CC BY
15
Д • 7universum.com
Д UNIVERSUM:
№ 8(98) /YY\ химия И БИОЛОГИЯ август, 2022 г.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ И КВАНТОВАЯ ХИМИЯ
DOI: 10.32743/UNICHEM.2022.98.8.14109
КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ И ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ НИТРОКСОЛИНА (5-НИТРО-8-ОКСИХИНОЛИНА)
Аскаров Ибрагим Рахманович
д-р. хим. наук, профессор, кафедра Химии, Андижанский государственный университет,
Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: stek@inbox.ru
Михманова Султаной Хаятуллаевна
научный исследователь кафедра Химии, Андижанский государственный университет,
Республика Узбекистан, г. Андижан
Исаков Хаятулла
DSc, professor
кафедра Химии, Андижанский государственный университет,
Республика Узбекистан, г. Андижан
Мамарахмонов Мухаматдин Хомидович
PhD, доцент,
кафедра Химии Андижанский государственный университет,
Республика Узбекистан, г. Андижан E-mail: muhamatdin@mail. ru
QUANTUM CHEMICAL STUDY OF THE ELECTRONIC STRUCTURE OF NIROXOLINE
(5-NITRO-8-OXO)
Ibragim Askarov
DSc, professor,
Department of Chemistry, Andijan State University, Republic of Uzbekistan, Andijan
Sultonoy Mikhmanova
Scientific researcher, Department Chemistry, Andijan State University Republic of Uzbekistan, Andijan
Xayatilla Isaqov
DSc, professor,
Department of Chemistry, Andijan State University, Republic of Uzbekistan, Andijan
Mukhamatdin Mamarakhmonov
PhD, Associate professor, Department Chemistry, Andijan State University Republic of Uzbekistan, Andijan
Библиографическое описание: КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ГЕОМЕТРИИ И ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ НИТРОКСОЛИНА (5-НИТРО-8-ОКСИХИНОЛИНА) // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Аскаров И.Р. [и др.]. 2022. 8(98). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/14109
Д • 7universum.com
A UNIVERSUM:
№ 8(98) /YY\ химия И БИОЛОГИЯ август, 2022 г.
АННОТАЦИЯ
В данной статье теоретическим методом квантовой химии DFT-B3LYP изучен синтетический препарат нитроксолин, применяемый в лечении и профилактике инфекции мочевыводящих путей. По результатам расчетов на основе анализа реакционной способности оценена его биологическая активность.
ABSTRACT
In this article, the synthetic drug nitroxoline, used for the treatment and prevention of urinary tract infections, was studied using the DFT - B3LYP theoretical method of quantum chemistry. According to the results of calculations based on the analysis of reactivity, its biological activity was evaluated.
Ключевые слова: нитроксолин,квантово-химический расчет, электронное строение, геометрия, заряды, спектральные свойства, реакционная способность, биологическая активность.
Keywords: nitroxoline. quantum chemical calculation, electronic structure, geometry, charges, spectral properties, reactivity, biological activity.
Введение. Нитроксолин (5-нитро-8-оксихино-лина) - противомикробное средство из группы оксихи-нолинов, брутто формулой С9Ш№0, имеющий код CASа4008-48-4[1], с молекулярной массой М=190, возгоняется при 80оС, практически нерастворим в воде [2]. Селективно подавляет синтез бактериальной ДНК, образует комплексы с металлосодержа-щими ферментами микробной клетки. Согласно результатам многочисленных исследований, проведенные учеными Европейских стран, нитроксолин является эффективным и достаточно безопасным в лечении и профилактике инфекции мочевыводящих путей среди детей и взрослых. Есть противопоказания: нарушения функции почек, сопровождающиеся
олиго- или анурией, тяжелые заболевания печени, дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, катаракта, неврит, беременность, лактация, повышенная чувствительность к препаратам хинолинового ряда[3].
Методика исследования. Нами проведен кван-тово-химический расчет геометрии и электронной структуры молекулы по программе Gaussian, методом DFT-B3LYP с базисным набором 3-21G [4]. На основе анализа полученных геометрических параметров и распределения электронных зарядов и энергий граничных молекулярных орбиталей молекулы оценена ее реакционная способность, которая непосредственно связана с ее биологической активностью.
O11 010
^ -У
N 9
6 I 3
7 1
H
O
12
Рисунок 1 а. Условная нумерация атомов молекулы
Рисунок 1 б. Электронные заряды на атомах нитроксолина
Таблица 1.
Заряды на атомах и геометрические параметры молекулы нитроксолина
Атом Заряды, (q, е) Связь Длина (d, А) Валентный угол градус Диэдральный угол т, градус
N1 -0.542 N1-C2 1.230 N1-C2-C3 120.469 N1-C3-C3-C4 0.000
C2 0.107 C2-C3 1.540 C2-C3-C4 119.298 C4-C5-C6-C7 0.000
C3 -0.239 C3-C4 1.349 C5-C6-C7 119.970 C7-C6-C5-N9 -180.000
C4 -0.162 C5-C6 1.355 C7-C8-C9 120.039 C6-C5-N9-O10 -180.000
C5 0.296 C6-C7 1.540 C6-C5-N9 120.035 C6-C5-N9-O11 0.000
C6 -0.164 C7-C8 1.356 C5-N9-O10 120.000 C6-C7-C8-O12 -180.000
Д • 7universum.com
А 111\11\/ЕВ5иМ:
№ 8(98) /уу\ ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ август, 2022 г.
