princpio ativo e os outros constituintes da

formulao

estabilidade qumica e/ou fsica aumento da velocidade de dissoluo e biodisponibilidade melhora da solubilidade de frmacos pouco solveis reduo dos efeitos secundrios eliminao de maus odores e sabores reduo da volatilidade de certos princpios ativos

Algumas das aplicaes mais freqentes na rea farmacutica so apresentados na

Tabela 1.1.

Introduo

9

Tabela 1.1 - Exemplos de alguns frmacos em forma de complexos de incluso.

Propriedade Princpio ativo ciclodextrina referncias

Aumento da solubilidade

Gliclazide

Glibornuride

Albendazol

Mebendazol

-CD , e -CD , e -CD e HP--CD , e -CD e HP--CD

39

40

41

42

Melhora da

biodisponibilidade

Naproxeno

Ketoprofeno

-CD -CD HP--CD

43

44

Diminuio de efeitos

secundrios

Piroxicam

Naproxeno

Pilocarpina

-CD -CD HP--CD DM--CD

45

46

47

Inibio da degradao

Melfalano e carmustina

Prostaciclina

Indometacina

Doxorubicina

Aspirina

SBE--CD e HP--CD , e -CD -CD, HP--CD e -CD HP--CD, HP--CD e CD HP--CD

48

49

50

51

52

Aumento da degradao

Espironolactona

Antibiticos lactmicos - , -CD e derivados DM-CD, HP-CD e HP-CD

53

54

As ciclodextrinas podem ser administradas a seres humanos ou animais, fazendo parte

de medicamentos ou alimentos, seja na forma livre ou como complexos de incluso. Se a

ciclodextrina administrada por via oral, fazendo parte do complexo, ocorre sua dissociao

no trato gastrointestinal, sendo processos separados, a absoro da molcula hspede e da

ciclodextrina. Estas por sua vez, so degradadas a acares absorvveis no clon intestinal

pela microflora, e finalmente excretadas como dixido de carbono e gua. 31

Biodisponibilidade

O termo biodisponibilidade definido atravs do grau e da velocidade de absoro de

um frmaco a partir de sua forma farmacutica para dentro da circulao sangnea. De

acordo com esta definio, a absoro de um frmaco administrado atravs da via intravenosa

Introduo

10

rpida e completa. No entanto, por razes de convenincia e estabilidade, muitos frmacos

so administrados por via oral, e portanto o grau e a velocidade de absoro no so

precisamente conhecidos. 55

H vrios fatores fsico-qumicos que podem afetar a biodisponibilidade total de um

frmaco. Entre eles, cita-se a solubilidade, estabilidade, tamanho da partcula, pKa, pH e

coeficiente de partio. 55

Quando um frmaco administrado por via oral em uma forma farmacutica slida,

indispensvel que ocorra sua solubilizao nos fluidos biolgicos, como passo inicial a etapa

de absoro. Se a velocidade de dissoluo (kd) bastante alta, com relao a velocidade de

absoro (ka), no se recomenda o uso de complexos de incluso, j que a biodisponibilidade

deste princpio ativo no ser limitada pelo processo de dissoluo. No entanto, um grande

nmero de frmacos apresentam baixa biodisponibilidade, precisamente por apresentarem

problemas de solubilidade (kd

Introduo

11

[CD-frmaco]slido [CD-frmaco]dissolvido

CD+ frmacoabsoro

kd

Kc

ka

Esquema 1.1 - Processo de absoro do complexo no trato gastrointestinal.

Portanto, esperada uma rpida absoro do frmaco, se o valor da constante de

estabilidade do complexo for baixa. Com complexos muito estveis, ou valores da constante

de estabilidade ou formao do complexo muito elevados, a concentrao do frmaco livre

absorvido baixa e, nestes casos esta a etapa limitante de velocidade. 31

A velocidade de absoro de frmacos pode assim ser acelerada ou diminuda atravs

da avaliao prvia do valor da constante de equilbrio do complexo. Complexos com baixos

valores da constante de estabilidade (inferiores a 200 M-1), conduzem a uma liberao rpida

e prematura do princpio ativo, podendo ocasionar sua precipitao no fluido biolgico, o que

ir diminuir sua absoro. Por outro lado, se os valores da constante so superiores a 5000M-1

ou existe uma concentrao excessiva de ciclodextrina, o equilbrio vai ser deslocado em

direo a formao do complexo de incluso, diminuindo assim a liberao da forma livre do

frmaco e conseqentemente sua absoro. 26, 31

Solubilidade

Em geral, supe-se que a formao de complexos de incluso em ciclodextrinas, leva

ao aumento da solubilidade e da velocidade de dissoluo de princpios ativos lipoflicos, o

que pode refletir em um aumento de sua biodisponibilidade ou em diminuio de seus efeitos

secundrios. 2, 43, 46, 47

Geralmente, a solubilidade de um frmaco aumenta com a quantidade de ciclodextrina

adicionada. O aumento da solubilidade parece estar relacionado com a solubilidade intrnseca

