Пероксидное окисление диклофенака в условиях микродисперсного электрораспыления

Представлен новый подход к исследованию продуктов пероксидного окисления диклофенака и их реакционной способности, основанный на совмещении функционализации поверхности мишени для лазерной десорбции/ионизации (ЛДИ-мишени) и моделирования реакции электро-Фентона в условиях микродисперсного электрораспыления (МЭР). Для обеспечения активного взаимодействия молекул диклофенака с гидроксильными группами окисление проводили в присутствии ионов Cu+, которые способствовали образованию гидроксильных радикалов. Продукты пероксидного окисления и их аддукты с глутатионом определяли методами масс-спектрометрии с поверхностно- и матрично-активированной лазерной десорбцией/ионизацией (ПАЛДИ-МС и МАЛДИ-МС). Показано, что использование установки микродисперсного электрораспыления в сочетании с пероксидным окислением позволяет эффективно получать продукты метаболизма диклофенака первой и второй стадий. По результатам ПАЛДИ- и МАЛДИ-МС-анализа обнаружены новые продукты окислительной трансформации диклофенака и аддукты с глутатионом. Использование установки МЭР значительно ускорило процесс моделирования окислительных процессов по сравнению с традиционными методами, позволяя параллельно реакциям окисления осаждать и фиксировать образующиеся продукты в присутствии наночастиц диоксида титана на поверхности ЛДИ-мишени. В этом случае напыленные частицы служат эмиттером ионов при ПАЛДИ-МС-анализе. Полученные результаты открывают новые горизонты для более быстрого и точного анализа продуктов биотрансформации лекарственных средств. Разработка и внедрение данного подхода могут значительно ускорить процесс оценки токсичности фармацевтических препаратов.

1. Khan A. H., Khan N. A., Ahmed S., et al. Application of advanced oxidation processes followed by different treatment technologies for hospital wastewater treatment / J. Clean. Prod. 2020. Vol. 269. 122411. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.122411

2. Collivignarelli M. C., Pedrazzani R., Sorlini S., et al. H2O2 based oxidation processes for the treatment of real high strength aqueous wastes / Sustainability. 2017. Vol. 9. No. 2. 244. DOI: 10.3390/su9020244

3. Zeng X., Liu J., Zhao J. Wet oxidation of an industrial high concentration pharmaceutical wastewater using hydrogen peroxide as an oxidant / J. Adv. Oxid. Technol. 2017. Vol. 20. No. 1. 20160179. DOI: 10.1515/jaots-2016-0179

4. Duarte C., Di Lorenzo T., Reboleira A. S. P. S. Environmental risk of diclofenac in European groundwaters and implications for environmental quality standards / Sci. Rep. 2024. Vol. 14. 20689. DOI: 10.1038/s41598-024-71747-y

5. Kretz-Rommel A., Boelsterli U. A. Mechanism of covalent adduct formation of diclofenac to rat hepatic microsomal proteins. Retention of the glucuronic acid moiety in the adduct / Drug Metab. Dispos. 1994. Vol. 22. P. 956 – 961. DOI: 10.1016/s0090-9556(25)08441-7

6. Gorbunov A. Yu., Krasnov K. A., Bardin A. A., et al. TiO2-modified MALDI target for in vitro modeling of the oxidative biotransformation of diclofenac / Mendeleev Commun. 2020. Vol. 30. No. 2. P. 220 – 222. DOI: 10.1016/j.mencom.2020.03.030

7. Liu X., Lv H., Guo Y., et al. Structure-based reactivity profiles of reactive metabolites with glutathione / Chem. Res. Toxicol. 2020. Vol. 33. No. 7. P. 1579 – 1593. DOI: 10.1021/acs.chemrestox.0c00081

8. Ilyushonok S. K., Krasnov K. A., Rose K. A., et al. Study of oxidation products of morphine and their reactivity by electrochemistry/(liquid chromatography)/mass spectrometry / J. Pharm. Biomed. Anal. 2026. Vol. 267. 117141. DOI: 10.1016/j.jpba.2025.117141

9. Requejo R., Hurd T. R., Costa N. J., Murphy M. P. Cysteine residues exposed on protein surfaces are the dominant intramitochondrial thiol and may protect against oxidative damage / FEBS J. 2010. Vol. 277. P. 1465 – 1480. DOI: 10.1111/j.1742-4658.2010.07576.x

