Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах
Встановлено закономірності солюбілізації, таутомерних перетворень і зміни спектральних характеристик природного поліфенолу куркуміну в разі розчинення у водному середовищі катіонних ПАР — антисептиків етонію та декаметоксину залежно від їх концентрації в розчині. Показано, що в організованих міцеля...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2023
|
| Schriftenreihe: | Доповіді НАН України |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195854 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах / Н.О. Ліпковська, В.М. Барвінченко, М.Т. Картель // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 73-81. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-195854 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1958542023-12-07T16:14:08Z Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах Ліпковська, Н.О. Барвінченко, В.М. Картель, М.Т. Хімія Встановлено закономірності солюбілізації, таутомерних перетворень і зміни спектральних характеристик природного поліфенолу куркуміну в разі розчинення у водному середовищі катіонних ПАР — антисептиків етонію та декаметоксину залежно від їх концентрації в розчині. Показано, що в організованих міцелярних середовищах цих катіонних ПАР куркумін розчиняється в енольній формі, його розчинність збільшується на два порядки. Методом розчинності визначено величини констант зв’язування куркуміну з міцелами етонію (lgК₃в = 4,39) та декаметоксину (lgК₃в = 4,47). В доміцелярних розчинах довголанцюгового катіонного ПАР етонію до появи звичайних класичних міцел куркумін розчиняється у водному розчині переважно в кетонній формі і його концентрація зростає у 150 разів за рахунок утворення ним розчинних супрамолекулярних комплексів. На відміну від етонію, в доміцелярних розчинах коротколанцюгової катіонної ПАР декаметоксину практично не відбувається поліпшення розчинності та зсуву рівноваги кето-енольної таутомерії куркуміну. Виявлені закономірності мають вагоме наукове і прикладне значення для розробки лікарських препаратів на основі таких систем. The solubilization patterns, tautomeric transformations, and changes in the spectral characteristics of the natural polyphenol curcumin were investigated upon dissolution in aqueous solutions of cationic surfactant antiseptics, namely ethonium and decamethoxin. The effects were studied as a function of the concentration of the surfactants in solution. It was observed that curcumin predominantly dissolves in the enol form in the organized micellar media of these surfactants, resulting in a significant increase in its solubility by two orders of magnitude. Binding constants of curcumin with micelles of ethonium (lg Kb = 4.39) and decamethoxin (lg Kb = 4.47) were determined using the solubility method. In domicellar solutions of the long-chain cationic surfactant ethonium, prior to the formation of classical micelles, curcumin mainly dissolves in the ketone form, and its concentration increases by 150 times due to the formation of soluble supramolecular complexes. In contrast, the short-chain cationic surfactant decamethoxin has little effect on the solubility of curcumin and its keto-enol tautomeric equilibrium under the given conditions. The discovered patterns have significant scientific and practical implications for the development of drug formulations based on these systems. 2023 Article Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах / Н.О. Ліпковська, В.М. Барвінченко, М.Т. Картель // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 73-81. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.073 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195854 544.77.051.7 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Ліпковська, Н.О. Барвінченко, В.М. Картель, М.Т. Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах Доповіді НАН України |
| description |
Встановлено закономірності солюбілізації, таутомерних перетворень і зміни спектральних характеристик природного поліфенолу куркуміну в разі розчинення у водному середовищі катіонних ПАР — антисептиків етонію та декаметоксину залежно від їх концентрації в розчині. Показано, що в організованих
міцелярних середовищах цих катіонних ПАР куркумін розчиняється в енольній формі, його розчинність
збільшується на два порядки. Методом розчинності визначено величини констант зв’язування куркуміну з
міцелами етонію (lgК₃в = 4,39) та декаметоксину (lgК₃в = 4,47). В доміцелярних розчинах довголанцюгового
катіонного ПАР етонію до появи звичайних класичних міцел куркумін розчиняється у водному розчині переважно в кетонній формі і його концентрація зростає у 150 разів за рахунок утворення ним розчинних супрамолекулярних комплексів. На відміну від етонію, в доміцелярних розчинах коротколанцюгової катіонної
ПАР декаметоксину практично не відбувається поліпшення розчинності та зсуву рівноваги кето-енольної
таутомерії куркуміну. Виявлені закономірності мають вагоме наукове і прикладне значення для розробки
лікарських препаратів на основі таких систем. |
| format |
Article |
| author |
Ліпковська, Н.О. Барвінченко, В.М. Картель, М.Т. |
| author_facet |
Ліпковська, Н.О. Барвінченко, В.М. Картель, М.Т. |
| author_sort |
Ліпковська, Н.О. |
| title |
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах |
| title_short |
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах |
| title_full |
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах |
| title_fullStr |
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах |
| title_full_unstemmed |
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах |
| title_sort |
вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2023 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195854 |
| citation_txt |
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах / Н.О. Ліпковська, В.М. Барвінченко, М.Т. Картель // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 73-81. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT lípkovsʹkano vplivkatíonnihpoverhnevoaktivnihantiseptikívnarozčinennâprirodnogopolífenolukurkumínuuvodnihseredoviŝah AT barvínčenkovm vplivkatíonnihpoverhnevoaktivnihantiseptikívnarozčinennâprirodnogopolífenolukurkumínuuvodnihseredoviŝah AT kartelʹmt vplivkatíonnihpoverhnevoaktivnihantiseptikívnarozčinennâprirodnogopolífenolukurkumínuuvodnihseredoviŝah |
| first_indexed |
2025-07-17T00:07:00Z |
| last_indexed |
2025-07-17T00:07:00Z |
| _version_ |
1837850505830727680 |
| fulltext |
73ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3: 73—81
Ц и т у в а н н я: Ліпковська Н.О., Барвінченко В.М., Картель М.Т. Вплив катіонних поверхнево-активних
антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну у водних середовищах. Допов. Нац. акад.
