Izvestiya of Saratov University.

Chemistry. Biology. Ecology

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)


For citation:

Ustinova M. N., Filippova K. A. Oxidative degradation of tetracyclines. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2025, vol. 25, iss. 1, pp. 23-33. DOI: 10.18500/1816-9775-2025-25-1-23-33, EDN: DUOOUC

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
(downloads: 50)
Language: 
Russian
Heading: 
Article type: 
Article
UDC: 
544.45/.454, 542.943-92
EDN: 
DUOOUC

Oxidative degradation of tetracyclines

Autors: 
Ustinova Maria Nikolaevna, Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education
Abstract: 

Environmental pollution is one of the most pressing problems facing humanity. The constant search for its solution is an important aspect of modern chemistry. The work studied the oxidative degradation of two antibiotics of the same pharmaceutical group, with a similar structure but diff erent properties. The purpose of this work was to study the oxidation process of the active substances of two antibiotics: tetracycline and doxycycline by various oxidative and combined systems: the Fenton system, the Ruff system, their combined action, their action in the presence of EDTA, as well as under the action of UV irradiation. The conducted studies have shown that under conditions of room temperature and normal atmospheric pressure, hydrogen peroxide in combination with iron (II) and (III) ions is able to oxidize the active components of tetracycline and doxycycline. The optimal conditions for the oxidation of the tetracycline group of antibiotics have been determined: the concentration of the substrate, hydrogen peroxide, iron (II) ions, iron (III) ions, and the pH of the reaction. It has been shown that the combined presence of iron (II) ions and iron (III) ions in the system reduces the consumption of hydrogen peroxide during the oxidation of active substances of tetracyclines. It has been shown that the replacement of hydrated iron ions with iron complexes with EDTA has a slight eff ect on the oxidation effi ciency of tetracycline and doxycycline. It has been revealed that iron (III) complexes with EDTA are more eff ective in the destructive process of tetracycline. It has been established that the active substance of tetracycline preparations undergoes destruction under the action of UV irradiation. It is shown that photodestruction reactions of active substances of tetracyclines are reactions of the fi rst order. The rate constants of these processes are determined. It has been revealed that the destruction of doxycycline proceeds most fully under the action of the Raff system, as well as under the action of UV irradiation in the presence of hydrogen peroxide. It is shown that the studied oxidative systems are eff ective for the destruction and inactivation of pharmaceutical pollutants belonging to the tetracycline group.

Reference: 
  1. Навашин С. М., Фомина И. П. Справочник по антибиотикам. М. : Медицина, 1974. 416 с.  
  2. Козырев С. В., Кораблев В. В., Якуцени П. П. Новый фактор экологического риска: лекарственные вещества в окружающей среде и питьевой воде // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Естественные и инженерные науки. 2012. № 4 (159). С. 195–201.  
  3. Данилов-Данильян В. И., Храменков С. В., Поройков В. В., Чиганова М. А., Козлов М. Н., Филимонов Д. А., Баренбойм Г. М. Новые методы оценки биологической активности ксенобиотиков в водных объектах // Методы анализа и контроля качества воды : сб. трудов конф. (Москва, 06 июня 2012 г.). М. : Изд-во Моск. ун-та, 2012. С. 5–16.  
  4. Чуешов В. И. Промышленная технология лекарств. Харьков : НФаУ. МТК-Книга, 2002. 560 с.  
  5. Устинова М. Н., Жунусов Н. С. Деструкция действующего вещества тетрациклина под действием УФ-облучения // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 246–253. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2021-21-3-246-253  
  6. Устинова М. Н., Филиппова К. А. Окислительная деструкция тетрациклина различными пероксидными системами // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2021. № 4 (46). С. 68–79.  
  7. The Use of Antibiotics Sixth Edition: A Clinical Review of Antibacterial, Antifungal and Antiviral Drugs / ed. L. M. Grayson. CRC Press, 2010. 3078 р.  
  8. WHO Report on Surveillance of Antibiotic Consumption: 2016–2018. Early implementation. World Health Organization, 2018. 128 p.  
  9. Agwuh K. N., Mac Gowan A. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of the tetracyclines including glycylcyclines // J. Antimicrob. Chemother. 2006. Vol. 58, № 2. P. 256–265.  
  10. Kim G. Y., Lee K.-B., Cho S.-H., Shim J., Moon S.-H. Electroenzymatic degradation of azo dye using an immobilized peroxidase enzyme // Journal of Hazardous Materials. 2005. Vol. 126, № 1-3. Р. 183–188. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.06.023  
  11. Ulson De Souza S., Forgiarini E., Ulson De Souza A. A. Toxicity of textile dyes and their degradation by the enzyme horseradish peroxidase (HRP) // Journal of Hazardous Materials. 2007. Vol. 147, № 3. P. 1073–1078. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.06.003  
  12. Вейс Дж. Свободнорадикальный механизм в реакциях перекиси водорода // Катализ. Исследование гомогенных процессов : сб. статей / под ред. А. А. Баландина, А. М. Рубинштейна. М. : Изд-во иностранной литературы, 1957. С. 159–182.  
  13. Серпокрылов Н. С., Вильсон Е. В., Гетманцев С. В., Марочкин А. А. Экология очистки сточных вод физико-химическими методами. М. : Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2009. 263 с.  
  14. Агеев А. А., Волков В. А. Поверхностные явления и дисперсные системы в производстве текстильных материалов и химических волокон. М. : МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2004. 464 с.  
  15. Соложенко Е. Г. Применение каталитической системы (при очистке воды от органических соединений) // Химия и технология воды. 2004. Т. 26, № 3. С. 219–246.  
  16. Фаттахова А. М., Кирсанова А. Г., Хангильдин Р. И., Мартяшева В. А. Применение катализаторов в окислительных процессах очистки природных и сточных вод // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. 2011. № 2. С. 17–19.  
  17. Бурлакова Е. Б., Конрадов А. А., Мальцева Е. Л. Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низкоинтенсивных физических факторов // Химическая физика. 2003. Т. 22, № 2. С. 21–40.  
  18. Емжина В. В., Иванцова Н. А., Кручинина Н. Е. Озонирование активных фармацевтических субстанций в присутствии пероксида водорода // Вестник технологического университета. 2018. Т. 21, № 4. С. 81–85.  
  19. Козырева Ю. Н. Химическая деструкция устойчивых ксенобиотиков как альтернатива их биодеградации // Экотоксикология: современные биоаналитические системы, методы и технологии : сборник статей российской школы-конференции молодых ученых (Пущино – Тула, 28 октября – 3 ноября 2006 г.). М. : НИА-Природа, 2006. С. 103–105.
Received: 
25.07.2024
Accepted: 
15.10.2024
Published: 
31.03.2025
Short text (in English):
(downloads: 50)