Introduo

12

do hspede, bem como com a habilidade de incluso da molcula hospedeira em gua, onde

estes fatores estaro refletindo na magnitude da constante de estabilidade do complexo. 55

Ahn et al., estudaram a influncia que haveria sobre a velocidade de dissoluo do

frmaco antiinflamatrio no esteroidal ketoprofeno, aps formao de complexos de incluso

na presena de algumas ciclodextrinas. Foi observado que o perfil de dissoluo deste

frmaco foi consideravelmente favorvel na presena tanto de -CD bem como de HP--CD, o que reflete de forma positiva em sua biodisponibilidade. 44

Gliclazida, frmaco alternativo utilizado no tratamento de diabetes mellitus,

caracterizado por sua baixa solubilidade nos fluidos gstricos e, portanto baixa velocidade de

dissoluo e biodisponibilidade. A formao do complexo gliclazida-CD, foi avaliada atravs de estudos de RMN de 1H e 13C e de solubilidade. Os autores mostraram a formao

do complexo, com uma constante de estabilidade de 1094 M-1 e estequiometria 1:2. 39

Torres Labandeira et al., atravs de estudos de solubilidade e 1H-RMN na

complexao de glibornurida com , e -CD, mostraram que a solubilidade deste frmaco melhora significativamente na presena de ciclodextrinas. 40

Daz et al., estudaram a complexao e a solubilidade de albendazol e mebendazol,

devido a baixa solubilidade destes frmacos no trato gastrointestinal. Estudos de solubilidade

mostraram que as ciclodextrinas aumentam a solubilidade do mebendazol no fluido intestinal

simulado. 42 Estudos de velocidade de dissoluo do albendazol, mostraram uma melhora em

presena de diferentes ciclodextrinas. 41

Estabilidade

Princpios ativos quando presentes em soluo aquosa, esto sujeitos muitas vezes,

reaes de degradao, os quais so levados a uma diminuio de atividade teraputica ou

mesmo formao de produtos de degradao indesejveis e prejudiciais sade. Quando

fazem parte de um complexo de incluso, podero estar protegidos das situaes de

degradao ou inestabilidade. Do ponto de vista da rea farmacutica, os frmacos devem

permanecer suficientemente estveis, no somente durante a estocagem, mas tambm nos

Introduo

13

fluidos biolgicos, j que nas reaes que resultam em produtos farmacologicamente inativos

ou menos ativos, tero sua efetividade teraputica reduzida. 31, 55

O aumento da temperatura tem influncia direta na estabilidade fsica de muitas

formas farmacuticas tais como solues, emulses, suspenses e supositrios. Estas

alteraes incluem desde modificaes reolgicas, o que vai interferir significativamente na

viscosidade, assim como desestabilizao de sistemas emulsionados. Favorece tambm a

evaporao de solventes volteis, contribuindo assim para uma provvel recristalizao. 57

Foram observados que certos frmacos, ao formarem complexos de incluso com

ciclodextrinas, aumentam sua estabilidade com relao a temperatura, reduzindo-se assim

perdas em sua forma farmacutica, ocasionadas por uma sublimao ou volatilizao. 58

Geralmente, no so observados os processos de fuso, evaporao, sublimao ou

decomposio do princpio ativo, at que se produza a decomposio da ciclodextrina (250-

300oC). 31

O processo de oxidao de uma substncia cristalina, frente ao oxignio atmosfrico,

em geral bastante lento e poder ser acelerada se for aumentada sua superfcie de contato. Por

outro lado, a formao de complexos de incluso, permite estabilizar alguns compostos

insaturados, tais como os cidos graxos, aldedos e vitaminas lipossolveis. Este resultado

de extrema importncia para as indstrias de alimentos e cosmtica, permitindo a

estabilizao de substncias bastante utilizadas nesta rea. 31

A decomposio fotoqumica decorrente da absoro de luz ou energia radiante pela

molcula do frmaco fotossensvel. Parece claro que, esse tipo de alterao depende da

facilidade com que a luz se propaga no meio no qual est contido o frmaco. Formas

farmacuticas tais como solues, xaropes e elixires so mais susceptveis s alteraes que as

suspenses, emulses, ps e comprimidos. 57

A felodipina, frmaco antihipertensivo, apresenta problemas de baixa solubilidade e

decomposio fotoqumica. Atravs de estudos de estabilidade, as ciclodextrinas foram

utilizadas para melhorar suas propriedades fsico-qumicas. 59

A digoxina, um dos potentes glicosdeos cardacos, susceptvel a hidrlise em meio

cido e, como resultado, sua eficincia teraputica bem como sua biodisponibilidade oral

Introduo

14

podem ser diminudas. No decorrer da degradao da digoxina, a preveno ao aparecimento

da digoxigenina, pode ser clinicamente importante, porque a cardioatividade da digoxigenina

aproximadamente 1/10 da digoxina. Na presena de ciclodextrinas, a hidrlise cida da

digoxina evitada na ordem que vai de - > - > -ciclodextrina, onde a -CD inibe a converso do digoxdeo a digoxigenina quase completamente. 60

Efeitos secundrios

Quando o princpio ativo est includo dentro da cavidade da ciclodextrina, se reduz a

possibilidade de seu contato direto com os componentes biolgicos e desta maneira os efeitos

secundrios.