наук Укр. 2023. № 3. С. 73—81. https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.073
© Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2023. Стаття опублікована за умовами відкритого до-
ступу за ліцензією CC BY-NC-ND (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)
ХІМІЯ
CHEMISTRY
https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.073
УДК 544.77.051.7
Н.О. Ліпковська, https://orcid.org/0000-0001-8872-4537
В.М. Барвінченко, https://orcid.org/0000-0003-1570-349X
М.Т. Картель, https://orcid.org/0000-0002-9431-5921
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України, Київ
E-mail: lipkovska@ukr.net, vbarvinchenko@gmail.com
Вплив катіонних поверхнево-активних
антисептиків на розчинення природного
поліфенолу куркуміну у водних середовищах
Представлено академіком НАН України М.Т. Картелем
Встановлено закономірності солюбілізації, таутомерних перетворень і зміни спектральних характерис-
тик природного поліфенолу куркуміну в разі розчинення у водному середовищі катіонних ПАР — анти-
септиків етонію та декаметоксину залежно від їх концентрації в розчині. Показано, що в організованих
міцелярних середовищах цих катіонних ПАР куркумін розчиняється в енольній формі, його розчинність
збільшується на два порядки. Методом розчинності визначено величини констант зв’язування куркуміну з
міцелами етонію (lgКзв = 4,39) та декаметоксину (lgКзв = 4,47). В доміцелярних розчинах довголанцюгового
катіонного ПАР етонію до появи звичайних класичних міцел куркумін розчиняється у водному розчині пе-
реважно в кетонній формі і його концентрація зростає у 150 разів за рахунок утворення ним розчинних су-
прамолекулярних комплексів. На відміну від етонію, в доміцелярних розчинах коротколанцюгової катіонної
ПАР декаметоксину практично не відбувається поліпшення розчинності та зсуву рівноваги кето-енольної
таутомерії куркуміну. Виявлені закономірності мають вагоме наукове і прикладне значення для розробки
лікарських препаратів на основі таких систем.
Ключові слова: куркумін, етоній, декаметоксин, солюбілізація, кето-енольна таутомерія, спектрофо-
тометрія.
Сьогодні увагу медиків все більше привертають різноманітні фармакологічні дії і ліку-
вальні властивості куркуміну (СUR) — поліфенолу, отриманого з кореневищ рослини
Curcuma longa Linn, який давно використовується в традиційній медицині, а також як
консервант і барвник у харчовій промисловості (харчова добавка Е 100) [1]. Якщо раніше
куркумін був відомий як протизапальний засіб з високою антиоксидантною активністю,
74 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3
Н.О. Ліпковська, В.М. Барвінченко, М.Т. Картель
то протягом останнього десятиліття він активно досліджується як потенційний те ра-
певтичний агент для профілактики та лікування різних патологічних станів, зокрема та-
ких складних, як хвороби Альцгеймера і Паркінсона, COVID19, розсіяний склероз, епі-
лепсія, церебральний параліч, а також автоімунних, серцево-судинних та онкологічних
захворювань [2—4].
