Амонієві гексафторосилікати: новий тип антикарієсних агентів

Abstract

Як відомо, карієс зубів є одним з найпоширенsiих захворювань; для дитячого віку ця патологія посідає перше місце серед хронічних захворювань і має характер пандемії. У сучасному арсеналі засобів лікування і профілактики карієсу лідируючі позиції займають фторидні препарати – натрію, калію фториди, олова дифторид, натрію монофторфосфат, діамінсрібла фторид. В останні десятиліття як перспективних антикарієсних і гіпосенситивних агентів активно вивчають амонію гексафторосилікат і гексафторосилікати органічних амонієвих катіонів, що мають певні перевагами порівняно з традиційними фторидними препаратами. Метою цього огляду є систематизація та аналіз даних літератури, що відображають існуючий досвід в області методів синтезу, вивчення будови, фізико-хімічних властивостей і біологічної активності амонієвих гексафторосилікатів як потенційних антикарієсних агентів. Загальний метод синтезу амонієвих гексафторосилікатів – взаємодія відповідної основи або її солі в середовищі метанолу, етанолу або іншого розчинника зі стехіометричною або надмірною кількістю кремнефтороводневої кислоти. Описано структуру амонієвих гексафторосилікатів, які є типовими супрамолекулярними сполуками. На прикладі гексафторосилікатів піридинію було продемонстровано зв’язок між розчинністю у воді та структурними характеристиками солей. Для сполуки цетилпіридинію гексафторосилікату запропоновано методи ідентифікації. Наведено результати визначення гострої токсичності для ряду гексафторосилікатів в експериментах на тваринах. Проведено дослідження антибактеріальної активності гексафторосилікатів. Показано, що гексафторосилікати достовірно зменшують кількість каріозних уражень та їх глибину і достовірно перевищують за всіма показниками фторид натрію. Продемонстрована доцільність їх використання для профілактики пародонтиту. Запропоновано технологічну схему отримання гелю, що містить цетилпіридинію гексафторосилікат. Загальні методи синтезу амонієвих гексафторосилікатів включають взаємодію органічної основи або відповідного гідрохлориду в середовищі розчинника з надлишком кремнефтороводневої кислоти. У кристалічних структурах гексафторосилікатів системи водневих зав’язків за участю фторолігандів та Н-донорних фрагментів катіонів виконують основну структуроорганізуючу і стабілізуючу функцію. Розчинність гексафторосилікатів у воді змінюється в широких межах, які визначаються природою амонійного катіона, і в разі солей піридинію антибатно корелює з кількістю сильних і середніх Н-зав’язків у структурі солі. Ступінь гідролізу гексафторосилікатів в 1·10–4 М водних розчинах висока і в окремих випадках досягає практично кількісних значень. Результати визначення гострої токсичності амонієвих гексафторосилікатів дають змогу віднести ці сполуки до класу помірно токсичних речовин. Всі вивчені амонієві гексафторосилікати виявляють високу карієспрофілактичну активність, достовірно зменшуючи кількість і глибину каріозних уражень при одночасному істотному поліпшенні біохімічних параметрів пульпи зубів і кісткової тканини пародонту. Амонієві гексафторосилікати можуть бути застосовані як нові ефективні антикарієсні і гіпосенситивні агенти.

