Анализ цис-изомер-обогащенного образца дигидрокверцетина путем 1D- и 2D-ЯМР-спектроскопии

Введение. Структура дигидрокверцетина (ДКВ) характеризуется наличием двух центров хиральности в положениях 2 и 3 бензопиранонового цикла, что обуславливает возможность существования диастереомеров: транс- и цис-изомеров. Таким образом, разработка аналитических подходов к качественному и количественному контролю диастереомеров ДКВ в субстанции является необходимой для обеспечения безопасности пациентов. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) – один из физико-химических методов, который можно использовать для решения этой задачи.

Цель. Целью данного исследования было накопление аналитических и структурных характеристик цис-ДКВ при помощи спектроскопии ЯМР сфероидной формы данного флавоноида.

Материалы и методы. Спектры 1D-ЯМР ¹H, ¹H,¹H-COSY, ¹H,¹H-NOESY и ¹H,¹³C-HSQC были получены при 298 K на спектрометре, оборудованном датчиком тройного резонанса и работающем на частоте, составляющей 800 МГц на ¹H. Число сканирований для каждого спектра составило 32. Время смешения в ходе эксперимента NOESY – 400 мс. Спектры ¹H и ¹³C были проанализированы и отнесены при помощи программы CcpNmr. Торсионные углы рассчитаны по уравнению Карплуса.

Результаты и обсуждение. В транс-ДКВ величина химического сдвига для Н2 и Н3 составила 4,93 м.д. и 4,52 м.д., а для цис-ДКВ – 5,31 м.д. и 4,20 м.д. соответственно. Константы спин-спинового взаимодействия между атомами водорода в положениях 2 и 3 транс- и цис-изомеров были 12,00 Гц и 2,40 Гц соответственно. Таким образом, торсионные углы между этими атомами водорода составили 154° в транс-ДКВ и 64° в цис-ДКВ. Установлено, что сфероидная форма ДКВ содержит 12,53 % цис-изомера.

Заключение. Результаты исследования подтверждают возможность использования спектроскопии ЯМР для идентификации транс- и цис-ДКВ по величинам химических сдвигов кросс-пиков Н2 и Н3. Другим важным результатом стало обнаружение большей селективности данного количественного метода анализа в сравнении с УФ-ВЭЖХ в отсутствие стандартного образца на цис-изомер. Одним из значимых результатов данного исследования для разработки лекарственных средств стало уточнение информации о структуре диастереомеров ДКВ в жидкой фазе.

1. Liu Y., Shi X., Tian Y., Zai S., Liu Y., Xiong Z., Chu S. An insight into novel therapeutic potentials of taxifolin. Frontiers in Pharmacology. 2023;14:1173855. DOI: 10.3389/fphar.2023.1173855.

2. Vladimirov Yu. A., Proskurnina E. V., Demin E. M., Matveeva N. S., Lubitskiy O. B., Novikov A. A., Izmailov D. Yu., Osipov A. N., Tikhonov V. P., Kagan V. E. Dihydroquercetin (taxifolin) and other flavonoids as inhibitors of free radical formation at key stages of apoptosis. Biochemistry (Moscow). 2009;74(3):301–307. DOI: 10.1134/S0006297909030092.

3. Orlova S. V., Tatarinov V. V., Nikitina E. A., Sheremeta A. V., Ivlev V. A., Vasil’ev V. G., Paliy K. V., Goryainov S. V. Bioavailability and Safety of Dihydroquercetin (Review). Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022;55(11):1133–1137.

4. Kalinina I., Potoroko I., Sonawane S. H. Sonochemical encapsulation of taxifolin into cyclodextrine for improving its bioavailability and bioactivity for food. In: Encapsulation of Active Molecules and Their Delivery System. Amsterdam: Elsevier; 2020. P. 85–102. DOI: 10.1016/B978-0-12-819363-1.00005-3.

5. Abdulrazzak S. A., Vorobyev A. N., Sinitsyna N. I., Sharutin I. V., Menshova O. V., Elizarova E. V., Ivanov Yu. V., Karamyan A. S., Abramovich R. A., Potanina O. G., Sakanyan K. M. Development of Dihydroquercetin-based Oral tablets and Evalution of the General Toxic Effect. Drug development & registration. 2022;11(2):126–138. (In Russ.) DOI: 10.33380/2305-2066-2022-11-2-126-138.