Um dos grupos teraputicos mais amplamente estudados o dos antiinflamatrios no

esteroidais, devido a sua potente ao ulcerognica. Esta ao desfavorvel tem sido

amenizada atravs da formao de complexos de incluso em ciclodextrinas, como no caso do

naproxeno em -CD. 46

As ciclodextrinas tambm protegem os eritrcitos das mudanas morfolgicas

ocorridas com subseqente hemlise, induzidas por vrios frmacos perturbadores de

membrana. Esta reduo vai depender da quantidade de frmaco que se encontra na forma

livre e, portanto, depender da magnitude da constante de estabilidade do complexo.

Exemplos so os complexos de clorpromazina e cido flufenmico, onde a inibio da

hemlise se produz na seguinte ordem - > - > -ciclodextrina. Neste caso, a ao protetora das ciclodextrinas devida menor disponibilidade de unio do frmaco com as membranas

dos eritrcitos. 55

A pilocarpina usado topicamente para controle da presso intraocular elevada,

associada ao glaucoma, porm sua biodisponibilidade ocular baixa devido a perda rpida da

rea precorneal. Apesar da existncia de um pr-frmaco (dister do cido pilocrpico) que

apresenta melhor absoro ocular com prolongada durao de ao, foram observados

problemas de fortes irritaes oculares, impedindo assim seu uso clnico. Com o uso de

derivados de ciclodextrina, como a 2-hidroxipropil--ciclodextrina e sulfobutil--

Introduo

15

ciclodextrina, observou-se um decrscimo da irritao oftlmica deste pr-frmaco, com

nenhum decrscimo na sua ao teraputica. 61

Montassier et al., efetuaram estudos com a tretinona, substncia usada no tratamento

da acne, com caractersticas de forte poder de irritao cutnea, elevada instabilidade na

presena de oxignio, luz e calor, assim como baixa solubilidade em gua. A fim de melhorar

suas caractersticas, os autores propuseram a formao de complexos de incluso em

ciclodextrinas (-CD, hidroxi-propil--CD e dimetil--CD). 62

Toxicidade

Nos ltimos anos tm sido realizados numerosos estudos com o objetivo de avaliar a

toxicidade das ciclodextrinas, observando-se que a doses considerveis, podem interagir com

compostos endgenos, tais como os cidos biliares, fosfolipdeos de membranas e colesterol,

o que depende em grande parte, do tamanho da cavidade da molcula. 63, 64

Considerando que os efeitos aos danos celulares, so uma conseqncia da

complexao da ciclodextrina com componentes da parede celular, tais como colesterol e

fosfolipdeos, foi verificado que a -CD e particularmente seus derivados mais hidrofbicos, como a dimetil--CD, so consideradas as mais txicas. No entanto, a dimetil--CD apresenta alta capacidade de solubilizao, o que leva a sua utilizao em baixas dosagens, por exemplo

em gotas nasais, cuja toxicidade desaparece. A -CD, cuja toxicidade bastante baixa, pode ser usada atravs das vias parenteral e oral em altas dosagens, embora muitos de seus

complexos com frmacos apresentem uma solubilidade limitada. A hidroxipropil--CD (HP--CD), por sua vez, bastante solvel e apresenta boa capacidade de solubilizao, porm a solubilizao e transporte do colesterol para o interior do rim, poder gerar srias

conseqncias, em tratamentos por longos perodos de tempo. 65

Introduo

16

1.1.4 - Mtodos de obteno de complexos de Incluso.

Para a grande maioria dos substratos, as tcnicas de complexao utilizadas so

procedimentos simples e a escolha do mtodo experimental, depende fundamentalmente das

caractersticas do substrato que se est trabalhando e, se preparado em escala laboratorial ou

industrial.

Na bibliografia so descritos diversos mtodos de preparao dos complexos de

incluso, entre os que se pode destacar: 26, 66

Complexos em Soluo: Um mtodo bastante freqente atravs da dissoluo de

ambos, hspede e ciclodextrina em um solvente comum, temperatura ambiente ou atravs

do aquecimento, com agitao durante um tempo suficiente para garantia do estado de

equilbrio, geralmente de 24 a 48 horas. Para obteno do complexo, se faz ento a remoo

do solvente mediante evaporao, liofilizao, refrigerao ou spray-drying. A presena de

gua absolutamente necessria, pura ou em um sistema contendo solvente orgnico, onde

este ser utilizado para solubilizao da molcula hspede. So usados como cosolventes,

lcoois de cadeia curta como metanol, etanol, isopropanol ou em certos casos, a acetona.

