Characteristics of Photochemical Reaction of Pefloxacin Irradiated by UVB in an Aerobic Condition

(1)

약학회 지 제 44 권 제 1 호 36*-40(2000)

Yakhak Hoeji

Vol. 44, No. 1

산 소 존 재 하 에 서

U V B

에 의 한 페 플 록 사 신 의 광 화 학 적 반 등 의 특 성

최 윤 수

# .

이 경 선

*

대 구효성 가톨릭 대 학교 약학대 학, *영 남대 학교 약학대 학 (R eceiv ed O ctober 21, 1999)

Characteristics of Photochemical Reaction of Pefloxacin Irradiated by UVB in an Aerobic Condition

Yoon-Soo Choi

우

and Kyung-Seon Lee*

C o lle g e o f P h a r m a c y , C a t h o lic U n iv e r s it y o f T a e g u - H y o s u n g , K y o n g s a n , 7 1 2 - 7 0 2

* C o lle g e o f P h a r m a c y , Y e u n g n a m U n iv e r s it y , K y o n g s a n , 7 1 2 - 7 4 9

A b stract — The photodegradation of pefloxacin, photolabile fluoroquinolone antibacterial agent, was stud

ied. In the presence of N², photodegradation o f pefloxacin was suppressed. The singlet oxygen and free rad

ical generated in the reaction media proceeded photochemical reaction. The photodegradation of peflxacin was sensitized by benzophenone, a trip le t state sensitizer.

K eyw ords □ UVB, pefloxacin, photodegradation

P e flo x a c in ^ fluo roq uin olone계광범위 항균제^높서 약물을 투여한 환자가 빛에 노출되었을 때 광민감성

반응을 일으키며

^^

i n v iv o 및 i n 에서 광감수성

이 있어 p h otoh em o lysis느사아및 ph oto a lle rg y와 같 은 광득성틀 유발한다

.^^

N a lid ix ic acid와 다른 많은

qu in olo ne계 약물들이 빛에 대해 불안정하여 광분해되

거 나 p h o to se n sitize r효신높 작용하여 다른 물질의 광반응을 유도하기도 한다

.

또한 빛에 의해 광분해되 고 생성된 광분해산물이 광득성을 일으키거나

"^^

광반 응이 진행되는 동안에 생성된 활성 산소중베에 의해 광득성이 일어나기도 한다

.

U V A (3 20 ~ 4 00 nm )에 불

안정한 pefloxacin이 산소가 존재히는 조건에서 보다

강한 에너지률 가진 U V B (2 9 O -3 2 0 nm )영역의 빛을 조사할경우에 나타나는 광화학 반응의 특성을 밝히고 자 하였다

.

#

본논문에관한문의는이저자에게로

(

전화

) 053-850-3616 (

팩스

) 053-850-3602

실험방법

시약 및기기

P efloxacin m ethane sulfonate는 국제약품에서 기중 등 sodium azide, d e uterium oxide(isotopic p u rity 99,8% ), benzophenone, 1,3-diphenylisoben- rafurane(D P B F )은 Sigm a제를

,

tetxabutyl am m onium hydrogensulfate 등은 A ld ric h제률 사용하였으며

,

L - cysteine, cystine 등은 W ako 및 Junsei제 특급품을 사용하였다

.

그 외 ethanol, m ethanol, Na²H P^{0 4}, K H²PO⁴ 등은 특급품을

,

H P LC 이동상으로 사용된

m ethanol은 H P LC용용매를 사 §■하였고초순수률 사

용하였다

.

본 설험에 사용된 기기는 U V spectrop-

hotom eter(S him adzu U V -160A ), F T -IR spectropho- to m e te r(M a ttso n P olaris F T -IR ), H P LC system (Tosoh SC-8010 system w ith U V detector(U V - 8010))이다

.

실험 전반에 R ayonet R M R -600 m odel 의 photoreactor틀사용하였으며 m erry-g orou nd와 ⁸

(2)

200.0 50.0 ( NM/DIV. )

wavelength (nm)

Fig. 1 - Sensitizing effect o f benzophenone on photode

gradation o f pefloxacin (2.0 X UT크 M ) in ethanol. A : w ith ou t benzophenone, B : w ith 0.1 w/v% ben

zophenone

산소의 수명울 연장시키는

D

/ ) 가

0, 25, 50, 75, 95 v/v%

함유되도록 만든 시료률

photoreactor

에 넣어

30

분간광을 조사시킨 후

275 nm

에서 흡광도를측정 하식 광분해 정도를 비교하였다

.

