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EngelbertGrafund PK- und Vk-Messungen an Mohamed El-Menshawy B enzodiazepinen
1.
Worum es geht
Die Reaktionen zwischen einem biologisch aktiven Stoff und seiner Umgebung, also auch die Reaktion zwischen Arzneistoff und
Tabelle 1. Chemische Struktur der untersuchten Benzodiazepine.
R-3 R -7 N
A-5 'R-4
Benzodiazepin-2-one
,,Rezeptor", werden durch verschiedene physiko-chemische Eigenschaften der biolo- gisch aktiven Verbindungen beeinflufit.
Die relevanten physikochemischen Parameter lassen sich wie folgt klassifizieren:
1. Parameter oder Konstanten, die sich auf
das Redoxpotential, die Dissoziationskonstante,
Verbindung R- 1 R-3 R-4 R-5 R-7 die Ladungsverteilung beziehen:
Bromazepam
Clonazepam
Demoxepam
Desmeth yldiazepam
Diazepam
Lorazepam
Nitrazepam
Oxazepam
Prazepam
Temazepam
Tetrazepam
H
H
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
6 c1
die elektronische Polarisation und damit das Dipolmoment, Induktionsfeldeffekte, Resonanz-Effekte besonders in konjugier- ten Systemen, die Fahigkeit zur Wasserstoffbrucken-Bil- dung und zur Chelat-Bildung, im weiteren Sinne auch die IR- und NMR- Spektren.
2. Parameter oder Konstanten, die sich auf die Lipophilie resp. Hydrophilie beziehen: die Loslichkeit in organischen Losungs- mitteln oder in polaren Flussigkeiten wie Wasser und damit der Verteilungskoeffi- zient, die Grenzflachen-Aktivitat und damit die Adsorption an Oberflachen und der Dampf- druck in Losungen, schliefllich die R,-Werte bei der Chroma- tographie.
3. Parameter oder Konstanten, die besondere Gruppen im Molekul betreffen und sterisch den intra- und inter-molekularen Zustand beeinflussen. 2.B. die Lape, die Grofle, das " . Volumen und die Ladung dieser besonderen Grupp en.
Die Korrelation zwischen Molekulbau und cJ31$E N., biologischer Aktivitat ist wichtig fur das Verstandnis der Wirkungsweise solcher Stoffe; dadurch wird die rationale Arznei-
2-Aminobenzodiazepine stoffentwicklung, das "drug design", er- leichtert.
/
Chlordiazepoxid; R= CH3 Desmethylchlordiazepoxid; R = H
Man mu8 zwischen zwei Typen von chemi- N 5 : schen oder physikochemischen Vorausset-
zungen fur die biologische Wirkung unter- scheiden:
1. Chemische Eigenschaften, die fur die Einleitung einer chemischen oder physiko-
M edaz epam Oxa z olam
Pharmazie in unserer Zeit / 6. Jahrg. 1977 / Nu. 6 0 Vwlag Chemie GmbH, 0-6940 Weinheim, 1977
171
chemischen Reaktion mit dem Rezeptor oder dem Zielorgan erforderlich sind,
2. physikochemische Eigenschaften, welche die Pharmakokinetik des Stoffes, alsoResorp- tion, Verteilung, Stoffwechsel und Ausschei- dung in biologischen Systemen bestimmen.
Die hier beschriebenen Versuche sollen am Beispiel der Benzodiazepine, einer wich- tigen Gruppe von Arzneimitteln in unserer Zeit, die Aufklarung derartiger physiko- chemischer Eigenschaften zeigen. Spater sol1 die Korrelation zwischen den physiko- chemischen und einigen biologischen Eigen- schaften der Benzodiazepine quantitativ untersucht werden.
A. Die Dissoziationskonstanten (pk-Werte)
Fur die Absorption der Arzneistoffe ist von grofier Bedeutung, in welchem Ausmafi sie bei einem bestimmten pH-Wert ionisiert oder nicht ionisiert vorliegen. Das hangt von den pK-Werten ab. Der pK-Wert beein- flufit fernerhin die Loslichkeit, den Lipoid/ Wassser-Verteilungskoeffizienten, das elek- trische Membranpotential, die Membran- permeabilitat und die chemische Reaktivitat. Methoden zur Bestimmung des pK,-Wertes von Sauren und Basen diskutieren Albert und Serjeantl), namlich Potentiometrie, Spektrophotometrie, Loslichkeit und Kon- duktometrie. Jede Methode hat ihre Grenzen. In der Literatur 2,3) gibt es unterschiedliche Angaben uber die pK,-Werte einiger Ben- zodiazepine. Deshalb wurden alle pK,-Werte mit gleicher Methode und unter gleichen Voraussetzungen erneut bestimmt, denn bei der spateren Berechnung der relativen Werte in der Korrelation zwischen den physikochemischen und biologischen Eigen- schaften wurde wegen des stark lipophilen Charakters dieser Verbindungen schon ein kleiner Fehler im pK,-Wert einen grofien Unterschied zu dem genauen Wert des Verteilungskoeffizienten verursachen.