It is known that dental caries is one of the most common diseases; for children, this pathology ranks first among chronic diseases and has the character of a pandemic. In the modern arsenal of means for the treatment and prevention of caries, fluoride preparations – sodium, potassium fluoride, tin difluoride, sodium monofluoridephosphate, diammine silver fluoride – occupy the leading positions. In recent decades, ammonium hexafluorosilicate and hexafluorosilicates of organic ammonium cations, which have certain advantages over traditional fluoride preparations, have been actively studied as promising anti-caries and hypo-sensitive agents. The aim of this review is to systematize and analyze literature data, reflecting existing experience in the feld of synthesis methods, studying the structure, physicochemical properties and biological activity of ammonium hexafluorosilicates as potential anti-caries agents. The general method for the synthesis of ammonium hexafluorosilicates is the interaction of the corresponding base, or its salt, in methanol, ethanol or another solvent with stoichiometric or excess amount of hydrofluoric acid. The structure of ammonium hexafluorosilicates, which are typical supramolecular compounds, is described. Using the example of pyridinium hexafluorosilicates, the relationship between water solubility and structural characteristics of salts was demonstrated. Identifcation methods have been proposed for the combination of cetylpyridinium hexafluorosilicate. The results of determination of acute toxicity for a number of hexafluorosilicates in animal experiments are given. Studies of the antibacterial activity of hexafluorosilicates are described. It is shown that hexafluorosilicates signifcantly reduce the number of carious lesions and their depth, and signifcantly exceed sodium fluoride in all indicators. The feasibility of their use for the prevention of periodontitis is demonstrated. A technological scheme for obtaining a gel containing cetylpyridinium hexafluoro silicate has been proposed. General methods for the synthesis of ammonium hexafluorosilicates include the interaction of an organic base or the corresponding hydrochloride in a solvent medium with an excess of hydrofluoric acid silica. In the crystal structures of hexafluorosilicates, hydrogen bond systems with the participation of fluorine ligands and H-donor fragments of cations perform the main structure-forming and stabilizing function. The solubility of hexafluorosilicates in water varies widely, which is determined by the nature of the ammonium cation and, in the case of pyridinium salts, is antibatically correlated with the number of strong and medium H-bonds in the salt structure. The degree of hydrolysis of hexafluoro silicates in 1·10–4 М aqueous solutions is high and in some cases reaches practically quantitative values. The results of the determination of the acute toxicity of ammonium hexafluorosilicates make it possible to classify these compounds as moderately toxic substances. All studied ammonium hexafluorosilicates exhibit high caries preventive activity, signifcantly reducing the number and depth of carious lesions, while simultaneously signifcantly improving the biochemical parameters of dental pulp and periodontal bone tissue. Ammonium hexafluorosilicates can be used as new effective anti-caries and hyposensitive agents.

Как известно, кариес зубов является одним из наиболее распространенных заболеваний; для детского возраста эта патология занимает первое место среди хронических заболеваний и имеет характер пандемии. В современном арсенале средств лечения и профилактики кариеса лидирующие позиции занимают фторидные препараты – натрия, калия фториды, олова дифторид, натрия монофторфосфат, диамминсеребра фторид. В последние десятилетия в качестве перспективных антикариесних и гипосенситивних агентов активно изучают аммония гексафторосиликат и гексафторосиликаты органических аммониевых катионов, обладающих определенными преимуществами по сравнению с традиционными фторидными препаратами. Целью этого обзора является систематизация и анализ данных литературы, отражающих существующий опыт в области методов синтеза, изучения строения, физико-химических свойств и биологической активности аммониевых гексафторосиликатов как потенциальных антикариесных агентов. Общий метод синтеза аммониевых гексафторосиликатов – взаимодействие соответствующего основания или ее соли в среде метанола, этанола или другого растворителя со стехиометрическим или избыточным количеством кремнефтороводородной кислоты. Описана структура аммониевых гексафторосиликатов, которые являются типичными супрамолекулярными соединениями. На примере гексафторосиликатов пиридиния была продемонстрирована связь между растворимостью в воде и структурными характеристиками солей. Для соединения цетилпиридиния гексафторосиликата были предложены методы идентификации. Приведены результаты определения острой токсичности для ряда гексафторосиликатов в экспериментах на животных. Описаны исследования антибактериальной активности гексафторосиликатов. Показано, что гексафторосиликаты достоверно уменьшают число кариозных поражений и их глубину, и достоверно превышают по всем показателям фторид натрия. Продемонстрирована целесообразность их использования для профилактики пародонтита. Предложена технологическая схема получения геля, содержащего цетилпиридиния гексафторосиликат. Общие методы синтеза аммониевых гексафторосиликатов включают взаимодействие органического основания или соответствующего гидрохлорида в среде растворителя с избытком кремнефтороводородной кислоты. В кристаллических структурах гексафторосиликатов системы водородных связей с участием фторолигандов и Н-донорных фрагментов катионов выполняют основную структурообразующую и стабилизирующую функцию. Растворимость гексафторосиликатов в воде меняется в широких пределах, которые определяются природой аммонийного катиона, и в случае солей пиридиния антибатно коррелирует с числом сильных и средних Н-связей в структуре соли. Степень гидролиза гексафторосиликатов в 1·10–4 М водных растворах высокая и в отдельных случаях достигает практически количественных значений. Результаты определения острой токсичности аммониевых гексафторосиликатов позволяют отнести эти соединения к классу умеренно токсичных веществ. Все изученные аммония гексафторосиликаты проявляют высокую кариеспрофилактическую активность, достоверно уменьшая число и глубину кариозных поражений при одновременном существенном улучшении биохимических параметров пульпы зубов и костной ткани пародонта. Аммония гексафторосиликаты могут быть применены в качестве новых эффективных антикариесных и гипосенситивных агентов.