Complexos em Suspenso: Neste caso, as ciclodextrinas no necessitam estar

completamente dissolvidas, agitando o hspede em uma suspenso aquosa de ciclodextrina, o

complexo formado em um intervalo de 2 a 24 horas em temperatura ambiente. Este

procedimento considerado o mais recomendado para processos em grande escala e tem sido

utilizado para complexao de leos essenciais, terpenos, aromas e fragncias lipoflicas. Um

exemplo a fendilina, leo viscoso de baixa solubilidade em gua. Pode formar um complexo

2:1 -ciclodextrina/fendilina, por adio de 30g desta base oleosa, dissolvidos em 100mL de etanol em uma suspenso de 300g de -ciclodextrina em 100 mL de gua, com uma agitao vigorosa no intervalo de 12 horas, onde se obtm o produto atravs de filtrao e secagem a

uma temperatura de 40oC.

Complexos por macerao: Consiste em misturar quantidades estequiomtricas do

substrato e ciclodextrina, com adio de uma pequena quantidade de gua ou soluo

hidroalcolica. A mistura ento macerada at que se evapore a fase lquida, formando-se

uma pasta que ir ser submetida a uma secagem at a eliminao total do solvente.

Introduo

17

Coprecipitao: Consiste na adio de um excesso de substncia ativa a uma soluo

saturada de ciclodextrina. Em alguns casos, este simples procedimento pode levar formao

do complexo de incluso, porm freqentemente recorre-se a mtodos adicionais como

agitao, ultrasom ou aquecimento da soluo para precipitao do produto final.

Liofilizao: Consiste no mtodo em soluo, onde se submete ao processo de

liofilizao, a soluo na qual substrato e ciclodextrina encontram-se em concentraes

estequiomtricas. Pode-se empregar algum solvente, com a finalidade de obter ambas as

substncias totalmente dissolvidas. As condies nas quais se procede a liofilizao, vai

influir de forma determinante nas caractersticas do produto final. Assim, por exemplo, a

velocidade de congelamento prvia liofilizao, condiciona a estrutura do complexo. Um

rpido congelamento na presena de nitrognio lquido, geralmente favorece a formao de

produtos amorfos, enquanto que um congelamento mais lento leva a produtos cristalinos.

1.1.5 - Complexao de Esterides

A interao entre esterides, entre os quais os hormnios, 67, 68 colesterol, 29, 69- 75

sais biliares 20, 76 e ciclodextrinas, tornou-se um assunto de grande interesse, devido a diversas

razes:

i) por um lado, a grande importncia dos esterides e por outro, a crescente utilizao

das ciclodextrinas em tecnologia farmacutica. Foram demonstrados em estudos in vivo, os

efeitos sobre o metabolismo dos sais biliares em animais submetidos a dietas especiais

contendo quantidades variadas de ciclodextrinas. 77, 78 Em seus estudos, Nakanishi et al. 79

demonstraram que as interaes entre sais biliares e a -CD influram na absoro do frmaco sulfametiazol administrado por via oral em forma de complexos de incluso.

ii) tm sido utilizadas colunas cromatogrficas com ciclodextrinas para separao de

epmeros de esterides, cuja soluo no pode ser conseguida mediante colunas tradicionais.80

A adio de ciclodextrinas fase mvel, tambm promove uma melhora da separao 81, 82 e a

combinao de ciclodextrinas/esterides (principalmente os sais biliares) est sendo utilizada

em procedimentos cromatogrficos e eletroforticos para separao quiral. 83, 84, 85 Por outro

lado, mtodos cromatogrficos esto sendo utilizados para determinao das constantes de

associao e estequiometria de hormnios esteroidais com ciclodextrinas. 86- 90

Introduo

18

iii) devido s caractersticas de bioadaptabilidade, os esterides com ciclodextrinas

podem ser administrados atravs de vrias vias.61, 91 Assim, derivados de ciclodextrinas

permitem a administrao oral de esterides 92 e promovem melhora de sua

biodisponibilidade.93 As ciclodextrinas tambm reduzem os efeitos secundrios dos

esterides94 e aumentam sua liberao.95, 96, 97 No caso de nebulizadores 98 e formulaes

sublinguais 99 tem sido sugerido como alternativa de tratamento aos esterides, o uso na forma

de complexos de incluso.

iv) as ciclodextrinas podem ser utilizadas para extrao do colesterol de monocamadas

de eritrcitos humanos. 100, 101 Por outro lado, o complexo ciclodextrina-colesterol tem sido

proposto como padro primrio para a anlise qumica.72

v) a interao esteride/ciclodextrina tem sido utilizada como modelo para os

processos de reconhecimento celular por parte das interaes esterideprotena. 24

vi) finalmente, o colato e o desoxicolato de sdio ao serem complexados por -CD, comportam-se como hspedes monotpicos e ditpicos, respectivamente. Esta diferena

originria da distinta polaridade existente entre os sais biliares tri- e dihidroxlicas. Esta

caracterstica tem sido utilizada para demonstrar a formao de conglomerados (oligmeros e

polmeros) supramoleculares. 18-21

Por sua importncia para o presente trabalho, cabe aqui mostrar as estruturas do colato

(NaC) e desoxicolato de sdio (NaDC), as quais podero servir como modelos aos demais sais

biliares. Na Figura 1.6, observa-se o colato de sdio/-CD com estequiometria 1:1, e o desoxicolato de sdio/-CD com 1:2. 17

Alguns dos hspedes, objetos de estudo da presente tese de doutorado (em particular,

fusidato de sdio, helvolato de potssio, CHAPS e CHAPSO, cujas propriedades esto

descritas no item 1.2), possuem dupla caracterstica. Por um lado, seu ncleo fundamental

constitudo pelo sistema estrutural tetracclico do perhidrociclopentanofenantreno, comum a

todos os esterides. Por outro, em soluo aquosa comportam-se como agentes tensoativos

(exceo ao helvolato de potssio), formando agregados conhecidos comumente por micelas.