Атом Заряды, Связь Длина Валентный Диэдральный угол т,
е) № А) угол градус градус
С7 -0.230 С5-Ш 1.470 С5-Ш-011 120.000 Ш-С2-С3-Н3 180.000
С8 0.308 N9-010 1.238 С7-С8-012 119.971 С2-С3-С4-Н4 180.000
N9 0.123 N9-011 1.238 Ш-С2-Н2 119.765 С4-С3-С3-Н2 -180.000
010 -0.306 С8-012 1.430 С2-С3-Н3 120.351 С5-С6-С7-Н7 180.000
011 -0.310 С2-Н2 1.070 С3-С4-Н4 120.594 С8-С7-С6-Н6 -180.000
012 -0.560 С3-Н3 1.070 С5-С6-Н6 120.015
Н2 0,227 С4-Н4 1.070 С6-С7-Н7 119.980
Н3 0,202 С6-Н6 1.070 С8-012-Н12 109.471
Н4 0,263 С7-Н7 1.070
Н6 0,242 012-Н12 0.960
Н7 0,207
Н12 0,369
Анализ результатов. Согласно данным Рис. 1 б, и таблицы, отрицательные заряды на атомах N1, О12, О13, О14 максимальны и соответственно равны q = -0,542е, -0,310, -0,306е, -0,560е. Приведенные геометрические параметры показывают, что длина связи в ароматическом кольце, а также экзо-циклических связях лежат в пределах литературных данных [5, 6]. Например, длина двойных связей ароматического кольца N1-02, С3-С4, С5-С6 и нитро-группы N9-010, N9-011 равны ё = 1.230 А, 0.349 А,
а) Евзмо=-0,249 эВ Рисунок 2. Объемный вид и энергии
Анализ объемной картина ГО показывает, что молекула проявляет высокую реакционную способность в отношении электрофилов и при этом потенциальным реакционным центром является атом азота бензопиримидинового фрагмента имеющий максимальный вклад на верхней заполненной молекулярной орбитали (ВЗМО) (Рис 2 а). В случае взаимодействия с электрофильными реагентами атом С6, а также нитроксогруппа конденсированного к пиридину бензольного кольца проявляют высокую реакционную способность (Рис 2 б), имеющие высокий вклад в образовании нижней свободной молекулярной орбитали (НСМО).
1.349 А, и 1.355 А соответственно. Если длина связей С2-С3, С6-С7 лежат в пределах ординарной связи и равны ё=1,540 А, то кратные связи С3-С4, С5-С6 немного укорочены и равны ё=1.349 А и 1.355 А согласно схеме на Рис. 1а. Все валентные углы sp2 гибридизованного ароматического кольца имеют величину ф=120о с малыми отклонениями, всего в среднем Дф=±0,3о. А величины торсионного угла у ароматического кольца строго сохраняется и равны либо т=0о либо 180о, которые свидетельствует о планарности этого фрагмента.
б) Енсмо =-0,095 эВ орбиталей (ГО) нитроксолина
Выводы. На основе проведенного анализа результатов квантово-химического расчета, можно считать, что они несомненно достоверны, о чем свидетельствует соответствие их с литературными данными. Реакционная способность молекулы определенное на основе зарядового распределения на атомах и энергетических данных ГО молекулы поможет оценить биологическую активность и тем самым, может быть предпосылкой установления дальнейшего поведения препарата в организме, а именно его метаболизма.
Д • 7universum.com
A UNIVERSUM:
№ 8(98) /YY\ химия И БИОЛОГИЯ август, 2022 г.
Список литературы:
1. Нитроксолин - Википедия / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL:https://ru.wikipe-dia. org/https://ru. wikipedia. org/wiki/Нитроксолин(дата обращения 17.07.2022).
2. Нитроксолин - описание вещества, фармакология, применение .../ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://www.rlsnet.ru/active-substance/nitroksolin-1114 (дата обращения 17.07.2022).
3. Нитроксолин (Nitroxoline) - Видаль/ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://www.vi-dal.ru/drugs/nitroxoline_11634(дата обращения 17.07.2022).
4. M.J.F. Frisch and etc. / Gaussian 98. Revision A.5, Gaussian Inc.- Pittsburg (PA), 1998.
5. Грандберг И.И., Нам Н.Л. Органическая химия: Учебник. - М.: Лань, 2019. - 608 с.
6. Смит М. Органическая химия Марча. Реакции, механизмы, строение. М.: Лаборатория знаний, 2020. - 458 с.
7. Г. Клопман. Реакционная способность и пути реакций. М.: Мир. 1977. - 341 C.
8. Мамарахмонов М.Х., Беленький Л.И., Джураев А.М., Чувылкин Н.Д., Аскаров И.Р. Квантово-химическое изучение производных ферроцена. Сообщение 1. Реакции арилирования с аминобензойными кислотами // Изв. АН. Сер. хим. - Москва, 2017. - №4. С. 721-723
9. Mohammed Albratty, Hassan Ahmad Alhazmi. Novel pyridine and pyrimidine derivatives as promising anticancer agents: A review. // Arabian Journal of Chemistry. (2022) 15, 103846.
