CC BY
23
УДК 615.2:547.791/.2
Матвеева Д.А., Новикова А.М., Полуместная Д.А., Донская Л. С., Киенская К.И., Буторова И.А.
НЕ-АНТИБИОТИКИ - НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДНЫХ ТРИАЗОЛА
Матвеева Дарья Андреевна - студент 3 курса факультета ФЕН; [email protected] Новикова Анастасия Максимовна - студент 4 курса факультета ХФТ, кафедра ТХФиКС Полуместная Диана Александровна - студент 4 курса факультета ХФТ, кафедра ТХФиКС Донская Любовь Сергеевна - магистр 1 года обучения кафедры ТХФиКС Киенская Карина Игоревна - кандидат химических наук, доцент кафедры коллоидной химии; Буторова Ирина Анатольевна - кандидат биологических наук, доцент кафедры ТХФиКС ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
В статье рассмотрены антибактериальные и противогрибковые свойства производных триазола. Установлено, что для рибавирина (1-бета-В-рибофуранозил-1Н-1,2,4-триазол-3-карбоксамид ) в концентрации более 5 мг/мл обнаружена антимикробная активность в отношении Staphylococcus aureus FDA 209P , Соrynebacteria stationis ВКПМB-10645, Bacillus subtilis ВКПМ- В-13183, Pseudomonas aeruginosa ВКПМ - В-8243, а также против дрожжей Candida albicans АТСС 885-653 . Для 1,2,4-триазол-3-тиола п обнаружена антимикробная активность только в отношении спорообразующих бактерий Bacillus subtilis ВКПМ - В-13183 в концентрации 10 мг/мл.
Ключевые слова: триазолы, рибавирин, биологическая активность, противомикробные свойства, неантибиотики.
NON-ANTIBIOTICS - USINGTRIAZOLEDERIVATIVESASANEXAMPLE
Matveeva D.A.1, Novikova A.M.1, Polumestnaya D.A.1, Donskaya L.D.1, KienskayaK.11 , Butoroval.A.1. 1D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses the antibacterial and antifungal properties of triazole derivatives. It was found that for ribavirin (1-beta-D-ribofuranosyl-1H-1,2,4-triazole-3-carboxamide) at a concentration of more than 5 mg/ml, antimicrobial activity was detected in Staphylococcus aureus FDA 209P, Corynebacteria stationis VKPMB-10645, Bacillus subtilis VKPM - B-13183, Pseudomonas aeruginosa VKPM - In-8243, as well as against Candida albicans yeast ATCC 885653. For 1,2,4-triazol-3-thiol p, antimicrobial activity was detected only against the spore-forming bacteria Bacillus subtilis VKPM - B-13183 at a concentration of 10 mg/ml.
Key words: triazole, ribavirin, biological activity, antimicrobial properties, non-antibiotics.
Введение
Известно, что внутрибольничные бактериальные инфекции довольно тяжело поддаются лечению и повышают риски летальных исходов от уже хорошо изученных болезней [1]. Это обусловлено высокой резистентностью ряда микроорганизмов, в частности, бактерий, по отношению к известным препаратам - антибиотикам. Недавно появился ряд публикаций [2,3] посвященных так называемым «неантибиотикам» - типичным противовирусным препаратам, проявляющим биологическую активность как по отношению к вирусам, так и по отношению к ряду бактерий и грибов. Использование противовирусных препаратов в качестве не-антибиотиков раскрывает широкие возможности для комплексного лечения ряда серьезных заболеваний и купирования дополнительных бактериальных инфекций, возникающих в медицинских учреждениях.
Экспериментальная часть.
Объектами исследований служили следующие производные триазола:
1. 1 -бета-Б-рибофуранозил- 1Н-1,2,4-триазол-3 -карбоксамид — рибавирин - эффективный противовирусный препарат;
2. этиловый эфир 1-(2,3,5-три-О-ацетил^-Э -рибофуранозил)-5 -бензилоксиметил-1,2,4-триазол-3-карбоновой кислоты;
3. этиловый эфир 2-(2,3,5-три-О-ацетил^-Э -рибофуранозил)-5 -бензилоксиметил-1,2,4-триазол-3-карбоновой кислоты;
4. 5-[(Е)-2-(2-фторфенил)этенил]-1^-Б -рибофуранозил - 1,2,4-триазол-3-карбоксамид);
5. 1,2,4-триазол-3-тиол.