Sendo os sais biliares, a famlia de compostos mais prxima aos sistemas estudados neste

trabalho de tese e sobre o qual existe maior informao na bibliografia cientfica a respeito de

Introduo

19

complexos de incluso em ciclodextrinas, cabe aqui apresentar uma reviso das caractersticas

fsico-qumicas destes compostos esteroidais.

Figura 1.6 - Estrutura dos complexos 1:1 NaC/-CD e 1:2 NaDC/-CD.

Os cidos biliares so produtos finais do metabolismo do colesterol e seus sais sdicos

so amplamente solveis em gua. Nos mamferos, os sais biliares possuem um hidrognio

em configurao 5, resultado da configurao cis apresentada pelos anis A e B. Os grupos funcionais substituintes no ncleo esteroidal ficam quase que exclusivamente limitados aos

grupos hidroxilas e a um cido carboxlico terminal presente no final da cadeia lateral

isopentanica. Possuem ainda, grupos metila nas posies C-10 e C13. Do mesmo modo,

esto presentes grupos hidroxila na posio C-3 (proveniente do colesterol) e outro grupo

hidroxila em C-7. Usualmente, est presente um terceiro grupo hidroxila, podendo encontrar-

se na posio C-12 ou C-6. A partir do fgado, os cidos biliares so excretados no intestino

delgado, onde durante o processo digestivo, iro solubilizar os cidos graxos provenientes da

dieta. Os cidos biliares so praticamente reabsorvidos a partir do intestino delgado, onde

O H

CH

3 (19)

OH

O H

C H 3 (18)

C O O -

C H 3 ( 2 1)

H3H5 H6

OH

OH

CH3 (18)

COO-

CH3 (21)

H3 H5H6

H3

H5H6

Introduo

20

atravs da circulao enteroheptica e sob ao de bactrias intestinais so biotransformados.

Exemplos tpicos dos cidos biliares so o cido clico e seu derivado 7-desoxi e o cido

desoxiclico, os quais esto presentes em muitas espcies de mamferos. 102

Os cidos biliares conjugados com os aminocidos glicina e taurina so mais solveis

ao pH do intestino delgado, resistentes precipitao por ons Ca2+ e impermeveis

membrana. Estas propriedades permitem que os cidos biliares conjugados estejam presentes

em elevadas concentraes na secreo biliar e no trato intestinal.

Os cidos biliares so estruturas anfiflicas planas, possuindo uma parte hidrfoba

(face , sem a presena de grupos hidroxila) e parte hidrfila (face , contendo os grupos hidroxila) (Figura 1.7). 103 Em gua se associam para formar multmeros acima de uma

concentrao denominada de concentrao micelar crtica (cmc). 104 Alguns autores

consideram que a ligao de hidrognio est envolvida na formao destes agregados 105, as

quais segundo outros autores, so as responsveis pela estrutura helicoidal.106 A ligao de

hidrognio tambm estaria participando da formao da estrutura cristalina dos cidos

biliares.107, 108 Na formao destas ligaes de hidrognio participam os grupos hidroxilas

pertencentes ao esqueleto esteroidal e o grupo carboxlico da cadeia lateral. Tais grupos

podem atuar como agentes doadores e/ou receptores da ligao de hidrognio.108

Dependendo do nmero de grupos hidroxila, os sais biliares so classificados em:

sais biliares trihidroxlicas: exemplo mais caracterstico o colato de sdio, que apresenta seus trs grupos OH nas posies 3, 7 e 12.

sais biliares dihidroxlicas: tem-se como exemplo o desoxicolato de sdio, cujos grupos -OH se encontram nas posies 3 e 12.

sais biliares monohidroxilados: o litocolato de sdio o mais abundante, apresentando o grupo OH na posio 3.

So pequenas as mudanas que ocorrem nas dimenses moleculares dos diferentes sais

biliares com a presena de um, dois ou trs grupos hidroxilas, constituindo assim uma famlia

de molculas de forma e tamanho praticamente idnticas. No entanto, estas pequenas

diferenas so refletidas na polaridade da molcula e expressas pelo balano hidrfilo-lipfilo

(BHL) existente entre as faces e . Assim, a existncia de vrios grupos polares na face

Introduo

21

vai refletir numa maior diferena de polaridade com relao . Portanto, o BHL dos sais biliares trihidroxlicos maior que o dos dihidroxlicos e estes por sua vez, maior que o dos

sais biliares monohidroxlicos. A amidao do grupo carboxlico com aminocidos como

glicina ou taurina tambm contribui com a polaridade, e assim os tauroderivados so mais

hidroflicos que os glicoderivados, os quais por sua vez so mais que os sais originais. 109

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

face

face

eixo molecular

face regio polar

face regio apolar

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

face

face

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

face

face

eixo molecular

face regio polar

face regio apolar

eixo molecular

face regio polar

face regio apolar

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

OH

OH

OH

COONa

AB

C D

Figura 1.7 - Estrutura anfiflica dos cidos biliares.