Cysteine 의 광산화

Pefloxacin(

5

.

0

x M) methanol

용액과

L<ysteine ■ HCl ■ H^O 354.3 mg

을 물

10 m

/에 녹인 액을

1:1

로 흔합한 푸

photoreactor

에서

24

시간동안 광을 조사시 키고 이 광분해액을 냉암소에 하룻밤 방치하식 얻은 침전을

dry oven

에서 ^{1 0 0}

X

로 ¹시간동안 건조한 다 옴

KBr

법으로

IR

을 측정하쉬

spectral-

얻었다

.

실 험 결 과 및 고 찰

Pefloxacin 의 여기 상태의 m ultiplicity

Pefloxacin

이

UVA

및

UVB

에 대해 광감수성을 지 닌 화합물로서

UVB

를 흡수콩

I

여 도달하는 여기상태의

mutiplicity

를 알아보기 위해

triplet sensitizer

인

benzophenone

을

pefloxacin

용액에 첨가하여 빛을 조사 한 뒤에 얻은

UV

롭

4

그

spectrum

과

triplet sensitizer

가 없는 광분해액의

spectrum

을 비교해 보았다

(Fig.

1). Benzophenone

이 첨가된 시료

(B

)에서

pefloxacin

의

330 nm

부근의 흡광도 번화는 나타나지 않으나

275 nm

의 듭광도는

benzophenone

이 첨가되지 않은 시료

(A

)의흡광도보다낮게 나타났다

.

이는

pefloxacin

의

275 nm

롭수체가

benzophenone

의 삼중항 광증 감효과를 받는 것을 알 수 있다

.

즉

,

시험액에 조사한

UVB

에너지를

benzophenone

이 몹수하여 단일항 상 개의

RMR-3000A

광원이 설치되어 있다

.

반응용기는

15X110 mm

의

quartz tube

를 사용하였으며 반응시

merry-go-round^ rotation speed

는

5rpm

이었다

.

Pefloxacin 의 여기상태의 multiplicity

Pefloxacin methane sulfonate

용액

(5,0 x 1(T

을

M in

ethanol

)을 광분해를 방지하기 위해 같색병에 넣어 암

소에 보관하고 었는

stock solution

¹

m

/와 삼중항 증감제인

2% ben

²

ophenone(in ethanol

)용액

1.25 m

/를 흔합한 후

ethanol

을 가해

25 m

/로 한 시험액

과

benzophenone

을 가하지 않은 동일 농도의

pefloxacin

시험액을

Rayonet photoreactor

에 넣어 일 정한 시간 동안 광을 조사시켜 광반응을 진행시킨 광

분해액의

UV spectrum

을 측정하여 두 시료의

spectrum

을 비교하였다

.

산소 존재하에서 pefloxacin 의 광분해도 측점

2 .0 X

10~^ M

의

pefloxacin

수용액에 질소

gas

룰

5

분간

bubbling

하식 용액 중의 산소를 제거시킨 시험액 과

,

산소를 제거시키지 않은 시험액을

photoreactor

에 넣어

10

분 간격으로

UVB

를 조사한 후

275 nm

에서 흡광도틀측정하여 광을조사*하지 않은

pefloxacin

수용 액의 흡광도를

100

%로 하고

UVB

에노출시킨 후 측 정한 흡광도를 광분해되지 않은

pefloxacin

의 양으로 하고 %로 나타내어

pefloxacin

광분해에 대한 산소의 영향을 검토하였다

.

Pefloxacin 에 의한 singlet oxygen 의 생성 1,3-Diphenylisobenzofurane2j photobleaching -

Phosphate buffer(0.067 M, pH 7.4)

에 녹인 5 . 0X

10~^ M pefloxacin

용액

2ml

및

methan

이에 녹인

1.5X KT

스

M

의

l,3-diphenylisobenzofurane(DPBF

)용 액

5 m

/를 혼함한 용액에

phosphate buffer 13

m l

와

methanol

을 가하쉬 전량이

50 m

/가 되도록 하였 다

.