Die pH-Messungen wurden mit einem pH- Meter Metrohm E 520 bei 2 0 t 1 O C durchge- fuhrt.
Die W-Obersichtsspektren wurden mit einem Beckman DB Spektralphotometer aufgenommen.
Die Arzneistoffe (Tabelle 1) wurden von den in Klammern genannten Firmen freund- licherweise zur Verfugung gestellt:
Desmethyldiazepam, Nitrazepam, Clonaze- pam, Demoxepam, Bromazepam, Diazepam, Medazepam, Desmethylchlordiazepoxid, Chlordiazepoxid (Hoffmann - La Roche, Grenzach-Wyhlen), Lorazepam (Wyeth-Pharma, Munster), Oxazepam (Dr. Karl Thomae, Biberach an der Rifi), Temazepam (Carlo Erba, Milano), Tetrazepam (Clin-Midy-International, Paris, Prazepam (Godecke, Freiburg) und Oxazolam (E. Merck, Darmstadt).
Als Losungsmittel wurde Methanol 99 70 (Merck p.A.) benutzt. Fur die Theorell- Pufferlosungen (pH-Bereich 2-12) wurden p.A.-Substanzen verwendet.
Durchfiihrung der Versuche:
Genaue Mengen der Benzodiazepine wurden in 99proz. Methanol gelost. Aliquote davon wurden mit dem passenden Puffer bis ca. 3 . 1 P M verdunnt. Die Losungen wurden jeweils kurz vor der Messung hergestellt. Die pK,-Werte erhielt man aus den UV- Spektralkurven der verschiedenen Losungs- reihen mittels der Methode von Albert und Serjeant'). Die Berechnungen erfolgten bei bestimmten ausgewahlten Wellenlangen un- ter den folgenden Bedingungen:
1. grofie Differenz zwischen den Absorp- tionen der verschiedenen ionisierten Spezies (A-, AH, AH2+) und
2 . minimale Wellenlangenverschiebung der Absorptionsmaxima der Spezies.
Verschiedene Reihen von Pufferlosungen, im Bereich um den pK,-Wert mit 0,2 pH- Einheiten abgestuft, wurden zur Untersu- chung verwendet. Fur die Erweiterung des pH-Bereichs von 0 bis 14 wurden N-HCI, 0,l N-HCl 0,l N-NaOH und N-NaOH- Losungen verwendet.
Resultate und Diskussion:
Fur die pK,-Bestimmung ist die Potentio- metrie eine sehr schnelle Methode, beson- ders wenn man sie mit der W-Spektral- photometrie vergleicht.
Bekanntlich ist
pKa = -log K, (1)
und die Dissoziationskonstante K, ergibt
sich laut Massenwirkungsgesetz aus
[He] . [Ao] [HA1
K, =
Wenn man nun die H-Ionenkonzentration in dem Augenblick einer Titration potentio- metrisch mifit, in dem die AQ-Konzentra- tion gleich der Konzentration der undissozi- ierten schwachen Saure, also HA ist, dann kurzen sich [AQ] und [HA] weg:
[AQ] = [HA] (3)
K, = [H'] (4)
In diesem Stadium der Titration wird also der pK,-Wert gleich dem pH-Wert:
Dieser Zustand liegt vor, wenn gerade die Halfte der vorliegenden schwachen Saure neutralisiert ist, bei ,,Halbneutralisation" (Abbildung 1).
Analog wird mit schwachen Basen verfahren.
Jedoch ist die Potentiometrie fur die genaue Bestimmung der pK,-Werte der Benzo- diazepine nicht geeignet wegen deren Schwerloslichkeit in Wasser und wegen der zu niedrigen oder zu hohen pK,-Werte dieser Stoffe.