6. Terekhov R. P., Selivanova I. A., Tyukavkina N. A., Ilyasov I. R., Zhevlakova A. K., Dzuban A. V., Bogdanov A. G., Davidovich G. N., Shylov G. V., Utenishev A. N., Kovalev D. Yu., Fenin A. A., Kabluchko T. G. Assembling the Puzzle of Taxifolin Polymorphism. Molecules. 2020;25(22):5437. DOI: 10.3390/molecules25225437.

7. Stenger Moura F. C., Pinna N., Vivani R., Nunes G. E., Schoubben A., Bellé Bresolin T. M., Bechold I. H., Ricci M. Exploring Taxifolin Polymorphs: Insights on Hydrate and Anhydrous Forms. Pharmaceutics. 2021;13(9):1328. DOI: 10.3390/pharmaceutics13091328.

8. Taldaev A., Terekhov R. P., Selivanova I. A., Pankov D. I., Anurova M. N., Markovina I. Yu., Cong Z., Ma S., Dong Z., Yang F., Liao Y. Modification of Taxifolin Properties by Spray Drying. Scientia Pharmaceutica. 2022;90(4):67. DOI: 10.3390/scipharm90040067.

9. Terekhov R. P., Melnikov E. S., Nikitin I. D., Tokareva M. A., Rodina T. A., Savina A. D., Pankov D. I., Zhevlakova A. K., Beloborodov V. L., Selivanova I. A. Diastereomers of Spheroidal Form and Commercially Available Taxifolin Samples. Scientia Pharmaceutica. 2024;92(1):5. DOI: 10.3390/scipharm92010005.

10. Vega-Villa K. R., Remsberg C. M., Takemoto J. K., Ohgami Yu., Yáñez J. A., Andrews P. K., Davies N. M. Stereospecific pharmacokinetics of racemic homoeriodictyol, isosakuranetin, and taxifolin in rats and their disposition in fruit. Chirality. 2011;23(4):339–348. DOI: 10.1002/chir.20926.

11. Strugar Y., Orlova A. A., Ponkratova A. A., Whaley A. K., Povydysh M. N. Isolation of Individual Compounds from the Aerial Part of Comarum palustre L. and Their Structure Elucidation Using Spectroscopic Methods. Drug development & registration. 2022;11(4):177–184. (In Russ.). DOI: 10.33380/2305-2066-2022-11-4-177-184.

12. Achanta P. S., Jaki B. U., McAlpine J. B., Friesen J. B., Niemitz M., Chen S.-N., Pauli G. F. Quantum mechanical NMR full spin analysis in pharmaceutical identity testing and quality control. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2021;192:113601. DOI: 10.1016/j.jpba.2020.113601.

13. Achanta P. S., Niemitz M., Friesen J. B., Tadjimukhamedov F. K., Bzhelyansky A., Giancaspro G. I., Chen S.-N., Pauli G. F. Pharmaceutical analysis by NMR can accommodate strict impurity thresholds: The case of choline. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2022;214:114709. DOI: 10.1016/j.jpba.2022.114709.

14. Belov K. V., Batista de Carvalho L. A. E., Dyshin A. A., Efimov S. V., Khodov I. A. The Role of Hidden Conformers in Determination of Conformational Preferences of Mefenamic Acid by NOESY Spectroscopy. Pharmaceutics. 2022;14(11):2276. DOI: 10.3390/pharmaceutics14112276.

15. Mironov V. F., Nemtarev A. V., Tsepaeva O. V., Dimukhametov M. N., Litvinov I. A., Voloshina A. D., Pashirova T. N., Titov E. A., Lyubina A. P., Amerhanova S. K., Gubaidullin A. T., Islamov D. R. Rational Design 2-Hydroxypropylphosphonium Salts as Cancer Cell Mitochondria-Targeted Vectors: Synthesis, Structure, and Biological Properties. Molecules. 2021;26(21):6350. DOI: 10.3390/molecules26216350.

16. Bozin T. N., Berdyshev I. M., Chukhontseva K. N., Karaseva M. A., Konarev P. V., Varizhuk A. M., Lesovoy D. M., Arseniev A. S., Kostrov S. V., Bocharov E. V., Demidyuk I. V. NMR structure of emfourin, a novel protein metalloprotease inhibitor: Insights into the mechanism of action. Journal of Biological Chemistry. 2023;299(4):104585. DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104585.

