Stanovení konstant stability citrátokomplexů holmia potenciometricky Vaňura Petr, Jedináková-Křížová Věra, Munesawa Yiji Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ustav analytické chemie, Technická 5, 166 28 Praha 6 166
Krátkodobý radionuklid H o je užíván pro přípravu radiofarmak, používaných pro léčbu metastáz " . Základním předpokladem jeho aplikace je vytvoření vazby příslušného radionuklidů s molekulou bílkoviny, která je schopna jej dopravit pokud možno pouze do místa nádoru. Radionuklid nelze na tuto molekulu navázat přímo, děje se tak pomocí vhodného komplexotvorného činidla, které tvoří s radionuklidem vhodný komplex a teprve tento komplex je navázán na bílkovinu. Při aplikaci tohoto komplexu významnou roli hraje možnost konkurenční vazby Ho ve formě citrátokomplexů. Cílem této práce je stanovit příslušné konstanty stability citrátokomplexů H o včetně konstant jeho protonizace a deprotonizace. 1
3
3+
Experimentální část Oxid holmitý dodala Sigma-Aldrich Praha. Ostatní chemikálie byly Lachema Brno, čistoty p.a. Potenciometrická měření byla prováděna pomocí titrátoru RTS 822 v dusíkové atmosféře postupem, popsaným v naší předchozí práci . Roztok 0,001M kyseliny citrónové nebo kyseliny citrónové a H0CI3 byl titrován bezuhličitanovým roztokem NaOH, připraveným dle Sorensena zředěním nasyceného roztoku NaOH převařenou vodou. Jak titrovaný, tak titrační roztok obsahovaly 0,1 mol/l NaCl. Odečty hodnot pH byly prováděny po 1 min, 2 min. a 5 min a bylo zjištěno, že se naměřené hodnoty shodují. Koncentrace kyseliny v titrovaném roztoku činila 1 x 1 0 až IxlO" mol/l, koncentrace H o (0,001 a 0,002 mol/l) byla vždy stejná nebo nižší než koncentrace kyseliny citrónové. Vedle toho byly provedeny dvě série statických měření, kdy byly roztoky požadovaného složení namíchány do odměrných baněk 10 ml a jejich pH změřeno po 24 hodinách. 4
3
2
3+
Výsledky a diskuse Pro stanovení protonizaČních konstant kyseliny citrónové byl titrován 0,001M roztok kyseliny citrónové v 0,1 M NaCI roztokem bezuhličitanového NaOH v 0,1 M NaCl. Výsledky jsou shrnuty na Obr. 1. Titrace bezuhličitanovým roztokem NaOH byla prováděna pro následující počáteční složení vodné fáze c(H L) = 0,001 - 0,010 mol/l, c(HoCI ) =0,001-0,002 mol/l, statické experimenty (měřeno po 24 hod) byly prováděny pro c(H3L) = 0,001 - 0,002 mol/l, c(HoCl ) =0,0010,002 mol/l (Tabulka 1). 3
3
3
Tab. 1 Počáteční složení vodné fáze pro dynamické a statické titrace Číslo c(H L) mol/l 1 0,001 2 0,002 3 0,003 4 0,010 5 0,001 6 0,002 Výsledky jsou shrnuty na Obr. 2. 3
c(HoCl ) mol/l 0,001 0,002 0,001 0,001 0,001 0,002 3
- 18-
c (Ho): c(Cit) 1:1 1:1 1:3 1:10 1:1 1:1
Typ titrace Titrátor(l min) Titrátor(l min) Titrátor(l min) Titrátor(l min) Staticky (24 hod) Staticky (24 hod)
Kyselina citrónová (H3L) je trojsytná kyselina, jejíž protonizace probíhá podle rovnice (1) +
3
nH + L ~
(3
n>
H_L " "
(1)
její konstanta stability je dána vztahem (3
[H L -^] n