По литературным данным известно, что некоторые соединения триазола, проявляют биологическую активность [4]. Представляет интерес изучить антимикробную активность производных триазола в отношении санитарно-показательных
микроорганизмов , Essherichia coli ATCC 25922, Staphylococcus aureus FDA 209P , Соrynebacteria stationis ВКПМ B-10645, Bacillus subtilis ВКПМ - В-13183, Pseudomonas aeruginosa ВКПМ - В-8243, а также против дрожжей Candida albicans Y-3108 и мицелиальных грибов Aspergillus niger ВКПМ -Y-1057
Антимикробную активность водных растворов указанных объектов исследования проверяли,
согласно стандартным микробиологическим методикам [5].
Биологическую активность 1-бета-Э-
рибофуранозил-1Н-1,2,4-триазол-3-карбоксамид -рибавирина в отношении высших растений ( овса и фасоли) проверяли в соответствии с ГОСТ 12038-84[7].
Проведенные исследования показали, что в исследованных концентрациях антимикробная активность у производных триазола ( образцы №№
2-4) в отношении тест-микроорганизмов не была обнаружена. ( табл.1)
В дальнейших исследованиях была изучена антимикробная активность веществ 1-бета-Э-рибофуранозил-1Н-1,2,4-триазол-3-карбоксамид (рибавирина) и 1,2,4-триазол-3-тиола в более высоких концентрациях. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Тест-микроорганизмы Концентрация веществ, мг/мл
Об разец 2 Образец 3 Образец 4
2,5 5,2 2,5 4,9 1,7 3,5
Essherichia coli + + + + + +
Staphylococcus aureus + + + + + +
Pseudomonas aeruginosa + + + + + +
Bacillus subtilis + + + + +
Candida albicans + + + + + +
Знак «плюс» означает наличие роста микроорганизмов, знак «минус» - отсутствие роста
Таблица 2. Рост тест-микроорганизмов в присутствии производных триазола.
Тест-микроорганизмы Концентрация веществ, мг/мл
1-бета-Э-рибофуранозил- 1Н-1,2,4-триазол-3-карбоксамид (рибавирин)
10 5 2,5 1,25
Essherichia coli + + + +
Staphylococcus aureus - - + +
Pseudomonas aeruginosa - - + +
Bacillus subtilis - + + +
Соrynebacteria stationis - + + +
Candida albicans - + + +
Aspergillus niger + + + +
Знак «плюс» означает наличие роста микроорганизмов, знак «минус» - отсутствие роста.
У 1,2,4-триазол-3-тиола антимикробная активность была обнаружена только в отношении
Bacillus subtilis для концентрации вещества 10 мг/мл ( рис1)
Рис.1. . Зоны ингибирования Bacillus subtilis при концентрации 1,2,4-триазол-3-тиола 10мг/мл.
Учитывая полученные данные о том, что 1-бета-D-рибофуранозил-1Н-1,2,4-триазол-3-карбоксамид (рибавирин) обладает более широким спектром
антибактериальной активности, исследования биологической активности в отношении к высшим растениям проводили только с его водными растворами. Оценивали энергию прорастания и всхожесть семян фасоли и овса при замачивании семян в растворах рибавирина в диапазоне концентраций 0,1- 1,0 мг/мл. Кроме того оценивали также поражение семян плесневыми грибами (6,7)
В таблице 2 представлены сводные данные, полученные для семян овса и фасоли.
Как видно из таблицы 2, присутствие рибавирина в определенных концентрациях оказывает положительное влияние на исследуемые параметры. В интервале концентраций рибавирина от 0,1 до 0,5 мг/мл наблюдается рост энергии прорастания и всхожести как для семян овса, так и фасоли. Помимо этого, в указанном интервале наблюдается слабое поражение семян плесневыми грибами. Повышение концентрации выше 1 мг/мл является нецелесообразным.
Таблица 2
Полученные результаты энергии прорастания, всхожести и степени поражения семян
Исследуемый параметр Содержание рибавирина в водном растворе мг/мл
0 1 0,5 0,25 0,1
Для семян фасоли
Энергия прорастания, % 71,4 80,0 85,7 --- ---
Всхожесть, % 91,4 40,0 77,1 --- ---
Семена, покрытые плесневыми грибами, % 31,4 60,0 14,2 --- ---
Для семян овса
Энергия прорастания, % 32 66 16 74 81
Всхожесть, % 38 61 19 69 78
Семена, покрытые плесневыми грибами, % 80 12 38 4 2
Помимо указанных параметров, исследовалось влияние рибавирина на количество корневой и зеленой массы у посаженных в землю семян овса и фасоли. Как оказалось, что на данные показатели у фасоли присутствие рибавирина, вводимого с водой для полива, существенного влияния не оказало; однако, в случае овса рибавирин не повышает количество корневой массы, но происходит незначительное увеличение зеленой массы при концентрации рибавирина 0,5 мг/мл.