За хімічною структурою куркумін є діарилгептаноїдом, який належить до групи кур-
куміноїдів, що надають жовтого забарвлення куркумі. Його молекула являє собою біс-α,β-
ненасичений β-дикетон (СUR-К), утворений у результаті кон’югації двох молекул феруло-
вої кислоти за допомогою метиленового містка і який знаходиться в рівновазі з енольною
формою (СUR-Е):
O
OH
O O
OH
O
HO
O
CH3 CH3 CH3 CH3
O
H
O
HO
O
СUR-К СUR-E
Використання корисних фармакологічних властивостей куркуміну обмежується його
поганою розчинністю і, відповідно, низькою біодоступністю [5] у водних середовищах та
біологічних рідинах організму. Тому одним з важливих завдань є розробка ефективних
лікарських форм куркуміну, які б забезпечували поліпшення його розчинності як однієї
з основних біофармацевтичних характеристик, що значною мірою визначає ефективність
лікарського засобу. Для вирішення цієї проблеми застосовують різні технології інкапсуля-
ції куркуміну в наноносії, такі як міцели, везикули, полімерні наночастинки тощо [6, 7], які
здатні збільшувати його розчинність за рахунок локалізації в мікрофазі таких організова-
них систем. Одним з варіантів є солюбілізація куркуміну у міцелярних розчинах поверхне-
во-активних речовин (ПАР), переважно в неіонних твінах [8], які широко застосовуються
в харчовій промисловості.
Найперспективнішими для застосування в лікарських препаратах вважаються еко-
логічно безпечні, біодеградуючі, лабільні димерні катіонні поверхнево-активні речовини
(КПАР), які містять в молекулах зв’язки, що легко гідролізуються і мають поверхнево-ак-
тивні і бактерицидні властивості [9]. Такими антисептичними засобами є вітчизняні пре-
парати декаметоксин (DM) та етоній (ЕТ) [10], молекули яких належать до складних есте-
рів біс-четвертинних амонієвих солей, а саме до димерних симетричних КПАР. Вони ма-
ють однакові полярні гідрофільні групи, але істотно відрізняються між собою розмірами
спейсерів і довжиною гідрофобних хвостових груп.
+
+
CH3—(CH2)10—O—C—CH2—N—CH3
O
2Cl–
2Cl–
CH3—(CH2)10—O—C—CH2—N—CH3
||
O
||
O
||
|
|
CH3
+|
CH3 +|
CH3CH2
|
CH3
|
CH3
|
|
CH2
Eтоній Декаметоксин
—O—C—CH2—N—(CH2)10—N—CH2—C—O—
75ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну...
Метою дослідження було встановлення закономірностей впливу димерних симетрич-
них КПАР — антисептичних засобів з групи естерів біс-четвертинних амонієвих солей —
на розчинність куркуміну, а також визначення констант зв’язування куркуміну з міцелами
етонію та декаметоксину для оцінки властивостей даних організованих середовищ під час
розроблення та використання лікарських препаратів на основі таких систем у медичній
практиці.
Матеріали та методи. У дослідженні використовували куркумін фірми “Sigma-
Aldrich”, етоній та декаметоксин дослідного виробництва Інституту органічної хімії
НАН України. Електронні спектри поглинання розчинів реєстрували на спектрофото-
метрі “Specord M-40” (“Carl Zeiss Jena”, Німеччина). Кислотність розчинів контролювали
за допомогою скляного електрода універсального іономіра Hanna instruments HI 221.
Для дослідження розчинності куркуміну готували серію водних розчинів об’ємом
10 мл з концентрацією декаметоксину або етонію в межах (02) ∙ 10–2 М, додавали по
0,005 г кристалічного куркуміну, перемішували на апараті для струшування до досяг-
нення рівноваги (24 год), центрифугували протягом 10 хв при 2000 об/хв і вимірювали
спектри поглинання відокремлених розчинів. Для визначення кількості солюбілізовано-
го куркуміну отримані розчини розводили етанолом у співвідношенні 1 : 1, через 30 хв
реєстрували спектри поглинання і розраховували концентрацію куркуміну виходячи з
визначених молярних коефіцієнтів екстинкції. Температура в усіх експериментах була
постійною і становила 293 К.
Збільшення розчинності куркуміну у водному розчині в результаті введення декаме-
токсину або етонію було використано для визначення його термодинамічної константи
зв’язування (Кзв) з міцелами КПАР, яку розраховували на основі методу, описаного в робо-
ті [11], за лінійним рівнянням
S/S0 – 1 = Кзв (СКПАР – ККМ),
де S0 і S — розчинність куркуміну у воді та розчинах декаметоксину або етонію відповідно;
СКПАР — загальна концентрація декаметоксину або етонію; ККМ — критична концентра-
ція міцелоутворення декаметоксину або етонію.
Константу зв’язування визначали як тангенс кута нахилу прямої, побудованої в коор-
динатах (S/S0 – 1) – (СКПАР – ККМ).