17. Urban A. S., Pavlov K. V., Kamynina A. V., Okhrimenko I. S., Arseniev A. S., Bocharov E. V. Structural Studies Providing Insights into Production and Conformational Behavior of Amyloid-β Peptide Associated with Alzheimer’s Disease Development. Molecules. 2021;26(10):2897. DOI: 10.3390/molecules26102897.

18. Panina I. S., Balandin S. V., Tsarev A. V., Chugunov A. O., Tagaev A. A., Finkina E. I., Antoshina D. V., Sheremeteva E. V., Paramonov A. S., Rickmeyer J., Bierbaum G., Efremov R. G., Shenkarev Z. O., Ovchinnikova T. V. Specific Binding of the α-Component of the Lantibiotic Lichenicidin to the Peptidoglycan Precursor Lipid II Predetermines Its Antimicrobial Activity. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(2):1332. DOI: 10.3390/ijms24021332.

19. Skinner S. P., Fogh R. H., Boucher W., Ragan T. J., Mureddu L. G., Vuister G. W. CcpNmr Analysis Assign: a flexible platform for integrated NMR analysis. Journal of Biomolecular NMR. 2016;66(2):111–124. DOI: 10.1007/s10858-016-0060-y.

20. Terekhov R. P., Selivanova I. A., Tyukavkina N. A., Shylov G. V., Utenishev A. N., Porozov Yu. B. Taxifolin tubes: crystal engineering and characteristics. Acta Crystallographica Section B Structural Science, Crystal Engineering and Materials. 2019;75(2):175–182. DOI: 10.1107/S2052520619000969.

21. Nifant’ev E. E., Koroteev M. P., Kaziev G. Z., Uminskii A. A., Grachev A. A., Men’shov V. M., Tsvetkov Yu. E., Nifant’ev N. E., Bel’skii V. K., Stash A. I. On the problem of identification of the dihydroquercetin flavonoid. Russian Journal of General Chemistry. 2006;76:161–163. DOI: 10.1134/S1070363206010324.

22. Selivanova I. A., Tyukavkina N. A., Kolesnik Yu. A., Nesterov V. N., Kuleshova L. N., Khutoryanskii V. A., Bazhenov B. N., Saibotalov M. Yu. Study of the crystalline structure of dihydroquercetin. Pharmaceutical Chemistry Journal. 1999;33:222–224. DOI: 10.1007/BF02509946.

23. Khlupova M., Vasil’eva I., Shumakovich G., Zaitseva E., Chertkov V., Shestakova A., Morozova O., Yaropolov A. Enzymatic Polymerization of Dihydroquercetin (Taxifolin) in Betaine-Based Deep Eutectic Solvent and Product Characterization. Catalysts. 2021;11(5):639. DOI: 10.3390/catal11050639.

24. Varlamova E. G., Uspalenko N. I., Khmil N. V., Shigaeva M. I., Stepanov M. R., Ananyan M. A., Timchenko M. A., Molchanov M. V, Mironova G. D., Turovsky E. A. A Comparative Analysis of Neuroprotective Properties of Taxifolin and Its Water-Soluble Form in Ischemia of Cerebral Cortical Cells of the Mouse. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(14):11436. DOI: 10.3390/ijms241411436.

25. Rabbi F., Zada A., Nisar A., Sohail M., Khalil S. K., Shah W. A. Bioassay-Guided Isolation, Identification of Compounds from Sterculia diversifolia and Investigation of Their Anti-Glycation and Antioxidant Activities. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2020;53:1137–1144. DOI: 10.1007/s11094-020-02137-7.

26. Lundgren L. N., Theander O. Cis- and trans-dihydroquercetin glucosides from needles of Pinus sylvestris. Phytochemistry. 1988;27(3):829–832. DOI: 10.1016/0031-9422(88)84101-3.

27. Kiehlmann E., Li E. P. M. Isomerization of Dihydroquercetin. Journal of Natural Products. 1995;58(3):450–455. DOI: 10.1021/np50117a018.

