Анализ антиоксидантных свойств производных дибензилиденацетона с использованием квантовохимических параметров молекул

Изучена антиоксидантная активность 10 синтетических производных дибензилиденацетона (ДБА), молекула которого представляет собой (1Е, 4Е)-1,5-дифенилпента-1,4-диен-3-он. За исключением родоначального соединения, остальные содержат в ароматических фрагментах электронодорные заместители — ОН, ОСН₃. Формально молекулу можно рассматривать как систему, содержащую циннамоильный фрагмент, связанный с остатком замещённого стирола.

Цель. Изучение антиоксидантных свойств синтезированных производных ДБА и их квантовохимических параметров с целью выявления закономерностей взаимосвязи «структура–активность».

Материалы и методы. Для атомов углерода анализируемых соединений определены Малликеновские заряды (а.е.), связевые числа (Nμ), индекс ненасыщенности (IUA), индекс свободной валентности (Fμ), теоретическая валентность (Vμ) и электронная плотность. Все расчёты осуществлены на рабочей станции с процессором IntelXeonE5-1620 3,5 ГГц, 20 Гб оперативной памяти с использованием полуэмпирического метода РМ7 (программа WinMopac 2016). Для изучаемых соединений по программе WinMopac 7.21. был рассчитан показатель энергии ионизации. Для оценки возможной фармакологической активности использовалась прогностическая программа Way2Drug PASS Online. Антиоксидантную активность анализируемых соединений оценивали in vitro (DPPH и ABTS тесты), а также in vivo (определение активности супероксиддисмутазы (СОД) и концентрации активных продуктов, реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой (ТБК-АП) у крыс линии Wistar без патологии).

Результаты. Предварительно был осуществлён анализ возможных видов биологической активности синтезированных производных ДБА по программе Way2Drug PASS Online который показал, что для всех структур характерна противоопухолевая активность, что, по-видимому, обусловлено в том числе и антиоксидантными свойствами. Данный вид активности экспериментально определялся по 4 тестам — DPPH и ABTS (in vitro) и по влиянию на СОД и ТБК-АП (на животных). Анализ полученных данных позволил установить, что наиболее активными антиоксидантами являются соединения 5, 6 и 8, содержащие фенольные гидроксигруппы. В структуре 8 гидроксигруппа с обеих сторон окружена ОСН₃-радикалами, то есть она является пространственно затруднённой и, следовательно, образуемый им феноксильный радикал наиболее устойчив. Сопоставление значений найденных квантовохимических параметров показывает, что наиболее информативными с точки зрения изучения взаимосвязи «структура–активность» являются Малликеновские заряды (а.е.), электронная плотность на атомах углерода, а также индексы IUA и Fμ.

Заключение. Структурные особенности полученных производных 1,5-дифенилпента-1,4-диен-3-она, а также природа образуемых свободных радикалов в использованных биологических тестах однозначно свидетельствуют о том, что анализируемый класс соединений можно считать перспективными антиоксидантами.

1. de Almeida A.J.P.O., de Oliveira J.C.P.L., da Silva Pontes L.V., de Souza Júnior J.F., Gonçalves T.A.F., Dantas S.H., de Almeida Feitosa M.S., Silva A.O., de Medeiros I.A. ROS: Basic Concepts, Sources, Cellular Signaling, and its Implications in Aging Pathways // Oxid Med Cell Longev. – 2022. – Vol. 2022. – P. 1225578. DOI: 10.1155/2022/1225578

2. Liu T., Sun L., Zhang Y., Wang Y., Zheng J. Imbalanced GSH/ROS and sequential cell death // J Biochem Mol Toxicol. – 2022. – Vol. 36, No. 1. – P. e22942. DOI: 10.1002/jbt.22942

3. Lin Y., Qiao J., Sun Y., Dong H. The profound review of Fenton process: What’s the next step? // J Environ Sci (China). – 2025. – Vol. 147. – P. 114–130. DOI: 10.1016/j.jes.2023.10.005

4. Goodhead D.T., Weinfeld M. Clustered DNA Damage and its Complexity: Tracking the History // Radiat Res. – 2024. – Vol. 202, No. 2. – P. 385–407. DOI: 10.1667/RADE-24-00017.1

5. Endale H.T., Tesfaye W., Mengstie T.A. ROS induced lipid peroxidation and their role in ferroptosis // Front Cell Dev Biol. – 2023. – Vol. 11. – P. 1226044. DOI: 10.3389/fcell.2023.1226044

6. Zaric B.L., Macvanin M.T., Isenovic E.R. Free radicals: Relationship to Human Diseases and Potential Therapeutic applications // Int J Biochem Cell Biol. – 2023. – Vol. 154. – P. 106346. DOI: 10.1016/j.biocel.2022.106346

7. Zhao Z. Hydroxyl radical generations form the physiologically relevant Fenton-like reactions // Free Radic Biol Med. – 2023. – Vol. 208. – P. 510–515. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2023.09.013

8. Оганесян Э.Т., Шатохин С.С., Глушко А.А. Использование квантово-химических параметров для прогнозирования антирадикальной (НО•)активности родственных структур, содержащих циннамоильный фрагмент. I. Производные коричной кислоты, халкона и флаванона // Фармация и фармакология. – 2019 – Т. 7, № 1. – С. 53–66. DOI: 10.19163/2307-9266-2019-7-1-53-66

