Т 58 (1)
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
2015
УДК 547.495.3+539.192
В.К. Абросимов, А.В. Краснов, Ю.А. Жабанов, Е.В. Иванов
МОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА И ЭНТАЛЬПИЯ СУБЛИМАЦИИ 2,4,6,8-ТЕТРАМЕТИЛГЛИКОЛЬУРИЛА
– ЛЕКАРСТВЕННОГО ПРЕПАРАТА «МЕБИКАР»
(Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН,
Ивановский государственный химико-технологический университет)
e-mail: vxa@isc-ras.ru
Методом масс-спектрометрии в сочетании с эффузионным методом Кнудсена
определена стандартная молярная энтальпия сублимации 2,4,6,8-тетраметилгликольурила
(лекарственный препарат «Мебикар»): ΔsubH°(298)=108±3 кДж/моль. С использованием
квантовохимических расчетов определены структурные параметры молекулы
2,4,6,8-тетраметилгликольурила.
Ключевые слова: 2,4,6,8-тетраметилгликольурил, температура плавления, теплота плавления,
стандартная энтальпия сублимации, структурные параметры молекулы
Химия бициклических бисмочевин октанового
ряда (гликольурилов) является одной из
перспективных и интенсивно развивающихся областей
современной химии гетероциклических
соединений и охватывает множество направлений.
Одно из них связано с обнаружением у многих
представителей данного класса соединений разнообразной
биологической и фармакологической
активности. В плане изыскания фармакологически
активных веществ и создания оригинальных биологически
активных препаратов и лекарственных
средств немаловажным является исследование
структуры и термодинамических свойств указанных
соединений.
В настоящее время в медицинской и сельскохозяйственной
практике успешно используется
лекарственный препарат «Мебикар» – [2,4,6,8тетраметил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октан3,7-дион]
или 2,4,6,8-тетраметилгликольурил (далее
по тексту ТМГУ). Однако установление причин
фармакологической активности ТМГУ и других
гликольурилов затруднено недостаточным
объемом надежных данных о структуре их молекул.
Отсутствие данных по термодинамическим
свойствам этих веществ в кристаллическом состоянии
не позволяет получить детальное описание
особенностей сольватации фармакофорных
центров (гидрофобные области, доноры и акцепторы
водородной связи) молекул ТМГУ.
В настоящей работе сообщаются результаты
экспериментального исследования процесса
сублимации ТМГУ с использованием эффузионного
метода Кнудсена с масс-спектрометрическим
контролем состава пара, а также результаты квантово-химических
расчетов структурных параметров
свободных молекул ТМГУ.
Определение энтальпий сублимации ТМГУ
выполнено с использованием масс-спектрометра
МИ 1201, реконструированного для термодинамических
исследований [1,2]. Сублимацию образцов
осуществляли из молибденовой эффузионной
ячейки с отношением площади эффузионного отверстия
к площади испарения 1:1000. Выбор оптимального
диапазона температур сделан на основе
термического анализа образца, выполненного на
универсальном дифференциальном сканирующем
калориметре DSC 204 F1 Phoenix (Netzsch-Gerätebau
GmbH, Germany). Измерения показали, что
плавление образца происходит в узком диапазоне
температур ΔТ=8,34 К без разложения. Температура
плавления ТМГУ четко фиксируется на кривой
ДСК и составляет Tfus=507.33 К. Обработка ДСКкривой
позволила определить молярную энтальпию
плавления ТМГУ: ΔfusH°(Tfus)=36.37 кДж/моль.
На основании анализа температурной зависимости
логарифма интенсивности ионного потока
в масс-спектре насыщенных паров ТМГУ по
второму закону термодинамики рассчитана энтальпия
сублимации 2,4,6,8-тетраметилгликольурила:
ΔsubH°(298)=108±3 кДж/моль.
