ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ АНТИРАДИКАЛЬНОЙ (НО∙) АКТИВНОСТИ РОДСТВЕННЫХ СТРУКТУР, СОДЕРЖАЩИХ ЦИННАМОИЛЬНЫЙ ФРАГМЕНТ. I. ПРОИЗВОДНЫЕ КОРИЧНОЙ КИСЛОТЫ, ХАЛКОНА И ФЛАВАНОНА

Изучено 45 соединений, объединяющих 3 группы производных коричной кислоты, халкона и флаванона, каждая из которых включает по 15 веществ. Анализируемые соединения содержат общий структурный фрагмент, представляющий собой остаток коричной кислоты (циннамоильный фрагмент).

Цель работы – изучение квантово-химических параметров перечисленных групп соединений с целью прогнозирования возможных путей их взаимодействия с наиболее агрессивным и опасным из числа активных форм кислорода (АФК) гидроксильным радикалом.

Материалы и методы. Для анализируемых структур определены Малликеновские заряды (а.е.), связевые числа (Nμ), индекс ненасыщенности (IUA) и величины электронной плотности на всех 9-атомах углерода циннамоильного фрагмента. Расчеты осуществлены на рабочей станции с процессором IntelXeonE5-1620 3,5 ГГц, 20 Гб оперативной памяти, при этом использован полуэмпирический метод РМ7 (программа WinMopac 2016). Для расчетов энергий гомолитического расщепления связи О–Н использована программа ORCA 4.1.

Результаты. Анализ величин Малликеновских зарядов (а.е.), связевых чисел (Nμ), индексов ненасыщенности (IUA) и электронной плотности позволил выявить ряд закономерностей, на основании которых можно делать выводы о том, что с учетом природы заместителей наиболее вероятными для присоединения в арильном остатке являются положения С-1, С-2, С-3, С-4 и С-5. В пропеноновом фрагменте радикал НО* в первую очередь атакует положение 8, затем 7. Для гидроксизамещенных определена энергия гомолитического разрыва связи Н-О и установлено, что у пространственно затрудненных фенолов (соединения 13к, 13х, 13ф, 14к, 14х, 14ф) энергия разрыва связи Н-О наименьшая и в среднем составляет – 160,63 кДж/моль. Установлено также, что, чем выше положительный Малликеновский заряд на атоме углерода, с которым связан фенольный гидроксил, тем ниже энергия гомолитического разрыва связи Н-О и тем более устойчив образующийся феноксильный радикал.

Заключение. Проведенные квантово-химические расчеты позволяют сделать вывод о том, что изучаемые классы соединений могут быть использованы для связывания образующегося в организме гидроксильного радикала, вызывающего различного рода мутации, приводящие, в том числе, к развитию онкологических заболеваний.

1. Афанасьев И.Б. Кислородные радикалы в биологических процессах // Химико-фармацевтический журнал. – 1958. – Т. 19, №1. – C. 11–23.

2. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах // Соросовский образовательный журнал. – 2000. – Т. 6, №12. – С. 13–19.

3. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. – М.: Наука, 1972. – 252 с.

4. Минаева В.Т. Флавоноиды в онтогенезе растений и их практическое использование. – М.: Наука, 1978. – 256 с.

5. Geissman T.A. The chemistry of flavonoid compounds. – New York: Pergamon Press, Oxford, 1962. – P. 666.

6. Plant flavonoids in biology and medicine. Biochemical, pharmacological, and structureactivity relationships. Proceedings of a symposium. Buffalo, New York, July 22–26, 1985 // Prog Clin Biol Res. – 1986. – №213. – P. 1–592.

7. Осипов А.Н., Якутова Э.Ш., Владимиров Ю.А. Образование гидроксильных радикалов при взаимодействии гипохлорита с ионами железа // Биофизика. – 1993. – Т. 38, №3. – С. 390–396.

8. Koppenol W.H. The Haber-Weiss cycle – 70 years later // Redox Rep. – 2001. – Vol. 6, №4. – P. 229– 234. DOI: 10.1179/135100001101536373.

9. Pryor W.A. Why is the hydroxyl radical the only radical that commonly adds to DNA? Hypothesis: it has a rare combination of high electrophilicity, high thermochemical reactivity, and a mode of production that can occur near DNA // Free Radic Biol Med. – 1988. – Vol. 4, №4. – P. 219–223.

10. 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. – C. 12–17. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2008-42-11-12-17.

11. Агаджанаян В.С., Оганесян Э.Т., Абаев В.Т. Целенаправленный поиск соединения-лидера в ряду производных коричной кислоты, обладающих антирадикальной активностью // Химико-фармацевтический журнал. – 2010. – Т. 44, №7. – C. 21–26. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2010-44-7-21-26.

12. Оганесян Э.Т., Мальцев Ю.А., Творовский Д.Е. Исследование механизма реакции производных флавона с гидроксильным радикалом полуэмпирическими методами // Журнал общей химии. – 2001. – Т. 71, №6. – С.999-1005. DOI: 10.1023/A:1012395821594.

13. Оганесян Э.Т., Доркина Е.Г., Хочава М.Р., Тускаев В.А., Мальцев Ю.А. Использование квантово-химических методов для обоснования антирадикального (НО∙) действия полигидроксихалконов // Химико-фармацевтический журнал. – 2002. – Т. 36, №12. – C. 21–25.

14. Справочник химика. М.: Химия. – 1964. – Т. 3. – 1005 с.

15. Bykov D., Petrenko T., Izsák R., Kossmann S., Becker U., Valeev E., Neese F. Efficient implementation of the analytic second derivatives of Hartree–Fock and hybrid DFT energies: a detailed analysis of different approximations // Molecular Physics. – 2015. – Vol. 113, №13–14. – Р. 1961–77. DOI: 10.1080/00268976.2015.1025114.

16. Минкин В.И., Симкин Б.Я., Миняев Р.М. Теория строения молекул. – Ростов-на-Дону, 1997. – 560 с.

17. Воронков А.В., Оганесян Э.Т., Поздняков Д.И., Абаев В.Т. Некоторые аспекты церебропротекторной активности 4-гидрокси-3,5-дитретбу-тилкоричной кислоты при ишемическом повреждении головного мозга в эксперименте // Медицинский вестник Северного Кавказа. – 2018. – Т. 13, №1.1. – С. 90–93. https://doi.org/10.14300/mnnc.2018.13025.

18. Воронков А.В., Поздняков Д.И., Хури Е.И., Кульбекова Ю.Е., Кобин А.А. Оценка антиоксидантной активности 4-гидрокси-3,5-дитретбутилко-ричной кислоты, мексидола и тиоктовой кислоты на модели фокальной ишемии головного мозга // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. – 2017. – Т. 60, №2. – С. 48–52.

19. Воронков А.В., Оганесян Э.Т., Поздняков Д.И., Абаев В.Т. Изучение дозозависимого эндотелиотропного влияния соединения ATACL в условиях ишемического повреждения головного мозга у крыс в эксперименте // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. – 2017. – №1(61). – С. 54–58.

20. Воронков А.В., Оганесян Э.Т., Геращенко А.Д. Аспекты актопротекторной активности некоторых природных соединений различной химической структуры // Спортивная медицина: наука и практика. – 2017. – Т. 7, №1. – С. 92–96. DOI: 10.17238/ISSN2223-2524.2017.1.92.