물 대신

D20

가

15v/v%

되도록 조제한 시험액과

singlet oxygen quencher^ sodium azide^^^

^{1 . 0}

x 10-^ M

을 함유하는 시료를 각각

5 m

/썩 취하여

photoreactor

에서

2

분간격으로

UVB

률 조사시킨 후

411nm

에서 흡광도를 측정하여 각 시료조건에서

DPBF

의

photobleaching

에현상을 죽정하였다

. D

2

O

첨가 효과

-

5

.

0

x i(r

4

M

의

pefloxacin

수용액 의

stock solution

을 ⁵

.

⁰

X

^{1 0}■크

M

로 만들 때 단일항 Vol. 44, No. 1, 2000

UVB

에의한페폴록아산의광화확반§■의특성

37

(3)

0 20 40 60 80 100 Concentration of D2O (%)

Fig. 4 — Effects of D2O on photodegradation of pefloxacin (2.0 X 10"^ M) irradiated by UVB for 30 min. in pH 7.4 phosphate buffer solution. All experiments were performed in triplicate, 1: no D2O, 2: 25 v/v% D2O, 3: 50 v/v D2O, 4: 75 v/v% D p , 5:

95

v/v% DjO

tiplicity#

위해

singlet oxygen

과택 무색의 화합물을 생성하는

DPBF

에의

photobleaching

현상을 측정하식 단일항 산소의 생성여부를 확인하였 고

singlet oxygen

의 수명을 연장시키는

DgO

마®씩 첨가 농도 번화에 따른 영향을 검토하였다

(Fig. 3, 4).

DPBF methaonl

용액은

UV

및

VIS

영역에 걸쳐

4

개 의흡수대를 가지나본 설험에서는

pefloxacin

의 흡수 에 의해 영향을 받지 않는

411 nm

에서

DPBF

의 흡 광도 번화를 죽정하여

pefloxacin

이

singlet oxygen

을 생성시키는지를 확인하였다

. Fig. 3

에서 보는 바와 같 이

D

2

O

가 함유된 시료에서는

pefloxacin

만 포함된 시

료에서 보다

411 nm

의 흡광도 감소가 더 크게 나타

며

singlet oxygen quencher^] sodium azide#

첨가한 반응액에서는

DPBF

의

photobleaching

이 억제

되는 것을 관찰할 수 있었다

. D^O

가 존재하는반응액

time(min)

Fig. 3 - Effect of pefloxacin (2.0

X

^KT^크 M)(A), sodium azide (1.0 X 10-고 M)(B) and 15 v/v% DpCC) on photo

bleaching of DPBF (1.5 X 10"*' M). All experiments were performed in triplicate.

g

o

O)

« c

0

>

0

1 (0 E

£

2

Fig. 2

1 0 0

80 60

2 0

- U n d e r N2

> U n d e r 0 2

2 0

time(min) 30

— Effects of O2 on the photodegradation rate of pefloxacin (2.0 X 10~^ M) in pH 7.4 phosphate buffer solution. All experiments were performed in triplicate. A: replaced with N2 gas, B: not replaced

태로여기된 후 계간교차를통해 삼중항상태에 도달하 고 삼중항상태 에너지가

pefloxacin

분자에 전이되어

275 nm

흡수체의 분해률 촉진시키므로

pefloxacin

의 광분해는삼중항상태률 통해 일어남을알 수 있었다

.

Pefloxacin 의 광분해과점에서 산소의 영향

Pefloxacin

이광감수성화합

1

：로서 광분해과정에산소 가관여하는지률일아

"

보기위하여질소

gas

로치환시킨 시험액과 치환시키지 않은 시험액을

UVB

에 노출시킨 후

275 ran

에서의

UV

흡광도의 번화률 측정하였다

(Fig.

2

).

광분해 전파정을비교할때

,

산소가존재하는광번응

액에서 광을조사하는 시간이증가힐에 따라

275 nm

에

서의흡광도가지속적으로감소되었다

.

질소

gas

로처환 된광분해액에서는광을조사 1 0분후에흡광도가비교 적많이감소되고시간이경과함에따라

pefloxacin

의몹 광도감소가 점차즐었다

.

이것은광조사직전에시험액 에남아

■

있던산소에의해 광분해가촉진되었으나이후 에 광번응계 내에 소량 남아 있던산소가소모된 후에

pefloxacin

의 광분해가억제된 것으로 생각된다

.