Os sais biliares so molculas que por sua estrutura anfiflica apresentam um

comportamento de auto-associao, formando agregados em soluo aquosa. interessante

conhecer este comportamento a fim de predizer em que condies experimentais se

encontram, se sob a forma de ons livres (monmeros) ou de agregados. Este fato importante

nos processos de complexao dos sais biliares por ciclodextrinas, pois se tornam

simplificados quando predominam os monmeros em soluo. Deste modo, os sais biliares se

comportam como tensoativos, com tendncia a permanecer na superfcie do solvente

(interface gua-ar), a fim de reduzir as interaes desfavorveis existentes entre a parte

hidrofbica destas molculas e as da gua. Ao mesmo tempo, permitem que as fortes

interaes existentes entre as molculas de gua da superfcie sejam substitudas em parte, por

Introduo

22

interaes sal biliar-gua de natureza mais dbil, diminuindo assim a tenso superficial do

solvente. Esta propriedade foi utilizada nos estudos dos processos de incluso em

ciclodextrinas. 17 A formao de micelas em uma soluo de sais biliares ser espontnea

sempre que sua concentrao estiver acima de um valor mnimo de concentrao que se

denomina de cmc (concentrao micelar crtica) e a temperatura do sistema seja superior a um

determinado valor denominado de cmt (temperatura micelar crtica). Outros estudos

relacionados agregao de sais biliares esto sendo apresentados no Anexo A.

1.1.6 - Caracterizao dos complexos de incluso

No garantido, que um p obtido da mistura da ciclodextrina e algum substrato em

soluo, ou suspenso, ou como pasta, seja um verdadeiro complexo de incluso. Muitos

compostos no podem ser complexados, outros formam complexos de incluso em soluo,

mas no no estado slido. O produto slido final pode ser uma mistura de hspede e

hospedeiro, hspede no complexado e ciclodextrina hidratada.

Vrios mtodos tm sido usados para detectar a formao de complexos de incluso.

No estado slido, os compostos de incluso se comportam como espcies estveis, com

estequiometria bem definida. Nestes casos, os mtodos de deteco e caracterizao mais

comumente utilizados so a anlise trmica, difrao de raios-X, espectroscopia infra-

vermelho e ressonncia magntica nuclear. 1, 26, 31

O mtodo de anlise atravs da difrao de raios-X, pode ser empregado para a

deteco dos compostos de incluso, devido a que os padres de difrao dos complexos

obtidos so claramente diferentes dos obtidos a partir dos componentes individuais. O

emprego desta tcnica se baseia na comparao dos difratogramas das substncias puras e do

complexo. 26, 31

A calorimetria diferencial (DSC) e termogravimetria (TG) so mtodos trmicos, que

permitem observar claramente a existncia de um complexo de incluso. Quando uma

molcula se encontra dentro da cavidade da ciclodextrina, as modificaes ocasionadas pela

variao da temperatura (fuso, sublimao, degradao e inclusive mudanas de transio

Introduo

23

polimrfica), desaparecem ou no so observadas, at que se produza a degradao da

ciclodextrina (250300oC). 31

A espectroscopia infravermelho (IV), um mtodo indispensvel para a caracterizao

de compostos orgnicos, pois permite detectar grupos funcionais, cuja presena pode ser

difcil atravs de outros mtodos. Quando se forma o complexo, pequenos deslocamentos das

bandas das ciclodextrinas podero mascarar a do hspede, se este ltimo estiver presente em

pequenas quantidades. No entanto, se o hspede apresentar grupos funcionais caractersticos,

como no caso do grupo carbonila, a banda ser significativamente encoberta e deslocada aps

complexao por ciclodextrina. 31

A caracterizao de complexos em soluo, se baseia na investigao da interao

molecular entre a ciclodextrina e hspede, determinao da constante de estabilidade e

estequiometria do complexo. So utilizadas as determinaes relacionadas com mudanas

espectrais, como no caso da Ressonncia Magntica Nuclear (RMN), espectroscopia por

ultravioleta e fluorescncia, alm de estudos de solubilidade e mtodos cinticos. 1, 26, 31 A

espectroscopia de Ressonncia Magntica Nuclear (RMN), muito utilizada para a

caracterizao dos complexos de incluso, atravs da observao das mudanas que ocorrem

com os sinais de prton (1H) ou de carbono (13C) pertencentes na molcula da ciclodextrina

ou no hspede, ao estarem complexados. 110

As mudanas que ocorrem no espectro de UV, devido a formao do complexo, so

geralmente deslocamentos batocrmicos e/ou alargamento das bandas. O deslocamento do

mximo de absoro no UV, pelo efeito da formao do complexo pode ser explicado atravs