Die Wendepunkte der Titrationskurven sind stets bei extrem niedrigen oder hohen pH- Werten schwer bestimmbar, weil hier die Empfindlichkeit der Glaselektrode sehr vermindert ist. Auch die Loslichkeitsmetho- de, die weniger genau ist als die anderen Me- thoden, wurde am Anfang dieser Arbeit versucht, aber ihre Ergebnisse erwiesen sich in vielen Fallen als nicht reproduzier- bar.
Abbildung 2 zeigt dagegen die W-Absorp- tionskurven-Ubersicht des Tetrazepams in Abhangigkeit vom pH-Wen als einen Mo- dellfall.
Die Dissoziationskonstante erhalt man aus einer graphischen Darstellung (Abbildung 3 und 4), wenn man die pH-Werte gegen die Extinktionen bei einer oder mehreren aus- gewahlten Wellenlangen auftragt. Der pK,- Wert ergibt sich dann, indem man vom Wendepunkt der Kurve eine Gerade zur Abscisse zieht.
1 72 Pharrnazie in unserer Zeit / 6. Jahrg. 1977 / Nr. 6
13
12
11
10 -
- -
-
% 9 - 8 -
7-
6 - / I i
ml N-Lauae verbraucht
Wellenlange
I
7 8 9 10 11 12 13 DH
7 4
I I I I* I I I I I 1
b 1 2 3 4 5 6 " 8 9 10 11 12 13 DH
Abb. 1. Beispiel der Ermittlung des pK,- Wertes einer schwachen Saure durch Potentiometrie. Orange: Die Titrations- kurve, schwarz: Hilfslinien zur genauen Ablesung des Xquivalenzpunkts X. Bis zur Neutralisation wurden 9,4 ml N-Lauge verbraucht, zur Halbneutralisation also 4,7 ml. Nach Verbrauch von 4,7 ml herrschte der pH-Wert 4,O. Somit ist in diesem Falle pK, = 4,O.
Abb. 2. UV-Spektraliibersichtskurven des Tetrazepams in Abhangigkeit vom pH- Wert.
Abb. 3. pH-Abhangigkeit der Extinktion des Demoxepams bei 280 nm.
Abb. 4. pH-Abhangigkeit der Extinktion des Desmethyldiazepams bei den Wellen- langen 0:280 nm, und 0:270 nm.
Pbarmazie in unserer Zeit / 6. Jabrg. 1977 / Nr. 6 173
Tabelle 2. pK,-Werte fur die erste (pK,) und zweite (pK,) Ionisationsstufe der unter- suchten Benzodiazepine.
V erbindung PK1 PK2 Werte aus der Literatur"
Lorazepam Temazepam Clonazepam Oxazepam Prazepam Bromazepam Nitrazepam Diazepam Desmethyldiazepam Tetrazepam Desmethylchlordiazepoxid Chlordiazepoxid Oxazolam Medazepam Demoxepam
1,08 1,31 1,49 1,56 2,74 2,76 2,94 3,31 3,35 4,32 4,40 435 5,28 6,27
11,13 1,3 11,5
10,37 11,51 137 11,6
11,78 11,oo 3 2 10,8
3,3 11,65
426
(4,4 und 6,17+) 11,90
10,58
'> nach Barret und Mitarb. [2]. +nach le Petit [3].
Schliefilich kann man die pK,-Werte auch mittels der Henderson-Hasselbach-Glei- chung berechnen und zwar fur Sauren gemafi
C, = Molare Konzentration der unionisier- ten Molekule
Ci = Molare Konzentration der ionisierten Molekule
Die Dissoziationskonstanten der verschie- denen Benzodiazepine sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Abbildung 5 zeigt das Ionisationsprofil des Clonazepam. Solche Profile werden aus Berechnung des Prozentsatzes des ionisier- ten Stoffes bei verschiedenen pH-Werten erhalten, und zwar mittels Gleichung (8) fur protonenabgebende Stoffe und Gleichung (9) fur protonenaufnehmende Stoffe:
100 (8) 70 ionisierter Stoff = + antilog. (pH-pK,)
100 (9) 1 +antilog. (pK,-pH) 70 ionisierter Stoff =
Solche Profile sind von grofier Bedeutung fur die Extraktion von Stoffen aus verschie- denen Losungsmitteln. Zusatzlich lehren sie auch, die Pharmakokinetik eines Arznei- mittels, speziell die Passage eines Molekuls durch eine Lipid-Barriere am Absorptions- ort, seine Distribution und Elimination, zu verstehen.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dai3 alle hier studierten Benzodiazepine mit Ausnahme von Demoxepam Protonen aufzunehmen vermogen. Nur beim Demoxepam ist in- folge der N-Oxidation kein Elektronenpaar am N-4 verfugbar. Das Protonierungszen- trum ist also bei den Benzodiazepinen am N-4 zu suchen, N-1 ist dagegen das Depro- tonierungszentrum.