(2) [L -]-[H ]"" Přitom je numé brát v úvahu i hmotnostní bilance kyselého vodíku a citrátového anionu, takže 3
+
+
c(H) = [ H ] + ^ n - [ L H 3
3
( 3 n
n )
- -]
(3)
n
c(L) = [ L l + £ [ H I } - > - ]
(4)
n
n+
Reakcí kyseliny citrónové s holmiem vznikají reakcí (3) obecně komplexy typu H H o L , přičemž hodnota n se v závislosti na hodnotě pH pohybuje v rozmezí n = 0 až n = - 3 . n
+
n H + Ho
3 +
3
+ L " <-> H o H L
n+
(5)
n
n+
[HoH L ] P(HoH L) = _ _ _ [Ho ][H ] [L -] n
n
3
+
Pro hmotnostní bilanci iontů H , H o
3+
3+
+
n
(6)
3 3
3
a L "současně platí
+
(3
n)
n+
c(H) = [H ] + £n[H L - -] + I n[H HoL ] c(L) = [L] + S [ H L ] + £ [H HoL ] c(Ho) = [Ho ] + X [H„HoL l n
( 3 n )
n+
n
3+
(7) (8) (9)
n
n
n+
Na základě rovnic (1) - (9) byl sestaven program LTGW-Etitr, využívající algoritmus Letagrop Etitr s jehož pomocí byly z naměřených potenciometrických dat (obr. 1 a obr.2) vypočteny hodnoty protonizačních konstant kyseliny citrónové a rovnovážných konstant P(H HoL " ~), odpovídajících rovnicím (2) a (6). í5
n)
n
pH
10 -
5
-
v(mi)
Obr. 1 Titrace 0,001 M roztoku kyseliny citrónové pomocí 0,0982 M NaOH.
Obr. 2 Titrace roztoku H o pomocí NaOH.
3+
- kyselina citrónová
Titrace (počáteční složení titrovaného roztoku viz Tab. 1) č 1: O, č 2 č. 3: O, č 4: V. č. 5: A, č 6: •
- 19-
Minimalizována byla hodnota U=X
(pHU-pHvyp)
2
.
(10)
kde pHexp - pHyyp značí naměřené a vypočtené hodnoty pH. Hodnota iontového součinu vody v 0.1M NaCl při 25°C, pK =13,8 byla převzata z . Ze znalosti P ( H L ) a p(H HoL ) byly rovněž spočteny konsekutivní protonizaČní konstanty dané vztahy 5
w
(3n)
n
n+
n
K =
1
J
" ,
(11)
n+
[H ML ]
n+
K(H ML ) = n
1
D
J
(12)
l U
[H^ML^MiT]
Výsledky jsou uvedeny v tabulkách 2 a 3. Tab. 2 ProtonizaČní konstanty kyseliny citrónové v 0,1M NaCl, 25 °C; U = 0,045 (46 bodů) log P(H L -) 5,73 ±0,04 10,14 ±0,06 13,43 ±0,08
Částice HL/ HL HL
t3
2
3
n>
log K(H„L - ) 5,73 4,41 3,29
(3n)
n
Tab. 3 Konstanty stabihty komplexů Ho s kyselinou citrónovou a konsekutivní protonizaČní konstanty nalezených komplexů v 0,1M NaCl, 25 °C; U = 15,9 (220 bodů) Komplex HoL HoHiL" HoH, L " HoH. L 2
2
3
3
Log p(HoH L) 8,85±0,4 5,00± 1,2 -1,03± 1,2 -10,11+ 1,2 n
n+
log K(HoH L ) 3,85 6,03 9,08 n
Byla testována případná přítomnost komplexů HoHL a HoH^L, ale vypočtená konstanta stability těchto komplexů je nulová, takže možno předpokládat, že tyto komplexy se ve sledovaném koncentračním rozmezí neuplatňují. Rovněž byla testována přítomnost komplexů, obsahujících dvě molekuly kyseliny citrónové, tedy typu HoH„L2 ~ ". Ačkoliv přiřazení těchto komplexů k výše uvedenému modelu (viz. Tab. 4) vede k určitému poklesu hodnoty funkce U (U > 10), nelze na základě naměřených dat považovat jejich existenci za prokázanou. Je rovněž zřejmé, že přiřazení dalších komplexů k modelu, zahrnujícímu pouze přítomnost komplexů 1 : 1 nemá významný vliv na hodnoty vypočtených konstant. Bez ohledu na možnou přítomnost komplexů 1 : 2 jetřeba upozornit, že při fyziologické hodnotě pH = 7,4 a běžné koncentraci kyseliny citrónové v krvi c = 10" mol/l převládá deprotonizovaný komplex H0H.2L. t3