28. Ohmura W., Ohara S., Hashida K., Aoyama M., Dоi S. Hydrothermolysis of Flavonoids in Relation to Steaming of Japanese Larch Wood. Holzforschung. 2002;56(5):493–497. DOI: 10.1515/HF.2002.076.

29. Turnbull J. J., Nakajima J.-I., Welford R. W. D., Yamazaki M., Saito K., Schofield C. J. Mechanistic studies on three 2-oxoglutarate-dependent oxygenases of flavonoid biosynthesis. Journal of Biological Chemistry. 2004;279(2):1206–1216. DOI: 10.1074/JBC.M309228200.

30. Yoon K. D., Lee J.-Y., Kim T. Y., Kang H., Ha K.-S., Ham T.-H., Ryu S. N., Kang M.-Y., Kim Y.-H., Kwon Y.-I. In Vitro and in Vivo Anti-Hyperglycemic Activities of Taxifolin and Its Derivatives Isolated from Pigmented Rice (Oryzae sativa L. cv. Superhongmi). Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020;68(3):742–750. DOI: 10.1021/acs.jafc.9b04962.

31. Kuspradini H., Mitsunaga T., Ohashi H. Antimicrobial activity against Streptococcus sobrinus and glucosyltransferase inhibitory activity of taxifolin and some flavanonol rhamnosides from kempas (Koompassia malaccensis) extracts. Journal of Wood Science. 2009;55:308–313. DOI: 10.1007/s10086-009-1026-4.

32. Baderschneider B., Winterhalter P. Isolation and Characterization of Novel Benzoates, Cinnamates, Flavonoids, and Lignans from Riesling Wine and Screening for Antioxidant Activity. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2001;49(6):2788–2798. DOI: 10.1021/jf010396d.

33. Podgorskii V. V., Mikhalev A. S., Kalabin G. A. Quantitative NMR spectroscopy for quality control of drugs and pharmaceuticals. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2011;45:194–197. DOI: 10.1007/s11094-011-0591-1.

34. Kuz’mina N. E., Moiseev S. V., Khorolskiy M. D., Lutceva A. I. Development and Validation of 2-Azaspiro [4,5] Decan-3-One (Impurity A) in Gabapentin Determination Method Using qNMR Spectroscopy. Molecules. 2021;26(6):1656. DOI: 10.3390/molecules26061656.

35. El-Adl S. M., El-sadek M. E., Hasan M. H. Determination and Validation of Piracetam in Pharmaceuticals Using Quantitative Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. Analytical Chemistry Letters. 2017;7(2):271–279. DOI: 10.1080/22297928.2017.1320227.

36. Schleiff M., Sommers C., Yang J., Shen X., Rodriguez J. D., Shu Q. Development and validation of a quantitative proton NMR method for the analysis of pregnenolone. SSRN Electronic Journal. 2023;222:115073. DOI: 10.2139/ssrn.4151644.

37. Sheng J., Danowski W., Crespi S., Guinart A., Chen X., Stähler C., Feringa B. L. Designing P-type bi-stable overcrowded alkene-based chiroptical photoswitches. Chemical Science. 2023;14(16):4328–4336. DOI: 10.1039/d2sc05903g.

38. Aiken S., De Azevedo O. D. C. C., Chauhan K., Gabbutt C. D., Heron B. M., Rice C. R., Soltowska N. Synthesis of photochromic 3-arylvinyl-3H-naphtho[2,1-b]pyrans: An unexpected one-step annulation to cyclopenta[b]naphtho[1,2-d]furans. Dyes and Pigments. 2022;207:110710. DOI: 10.1016/j.dyepig.2022.110710.

39. Danowski W., van Leeuwen T., Browne W. R., Feringa B. L. Photoresponsive porous materials. Nanoscale Advances. 2021;3(1):24–40. DOI: 10.1039/D0NA00647E.

40. Nesterova M., Cobra P. F., Markley J. L. Taxifolin. Biological Magnetic Resonance Bank. 2019. DOI: 10.13018/BMSE001302.

41. Taldaev A. Kh., Nikitin I. D., Terekhov R. P., Selivanova I. A. Molecular Docking: Methodological Approaches of Risk Assessment. Drug development & registration. 2023;12(2):206–210. (In Russ.) DOI: 10.33380/2305-2066-2023-12-2-206-210.