Complexation of Fluorofenidone by Cucurbit[7]uril and β-Cyclodextrin: Keto–Enol Tautomerization to Enhance the Solubility

互变异构体 化学 溶解度 烯醇 环糊精 氢键 结晶学 水溶液 立体化学 计算化学 分子 物理化学 有机化学 催化作用
作者
Wenjuan Ma,Hua-Yu Chen,Yong‐Liang Huang,Jiamei Chen,Tong‐Bu Lu
出处
期刊:Molecular Pharmaceutics [American Chemical Society]
卷期号:20 (9): 4517-4527 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.molpharmaceut.3c00213
摘要

This study is designed to compare drug encapsulation by cucurbit[7]uril and β-cyclodextrin, using fluorofenidone as a model drug. Single-crystal X-ray diffraction analysis was employed to successfully determine the crystal structures of fluorofenidone·H+@cucurbit[7]uril Form, fluorofenidone@cucurbit[7]uril Form, and fluorofenidone@β-cyclodextrin Form. Keto–enol tautomerization of fluorofenidone mediated by cucurbit[7]uril in acid solution is confirmed by crystal structures, pH titration, and nuclear magnetic resonance experiments. However, β-cyclodextrin cannot cause the keto–enol tautomerization of fluorofenidone under similar conditions. The phase solubility study demonstrates that cucurbit[7]uril has a much higher solubilization capacity for fluorofenidone than β-cyclodextrin in 0.1 M HCl since the Kc values of fluorofenidone with cucurbit[7]uril and β-cyclodextrin were 1223.97 ± 452.68 and 78.49 ± 10.56 M–1, respectively. Excellent solubility can be attributed to the keto–enol tautomerization of fluorofenidone under the conditions of cucurbit[7]uril in acid solution. The enol form of fluorofenidone is encapsulated by cucurbit[7]uril by hydrogen bonding interaction and hydrophobic interaction to increase binding affinity. Rat pharmacokinetic studies demonstrate that the area under the plasma concentration–time curve from time 0 to 7 h value of fluorofenidone@cucurbit[7]uril complex is 1.70-fold greater than that of free fluorofenidone, and the mean residence time from time 0 to 7 h is slightly prolonged from 1.29 to 1.76 h (P < 0.01) after oral administration. However, no significant difference is found between fluorofenidone and fluorofenidone@β-cyclodextrin complex. This work indicates that the induction of keto–enol tautomerization of drugs using macrocyclic molecules has the potential to be an effective method to improve their solubility and bioavailability, providing valuable insights for the application of macrocyclic molecules in the biomedical field.
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