Интересные результаты были получены при исследовании смывов с корней фасоли (рисунок 2).
Рис.2. Результаты микробиологических
исследований смыва с корней фасоли
Как видно из рисунка, при обработке растений водными растворами рибавирина наблюдается снижение
количества плесневых грибов в прикорневой зоне по сравнению с контролем, когда в раствор для полива рибавирин не вносили. При концентрации 0,1- 0,5 мг/мл плесени в корневой зоне не обнаружены, что можно рассматривать как профилактику грибных заболеваний растений. Заключение
Таким образом, совокупность проведенных исследований позволяет предполагать, что рибавирин можно рассматривать как перспективный «не-антибиотик», обладающий не только противовирусным, но и антибактериальным эффектом. В сельском хозяйстве рибавирин и его производные могут быть использованы как противогрибковые средства при обработке семян. Полученные результаты дополняют исследования авторов работы [7], в которой рибавирин предлагается использовать в качестве противовирусного средства для предотвращения ряда вирусных заболеваний растений. Обзорная работа [8] также свидетельствует о том, что
потенциал рибавирина и его аналогов еще до конца не исчерпан и не исследован.
Авторы выражают благодарность заведующему кафедрой технологии тонкого органического синтеза и химии красителей РХТУ им. Д.И.Менделеева профессору, д.х.н. В.П. Перевалову и доценту кафедры биотехнологии и промышленной
фармацииМИРЭА, к.х.н. М.В. Чудинову за предоставленные образцы производных триазолов и рибавирина.
Список литературы
1. Намазова-Баранова Л.С., Баранов А.А.. Антибиотикорезистентность в современном мире// Педиатрическая фармакология.-2017.- №14(5).- С.341-354.
2. H. Kruszewska, T. Zareba, S. Tyski. Search of antimicrobial activity of selected non-antibiotic drugs. //Acta poloniaepharmaceutica. -2002.-№59(6).- P. 436-439.
3. Mazumdar K, Kumar KA, Dutta NK. Potential role of the cardiovascular non-antibiotic (helper compound) amlodipine in the treatment of microbial infections: scope and hope for the future// Int. J. Antimicrob. Agents.-2010.-№36(4).-P. 295-302.
4. Кривопалов В.П., Шкурко О.П. 1,2,3-Триазол и его производные. Развитие методов формирования триазольного кольца// Успехи химии.-2005.- №74(4).-С.369-410.
5. МУК 4.2.1890-04. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам.
6. ГОСТ 12038-84. Межгосударственный стандарт. «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести» (утв. и введен в действие Постановлением Госстандарта СССР от 19.12.1984 N 4710)
7. Никонович Т.В., Берговина И.Г., Скорина В.В. Оздоровление растений-регенерантов озимого чеснока в условиях культуры invitro при помощи Рибавирина//Вестник Белорусской государственной сельскохозяйственной академии: научно-методический журнал.-2011.- №4.-С. 77-81.
8. Чудинов М.В. Рибавирин и его аналоги: можно ли старую собаку научить новым фокусам? // Тонкие химические технологии. - 2019.-14(4).-С. 7-14.
УДК 548.73
Новиков А.П. Волков М.А.
РОЛЬ Cu...S ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ФОРМИРОВАНИИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ [(NH3)2Cu(NCS)2]
Новиков Антон Петрович - младший научный сотрудник лаборатории анализа радиоактивных материалов, [email protected].
Волков Михаил Александрович - кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории химии технеция, [email protected].
ФГБУН ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, 119071, Москва, Ленинский проспект, 31, корп. 4
С помощью рентгеноструктурного анализа уточнена кристаллическая структура комплекса меди [(NH3)2Cu(NCS)2]. Впервые уточнены положения атомов водорода в исследуемой структуре и проанализированы невалентные взаимодействия.
Ключевые слова: рентгеноструктурный анализ, водородные связи, невалентные взаимодействия, комплексы меди, кристаллическая структура.
The role of Cu...S interactions in the formation of the crystal structure of [(NH3)2Cu(NCS)2]
Novikov A.P., Volkov M.A.
A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry (IPCE), RAS, Moscow, Russian Federation
The crystal structure of the copper complex [(NH3)2Cu(NCS)2] was refined using X-ray diffraction analysis. For the first time, the positions of hydrogen atoms in the structure under study have been refined and non-valence interactions have been analyzed.