da proteo parcial dos eltrons excitveis e cromforos presentes na cavidade da

ciclodextrina. Quando a formao do complexo manifestada atravs de mudanas

significativas, com decrscimo da absorbncia, ao variar a concentrao de ciclodextrina e

mantendo-se constante a concentrao do hspede, pode-se determinar o valor da constante de

estabilidade com o uso da equao de Benesi-Hildebrand. 26, 110

A fluorescncia provocada pela absoro de energia radiante e reemisso de parte

desta energia sob a forma de luz. Na fluorescncia, a absoro e a emisso ocorrem dentro de

um intervalo de tempo curto, na ordem de 10-12 a 10-9 segundos. A fluorescncia de um

composto depende da estrutura molecular e na maioria das vezes est associada a sistemas .

Introduo

24

A adio de ciclodextrina a uma soluo aquosa, freqentemente vai resultar em uma melhora

significativa do espectro de fluorescncia. A mudana que ocorre com a adio de

ciclodextrina, semelhante observada quando o frmaco dissolvido em solventes menos

polares, tais como dioxano e etanol, sugerindo assim que este foi transferido de um ambiente

aquoso cavidade apolar da ciclodextrina. Portanto, um aumento na intensidade da

fluorescncia freqentemente observado para as molculas que so totalmente encapsuladas

dentro da cavidade da ciclodextrina. 26

As tcnicas por diagrama ou isoterma de solubilidade, mtodo cintico e RMN sero

abordados com mais detalhes no item 3.

1.1.7 - Equilbrio de formao do complexo de incluso e a constante de estabilidade

Um complexo de incluso em soluo est sempre em equilbrio termodinmico com

seus componentes livres, de acordo com a equao 1.1,

mH + nCD CDnHmKmn

(1.1) onde CD = ciclodextrina, H = hspede (substrato) e CDnHm ou Cnm = complexo de incluso.

Este equilbrio descrito quantitativamente mediante a constante de estabilidade (Kmn

ou Kc), definida de acordo com a equao 1.2,

[ ][ ] [ ]nm mnmn CDH

HCDK = (1.2)

Em solues diludas, a estequiometria 1:1 prevalece, mas tambm so observadas

estequiometrias 1:2, 2:1 ou 2:2, quando se tem concentraes mais elevadas ou hspedes

especficos. Por exemplo, pirenosulfonato de sdio forma complexos 1:1 de baixa estabilidade

na presena de -CD e 2:1 com -CD de elevada estabilidade em soluo aquosa. 26, 31

Os parmetros so significativamente afetados pelas condies experimentais tais

como diluio ou concentrao, mudanas na temperatura, pH e polaridade do solvente. Se

um terceiro componente adicionado ao sistema, vai competir pela cavidade da ciclodextrina

resultando em um decrscimo na concentrao original do complexo. 111 No caso de hspedes

Introduo

25

ionizveis, uma mudana do pH da soluo, vai deslocar o equilbrio em direo onde a forma

no ionizada predominantemente includa na cavidade. Isto devido a incluso favorvel do

hspede de natureza hidrofbica, comparado com o de natureza hidroflica. Assim,

substncias de carter cido so includas mais facilmente na cavidade da ciclodextrina em

uma regio cida, enquanto que se dissociam em uma regio alcalina. A fora inica tambm

exerce seu efeito na formao do complexo, porque o efeito hidrofbico tem um papel

importante no processo de interao. 55, 111

Considerando que a formao do complexo usualmente um processo exotrmico, a

dissociao ser facilitada pela elevao da temperatura. 111

O requisito para a complexao, que o grupo hidrofbico da molcula a ser includa

se ajuste total ou parcialmente na cavidade da ciclodextrina. No caso do complexo

prostaglandina (PG)-ciclodextrina (CD), a -CD devido a sua cavidade menor, inclui preferencialmente a cadeia aliftica da molcula da prostaglandina, enquanto que a -CD acomoda melhor o anel de 5 membros pertencente a estrutura. Por sua vez, a maior cavidade

da -CD, capaz de incluir a molcula da prostaglandina, de tal forma que, toda a estrutura incorpora-se na cavidade. 111

Portanto, uma vez conhecidos os parmetros tais como constante de estabilidade,

estequiometria e parmetros termodinmicos, o comportamento do sistema

quantitativamente reproduzvel, desde que o processo de complexao envolva o equilbrio

nas mesmas condies. 55

1.2 - Substncias de interesse para estudo dos complexos de incluso

1.2.1 - Furoato de diloxanida

O furoato de diloxanida (Furamida, FD), quimicamente o 2-furoato de 4-(N-

metildicloroacetamida) de fenila (Figura 1.8). No estado slido um p branco, inodoro e

com um ponto de fuso entre 114-116o C. ligeiramente solvel em gua, etanol (1g/100mL)

e clorofrmio (1g/2,5 mL). fotossensvel e deve ser protegido da luz. Seu efeito adverso