그러므 로

pefloxacin

의광분해는산소가존재할경우촉진되며 이는단일항상태의 산소에 의한직접적인광산화가일 어나거나또는다른 활성산소중에 의한

radical

성광화 학반움을통해 광분해 될것으로예상된다

.

Singlet oxygen 의 생성 : Type II

산소가

pefloxacin

의 광분해에 영향을 주는 것으로 나타났으므로 광분해과정에 관여하는 산소의

mul-

38

최윤수

•

이경선

« 0 .4

h-CM

15 0 .3 0

«

0 - 2

I

I <

(4)

UVB

에의한페폴록사신의광화학번움의특성

39

에서는 산소의 단일항 수명을 연장시키므로 D P B F의 photobleaching현상이 보다 크게 나타나고 s in g le t oxygen quencher인 sodium azide가 첨가된 반응액에

서는 sodium azide가 단일항산소 소거작용을통하여

D P B F의 photobleaching을 억제시켰다

.

한편

,

시험액 에 반응성이 큰 단일항 산소의 수명을 연장시키는

D 2 0의 첨가량이 증가함께 따라 pefloxacin의광분해가

유의하게 증가하였다(F ig. 4). 이러한 결과는 pe flo-

xa d n이 U V B를 흡수하여 단일항 상태로 여기 된 후

계간교차를통해 삼중항여기상태에 도달한후에 계내 의산소에 삼중항상태 에너지를기저상태의 산소에 전

이시켜 singlet oxygen을 생성시키는것으로 생각된다

.

(typ e II process). 그러므로 pefloxacin은 광감수성이 없는 화합물과 공존할 때광증감제로 작용할수 있는 동시에

,

생성된 s in g le t oxygen이 pefloxacin 분자 내

Wavenutoerc

Fig. 5 - IR spectra of photo-product(A) obtained from pefloxacin methanol solution (2.5 X 10"^ M), in the ratio 1:1, irradiated by UVB for 24hr and L- cysteine(B) and cystine(C) placed in the dark area for 24 hr.

에 직접 in co rp o ra tio n되어 광산화 반응을 일으키는 것으로 생각된다

.

Free radical 의 생성 : Type I

Pefloxacin이 U V B룰흡수초

M

광화학 반■§서 진행되 는 과정에 hydrogen atom 또는 electron tra n sfe r 과 정(type I)을

:

통해 free radical이 생성되는 지를 확인하 기 위해 free radical scavenger인 L~cysteme해을

pefloxacin용액에 첨가하여 U V B률 조사한 시험액에서

백색 침전을 얻었다

.

얻어진 첨견이 pefloxacin의 광분

해산물인지

,

반응*액에첨가한 L~cysteine에서 유래한화 합물인지룰 확인하기 위해 IR spectrum을 측정하였다 (Fig. 5). C ysteine의 S-H 결합에 의한 특징적인 2530

c n T ^ 의흡수 peak(A)가 광화학반응산물에서는나

타나지 않았으며(B ), cystine의 IR spectrum (C )파 정확 히일처하는것으로보아광반응액에서 얻어진 백색 첨

전은 cysteine이 산화되어 생성된 cystine임을 확인할

수 었었다

.

따라서 pefloxacin은U V B를 흡수허여 삼중

항상태로 된 루에 pefloxacin분자 자체률 기질로 하여

hydrogen atom 또 는 electron tra n sfe r process(type I reaction o r radical process)를 통해서 또는 계 내의

산소룰이용하여 활성산소종을

'

생성하여 cysteine의광

산화번응을 유발하는것으로 생각된다

.

결 론

유산소 조건에서 pefloxacin용액에 U V B을조사하면

삼중항 증감제인 benzophenone에 의해 pe floxa cin의 광분해가 촉건되므로 pefloxacin은 단일항 여기상태에 서 계간 교차를통해 삼중항 여기상태가 된다

.

그러므

로 pefloxacin이 광에 대한 감수성이 없는 화합물과

공존할 경우 광증감제로 작용할 수 있을 것이다

.

또한 삼중항 상태의 에너지를 계내의 산소에 그 에너지를 전이시켜 반응성이 강한 단일항 산소를 생성할 뿐만 아니라 광화학 반응과정에서 fre e radical을 생성하므

로 pe floxa cin의 광화학 빈움 및 광분해는 산소 존재

하에서 Type I(s in g le t oxygen pathw ay) 및 II(fre e

radical pathw ay)를 통해 일어나는 것으로 생각된다

.

문 헌

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