Key words: X-ray diffraction analysis, hydrogen bonds, non-valence interactions, copper complexes, crystal structure.
Ведение
Бурно развивающаяся отрасль компьютерного моделирования и искусственного интеллекта диктует новые требования к формату и точности цифровых данных. Химическую науку эти тенденции затронули в том числе с точки зрения детального анализа кристаллических структур и уменьшения погрешностей измерения, чему способствует развитие приборной базы. Минимизация неопределенностей в кристаллических структурах комплексных соединений позволяет проводить системный анализ невалентных, межмолекулярных взаимодействий внутри кристаллических
материалов, что дает возможность косвенно моделировать поведение конкретно взятых структурных единиц в процессах мокрой химии и биохимии.
Аналоговые данные, полученные о кристаллических материалах во времена ручной обработки, зачастую оставляют желать лучшего и не редко оказываются в корне не верными. Рассматриваемое в работе соединение меди [(МНз)2Си(МС8)2] ранее было описано в работе 1972 года имеет ошибку измерения длин связей атомов более 2П, что привело к неопределенности в расчётах проведенных на основании порошковых дифрактограмм. Авторы утверждают, что комплекс [(МНз)2Си(КСБ)2] имеет две кристаллические модификации, однако, учитывая погрешность проведенных измерений это утверждение весьма сомнительно.
В работе приводится подробный анализ кристаллической структуры медного комплекса [(МНз)2Си(КСБ)2], невалентных взаимодействий внутри кристалла.
Экспериментальная часть
Синтез [(NH3)2Cu(NCS)2] (1)
К 5 мл водного 1М раствора роданида натрия было добавлено 5 мл концентрированного (20%) водного раствора аммиака и внесено 100 мг медного порошка. Пробирку плотно закрыли крышкой и оставили на продолжительное время в термостатируемом шкафу (22°С) для обеспечения медленного роста кристаллического материала. Через 5 месяцев в пробирке обнаружились хорошо сформированные синие кристаллы, сросшиеся в друзы. Несколько совершенный кристаллов были отобраны для проведения рентгеноструктурного анализа.
XRD-анализ
Кристаллическую структуру 1 определяли методом рентгеноструктурного анализа на автоматическом четырехкружном дифрактометре Bruker KAPPA APEX II с MoKa-излучением при 296 K. Параметры элементарной ячейки уточнялись по всему набору данных с помощью программы SAINT -Plus [1]. Учет поглощения проводили с помощью программы SADABS [2]. Структуры расшифрованы прямым методом с помощью SHELXS97 [3] и уточнены полноматричным МНК по F1 в анизотропном приближении для всех неводородных атомов с помощью SHELXL-2018/3 [4]. Данные уточнения структуры приведены в таблице 1.
Атомы H в группах NH3 локализованы по разным картам Фурье и уточнены с фиксированными параметрами изотропного смещения [UiSo(H) = 1,5 Ueq(N)]. Таблицы и изображения для структур были сгенерированы в Olex2 [5].
Таблица 1. Кристаллографические данные, детали эксперимента и уточнение структуры 1.
1
Эмпирическая формула С2НбСиК4Б2
Молекулярный вес 213.77
Температура/К 296(2)
Сингония огШоЛотЫс
Пространственная группа Pnma
а/А 13.9477(5)
Ъ/А 6.0082(2)
с/А 8.8674(3)
а/° 90
р/° 90
у/° 90
Объем/А 3 743.09(4)
Ъ 4
Р расч г/см 3 1.911
ц/мм-1 3.418
^(000) 428.0
Размер кристалла/мм 3 0.5 х 0.12 х 0.1
Излучение МоКа (X = 0.71073)
20 диапазон для сбора данных/° 8.194 Ю 64.974
Диапазоны индексов -21 < h < 20, -9 < к < 9, -13 < 1 < 13
Всего отражений 13520
Независимые отражения 1448 = 0.0309, Яедта = 0.0159]
Отражений/ограничения/ параметры 1448/0/58
Качество подгонки на F 2 1.061
Итоговый R фактор Я: = 0.0187,
[1>=2с (I)] wR2 = 0.0448
Окончательные R = 0.0249,
факторы [все данные] wR2 = 0.0468
Самая большая 0.35/-0.28
диф. пик/отверстие / е А -3
Результаты и обсуждение
Соединение кристаллизуется в ромбической пространственной группе Pnma с четырьмя молекулами в ячейке. Тиоцианатная группа присоединена к атому меди координационной связью Си-К. Ассиметричный фрагмент указанного в заголовке соединения представлен на рисунке 1. Расстояния Си-К между атомом меди и разными КСБ- группами близки и составляют 1,977 и 1,961 А. Расстояния К=С и С=Б в двух КСБ- группах равны.