9. Оганесян Э.Т., Шатохин С.С. Использование квантово-химических параметров для прогнозирования антирадикальной (НО•) активности родственных структур, содержащих циннамоильный фрагмент. II. Производные 2’,4’-дигидроксихалкона, а также флаванона и флавона, содержащие гидроксигруппу в положении 7 // Фармация и фармакология. – 2020. – Т. 8, № 2. – С. 112–123. DOI: 10.19163/2307-9266-2020-8-2-112-123

10. Оганесян Э.Т., Шатохин С.С. Использование квантово-химических параметров для прогнозирования антирадикальной (НО•) активности родственных структур, содержащих циннамоильный фрагмент. III. Халконы, флаваноны и флавоны с флороглюциновым типом кольца «А» // Фармация и фармакология. – 2020. – Т. 8, № 6. – С. 446–455. DOI: 10.19163/2307-9266-2020-8-6-446-455

11. Оганесян Э.Т., Шатохин С.С. Использование квантово-химических параметров для прогнозирования антирадикальной (НО•) активности родственных структур, содержащих циннамоильный фрагмент. IV. Взаимосвязь структура-активность между индексами ненасыщенности и производными флавона с флороглюциновым кольцом «А» // Фармация и фармакология. – 2021. – Т. 9, № 2. – С. 161–169. DOI: 10.19163/2307-9266-2021-9-2-161-1691

12. Ahmadipour B., Kalantar M., Abaszadeh S., Hassanpour H. Antioxidant and antihyperlipidemic effects of hawthorn extract (Crataegus oxyacantha) in broiler chickens // Vet Med Sci. – 2024. – Vol. 10, No. 3. – P. e1414. DOI: 10.1002/vms3.1414

13. Ilyasov I.R., Beloborodov V.L., Selivanova I.A., Terekhov R.P. ABTS/PP Decolorization Assay of Antioxidant Capacity Reaction Pathways // Int J Mol Sci. – 2020. – Vol. 21, No. 3. – P. 1131. DOI: 10.3390/ijms21031131

14. Zhou X., Tang X., Li T., Li D., Gong Z., Zhang X., Li Y., Zhu J., Wang Y., Zhang B. Inhibition of VDAC1 Rescues Aβ1-42-Induced Mitochondrial Dysfunction and Ferroptosis via Activation of AMPK and Wnt/β-Catenin Pathways // Mediators Inflamm. – 2023. – P. 6739691. DOI: 10.1155/2023/6739691

15. Aguilar Diaz De Leon J., Borges C.R. Evaluation of Oxidative Stress in Biological Samples Using the Thiobarbituric Acid Reactive Substances Assay // J Vis Exp. – 2020. – No. 159. – P. 10.3791/61122. DOI: 10.3791/61122

16. Panos G.D., Boeckler F.M. Statistical Analysis in Clinical and Experimental Medical Research: Simplified Guidance for Authors and Reviewers // Drug Des Devel Ther. – 2023. – Vol. 17. – P. 1959–1961. DOI: 10.2147/DDDT.S427470

17. Neha K., Haider M.R., Pathak A., Yar M.S. Medicinal prospects of antioxidants: A review. Eur J Med Chem. – 2019. – Vol. 178. – Р. 687–704. DOI: 10.1016/j.ejmech.2019.06.010

18. Terao J. Revisiting carotenoids as dietary antioxidants for human health and disease prevention // Food Funct. – 2023. – Vol. 14, No. 17. – P. 7799–7824. DOI: 10.1039/d3fo02330c

19. Noguchi N., Niki E. Vitamin E nomenclature. Is RRR-α-tocopherol the only vitamin E? // Free Radic Biol Med. – 2024. – Vol. 221. – P. 257–260. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2024.05.027

20. Агаджанаян В.С., Оганесян Э.Т. Применение квантово-химических методов анализа для интерпретации антирадикальной активности в ряду гидроксипроизводных коричной кислоты // Химико-фармацевтический журнал. – 2008. – Т. 42, № 11. – С. 12–17. EDN: TMQUUR

21. Pople J.A., Gordon M. Molecular orbital theory of the electronic structure of organic compounds. I. Substituent effects and dipole moments // J. Am Chem Soc. – 1967. – Vol. 89, No. 17. – P. 4253–4261. DOI: 10.1021/ja00993a001

22. Jee D.W., Myung J., Little R.D., Han S., Lee H.Y. Alkylidene Carbene from Silyl Vinyl Iodide Provides Mechanistic Insights on Trimethylenemethane Diyl-Mediated Tandem Cyclizations // Org Lett. – 2022. – Vol. 24, No. 24. – P. 4399–4403. DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01622

23. Kuhn H. Chemical bonding and states of molecular electrons // Experientia. – 1953. – Vol. 9, No. 2. – P. 41–61. DOI: 10.1007/BF02155127

24. Reynolds W.F., Mezey P.G., Hehre W.J., Topsom R.D., Taft R.W. The relationship between substituent effects on energy and on charge from ab initio molecular orbital theory // J Am Chem Soc. – 1977. – Vol. 99. – P. 5821–5822. DOI: 10.1002/Chin.197747063

25. Оганесян Э.Т., Руковицина В.М., Абаев В.Т., Поздняков Д.И. Исследование закономерностей взаимосвязи структура-активность в ряду производных хромона, содержащих заместители в положении с-3 // Медицинский вестник Башкортостана. – 2023. – Т. 18, № 2(104). – С. 44–47. EDN: DIKVZL