Результати досліджень та їх обговорення. Вплив КПАР у широкому інтервалі концен-
трацій на розчинення куркуміну досліджували за спектрами поглинання отриманих вод-
них розчинів до і після введення етонію та декаметоксину (рис. 1). Виявлено, що інтенсив-
ність світлопоглинання розчинів куркуміну і, відповідно, його розчинність істотно зрос-
тають, а різке збільшення спостерігається у разі перевищення концентрацій СЕТ ≈ 0,002 М
та СDM ≈ 0,008 М, які відповідають їхнім ККМ [11, 12].
У присутності обох КПАР інтенсивність спектрів куркуміну значно зростає, але в до-
міцелярному концентраційному діапазоні спектральні характеристики отриманих розчи-
нів розрізняються. Так, у розчинах декаметоксину спектри куркуміну в усьому дослідже-
ному інтервалі концентрацій (див. рис. 1, б) мають у видимій області інтенсивну смугу
поглинання з максимумом при 426 нм, яка відповідає його енольній таутомерній формі
(СUR-Е) [13]. У разі розчинення куркуміну в доміцелярних розчинах етонію, на відміну
76 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3
Н.О. Ліпковська, В.М. Барвінченко, М.Т. Картель
від розчинів декаметоксину, спочатку в спектрах поглинання з’являється максимум при
364 нм (рис. 1, а, криві 1, 2), характерний для кетонної таутомерної форми СUR-К [13].
Якщо СЕТ 0,002 М, тобто в міцелярному розчині, у спектрах з’являється смуга CUR-Е
(крива 3), інтенсивність якої зростає зі збільшенням концентрації етонію (криві 4—6).
Оскільки залежно від концентрації КПАР куркумін може розчинятися у вигляді як
кето-, так і енол-таутомеру, які мають різні спектральні властивості, то для визначення кіль-
кості солюбілізованого куркуміну необхідно було розробити методику його спектрофото-
метричного визначення в розчинах етонію та декаметоксину. Раніше нами було встанов-
лено [13], що у водно-етанольних розчинах з концентрацією етанолу ≥ 45 % наявна лише
енольна форма куркуміну, тому для визначення концентрації розчиненого куркуміну дослі-
джуваний розчин розводили етиловим спиртом у співвідношенні 1 : 1, витримували 30 хв,
що необхідно для повного таутомерного переходу в CUR-Е, і вимірювали оптичну густину
при λмакс = 426 нм. За таких експериментальних умов світлопоглинання не залежить від кон-
центрації КПАР, а молярний коефіцієнт екстинкції куркуміну становить 56300.
Розраховані величини розчинності куркуміну в розчинах етонію (крива 1) та дека-
метоксину (крива 2) різної концентрації наведені на рис. 2. Різкий перегин залежності
розчинності куркуміну від концентрації КПАР спостерігається при концентраціях СЕТ =
= 2 · 10–3 М та СDM = 8 · 10–3 М, які відповідають величинам ККМ цих КПАР.
Як відомо, солюбілізаційна дія розчинів ПАР починає виявлятися лише при концен-
траціях, що перевищують їх ККМ [14] за рахунок поглинання молекул солюбілізату мі-
целами ПАР. Однак розчинність куркуміну значно зростає (приблизно в 150 разів) вже в
доміцелярних розчинах етонію (див. рис. 2, крива 1) на відміну від такої в розчинах дека-
метоксину (рис. 2, крива 2). Можна вважати, що в даних експериментальних умовах пози-
тивно заряджені атоми азоту етонію електростатично зв’язуються з карбонільною групою
куркуміну, оскільки вона має максимальну щільність електронів [13], з утворенням роз-
чинних іонних асоціатів. У результаті такої взаємодії відбувається розрив внутрішньомо-
лекулярного водневого зв’язку С=О…НО, який стабілізував енольну форму куркуміну, і
перехід в кетонну таутомерну форму, що підтверджується появою смуги поглинання з мак-
симумом 364 нм (див. рис. 1, а, криві 1, 2).
A/l
2
4
ба
5
6
λ, нм
1
3
350 400 450 500 λ, нм350 400 450 500
0
4
8
12
0
5
10
15
20
25
1
2
3
4
5
6
Рис.1. Спектри поглинання куркуміну за умов його розчинення у водних розчинах етонію (а) та декаме-
токсину (б). СЕТ (мМ): 1 (1), 2 (2), 3 (3), 4 (4), 6 (5), 8 (6). СDKM (мМ): 8 (1), 10 (2), 12 (3), 14 (4), 16 (5), 18 (6)
77ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну...