Der Besitz eines Wasserstoffatoms in Stel- lung 1 und einer elektronenziehenden Grup- pe (2.B. > C = 0) in Stellung 2 ist die Voraussetzung fur Deprotonierbarkeit.
Die Tabellen 1 und 2 zeigen den Einflufi der verschiedenen Substituenten auf den
pK,-Wert. Die Einfuhrung einer OH- Gruppe in Stellung 3 erniedrigt den pK1- Wert (=pK,-Wert der 1. Protonierungs- stufe) um 2 Einheiten (vergleichen Des- methyldiazepam mit Oxazepam sowie Diazepam mit Temazepam). Gleichfalls eine Senkung des pK,-Wertes, diesmal um 0,5 Einheiten, ergibt sich aus der Einfuhrung eines Chloratoms in Stellung 2' (vergleiche Oxazepam mit Lorazepam sowie Nitrazepam mit Clonazepam). Dieses Chloratom hat einen geringen Einflufi auf den pKz-Wert und auf die Aciditat des Wasserstoffatoms in Stellung 1 infolge der grofien Entfernung der beiden Zentren.
Ein Vergleich von Desmethyldiazepam mit Nitrazepam zeigt, dafi die Substitution des 7-Chloratoms durch die starker elektro- negative N02-Gruppe den pK1-Wert um 0,3 und den pKz-Wert um 0,7 erniedrigt. Auch bei Bromazepam wirkt sich die Sub- stitution des 7-Chloratoms durch Brom auf den pK,-Wert in ahnlicher Weise aus, jedoch mufi der Einflufi der basischen Pyridyl-Gruppe in Stellung 5 auf die pK1- und pK,-Werte vom Bromazepam beriick- sichtigt werden.
Ein Vergleich der pK,-Werte bei den Ver- bindungen Desmethyldiazepam, Diazepam und Prazepam zeigt, dafi die Substitution des Wasserstoffatoms in Stellung 1 durch eine Alkyl-Gruppe eine Abnahme des pK,- Wertes bewirkt und zwar umso mehr, je grofier die Alkyl-Gruppe ist.
Durch die Hydrierung des aromatischen Ringes an C-5 nimmt der pK,-Wert ab (vgl. Tetrazepam gegenuber Diazepam).
Beim Diazepam wird das einsame Elektro- nenpaar des N-4 vom benachbarten konju- gierten System weitgehend beansprucht. Bei Oxazolam steht das einsame Elektronenpaar des hier tertiaren N-4 mehr zur Verfugung als bei den Verbindungen mit Doppelbin- dung zwischen C-4 und C-5. Ebenso wie das Fehlen eines konjugierten Systems zwi- schen N-4 und dem Phenyl-Ring am C-5 ist auch das zusatzliche einsame Elektronen- paar des Sauerstoffs im Oxazol-Ring fur die verstarkte Basizitat - also die pK,-Zunahme - verantwortlich.
Untereinander ahnliche pK,-Werte zeigen Desmethylchlordiazepoxid, Chlordiazepoxid und Lorazepam, alle ohne elektronenanzie- hende Carbonylgruppe in Stellung 2.