Расстояния Си-К4 и Си-К2 равны, но немного длиннее расстояний Си-К с тиоцианатными
группами. 83
1.638
1.627
}
82
Рисунок 1. Асимметричный фрагмент структуры 1 с названиями атомов и некоторыми расстояниями. Эллипсоиды смещения изображены с вероятностью 50%.
В полученной структуре наблюдаются невалентные взаимодействия типа Си... Б и водородные связи (рис. 2). При этом длина взаимодействия Си...Б составляет 3,018 А, что намного короче суммы ван-дер-ваальсовых этих атомов (3,20А). Дополнительно молекулы комплекса между собой связаны за счет водородных связей типа К-Н...Б с К-Н расстояниями 2,752 и 2,488 А. Кристаллическая упаковка может быть представлена как состоящая из слоев параллельных плоскости (010), что показано на рисунке 3. Слои между собой связаны невалентными взаимодействиями Си. Б и Н-связями.
)
Рисунок 2. Вид, показывающий невалентные взаимодействия в 1 с названиями атомов и расстояниями.
-а- »"УИГЬ'Я»-» а е £
; ь
а )
Рисунок 3. Кристаллическая упаковка 1, показывающая слои параллельные плоскости (010).
Ранее структура соединения 1 была получена несколько раз, но данные о ней были найдены нами только в неорганическом банке структурных данных (ICSD) и в ранее полученных структурах Я-фактор был существенно больше и не были уточнены атомы водорода. Все раннее сняты структуры были сняты до 1980г. В работе [6] авторы при достаточно большой ошибке эксперимента пишут о нахождении двух модификаций комплекса меди, но современный эксперимент позволяет предполагать, что существует только модификация, описанная нами в этой работе. При этом в ранее описанных структурах образуется такой же тип кристаллической упаковки, как в 1, который благодаря нашему эксперименту объяснятся наличием водородных связей, а не только Си...Б взаимодействий. При анализе Кембриджского банка структурных [7] данных нами была найдена только одна похожая структура, в которой КНз-группы заменены на молекулы воды. Но при замене аминогруппы на воду образуется похожий тип кристаллической упаковки, но в комплексе с водой образуется больше водородных связей. Похоже основной вклад в формирование структур подобного типа вносят Си. Б взаимодействия, а не водородные связи.
Заключение
В работе подробно изучена кристаллическая структура медного комплекса [(КНз)2Си(МСБ)2] и детально рассмотрены реализующиеся в кристалле невалентные взаимодействия Си...Б и К—Н.Б которые являются структурообразующими факторами. Впервые для этого соединения были уточнены положения атомов водорода. На основании
полученных данных можно сделать вывод, что рассматриваемый медный комплекс не имеет других модификаций кристаллической решетки.
Список литературы
1. Bruker AXS Inc.: Madison, WI U. SAINT, V8.40B. 2020.
2. Krause L. et al. Comparison of silver and molybdenum microfocus X-ray sources for single-crystal structure determination // J. Appl. Crystallogr. International Union of Crystallography, 2015. Vol. 48, № 1. P. 3-10.
3. Sheldrick G.M. A short history of SHELX // Acta Crystallographica Section A: Foundations of Crystallography. International Union of Crystallography, 2008. Vol. 64, № 1. P. 112-122.
4. Sheldrick G.M. Crystal structure refinement with SHELXL // Acta Crystallogr. Sect. C Struct. Chem. International Union of Crystallography, 2015. Vol. 71, № 1. P. 3-8.
5. Dolomanov O. V. et al. OLEX2: A complete structure solution, refinement and analysis program // J. Appl. Crystallogr. International Union of Crystallography, 2009. Vol. 42, № 2. P. 339-341.
6. Kabesova M., Garaj J., Gazo J. THE NATURE OF THE STRUCTURAL DIFFERENCES BETWEEN THE MODIFICATIONS OF THE DITHIOCYANATE-DIAMINE CUPRIC COMPLEX // Czechoslov. Chem. Commun. 1972. Vol. 37. P. 942-950.
7. Groom C.R. et al. The Cambridge Structural Database // Acta Crystallogr. Sect. B Struct. Sci. Cryst. Eng. Mater. International Union of Crystallography, 2016. Vol. 72, № 2. P. 171-179.