Розчинення куркуміну, яке почина-
ється при концентраціях етонію, значно
нижчих за ККМ, тобто до появи звичай-
них класичних міцел, може свідчити про
наявність у доміцелярних розчинах міце-
лоподібних агрегатів етонію, які посту-
пово утворюються шляхом локалізації іо-
нів цієї КПАР на солюбілізаційному ядрі
куркуміну. Чим довший вуглеводневий
ланцюг КПАР, тим більше виявляються її
гідрофобні властивості [14], що і пояснює
відсутність збільшення розчинності та зсуву кето-енольної таутомерії куркуміну в доміце-
лярних розчинах декаметоксину, молекула якого має короткі гідрофобні “хвости”.
Збільшення розчинності куркуміну в присутності КПАР порівняно з такою у водно-
му розчині було використано для визначення термодинамічних констант зв’язування (Кзв)
куркуміну з етонієм та декаметоксином під час утворення міцелярних супрамолекулярних
комплексів, які розраховували на основі методу, описаного в роботі [11]. Експерименталь-
но встановлено, що залежності (S/S0 – 1) від (СКПАР — ККМ) для обох КПАР лінійні і харак-
теризуються високими коефіцієнтами кореляції (r2 ≥ 0,994, n = 6). Знайдені величини кон-
стант зв’язування куркуміну з міцелами етонію (Кзв = 2,5 · 104 л/моль або lgКзв = 4,39 ± 0,02)
та декаметоксину (Кзв = 2,9 · 104 л/моль або lgКзв = 4,47 ± 0,02) близькі за значеннями і
в обох випадках перевищують відповідні константи зв’язування куркуміну з неіонними
ПАР, зокрема твінами (Кзв = (0,6—1,0)·104 л/моль [8]). Це зумовлено тим, що зв’язування
куркуміну з нейтральними міцелами ПАР відбувається переважно за рахунок гідрофоб-
них взаємодій, а в разі позитивно заряджених міцел КПАР істотну роль відіграє і значно
сильніша електростатична взаємодія. Зіставні величини констант зв’язування куркуміну з
етонієм та декаметоксином пояснюються тим, що їхні молекули мають однакові реакційні
центри — полярні “головки”, які складаються з двох амонієвих і двох естерних груп.
Для оцінки впливу гідрофобності поліфенолу на утворення супрамолекулярних комплек-
сів був проаналізований зв’язок між знайденими константами зв’язування і величинами кое-
фіцієнтів їх розподілу в системі вода — н-октанол (lgP), де lgP — загальноприйнятий параметр
гідрофобності, що характеризує ліофільні властивості речовини. Раніше під час дослідження
розчинності флавоноїдів у КПАР [11, 12] нами було встановлено, що помірно гідрофобний
кверцетин (lgP = 1,480) утворює більш стійкі комплекси з міцелами етонію (lgКзв = 3,71) і дека-
метоксину (lgКзв = 3,91), ніж rідрофільний рутин (lgP = –2,020), величини констант зв’язування
якого також близькі: lgКзв = 2,52 (етоній) та lgКзв = 2,42 (декаметоксин). Наведене в літературі
значення lgP = 2,5 для куркуміну в енольній формі [4] свідчить про те, що даний поліфенол
більш гідрофобний порівняно з кверцетином і рутином, що може пояснювати утворення ним
0,005 0,010 0,015 0,0200
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
400
300
200
S, мМ S/So
CКПАР, М
1
2
100
0
Рис.2. Залежність розчинності куркуміну (S) у
водних розчинах етонію (1) і декаметоксину (2)
та збільшення розчинності куркуміну щодо його
водного розчину (S/S0) від концентрації КПАР
78 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3
Н.О. Ліпковська, В.М. Барвінченко, М.Т. Картель
стійкіших супрамолекулярних комплексів з даними КПАР. На рис. 3 наведені залежності кон-
стант зв’язування рутину, кверцетину і куркуміну з етонієм (пряма 1) та декаметоксином (пря-
ма 2) від їхніх величин lgP. Отримані залежності лінеаризуються з високими коефіцієнтами
кореляції: r2 = 0,999 (1) та r2 = 0,990 (2), що вказує на визначальну роль гідрофобних взаємодій
під час розчинення природних поліфенолів у міцелах даних антисептичних засобів.