1 74 Pbarmazie in unserer Zeit / 6. Jabrg. 1977 / Nr. 6
B. Die Verteilungskoeffizienten: hydrophoben Einflufl eines Substituenten auf ein Molekul kennzeichnet und den addi- Tabelle 3. Wellenlange fur die spektral-
Der Lipid-Wasser-Verteilungskoeffizient ge- tiven Charakter des Verteilungskoeffizienten photometrische Messung der Benzodia- hart zu den Parametern mit dem sdrksten darstellt, ist fur zahlreiche chemische Grup- zepine. Einflufl auf die biologische Aktivitat von pen ermittelt worden; sie wurde sehr nutzlich Arzneistoffen. in der Bestimmung der Korrelation zwischen
der biologischen Aktivitat und der chemi- Verbindung Wellen- Die Idee einer mathematischen Korrelation schen Konstitution. lange der chemischen Struktur der Arzneistoffe nm mit der von ihnen erzeugten biologischen Wirkung wurde 1889 von Crum-Brown und
Bezeichnet man den Verteilungskoeffizienten einer Stammsubstanz zwischen n-Octanol
Fanzer4) zum ersten Ma1 ausgesprochen. Nicht lange nach diesem Postulat erbrachten Richet und Meyer-Overton die Beweise. In neuerer Zeit haben Hansch und Mitar- beiter den groflten Beitrag in dieser Be- ziehung geleistet. Sie haben das mathemati- sche Model1 vorgeschlagen, dai3 die biologi- sche Aktivitat in vielen Fallen parabolisch und nicht linear vom Verteilungskoeffizien- ten abhangig sein soll. Sie fanden auch, dafl fur ZNS-aktive Stoffe der ideal hydro- phobe Charakter P, (Logarithmus des wahren Verteilungskoeffizienten) um den Wert 2 liegt.
Zur mathematischen Beziehung der Ver- teilungskoeffizienten P eines Stoffes in den Systemen Ather-Wasser und Butanol-Wasser hat Collander die folgende Formel ermittelt:
a und b sind Konstanten.
Kurz danach wurde diese Gleichung fur andere Losungsmittel-Paare bestatigt.
Die Substituent-Konstante (n), die den
und Wasser mit PH und den Verteilungsko- effizienten der substituierten Verbindung mit Px, so gilt die Gleichung:
Jzx = log Px - log P H
Wir haben die Verteilungskoeffizienten der Benzodiazepine der Tabelle 1 zwischen n-Octanol und Wasser folgendermaflen bestimmt: Die Verbindungen wurden ent- weder in der organischen oder in der wafl- rigen Phase gelost. Als Pufferlosung dienten Theorell-Puffer und Clark-Lubs-Puffer mit bestimmten Ionenstarken. Die Losungsmittel wurden vorher mit waflriger Pufferlosung bzw. mit n-Octanol gesattigt. Die Konzen- tration der Benzodiazepine betrug 4 . M. Fur die Versuche wurden 1Oml der organi- schen Phase mit abgestuften Mengen (10, 20, 40,60ml) der waflrigen Phase in l00ml-Steil- brustflaschen 1 Stunde lange geschuttelt. Nach sorgfaltiger Trennung der beiden Phasen wurde die waflrige Phase zentrifu- giert und die Substanz-Konzentration UV- spektrophotometrisch (PMQ 11, C. Zeiss, Oberkochen) bestimmt; die Wellenlangen gibt die Tabelle 3 an. Die Gultigkeit des Lambert-Beerschen Gesetzes wurde zuvor
Abb. 5. Das Ionisationsprofil des Clonaze- pams.
Desmethyldiazepam Oxazepam Lorazepam Nitrazep am Clonazepam Demoxepam Bromazepam Diazepam Temazepam Tetrazepam Prazepam Oxazolam Medazepam Desmeth ylchlordiazepoxid Chlordiazepoxid
24 5 245 256 254 246 234 248 248 24 8 246 246 250 24 0 286 250
an Losungen in n-Octanol-gesattigtem Wasser gepruft. Die Konzentration in der organischen Phase errechnet sich als Dif- ferenz. Die Verteilungskoeffizienten aus mehreren Versuchen wurden gemittelt.
Resultate und Diskussion:
Normalerweise berechnet sich der Vertei- lungskoeffizient P eines basischen Wirkstoffs aus der Konzentration des undissoziierten Pharmakons in der organischen Phase [B]o und der Konzentration des undissoziierten Pharmakons in der wafirigen Phase [BIw nach der Formel 12:
Der wahre Verteilungskoeffizient der Ben- zodiazepine (P,) ist jedoch zu hoch fur eine direkte Bestimmung. Stattdessen mufi man den scheinbaren Verteilungskoeffizien- ten (Pa) im pH-Bereich unterhalb des pK1- Wertes messen und daraus den wahren Verteilungskoeffizienten (P,) ermitteln, in- dem man auf einen hoheren pH-Wert extra- poliert. Unter der Annahme, dai3 die pro- tonierten Molekule BH' nur in die wafirige Phase gehen, berechnet sich (Pa) nach der Formel
Pharmazie in unserer Zeit / 6. Jahrg. 1977 / Nr. 6 175
P I 0
[Blw + [BH'I Pa = (13)
und fur die Gleichgewichtskonstante zwi- schen den protonierten und den nicht proto- nierten Molekulen in der wagrigen Phase gilt :
Das Verhaltnis zwischen dem wahren und dem scheinbaren Verteilungskoeffizienten hangt von der Gleichgewichtskonstanten K1 und dem pH-Wen ab gemafl der Gleichung
1st der pK,-Wert eines Arzneistoffs bekannt, so kann man den wahren Verteilungskoeffi- zienten nach der Formel 16
(16) P a - = 1 + antilog(pK1-pH) pt
berechnen.