6
-20-
4
n)
Tab. 4 Vyhodnocené konstanty stability komplexů Ho s kyselinou citrónovou za předpokladu přítomnosti komplexů Ho : L = 1 : 2 v 0,1M NaCl, 25 °C; U = 9,50 (220 bodů) Komplex HoL HoH.,L HoH. L '
log
2
3
H0HL2 " 2
HoL2
3_
4
HoH.iL " HořL L " 2
5
2
3
^
8,86±0,4 4,96 ± 0 , 3 -1,00± 0,3 -10,01±0,3 17,55 ± 0 , 1 15,04 ± 1,4 10,03 ± 1,3 2,04 ± 0 , 1
2
H0H.3L
P C H o H J U ^
2
S využitím rovnovážných konstant byla vypočtena závislost podílu jednotlivých disociačních forem kyseliny citrónové na pH a rovněž analogická závislost podílů iontu H o a jeho komplexu s citrátovým aníonem v celkové koncentraci H o v systému (Obr. 3 a Obr. 4). Z grafů je zřejmé, že při fyziologické hodnotě pH převládají komplexy typu H.1H0L" a 3+
3+
R2H0L-.
1
1.0
0.5
i^-m
1
1
r
1.0
-
0 I 2
0.5
JZ. 3
L^l
4
N»
5
I 9
Í^-W
6
7
8
I I 10 11 PH
Obr. 3. Závislost podílů disociačních forem kyseliny citrónové na pH. 1 - H L, 2 - H L \ 3- HL ", 4- L " 2
3
2
3
-
0 ! S I > ^ 2 3 4
I
12
Jr^^
1^1
5
6
7
1
8
1 ^
9
10 11 PH
Obr. 4. Závislost podílů citrátokomplexů H o v celkové koncentraci H o na pH. 1- H o , 2- HoL, 3- H_iHoL\ 4- H. HoL ", 53 +
3 +
3+
2
2
H.3H0L " 3
-21-
I
12
Tato práce byla podpořena výzkumným záměrem Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy č. MSM 604613707.
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Parks N.J., Kawakami T.G., Avila M.J., White R., Cain G. R„ Raaka S. D., Horahoff W., Fisher P., Moore P., Seibert J. A., Garlich J., Simon J., Champlin R., Blood, 82 (1993)318. VolkertW.A., Deutsch E.A., Adv. Met. Med., 1 (1993) 115. Louw W. K. A., Dormehl I. C , van Rensburg A. J., Hugo N., Alberts A. S., Forsyth O. E., Beverley G., Sweetlove M. A., Marais J., Letter M. G., van Aswegen A., Nucl. Med. Biol., 23 (1996) 935. Ernestova M , Jedináková-Krížová V., Vaňura P., Croatica Chemica Acta, 77 (2004) 633. Nordin J., Persson P., Nordin A., Sjoberg S„ Langmuir, 14 (1998) 3655. Wolcott G. H., Boyer P. D., J. Biol. Chem., 172 (1948) 729.
Potentiometric determination of stability constants of citratocomplexes ofhohnium Vaňura Petr,, Jedináková-Krížová
Věra, Munesawa Yiji
Institute of Chemical Technology Prague, Institute of Analytical Chemistry, Technická 5, 166 28 Prague 6, Czech Republic
In connection with a study of Ho complexes as potential radiopharmaceutical agents, the stability constants of these complexes formed with citric acid were calculated using data from potentiometric titrations measured at 25°C in 0.1 MNaCl. The following values were obtained for the stability constants of the H o - citrate complexes log j$(HoL) = 8.85 ± 0.4, log p(HoH.,L) =5.00± 1.2, log B(HoR L) = -1.03+ 1.2 and log piHoRjL) =-10.11± 1.2. A diagram of the complexes speciation dependence on pH shows that the complex form HoH. L is characteristic for the pH 7,4 suitable for application into the human body. 3+
3
2
-22-