Молекули куркуміну містять як полярні (фенольні та кето-групи), так і неполярні (вуг-
леводневі і ароматичні) фрагменти, тому його солюбілізацію в міцелах ПАВ можуть забез-
печувати щонайменше два мікросередовища: ядро міцели та її полярна частина. У зовніш-
ній полярній області міцели солюбілізуються полярні групи куркуміну, а неполярна части-
на міцели взаємодіє з гідрофобними вуглецевими ланцюгами. Однак, якщо враховувати, що
розчинність куркуміну в гексані, який моделює вуглеводневе ядро міцели, дуже невисока,
а енергія зв’язку полярних груп куркуміну з водою перешкоджає повному залученню його
молекул в ядро міцели, можна зробити висновок про переважну локалізацію куркуміну в
проміжному (палісадному) шарі міцели. Для підтвердження цього припущення було зістав-
лено нормовані спектри поглинання куркуміну у воді та в міцелярних розчинах декаметок-
сину та етонію (рис. 4). У воді (полярному розчині, який має високе значення діелектричної
проникності: ε = 78) максимум смуги поглинання розчину куркуміну спостерігається при
довжині хвилі λmax = 428 нм, тоді як у міцелярних розчинах відбувається гіпсохромний зсув
цієї смуги до λmax = 426 нм для декаметоксину та λmax = 422 нм для етонію.
Для оцінки величин ефективної локальної діелектричної проникності досліджуваних
міцелярних середовищ, які будуть визначати місце локалізації куркуміну, було проведено
порівняння λmax його спектрів поглинання в міцелярних розчинах декаметоксину та ето-
нію (див. рис. 4) і в органічних розчинниках з відомою діелектричною проникністю [15].
Знайдені методом екстраполяції величини діелектричної проникності (ε) становлять ≈ 37
для декаметоксину та ≈ 32 для етонію, тобто відповідають мікрооточенню проміжної по-
лярності. Це підтверджує зроблене припущення, що солюбілізований куркумін знаходить-
ся в палісадному шарі міцел етонію та декаметоксину.
–2 –1 0 1 2 3
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
12
lgKзв
lgP
Рутин
Кверцетин
Куркумін
410 420 430 440
0,7
0,8
0,9
1,0
А/Аmах
λ, нм
1
2
3
Рис. 3. Залежність констант зв’язування рутину,
кверцетину, куркуміну з етонієм (1) та декаметок-
сином (2) від lgP цих поліфенолів
Рис. 4. Нормовані спектри поглинання куркуміну
у воді (1), міцелярних розчинах декаметоксину (2)
та етонію (3)
79ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну...
Висновки. За результатами спектрофотометричного дослідження солюбілізації кур-
куміну у водних розчинах етонію та декаметоксину встановлено, що розчинність цього
поліфенолу в організованих міцелярних середовищах КПАР відбувається в енольній фор-
мі і збільшується в 400 разів порівняно з такою у воді. Методом розчинності визначено
константи зв’язування куркуміну з міцелами декаметоксину та етонію. Порівняння спек-
тральних характеристик куркуміну у водних, міцелярних розчинах КПАР та в органічних
розчинниках з відомою діелектричною проникністю дало можливість оцінити полярність
середовища в місці локалізації молекули куркуміну в міцелах етонію та декаметоксину.
Виявлено істотні відміності впливу концентрацій і будови молекул КПАР на розчин-
ність та таутомерні перетворення куркуміну. В доміцелярних розчинах коротколанцюго-
вого КПАР декаметоксину практично не відбувається збільшення розчинності та зсуву
кето-енольної таутомерії куркуміну, тоді як у доміцелярних розчинах довголанцюгового
КПАР етонію куркумін розчиняється переважно в кетонній формі і його розчинність за-
галом зростає в 150 разів за рахунок утворення ним розчинних супрамолекулярних комп-
лексів з катіонами етонію.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Hewlings S., Kalman D. Сurcumin: A review of its effects on human health. Foods. 2017. 6, № 10. Р. 92—103.
https://doi.org/10.3390/foods6100092
2. Mortezaee K., Salehi E., Mirtavoos-Мahyari H., Motevaseli E., Najafi M., Farhood B., Rosengren R.J., Saheb-
kar A. Mechanisms of apoptosis modulation by curcumin: Implications for cancer therapy. J. Cell. Physiol.