Wenn der pH-Wert der wagrigen Phase im sauren Bereich und weit unterhalb des pK,-Wertes liegt, kann der Summand 1 in Gleichung 16 vernachlassigt werden, und die Gleichung wird folgendermagen formu- lien:
Bei konstanter Temperatur (20 k 1 O C) sind log Pt und pK1 fur ein bestimmtes System konstant. Beim Auftragen des log P, als Funktion des pH-Wertes wird eine Gerade erhalten, deren Steigung 1 betragt.
Vermag im umgekehrten Falle die geloste Substanz Wasserstoff abzugeben, und sol1 der Pa bei pH-Werten oberhalb des pK2 bestimmt werden, so wird P, in ahnlicher Weise erhalten, und zwar:
Wenn der pH-Wen der wagrigen Phase weit oberhalb von pK1 und weit unterhalb von pK2 liegt, dann ist
-0.5
log Pa = logPt (19)
Als Verteilungssystem wurden wasserge- sattigtes n-Octanol und n-Octanol-gesattig- tes Wasser gewihlt. Dieses System gilt als eines der besten in der Arzneistoff-Planung. Au8erdem ist das gewihlte System haltbar und verursacht keine analytischen Probleme. Die Konzentration der Benzodiazepine wur- de in dieser Arbeit deshalb so niedrig gewihlt (4 . M), damit Probleme der moglichen hydrophoben Reaktion zwischen der gelosten Substanz und dem n-Octanol in der damit gesattigten Wasser-Phase ver- mindert wurden. Maximal 1 Stunde Schuttel- zeit envies sich als ausreichend fur repro- duzierbare Ergebnisse. In der Literatur wird sogar von Schuttelzeiten von nur 1, 2 oder 5 Minuten bei Verteilungsversuchen berich- tet.
Die W-Absorption der Benzodiazepine ist vom pH-Wert abhangig, wie wir bereits gezeigt haben. Darum wurden die spektro- photometrischen Messungen beim isosbesti- schen Punkt der Stoffe ausgefuhrt, ausge- nommen das Demoxepam, das keine Veranderung des W-Spektrums im sauren
Abb. 6. logP,-pH-Abhangigkeit einiger Benzodiazepine.
1 76 Pbarmazie in unserer Zeit / 6. Jabrg. 1977 /Nu. 6
Bereich zeigt. Seine Konzentration wurde bei h,,, = 234 nm ermittelt; die Wellen- langen zur Messung der Stoffe zeigt die Ta- belle 3. Eichkurven bei diesen Wellenlangen bestatigten die Giiltigkeit des Lambert-Beer- schen Gesetzes.
Abbildung 6 zeigt die Abhangigkeit des log Pa vom pH-Wert fur einige Benzodiazepine. Die Punkte zu den Kurven wurden experi- mentell .ermittelt, die theoretischen Ab- schnitte der Kurven nach Gleichung (17) berechnet. Der Einflui3 des Phasen-Volumen- Verhaltnisses auf den Verteilungskoeffizien- ten wurde mit einigen Substanzen uberpriift.
Wie in Tabelle 4 ersichtlich, sind die Werte des log Pt bei der angewandten Konzen- tration vom Phasen-Verhaltnis unabhangig. Aus der Tabelle 5 ist in der rechten Spalte zusatzlich der relative hydrophobe Charakter der Benzodiazepine ersichtlich.
Tabelle 6 zeigt ferner die x-Werte einiger Substituenten am Benzodiazepin-Molekiil. Gegeniiber Desmethyldiazepam als Stamm- substanz zeigt Oxazepam als substituiertes Derivat infolge der Einfuhrung einer OH- Gruppe in Stellung 3 einen verminderten log P,-Wert (n = -0,57). Die Ursache fur diese Annahme ist vor allem in der mog- lichen Wasserstoffbriickenbildung zu Was- sermolekulen zu suchen.