10. Chan J. C. Y., Soh A. C. K., Kioh D. Y. Q., et al. Reactive metabolite-induced protein glutathionylation: a potentially novel mechanism underlying acetaminophen hepatotoxicity / Mol. Cell. Proteomics. 2018. Vol. 17. No. 10. P. 2034 – 2050. DOI: 10.1074/mcp.ra118.000875

11. McGill M. R., Lebofsky M., Norris H. R., et al. Plasma and liver acetaminophen-protein adduct levels in mice after acetaminophen treatment: dose-response, mechanisms, and clinical implications / Toxicol. Appl. Pharmacol. 2013. Vol. 269. No. 3. P. 240 – 249. DOI: 10.1016/j.taap.2013.03.026

12. Dhawle R., Mantzavinos D., Lianos P. UV/H2O2 degradation of diclofenac in a photocatalytic fuel cell / Appl. Catal. B. 2021. Vol. 299. 120706. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120706

13. Coha M., Farinelli G., Tiraferri A., et al. Advanced oxidation processes in the removal of organic substances from produced water: Potential, configurations, and research needs / Chem. Eng. J. 2021. Vol. 414. 128668. DOI: 10.1016/j.cej.2021.128668

14. Villota N., Duoandicoechea U., Echevarria B., et al. Impact of hydrogen peroxide concentration on diclofenac degradation by UV/H2O2: kinetic modeling for water treatment applications / Separations. 2025. Vol. 12. No. 5. 125. DOI: 10.3390/separations12050125

15. Feng J., Chu C., Ma Z. Fenton and Fenton-like catalysts for electrochemical immunoassay: a mini review / Electrochem. Commun. 2021. Vol. 125. 106970. DOI: 10.1016/j.elecom.2021.106970

16. Zhu Y., Fan W., Feng W., et al. A critical review on metal complexes removal from water using methods based on Fenton-like reactions: analysis and comparison of methods and mechanisms / J. Hazard. Mater. 2021. Vol. 414. 25517. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.125517

17. Garrido-Ramírez E. G., Marco J. F., Escalona N., Ureta-Zañartu M. S. Preparation and characterization of bimetallic Fe-Cu allophane nanoclays and their activity in the phenol oxidation by heterogeneous electro-Fenton reaction / Microporous Mesoporous Mater. 2016. Vol. 225. P. 303 – 311. DOI: 10.1016/j.micromeso.2016.01.013

18. Liu Y., Kong C., Liu L., et al. Progress in copper-based supported heterogeneous electro-Fenton catalysts / Chem. Eng. J. 2024. Vol. 486. 150217. DOI: 10.1016/j.cej.2024.150217

19. Brillas E., Sirés I., Oturan M. A. Electro-Fenton process and related electrochemical technologies for wastewater treatment: a review / Chem. Rev. 2009. Vol. 109. 6570. DOI: 10.1021/cr900136g

20. Al-Tawil E. A., Muradymov M. Z., Krasnov N. V. Electrospray of conductive solution under normal conditions in a wide range of volumetric flow rates / Nauch. Priborostr. 2017. Vol. 27. No. 2. P. 3 – 12 [in Russian]. DOI: 10.18358/np-27-2-211

21. Samokish V. A., Muradymov M. Z., Krasnov N. V. Electrospray ion source with a dynamic liquid flow splitter / Rapid Commun. Mass Spectrom. 2013. Vol. 27. No. 8. P. 904 – 908. DOI: 10.1002/rcm.6524

22. Ilyushonok S. K., Arsenyev A. N., Muradymov M. Z., et al. A modernized laboratory setup for the deposition of metal oxide nanoparticles onto a metallic substrate under drop-free electrospray mode with dynamic liquid flow division at atmospheric pressure / Tech. Phys. Lett. 2024. Vol. 50. No. 10. P. 47 – 50. DOI: 10.61011/tpl.2024.10.60117.19922

23. Ilyushonok S. K., Muradymov M. Z., Zhukov M. V., et al. Microdispersed electrospray mode in negative ionization as a method for sample deposition on a MALDI target / Nauch. Priborostr. 2024. Vol. 34. No. 4. P. 16 – 22 [in Russian].