2019. 234, № 8. Р. 12537—12550. https://doi.org/10.1002/jcp.28122
3. Vahedian-Azimi A., Abbasifard M., Rahimi-Bashar F., Guest P.C., Majeed M., Mohammadi A., Banach M.,
Jamialahmadi T., Sahebkar A. Effectiveness of curcumin on outcomes of hospitalized COVID-19 patients: A
systematic review of clinical trials. Nutrients. 2022. 14, № 2. Р. 256—268. https://doi.org/10.3390/nu14020256
4. Balasubramanian K. Molecular orbital basis for yellow curry spice curcumin’s prevention of Alzheimer’s dis-
ease. J. Agric. Food Chem. 2006. 54, № 10. Р. 3512—3520. https://doi.org/10.1021/jf0603533
5. Jamwal R. Bioavailable curcumin formulations: A review of pharmacokinetic studies in healthy volunteers.
J. Integr. Med. 2018. 16, № 6. Р. 367—374. https://doi.org/10.1016/j.joim.2018.07.001
6. Zheng B., McClements D.J. Formulation of more efficacious curcumin delivery systems using colloid science:
Enhanced solubility, stability and bioavailability. Molecules. 2020. 25, № 12. Р. 2791—2816. https://doi.
org/10.3390/molecules25122791
7. Ganguly R., Kumar S., Kunwar A., Nath S., Sarma H.D., Tripathi A., Verma G., Chaudhari D.P., Aswal V.K.,
Melo J.S. Structural and therapeutic properties of curcumin solubilized pluronic F127 micellar solutions and
hydrogels. J. Mol. Liq. 2020. 314. Р. 113591—113628. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113591
8. Wang X., Gao Y. Effects of length and unsaturation of the alkyl chain on the hydrophobic binding of curcumin
with Tween micelles. Food Chem. 2018. 246. Р. 242—248. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.11.024
9. Brycki B.E., Szulc A., Kowalczyk I., Koziróg A., Sobolewska E. Antimicrobial activity of gemini surfactants
with ether group in the spacer part. Molecules. 2021. 26, № 19. Р. 5759—5775. https://doi.org/10.3390/
molecules26195759
10. Компендиум. Лекарственные препараты: Коваленко В.Н. (ред.). Київ: Морион, 2015. 2320 с.
11. Ліпковська Н.О. Барвінченко В.М. Супрамолекулярні взаємодії природних флавоноїдів з катіонною
ПАР етонієм в розчинах і на поверхні нанокремнезему. Хімія, фізика та технологія поверхні. 2018. 9,
№ 1. С. 92—103. https://doi.org/10.15407/hftp09.01.092
12. Липковская Н.А., Барвинченко В.Н., Федянина Т.В., Ругаль А.А. Физико-химические свойства кверце-
тина и рутина в водных растворах антисептического препарата декаметоксин. Журн. прикл. химии.
2014. 87, № 1. С. 40—45.
80 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3
Н.О. Ліпковська, В.М. Барвінченко, М.Т. Картель
13. Kazakova O., Lipkovska N., Barvinchenko V. Keto-enol tautomerism of curcumin in the preparation of nano-
biocomposites with fumed silica. Spectrochim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2022. 277. 121287. https://doi.
org/10.1016/j.saa.2022.121287
14. Rosen M.J., Kunjappu J.T. Surfactants and interfacial phenomena. New York: John Wiley & Sons, 2012. 616 р.
https://doi.org/10.1002/9781118228920
15. Patra D., Barakat C. Synchronous fluorescence spectroscopic study of solvatochromic curcumin dye. Spectro-
chim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2011. 79. P. 1034—1041. https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.04.016
Надійшло до редакції 10.02.2023
REFERENCES
1. Hewlings, S. & Kalman, D. (2017). Curcumin: A review of its effects on human health. Foods, 6, No. 10,
pp. 92-103. https://doi.org/10.3390/foods6100092
2. Mortezaee, K., Salehi, E., Mirtavoos-Мahyari, H., Motevaseli, E., Najafi, M., Farhood, B., Rosengren, R. J. &
Sahebkar, A. (2019). Mechanisms of apoptosis modulation by curcumin: Implications for cancer therapy.
J. Cell. Physiol., 234, No. 8, pp. 12537-12550. https://doi.org/10.1002/jcp.28122
3. Vahedian-Azimi, A., Abbasifard, M., Rahimi-Bashar, F., Guest, P.C., Majeed, M., Mohammadi, A., Banach, M.,
Jamialahmadi, T. & Sahebkar, A. (2022). Effectiveness of curcumin on outcomes of hospitalized COVID-19
patients: A systematic review of clinical trials. Nutrients, 14, No. 2, pp. 256-268. https://doi.org/10.3390/
nu14020256
4. Balasubramanian, K. (2006). Molecular orbital basis for yellow CURry spice CURcumin’s prevention of Al-
zheimer’s disease. J. Agric. Food Chem., 54, No. 10, pp. 3512-3520. https://doi.org/10.1021/jf0603533
5. Jamwal, R. (2018). Bioavailable curcumin formulations: A review of pharmacokinetic studies in healthy volun-
teers. J. Integr. Med., 16, No. 6. pp. 367-374. https://doi.org/10.1016/j.joim.2018.07.001
6. Zheng, B. & McClements, D. J. (2020). Formulation of more efficacious curcumin delivery systems using col-
loid science: Enhanced solubility, stability and bioavailability. Molecules, 25, No. 12, pp. 2791-2816.