Wenn Oxazepam als Stammsubstanz von Lorazepam und Nitrazepam als Stammsub- stanz von Clonazepam betrachtet werden, dann wird der Einflufi der Einfdrung des elektronenanziehenden Chloratoms ersicht- lich. Die FAigkeit des freien Elektronen- paares des N-4-Atoms zur Wasserstoff- briickenbildung wird durch den -I-Effekt des Chloratoms geschwacht. Deshalb ist der lipophile Charakter von Lorazepam ausge- pragter als der von Oxazepam und der von Clonazepam ausgepragter als der von Nitra- zepam. Im Gegensatz dam erniedrigt die N-Oxidation beim Demoxepam (vgl. Des- methyldiazepam) den lipophilen Charakter (x= -1,34).
Der Einflui3 einer Methyl-Gruppe in Stel- lung 1 (Desmethyldiazepam gegeniiber Dia- zepam) unterscheidet sich vom Einflui3 einer an N-2 gebundenen Methyl-Gruppe (Desmethylchlordiazepoxid - Chlordiazep- oxid). Die unterschiedliche Wechselwirkung der Methyl-Gruppen in verschiedenen Stel- lungen ist durch Nachbargruppeneffekte
Tabelle 4. Der EinfluQ des Phasenvolumen-Verhaltnisses auf die Verteilungskoeffizienten einiger Benzodiazepine.
Verbindung p H Phasenvolumen-Verhaltnis P a log pt o/w
Demoxepam 0,9
393
Clonazepam 098
Nitrazepam 0,9
Lorazepam 0,9
Prazepam 170
Oxazolam 1,5
1 :4 1 : 6 1 : 4 1 : 6 1 : 2 1 : 4 1 : 6 1 : 2 1 : 4 1 : 6 1 : 4 1 : 6 1 :1 1 : 2 1 : 2 1 : 4 1 : 2 1 : 4
30,78 30,36 30,79 3130 28,77 28,OO 28,29
1,67 1,48 1,59
129,33 127,33 35,88 37,20
0,70 0,97 8,26
14,18
1,49 1,48 1,49 1,50 2,23 2,22 2,22 2,27 2,21 2,25 2,51 2,50 3,29 3,31 3,63 3,77 3,50 3,60
erklarbar. Hansch und Mitarbeiter haben ausgesagt: ,,Wenn vergleichsweise die An- zahl der Veranderungen in den Systemen groger wird, genauso die Wechselwirkungs- groger wird, werden genauso die Wechsel- wirkungsterme grofier, und daher ist die Moglichkeit, dai3 die x-Werte der verschie- denen Systeme konstant bleiben, sehr ge- ring”.
Im Gegensatz dazu sind die x-Werte der- selben Gruppen bei sehr ahnlichen Systemen ubereinstimmend. Der Vergleich des x OH vom Lorazepam mit dem von Oxazepam bekraftigt diese Aussage.
Betrachtet man Diazepam als Stammsubstanz von Tetrazepam, dann zeigt sich das Fehlen der Konjugation des x-Elektronen-Systems in Ring C in einer Zunahme des lipophilen Charakters; die Hydrierung von zwei Dop- pelbindungen in Ring C ergibt einen x-Wert von 0,4.
Zwei sehr lipophile Verbindungen der Reihe sind Medazepam und Oxazolam. Der ersten fehlt die hydrophile Carbonyl-Gruppe in Stellung 2, in der zweiten ist die Bindung zwischen N-4 und C-5 durch einen Oxazo- linring iiberbruckt. Dieser und das Fehlen
der Doppelbindung zwischen N-4 und C-5 beim Oxazolam sind wahrscheinlich die Ursache fur die Abnahme der Lipophilitat. Der Abschirmeffekt des ausgedehnten Oxa- zolidin-Rings bewirkt eine Abnahme des Wasser-Clusters um das N-Atom und da- durch Verringerung der Wasserstoffbriicken- bildungen.
Noch eine SchluSfolgerung:
Alle Verbindungen, die in dieser Arbeit untersucht wurden, wirken auf das ZNS. Ihre log P,-Werte liegen im Bereich von 1,49 bis 4,41. Demnach ist es nicht notwendig, dai3 Substanzen, die ZNS-Aktivitat aufwei- sen sollen, unbedingt einen log P,-Wert um 2 haben.