В работе [3] строение молекулы ТМГУ
было исследовано методом газовой электронограХИМИЯ
И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2015 том 58 вып. 1
3
Стр.1
фии и с помощью квантово-химических расчетов
с использованием теории функционала плотности
(функционал B3LYP/6-3G(d)). Авторы [3] определили,
что молекула ТМГУ обладает равновесной
структурой симметрии C2 и рассчитали ее
основные геометрические параметры. Для сравнения
данные расчетов авторов [3] приведены в
табл. 1 и 2.
Таблица 1
Валентные углы в молекуле 2,4,6,8-тетраметилгликольурила
Table
1. Valence angles in 2,4,6,8-tetramethylglycoluril
molecule
Угол / град
N4-C5-C1
C5-C1-N2
C5-N4-C3
C3-N2-C1
C5-N4-C10
C3-N4-C10
C1-N2-C9
C3-N2-C9
N4-C3-N2
a
[2]
e
Метод
[2]
103,0(5) 103,2
102,9
111,6(3) 111,4
112,8
122,5
120,0
124,8
122,2
108,7
103,0
112,7
122,4
119,9
124,7
122,1
107,7
cc-pVTZ cc-pVQZ
103,4 103,4
103,3 103,3
112,0 111,9
112,9 112,9
122,9 122,7
120,9 120,9
124,5 124,4
122,4 122,6
107,8 107,8
Таблица 2
Межъядерные расстояния, r/Å, в молекуле 2,4,6,8тетраметилгликольурила
Связь
Table
2. Internuclear distances, r/Å, in 2,4,6,8tetramethylglycoluril
molecule
Метод
[2]
rg
[2]
rе
cc-pVTZ
rе
cc-pVQZ
rе
С1—С5 1,576(3) 1,564 1,562 1,561
C5—N4 1,467
C1—N2 1,453
C10—N4 1,462
C9—N2 1,458
1,455 1,449 1,449
1,441 1,440 1,439
1,450 1,446 1,446
1,446 1,444 1,443
C3—N4 1,395(4) 1,392 1,385 1,385
C3—N2 1,386
C=O 1,211(5)
C—H
1,090
1,384 1,379 1,378
1,220
1,095
1,215 1,214
1,088
1,087
В настоящей работе проведены квантовохимические
расчеты строения и электронного
спектра молекулы ТМГУ с помощью современного
высокоуровнего метода теории функционала
плотности: функционал B3LYP в комбинации с
валентно-трехэкспонентными базисными наборами
ce-pVTZ и валентно-четырехэкспонентными
базисными наборами cc-pVQZ [4]. Электронный
спектр рассчитывали методом нестационарной
теории функционала плотности TDDFT в приближении
B3LYP/cc-pVQZ.
Наши результаты подтвердили сделанный
в [3] вывод, что молекула 2,4,6,8-тетраметилгли4
б
Рис.
Молекулярная структура 2,4,6,8-тетраметилгликольурила.
Вид перпендикулярно (а) и параллельно (б) плоскости
бицикла
Fig. The molecular structure of 2,4,6,8-tetramethylglycoluril. A
view being perpendicular (а) and parallel (б) to the bicycle plane
Исследование выполнено при финансовой
поддержке Российского фонда фундаментальных
исследований: грант № 13-03-00716-а.
Данные ДСК-анализа получены на оборудовании
центра коллективного пользования «ВерхнеХИМИЯ
И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2015 том 58 вып. 1
а
e
e
кольурила обладает равновесно структурой симметрии
C2. Расхождение в численных значениях
валентных углов и межъядерных расстояний, полученных
нами и авторами [3], побудило нас
предположить, что исследуемая в указанной работе
паровая фаза может содержать молекулы
ТМГУ симметрии C2 и C2v. Однако расчет показал,
что разность между энергиями структур C2 и C2v
составляет всего 0.03 кДж/моль. Из расчета частоты
колебаний молекулы ТМГУ в состоянии C2v
было обнаружено, что эта частота мнимая. Это
указывает на то, что структура симметрии C2v не
является конформером. Возможно, что эта структура
есть переходное состояние между двумя
энантиомерными формами симметрии C2, которые
сосуществуют в парах ТМГУ.