https://doi.org/10.3390/molecules25122791
7. Ganguly, R., Kumar, S., Kunwar, A., Nath, S., Sarma, H. D., Tripathi, A., Verma, G., Chaudhari, D. P., Asw-
al, V. K. & Melo, J. S. (2020). Structural and therapeutic properties of curcumin solubilized pluronic F127 mi-
cellar solutions and hydrogels. J. Mol. Liq., 314, pp. 113591-113628. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2020.113591
8. Wang, X. & Gao, Y. (2018). Effects of length and unsaturation of the alkyl chain on the hydrophobic binding of
curcumin with Tween micelles. Food Chem., 246, pp. 242-248. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.11.024
9. Brycki, B. E., Szulc, A., Kowalczyk, I., Koziróg, A. & Sobolewska, E. (2021). Antimicrobial activity of gemini
surfactants with ether group in the spacer part. Molecules, 26, No. 19, pp. 5759-5775. https://doi.org/10.3390/
molecules26195759
10. Kovalenko, V. N. (Ed.). (2015). Compendium. Medicines. Kyiv: Morion (in Russian).
11. Lipkovska, N. O. & Barvinchenko, V. M. (2018). Supramolecular interactions of natural flavonoids with ca-
tionic surfactant ethonium in solutions and on silica surface. Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni, 9, No. 1,
pp. 92-103 (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/hftp09.01.092
12. Lipkovskaya, N. A. Barvinchenko, V. N., Fedyanina, T. V. & Rugal’, A. A. (2014). Physicochemical properties
of quercetin and rutin in aqueous solutions of decamethoxin antiseptic drug. Russ. J. Appl. Chem., 87, No. 1,
pp. 36-41 (in Russian). https://doi.org/10.1134/S1070427214010054
13. Kazakova, O., Lipkovska, N. & Barvinchenko, V. (2022). Keto-enol tautomerism of curcumin in the prepara-
tion of nanobiocomposites with fumed silica. Spectrochim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc., 277, 121287.
https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.121287
14. Rosen, M. J. & Kunjappu, J. T. (2012). Surfactants and interfacial phenomena. New York: John Wiley & Sons.
https://doi.org/10.1002/9781118228920
15. Patra, D. & Barakat, C. (2011). Synchronous fluorescence spectroscopic study of solvatochromic curcumin dye.
Spectrochim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc., 79, pp. 1034-1041. https://doi.org/10.1016/j.saa.2011.04.016
Received 10.02.2023
81ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3
Вплив катіонних поверхнево-активних антисептиків на розчинення природного поліфенолу куркуміну...
N.O. Lipkovska, https://orcid.org/0000-0001-8872-4537
V.M. Barvinchenko, https://orcid.org/0000-0003-1570-349X
M.T. Kartel, https://orcid.org/0000-0002-9431-5921
Chuiko Institute of Surface Chemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv
E-mail: lipkovska@ukr.net, vbarvinchenko@gmail.com
EFFECT OF CATIONIC SURFACTANT ANTISEPTICS ON THE SOLUBILITY
OF THE NATURAL POLYPHENOL CURCUMIN IN AQUEOUS SOLUTIONS
The solubilization patterns, tautomeric transformations, and changes in the spectral characteristics of the natural
polyphenol curcumin were investigated upon dissolution in aqueous solutions of cationic surfactant antiseptics,
namely ethonium and decamethoxin. The effects were studied as a function of the concentration of the surfactants
in solution. It was observed that curcumin predominantly dissolves in the enol form in the organized micellar me-
dia of these surfactants, resulting in a significant increase in its solubility by two orders of magnitude. Binding
constants of curcumin with micelles of ethonium (lg Kb = 4.39) and decamethoxin (lg Kb = 4.47) were determined
using the solubility method. In domicellar solutions of the long-chain cationic surfactant ethonium, prior to the
formation of classical micelles, curcumin mainly dissolves in the ketone form, and its concentration increases by
150 times due to the formation of soluble supramolecular complexes. In contrast, the short-chain cationic surfac-
tant decamethoxin has little effect on the solubility of curcumin and its keto-enol tautomeric equilibrium under the
given conditions. The discovered patterns have significant scientific and practical implications for the development
of drug formulations based on these systems.
Keywords: curcumin, ethonium, decamethoxin, solubilization, keto-enol tautomerism, spectrophotometry.
|