Die Verfasser danken dem Fonds der Che- mischen Industrie, Frankfurt am Main, fur die Forderung dieser Arbeit.
Pharrnazie in unserer Zeit / 6. Jahrg. 1977 / Nr. 6 177
Tabelle 5. Werte der Verteilungskoeffizienten der Benzodiazepine. Literatur
Verbindung PH pa
Demoxepam
Bromazepam Desmeth ylchlordiazepoxid Temazepam Clonazepam Nitrazepam Oxazepam Lorazepam Chlordiazepoxid
Diazepam
Desmeth yldiazepam
Tetrazepam
Prazepam Oxazolam
Medazepam
30,57 31,14
1,23 1,06
30,36 28,35
1,59 21,81
128,33 0,48 1,54 3,88 3,90 7,17
20,40 2,67 6,67 7,43
53,14 0,87 1,51
13,38 36,5 0,84
11,22 1,48
14,OO 198,05
log p a
1,49 1,49 0,09 0,03 1,48 1,45
1,34 0,20
2,11 -0,32
0,19 0,59 0,59 0,86 1,31 0,43 0,82 0,87 1,73
0,18 1,13 1,56
-0,08 1,os 0,17 1,15 2.30
-0,06
log Pt Durchschnitts- werte des log P,
1,49 1,49 1,49 2,05 2,05 2,13 2,13 2,19 2,19 2,22 2,22 2,25 2,25 2,25 2,25 2,51 2,51 2,73 2,53 2,41 2,44 2,93 2,80 2,79 2,67 2,88 2,83 2,88 2,73 2,81 3,26 3,20 3,20 3,15 3,31 3,31 3,70 3,67 3,63 4,44 4,41 4,42 4,37
Tabelle 6. Jc-Werte einiger Substituenten am Benzodiazepin-Molekiil.
Verbindung Substituent Stellung n-Wert
Desmeth yldiazepam Demoxepam Temazepam Oxazepam Clonazepam Lorazepam Diazepam Chlordiazepoxid Prazepam
4 3 3 2’ 2’ 1
am N-2 1
- -1,34 -0,6 1 -0,57 + 0,03 + 0,25
+ 0,40 + 0 3 0
-0,03
[l] A. Albert and E. P. Serjeant, “Ionisation Constants of Acids and Bases“, Wiley, New York, N. Y., 1962.
[2] J. Barret, W. F. Smyth and I. E. Davidson, J. Pharm. Pharmacol, 25,387 (1973).
[3] G. F. le Petit, J. Pharm. Sci. 65, 1094 (1976).
[4] A. Crum-Brown and T. Fanzer, Trans. Roy. SOC. Edinburgh, 25,151 and 693 (1868- 1869); through C. Hansch “Drug Design“, (E. J. Ariens, Ed.) Academic Press, New York and London, Vol. I, 197).
[5] A. Leo, C. Hansch and D. Elkins, Che- mical Reviews, 71,525 (1971).
Prof. Dr. Engelbert Graf, Tubingen, geb. 1922 in Steinheim/Main, Studium der Phar- mazie als Wehrmachtsangehoriger in Frank- furt/Main und Jena 1942-1945, Approb. als Apotheker 1945, Apothekentatigkeit bis 1948, danach Assistent am Inst. fur Pharma- zie und Lebensmittelchemie der Univ. Wurzburg, Promotion 1950 bei Prof. R. Dietzel. Habilitation 1956 Wiirzburg (Uber die Alkaloide der Eibe), Priv.-Doz. 1957 Wiirzburg, ao. Prof. 1960 Univ. Tubingen, 0. Prof. 1967, Lehrstuhl fur Pharmazeutische Technologie. Hauptforschungsgebiete: Phar- maz. Technologie und Analytik, Naturstoff- chemie.
Mohamed El-Menshawy, Tubingen, geb. 1946 in Kafr Mustanad (Pigypten), Studium der Pharmazie 1976-1971 Univ. Alexandria, B.pharm. 1971, M. pharm. (Phar- maceutics) 1975, danach Assistent Lecturer im Dept. of Pharmaceutics der Faculty of Pharmacy, Univ. Alexandria. Seit Okt. 1976 als Stipendiat der VAR Xgypten in Tubingen bei Prof. E. Graf. Die obige Arbeit ist Teil seiner in Vorbereitung befindlichen Disser- tation.
178 Pharmazie in unserer Zeit / 6. Jahrg. 1977 / Nr. 6