На рисунке представлен 2D-мерный образ
равновесной молекулярной структуры 2,4,6,8тетраметилгликольурила.
Стр.2
волжский региональный центр физико-химических
исследований».
ЛИТЕРАТУРА
1. Badelin V.G., Tyunina E.Yu., Krasnov A.V., Tyunina
V.V., Giricheva N.I., Girichev G.V. // Russ. J. Phys. Chem.
A 2012. V. 86. N 3. P. 457-462.
2. Tyunina V.V., Krasnov A.V., Tyunina E.Yu., Badelin
V.G., Girichev G.V. // J. Chem. Thermodyn. 2014. V. 74.
P. 221-226.
3. Atavin E.G., Golubinskii A.V., Vilkov L.V., Kravchenko
A.N., Lebedev O.V. // J. Struct. Chem. 2005. V. 46. N 3.
P. 417-421.
4. Dunning T.H., Jr. // J. Chem. Phys. 1989. V. 90. N 2.
P. 1007–1023.
УДК 547.963.3
С.В. Марутян, А.Л. Навасардян, Л.А. Навасардян
ВЛИЯНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ФЛЮОРЕСЦЕНТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДНК
ДРОЖЖЕЙ, ОБЛУЧЕННЫХ ПРИ РАЗНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
(Ереванский государственный университет)
e-mail: marsed@ysu.am
Осуществлено выделение ДНК из клеток дрожжей C.guilliermondii НП-4 и исследование
изменений ее флюоресцентных параметров под воздействием рентгеновского
облучения дрожжевых клеток при различных температурах. Показано, что облучение
клеток при температуре 0 °С приводит к большей поврежденности двуцепочечной
структуры ДНК, чем облучение при комнатной температуре, а в случае репарированной
ДНК наблюдается дальнейшее увеличение поврежденности облученной ДНК.
Ключевые слова: ДНК, рентгеновское облучение, репарация, флюоресценция
Эукариотические клетки реагируют на
внешние факторы, в том числе и на облучение,
посредством сложного механизма взаимодействующих
сигнальных систем. Несмотря на проводимые
в настоящее время многочисленные эксперименты,
направленные на понимание всех сторон
биологического действия облучения, пока не удается
формировать единую картину повреждения и
восстановления структуры ДНК.
Целью настоящей работы являлось выделение
ДНК дрожжей и исследование изменений ее
флюоресцентных параметров в условиях облучения
и пострадиационной репарации клеток. Облучение
клеток проводилось при температуре 0 °C с
целью подавления активности ферментов, участвующих
в процессе восстановления повреждений
ДНК в течение облучения. Было осуществлено
также выделение и сравнительное исследование
флюоресцентных параметров ДНК из дрожжей,
которые подвергались облучению при комнатной
температуре, а облученные клетки затем оставлялись
при температуре 0 °C на 1ч, когда, согласно
литературным данным, значительно уменьшается
степень поврежденности ДНК [1].
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Объектом исследования являлись дрожжевые
клетки C.gulliermondii НП-4, выращенные в
жидкой культуральной среде [2].
Облучение проводилось на рентгеновской
установке Дрон 3. Напряжение на рентгеновской
трубке составляло 27 кВ, анодный ток – 17 мА.
Источником облучения послужил анод Cu, длина
волны облучения составляла 1.54·10-8 см, общая
доза облучения - 45кР.
Выделение и очистка ДНК из дрожжевых
клеток было осуществлено по модификации [2]
метода Мармура [3].
Исследование флюоресцентных параметров
ДНК было осуществлено на флюоресцентном
спектрофотометре FluoroMaxTM. В качестве флюоресцентного
зонда нами был использован бромистый
этидий. Обработка данных и построение
графиков было осуществлено с использованием
программы DM3000F.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Исследование флюоресцентных спектров
ДНК, полученных до и после рентгеновского обХИМИЯ
И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2015 том 58 вып. 1
5
Стр.3