Introduo

26

mais comum durante o tratamento a flatulncia, podendo ocorrer ocasionalmente vmitos,

prurido e urticria. 112, 113

um amebicida da luz intestinal com atividade principalmente no intestino delgado e

utilizado no tratamento da amebase cstica assintomtica caracterizada pela presena de E.

histoltica. Em pacientes com amebase invasiva, faz-se necessrio sua administrao

associado amebicidas tissulares tais como o metronidazol e tinidazol. 112

OO

C

O

N

CH 3

CHCl 2

O

C

Figura 1.8 - Estrutura do furoato de diloxanida

Considerando a importncia apresentada pelo coeficiente de partio lipdeo/gua e a

unio dos frmacos aos lipdeos do sangue, Sengupta et al. determinaram o coeficiente de

partio n-octanol/gua (logP) para o furoato de diloxanida (FD), hidrocloreto de emetina

(HE) e metronidazol (MZ) e desenvolveram um mtodo que permitiu esclarecer o mecanismo

de ao do furoato de diloxanida. Estes autores consideraram que o elevado valor do

coeficiente de partio do furoato de diloxanida limita a molcula a permanecer na luz

intestinal. Sua unio aos fosfolipdeos da membrana dos oocistos provoca a desintegrao de

sua matriz lipdica, com conseqente ruptura e morte do microorganismo. 114

O elevado valor do coeficiente de partio, assim como a pouca solubilidade em gua,

permite explicar a aplicao do furoato de diloxanida na teraputica da amebase intestinal

aguda e a limitada ao na forma crnica ou invasiva desta enfermidade. 114, 115 O frmaco

uma vez dissolvido no trato gastrointestinal, susceptvel hidrlise formando a diloxanida,

cuja efetividade menor que sua forma ster, j que possui uma lipossolubilidade moderada.13

Nieto Reyes demonstrou em seus estudos biofarmacuticos, que o FD apresenta

melhora da velocidade de dissoluo e de solubilidade na presena de -CD em solues contendo suco gastrointestinal simulado (pH 1,2 e 6,8). Em estudos de estabilidade in situ,

verificou que a constante de velocidade de degradao do furoato de diloxanida foi

Introduo

27

significativamente menor, demonstrando uma maior estabilidade do frmaco quando

complexado.12 Nos estudos in vivo, foi demonstrado que com o uso do complexo de

incluso FD/-CD, ocorreu uma diminuio significativa na intensidade da infeco em ratos neonatos com oocistos de Cryptosporidium parvum. 12, 116

Os problemas de solubilidade e instabilidade em gua apresentado pelo furoato de

diloxanida, limita a possibilidade do alcance deste no fluido intestinal, assim como uma

provvel eliminao do local onde deveria exercer seu efeito teraputico. Portanto, a -CD estaria protegendo o composto da ao das esterases presentes na poro do trato

gastrointestinal.

1.2.2 - Fusidato de sdio

O cido fusdico (cido 3, 11- dihidroxi-16-acetoxifusida-17(20)-[16-21-cis], 24-dien-21-ico (Figura 1.9) apresenta estrutura esteroidal e pertence ao grupo de antibiticos

fusidanos. 103 Apresenta baixa solubilidade em gua, em contraste com seu sal de sdio que

bastante solvel. Relacionado estruturalmente ao cido helvlico, inibe a sntese de protenas,

tanto em clulas procariticas como em eucariticas. 117, 118

Foi isolado a partir de culturas de Fusidium coccineum e sua atividade antimicrobiana

est indicada para a maioria dos patgenos mais comuns existentes na pele, incluindo

Staphylococcus aureus, contra o qual um dos antibiticos mais potentes. 119

HOOH

OCOMe

CO2-Na+1

2

34

30

19

10

5

6

7

9

8

32

11

1812

1314

1516

1720

22

23

24

25

26

27

21

3433 Figura 1.9 - Estrutura do fusidato de sdio

Quimicamente pertence ao grupo de triterpenos tetracclicos e como esteride da

famlia dos fusidanos, representam uma classe de compostos anfiflicos solveis, os quais

apresentam similaridade estrutural com os sais biliares. 120 Uma comparao da estrutura do

fusidato com o colato de sdio (NaC) por exemplo, mostra a semelhana estrutural, porm

Introduo

28

com uma estereoqumica diferente. A Figura 1.10 mostra a analogia existente entre o fusidato

(Fus) e o colato de sdio (NaC), em termos de frmula estrutural (a e b), modelo espacial (c e

d), e representao das molculas numa interface ar-gua ou leo-gua (e e f). H que se

destacar, que suas propriedades em soluo aquosa so comparveis aos dos sais biliares. o

caso da propriedade de solubilizao das solues de fusidato de sdio com lecitina e

monolena como micelas mistas, comparadas capacidade de solubilizao dos sais biliares

para estes mesmos lipdios. 121, 122

COO-

OCHOCH3

HOHOH OH

OH

COO-

OH

a b

e f

c d

COO-

OCHOCH3

HOHOH OH

OH

COO-

OH

a b

e f

c d

Figura 1.10 - ons fusidato e colato: a (Fus) e b (NaC), frmulas estruturais; c (Fus) e d (NaC